DE3228038A1

DE3228038A1 - Fluessigkeit/gas-abscheider

Info

Publication number: DE3228038A1
Application number: DE19823228038
Authority: DE
Inventors: Lee Lawrence Che-Keung; Michael Wesley Furnas; Lee Stanley Kobylinski; Mukul Kumar Tyagi
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 1981-06-22
Filing date: 1982-07-27
Publication date: 1984-02-02
Also published as: JPS5929006A

Description

Flüssigkeit/Gas-Abscheider
Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeit/Gas-Abscheider, der insbesondere dazu bestimmt ist, in Bohrlöchern bei Tauchpumpen Anwendung zu finden.
Flüssigkeit/Gas-Abscheider werden in Ölbohrlöchern verwendet, um das Gas von dem Rohöl abzuscheiden, bevor das öl in die Bohrlochpumpe eintritt. Jegliches in dem der Pumpe zugeführten Öl -enthaltene Gas führt zu einer Verminderung der volumetrischen Pumpleistung. Wenn zu große Gasmengen in dem Öl enthalten sind, kann ein "Gasverschluß" auftreten, wodurch die Ölströmung durch die Pumpe vollständig blockiert wird. Wenn ein solcher "Gasverschluß" auftritt, muß die Pumpe stillgesetzt und später wieder in Betrieb genommen werden. Ein wirksamer Flüssigkeit/Gas-Abscheider vermindert die Häufigkeit von "Gasverschlüssen" und ermöglicht einen andauernden Betrieb der Pumpe bei erhöhtem Wirkungsgrad.
Es sind zahlreiche Flüssigkeit/Gas-Abscheider für die Anwendung in der Tiefe von Bohrlöchern bekannt. In den US-PSen 3 887 342 und 4 088 459 sind Flüssigkeit/Gas-Abscheider vom Zentrifugaltyp beschrieben. In der US-PS 2 969 742 ist ein Flüssigkeit/Gas-Abscheider vom Gegenströmungstyp beschrieben. In der US-PS 4 231 767 ist ein Flüssigkeit/Gas-Abscheider vom Schirmtyp beschrieben Zentrifugalabscheider arbeiten bei geringen oder mäßigen Durchflußraten zufriedenstellend, nicht jedoch bei hohen Durchflußraten, und zwar insbesondere dann, wenn das Volumenverhältnis von Gas zu Flüssigkeit zunimmt, so daß derartige Abscheider nicht die von vielen Hochleistungstauchpumpen gestellten Anforderungen erfüllen und ihre Anwendung dazu führt, daß die Pumpen in ihrer Förderleistung gedrosselt werden. Abscheider vom Gegenströmungsprinzip weisen dieselben Mängel auf. Abscheider vom Schirmtyp arbeiten zwar bei hohen Durchflußraten zufriedenstellend, die Schirme setzen sich jedoch nach längerer Betriebszeit zu, wodurch die Wirksamkeit des Abscheiders vermindert wird.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines Flüssigkeit/Gas-Abscheiders, der von den oben erläuterten Mängeln der bekannten Abscheider frei ist.
Durch die Erfindung wird ein Flüssigkeit/Gas-Abscheider geschaffen, der zum Betrieb bei hohen Durchflußraten geeignet ist, und zwar selbst dann, wenn das volumetrische Verhältnis von Gas zur Flüssigkeit groß ist. Der erfindungsgemäße Abscheider arbeitet besonders tief unten in einem Ölbohrloch sehr wirkungsvoll zur Trennung von flüssigen und gasförmigen Komponenten. Darüber hinaus sind die erfindungsgemäßen Abscheider kompakter, einfacher und kostengünstiger herzustellen als bekannte Abscheider.
Der erfindungsgemäße Flüssigkeit/Gas-Abscheider- umfaßt eine gesteckte Nabe, die an einer drehbaren Welle befestigt ist,-eine schraubenförmige Schaufel-in der Form einer Förderschnecke, die an einem ersten Längsteil der Nabe angeordnet ist, Flügel, die einen Zentrigufalabscheider bilden und an einem zweiten Zängsteil der Nabe angeordnet sind, sowie ein gekrümmtes Schaufelsegment, das die schraubenförmige Schaufel mit den Flügeln verbindet. und-.-so geformt ist, daß ein glatter, gekrümmter uebergang zwischen-der schraubenförmigen Schaufel und den Flügeln hergestellt wi-rd.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind insbesondere in den Patentansprüchen -angegeben.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschre-ibung von Ausführun#gsbeispielen und aus der-Zeichnung,-auf die Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigen: -Fig. 1 einen Längsschnitt eines Ausführungsbeispiels eines erfindung:sgemäßen' Flüssigkeit/Gas-Äbscheiders; Fig. 2 eine Perspektivansicht des in Fig. 1 gezeigten Abscheiders; Fig. 3 eine Draufsicht des in Fig. 2 gezeigten Abscheiders; Fig. 4 eine Unteransicht des in Fig. 2 gezeigte#n Abscheiders; Fig. 5 ein Diagramm, das die Betriebseigenschaften eines bekannten Abscheiders vom Gegenströmungstyp bei verschiedenen volumetrischen Verhältnissen darstellt; und Fig. 6 ein Diagramm, das die Betriebseigenschaften des erfindungsgemäßen Flüssigkeit/Gas-Abscheiders bei verschiedenen volumetrischen Verhältnissen darstellt.
Der in Fig. 1 gezeigte Flüssigkeit/Gas-Abscheider 10 umfaßt ein rohrförmiges (vorzugsweise zylindrisches) Gehäuse 12, das sich in Längsrichtung im Inneren einer blbohrlochauskleidung (nicht dargestellt) im Abstand von dieser erstreckt. Das obere Ende des Gehäuses ist auf einen Ausstoßkopf 14 aufgeschraubt, der an das Gehäuse einer Tausch pumpe 16 (schematisch gezeigt) angeschlossen werden kann, während das untere Ende des Gehäuses auf einen Eintrittskopf 18 aufgeschraubt werden kann, der mit dem Gehäuse eines Elektromotors 20 (ebenfalls schematisch dargestellt) verbindbar ist. Die Pumpe 16 kann eine herkömmliche Zentrifugal-Tauchpumpe sein, während der Motor 20 ein üblicher Antriebsmotor ist, der für den Betrieb tief unten in einem blbohrloch geeignet ist. Eine Antriebswelle 22 erstreckt sich von dem Motor zur Pumpe entlang der Achse des Gehäuses und durch den Eintrittskopf sowie den Ausstoßkopf hindurch. Die Welle 22 kann in dem Gehäuse durch in dem Ausstoßkopf und in dem Eintrittskopf angeordnete Manschetten 24 sowie durch eine Lagereinheit 26 im Eintrittskopf gelagert sein.
Gemäß der Erfindung wird eine Abscheidereinheit 28 (im einzelnen in Figuren 2 bis 4 gezeigt) verwendet, die sich innerhalb des Gehäuses zwischen dem Eintrittskopf 18 und dem Ausstoßkopf 14 befindet. Die Abscheidereinheit 28 umfaßt eine gestreckte, rohrförmige Nabe 30 mit einer axialen Bohrung 32, die ihre Befestigung koaxial auf der Welle 22 ermöglicht, so daß sie durch diese mitgedreht wird. Die Nabe kann mit der Welle durch einen Keil verbunden sein (nicht dargestellt), der in eine Keilnut 34 (siehe Figuren 2 und 4) im Innern der Bohrung 32 und in eine entsprechende Keilnut (nicht dargestellt) der Welle eingreift. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, kann die Nabe in Axial-richtung -auf- der Welle durch Hülsen 36 auf den einander gegenüberliegenden Enden der Nabe und durch Manschetten 38, 40, die auf der Welle durch in Umfangsnuten 44 der Welle eingreifende Schnappringe 42 befestigt sind, ausgerichtet sein. Die Manschette 40 am oberen Ende der Nabe kann der innere Manschettenteil ein#es Strömungsteilers 46 sein, der später im einzelnen erläutert wird.
Wie aus-den Figuren 1 und 2 ersichtlich ist, sind in verschiedenen Längsstellungen am Umfang der Nabe 30 mehrere Flügel- und S#chaufeln# unterschiedl-icher Gestalt angeordnet.
Die Flügel und Schaufeln sind so geform#t, daß sie verschiedene Funktionen erfüllen, und sie unterteilen die Abscheidereinheit in drei unterschiedliche Bereiche bzw.
Stufen. Wie-im einzelnen später erläutert wird, umfaßt der unterste Teil der Abscheidereinheit eine Förder#schnekke 48, der obere Teil der Abscheidereinheit umfaBt einen Zentrifugalabscheider 50 und der Teil zwischen der Förderschnecke und dem Zentrifugalabscheider umfaßt -einen Ubergangsbereich 52. Die Förderschnecke setzt das Flüssigkeit/ Gas-Gemisch das durch Eintrittsöffnungen 54 des Eintrittskopfes 18 eindringt, unter ausreichenden Druck, um das Gemisch durch die Abscheidervorrichtung hindurchzufördern.
Der Zentrifugalabscheider 50 ist über den Ubergangsbereich 52 mit der Förderschnecke in Verbindung und erteilt dem Fluidgemisch eine Dreh- bzw. Kreisbewegung, um#die flüssigen und gasförmigen:Komponenten durch-Zn#rfugal--wirkung-voneinander zu trennen. Der übergangsbereich 5-2 bildet einen glatten Übergang zwischen der Förderschnecke und dem Zèntrifugalabscheíder und ist so geformt, daß Verluste auf -ein- -Minimum- reduziert werden.
-Wie in den Figuren 1 und 2 gezeigt ist, umfaßt die Förderschnecke 48 der Abscheidereinheit 28 zwei schraubenförmige Flügel 60 62; die symmetrisch um den unteren Teil der Nabe 30 herum angeordnet sind, um eine doppelte Förder- schnecke zu bilden. Jede Schaufel weist eine sich radial erstreckende Vorderkante 64, 66 auf, die sich nahe dem unteren Ende der Nabe angrenzend an den Eintrittskopf befindet. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, sind die Schaufeln 60, 62 (in Umfangsrichtung) zu ihren Vorderkanten hin verjüngt, so daß die Vorderkanten scharfe Schneidkanten bilden. Dadurch werden Turbulenzen und Kavitation in dem in die Schnecke eintretenden Fluidgemisch vermindert.
Wie in Fig. 4 gezeigt ist, sind die Vorderkanten 64, 66 symmetrisch im Abstand von 1800 auf den einander gegenüberliegenden Seiten der Nabe 30 angeordnet und liegen in einer axial sich erstreckenden Ebene, die durch die Linie A-A verdeutlicht ist.
Von ihren Vorderkanten ausgehend erstrecken sich die Schaufeln 60, 62 schraubenförmig nach oben um die Nabe 30 herum über eine Strecke, die im wesentlichen gleich einem Drittel der Länge der Nabe ist. Vorzugsweise ist jede Schaufel umetwa zwei vollständige Drehungen (7200) um die Nabe herun#geführt, und zwar unter einem relativ kleinen Schaufelwinkel O in bezug auf eine zur Nabenachse senkrechte Ebene, Bei einer bevorzugten Ausführungsform haben die Schaufeln eine Steigung von 50,8 mm (2 Zoll), d.h. sie durchlaufen für eine axiale Strecke von 50,8 mm (2 Zoll) einen Winkel von 3-60°. Der Schaufelwinkel O ändert sich in Abhängigkeit vom Radius r nach folgender Gleichung: tan 0 = p/2#r, worin p die Steigung ist, die bei dem obigen Beispiel 50,8 mm (2 Zoll) beträgt. Am inneren Radius der Schaufeln (an der Nabe) ist der Schaufelwinkel vorzugsweise ungefähr gleich 29,6°. Am Außenradius der Schaufeln ist der Schaufelwinkel vorzugsweise etwa gleich 10,6°. Für einen gegebenen Radius ist der Schaufelwinkel jeder Schaufel 60, 62 vorzugsweise konstant, während die Schaufel sc-hraubenförmig-#-um die Nabe nach oben verläuft.
In dem Ubergangsbereich 52 verändert sich der Schaufelwinkel jeder Schaufel 60, 62 als linieare Funktion -der axialen Länge gegenüber dem konstanten Schaufelwinkel in dem unteren Teil der Nabe, bis zu einem Schaufelwinkel von 900, d.h. bis zur Senkrechten, in einem Umfangsabstand von etwa 900 (eine Vierteldrehung um die Nabe herum). Die Schaufeln erstrecken sich anschließend senkrecht nach oben über praktisch die gesamte verbleibende Länge der Nabe (nämlich in dem Zentrifugal teil -des Abscheiders) und bilden im wesentlichen gerade, radial gerichtete, axial sich erstreckende Flügel 60', 62'.
Wie am -besten aus Fig. 3 ersichtlich ist, sind die Flügel 60', 62'- symmetrisch im Abstand von 1800 auf den einander gegenüberliegenden Seiten der Nabe 30 angeordnet und liegen in einer sich axial erstreckenden Ebene, die durch eine Linie B-B verdeutlicht ist, die senkrecht zu der axialen Ebene A-A ist. Die beiden Schaufelsegmente 60", 62" im Ubergangsbereich 52, die eine Vierteldrehung bilden, bewirken einen glatt gekrümmten Ubergang -zwischen den schraubenförmigen Schaufeln 60, 62 und ihren entsprechenden axialen Flügeln 60', 62'. (Es ist zu beachten, daß Ubergangsbereiche Tür ein Fluid, z.B. in Pumpen, gewöhnlich so geformt werden, daß sie eine Änderung der Fluidströmungsgeschwindigkeit ergeben, die eine lineare Funktion der Entfernung ist, während sie bei der vorliegenden Erfindung so gestaltet sind, daß eine Änderung des Schaufelwinkel--s vorgesehen ist, die linear von der Entfernüng abhängt. Eine herkötmliche Ausbildung des Ubergangsbereichee 52 würde zu einer abrupten Änderung -desKSc-#haufelwinkels führen was zu unerwünschten #Verlusten führen würde.) Um das Fluidgemisch in dem Zentrifugalabscheiderteil der Vorrichtung gleichmäßiger zu verteilen, ist es zweckmäßig, den Zentrifugalabscheider 50 mit zwei zusätzlichen, sich axial erstreckenden Flügeln 70', 72' zu versehen, die symmetrisch im Abstand von 1800 auf den einander gegenüberliegenden Seiten der Nabe 30 angeodnet und rechtwinklig zu den Flügeln 60', 62' sind. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, sind die Flügel 70', 72' vorzugsweise in der axialen Ebene A-A angeordnet. Jeder Flügel 70', 72' ist mit einer zugeordneten schraubenförmigen Schaufel 70, 72 verbunden, und zwar durch ein zugeordnetes, glatt gekrümmtes Schaufelsegment 70", 72" im Übergangsbereich 52. Die Schaufelsegmente 70", 72" haben vorzugsweise dieselbe Gestalt wie die Schaufelsegmente 60", 62", und sie wirken in der gleichen Weise, um einen glatten Übergang zwischen den Flügeln 70', 72' und ihren zugeordneten Schaufeln zu bewirken.
Anders als die Schaufeln 60, 62 erstrecken sich jedoch die Schaufeln -70, 72 nicht bis zum unteren Ende der Nabe 30. Vielmehr enden die Schaufeln 70, 72, wie in den Figuren 1 und 2 gezeigt ist, in verjüngten Förderkanten 74, 76, und zwar unmittelbar unterhalb des Übergangsbereiches 52. Wie am besten aus Fig. 1 ersichtlich ist, erstreckt sich jeweils eine Schaufel mit Schaufelsegment und Flügel 70, 70", 70' bzw. 72, 72", 72' um etwa 1800 (eine halbe Drehung) um die Nabe 30 herum, so daß die Förderkanten 74, 76 in der axialen Ebene A-A liegen. Jedes Schaufelsegment 70", 72" kann etwa eine Vierteldrehung um die Nabe vollführen, während die zugeordnete Schaufel 70, 72 eine weitere Vierteldrehung ausführt. Wie ebenfalls aus den Figuren 1 und 2 ersichtlich ist, liegen die Förderkanten 74, 76 der Schaufeln 70, 72 in der Mitte zwischen den benachbarten Schaufeln 60, 62. Die Schaufeln 70, 72 dienen dazu, das zwischen den Schaufeln 60, 62 strömende Fluidgemisch in zwei verschiedene Bahnen zu unterteilen und das Fluidgemisch gleichmäßig zwischen die benachbarten Flügel des Zentrifugalab.scheiders zu verteilen. Die Schaufeln 70, 72 erstrecken sich nicht bis zum unteren Ende der Nabe 30, da durch. eine solche Maßnahme der Einlaß der Förderschnecke zu stark gedrosselt würde.
Wie in den Figuren 1 bis 4 gezeigt ist, haben die Flügel, die Schaufeln und die Schaufelsegmente dieselben radialen Abmessungen -und erstrecken sich bis kurz vor die Innenoberfläche des rohrförmigen Gehäuses 12. Beispiele für die ungefähren Abmessungen der Abscheidereinheit sind: Außendurchmesser 86,36 mm (3,4 Zoll), Länge 279-,4 mm (11 Zoll), Schneckenlänge 101,6 mm (4 Zoll), Länge des Zentrifugalabscheiders 95,25 mm (3,75 Zoll) und Länge des Übergangsbereiches 82,55 mm (3,25 Zoll).
Wie bereits erwähnt wurde, setzt die Förderschnecke 48 das Fluidgemisch unter einenausreichenden Druck, um es durch die Abscheidervorrichtung hindurch zu fördern, und der Zentrifugalabscheider 50 bewirkt durch Zentrifugalwirkung eine Trennung der flüssigen und gasförmigen Komponenten des Fluidgemisches. Der Zentrifugalabscheider ist so ausgelegt, daß er dem Flüssigkeit/Gas-Gemisch eine maximale tangentiale Geschwindigkeit erteilt. Aufgrund seiner größeren Dichte wird die Flüssigkeit durch Zentrifugalwirkung von der Welle 22 nach außen verdrängt, während das Fluidgemisch durch die Flügel des Zentrifugalabscheiders in eine Drehbewegung versetzt wird, so daß die eine geringere Dichte aufweisenden Gase sich in dem Bereich um die Welle herum sammeln. Der Ausstoßkopf 14 kann mit einer Mehrzahl von Kanälen80 ausgebildet sein, die symmetrisch über seinen Umfang angeordnet sind (nur ein solcher Kanal ist in Fig. 1 gezeigt) und mit einer rohrförmigen Manschette 82 zusammenwirken, welche die Innenoberfläche des Gehäuses 12 auskleidet, um Durchgänge für die Flüssigkeit zu bilden. Jeder Kanal kann mit einer oberen Kammer 84 in dem Ausstoßkopf verbunden sein, die mit dem Einlaß der Pumpenkammer in Verbindung ist, wobei diese Verbindung durch einen nach oben abgewinkelten Kanal 86 erfolgt. Der Ausstoßkopf 14 kann ferner eine untere Kammer 88 aufweisen, die um die Welle 22 herum angeordnet ist und die Gase aufnimmt, mit einer Mehrzahl von Gasaustrittsöffnungen 90, die symmetrisch um den Ausstoßkopf herum angeordnet sind (nur eine solche Gasaustrittsöffnung ist in Fig. 1 gezeigt) und mit der Kammer 88 in Verbindung sind.
Der Strömungsteiler 46, der bei der dargestellten Ausführungsform einen Drehstern umfaßt, der mit der Welle 22 verbunden ist und mit dieser mitrotiert, unterstützt die Führung der abgeschiedenen Flüssigkeit in die Kanäle 80 bzw. die Führung der abgeschiedenen Gase in die Kammer 88.
In der gezeigten Weise kann der Strömungsteiler 46 eine Innenmanschette 40 mit einer Bohrung, durch die die Welle 22 sich hindurcherstreckt, und ein konzentrisches zylindrisches Außenteil 92 umfassen, das mit der Manschette 40 durch Speichen 94 verbunden ist. Die Öffnungen 96 zwischen dem zylindrischen Außenteil 92 und der Manschette 40 bilden Durchgänge für die Gase zu der Kammer 88, während die Innenoberfläche des unteren Endes des zylindrischen Außenteiles 92 in der gezeigten Form gekrümmt ist, um das Sammeln der Gase zu unterstützen, welche den Zentrifugalabscheider verlassen. Der Strömungsteiler ist in einem geringen Abstand über dem Zentrifugalabscheider angeordnet, ist also nicht an dem Zentrifugalabscheider selbst gebildet, um eine Zeitspanne für die Beruhigung der den Zentrifugalabscheider verlassenden Strömungen zu erreichen. Hierdurch wird eine bessere Trennung der Flüssigkeit von den Gasen erreicht. Bei der gezeigten Ausführungsform ist der Strömungsteiler zwar ein getrenntes Element, das an der Welle 22 befestigt ist und mit dieser mitrotiert, bei einer anderen Ausführungsform ist hingegen das untere Ende des Ausstoßkopfes 14 so gestaltet, daß es eine Strömungsteilung bewirkt.
Im Betrieb sind die Pumpe 16, der Abscheider 10 und der Motor 20 in einem Bohrloch in das Flüssigkeit/Gas-Gemisch eingetaucht. Dieses Gemisch dringt durch die Eintrittsöffnungen 54 des Eintrittskopfes 18 über ein perforiertes oder geschlitztes Element 100 ein, das das Ausfiltern von festen Teilen aus dem Fluidgemisch unterstützt. Durch die Eintrittsöffnungen gelangt das Fluidgemisch dann in die Förderschnecke 48, die es unter Druck setzt und dem Zentrifugalabscheider 50 über den Ubergangsbereich 52 zuführt. Wie bereits erläutert wurde, trennt der Zentrifugalabscheider die Flüssigkeit von dem Gas und führt die Flüssigkeit dem Einlaß der Pumpenkammer zu. Das abgetrennte Gas wird über die Austrittsöffnungen 90 in den Raum zwischen der Bohrlochauskleidung (nicht dargestellt) und den Außenoberflächen der Gehäuse des Ausstoßkopfes und der Pumpe abgelassen.
Eine Förderschnecke weist zwar eine geringere Saugwirkung auf als ein übliches Pumpen-Flügelrad, jedoch weist es gegenüber letzterem eine Anzahl von Vorteilen auf. Um in der Pumpe Kavitation und "Gasverschlüsse" zu vermeiden, ist es günstig, den Druck des Fluidgemisches, das in die Förderschnecke eintritt, nach und nach zu erhöhen. Dies wird erreicht, indem der Schaufelwinkel der Schnecke relativ klein gehalten wird, wie zuvor angegeben wurde.
Darüber hinaus vermindern die verjüngten Förderkanten der Schaufeln Turbulenzen in dem Fluidgemisch und ergeben eine gleichmäßigere Strömung durch die Förderschnecke hindurch. Der glatt gekrümmte Übergangsbereich zwischen der Förderschnecke und dem Zentrifugalabscheider trägt ebenfalls zu einer glatten Strömung durch die Vorrichtung bei und reduziert unerwünschte Verluste auf ein Minimum.
Die Durchfluß rate durch den Abscheider ist hauptsächlich eine Funktion des Schaufelwinkels und der Länge der Schnecke. Da es günstig ist, den Schaufelwinkel relativ klein zu halten, um Kavitation in der Pumpe zu vermeiden, kann die Länge der Schnecke so gewählt werden, daß die geeigneten Werte für Strömungsdurchsatz und Druck erhalten werden.
Die Figuren 5 und 6 zeigen die unterschiedliche Leistungsfähigkeit des erfindungsgemäßen Flüssigkeit/Gas-Abscheiders (Fig. 6) und des herkömmlichen Flüssigkeit/Gas-Abscheiders vom Gegenstromtyp (Fig. 5). Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, nimmt die Strömungsrate bei einem Abscheider vom Gegenströmungstyp sehr plötzlich ab, wenn das Volumenverhältnis von Dampf (Gas) zu Flüssigkeit zunimmt. Für ein Verhältnis D/F von 0,20 ist z.B. die Strömungsrate im wesentlichen die Hälfte der Strömungsrate bei D/F = 0. Hingegen zeigen die Kurven in Fig. 6, die bei der Erprobung eines erfindungsgemäßen Flüssigkeit/Gas-Abscheiders erhalten wurden, daß die Strömungsrate bei dem erfindungsgemäßen Abscheider sich nur wenig ändert, wenn sich das volumetrische Verhältnis ändert, und selbst bei einem relativ großen Volumenverhältnis D/F = 0,60 ist die Strömungsrate nur wenig verschieden von der Strömungsrate bei D/F = 0. Die in Fig. 6 gezeigten Kurven belegen, daß der erfindungsgemäße Flüssigkeit/ Gas-Abscheider imstande ist, über einen großen Bereich verschiedener Volumenverhältnisse eine praktisch konstante Strömungsrate aufrechtzuerhalten, wodurch gewährleistet wird, daß die Tauchpumpe im Bereich ihres maximalen Wirkungsgrades arbeitet. Es ist besonders zu betonen, daß diese günstigen Ergebnisse mit einer relativ einfachen und kostengünstigen Konstruktion erhalten werden.
Leerseite

Claims

Patentansprüche 1. Flüssigkeit/Gas-Abscheider, gekennzeichnet durch eine gestreckte Nabe (30) mit einer Einrichtung zum Verbinden der Nabe (30) mit einer drehbaren Welle (22), durch eine schraubenförmige Schaufel (60, 62), die eine Förderschnecke bildet, welche an einem ersten Längsteil (48) der Nabe (30) angeordnet ist, durch Flügel (60', 62', 70', 72'), die einen Zentrifugalabscheider (50) bilden, der an einem zweiten Längsteil der Nabe (30) angeordnet ist, und durch gekrümmte Schaufelsegmente (6011, 62", 70", 72"), welche die Schaufeln mit den Flügeln verbinden, wobei die gekrümmten Schaufelsegmente so geformt sind, daß sie einen glatt gekrümmten Ubergang zwischen den Schaufeln und den Flügeln bilden.
2. Abscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Schaufeln vorgesehen sind, die symmetrisch angeordnet sind und sich schraubenförmig um die Nabe in Längsrichtung von einem ersten Endbereich der Nabe zu einem zweiten Bereich erstrecken.
3. Abscheider nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schaufel ungefähr zwei Drehungen um die Nabe herum ausführt und bei einem gegebenen Radius einen im wesentlichen konstanten Schaufelwinkel in bezug auf die Achse der Nabe bildet.
4. Abscheider nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaufelwinkel in bezug auf eine Ebene, die senkrecht zu der Achse der Nabe ist, sich von etwa 300 an der Nabe bis etwa 100 am Außenradius der Schaufel verändert.
5. Abscheider nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schaufel eine radiale Vorderkante aufweist, die in dem ersten Endbereich der Nabe angeordnet ist, und daß jede Schaufel zu ihrer Vorderkante hin verjüngt ist.
6. Abscheider nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei symmetrisch angeordnete radiale und im wesentlichen gerade verlaufende Flügel vorgesehen sind, die sich axial von einem zweiten Endbereich der Nabe bis zu dem ersten Teil derselben erstrecken.
7. Abscheider nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gekrümmte Schaufelsegmente vorgesehen sind, die jeweils einen Flügel mit einer zugeordneten Schaufel verbinden.
8. Abscheider nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaufelwinkel zwischen jedem Schaufelsegment und der Achse der Nabe sich linear abhängig von der axialen Entfernung ändert.
9. Abscheider nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwei zusätzliche,-im wesentlichen gerade und radiale Flügel symmetrisch áuf dem zweiten Teil der Nabe angeordnet sind und sich axial von dem zweiten Endbereich zu dem ersten Teil der Nabe erstrecken.
10. Abscheider nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daB-zwei-weitere gekrümmte Schaufelsegmente vorgesehen sind, die mit den beiden weiteren Flügeln verbunden sind, wobei diese beiden weiteren Schaufelsegmente symm-etrisch auf-den einander gegenüberliegenden Seiten der Nabe zwischen den erstgenannten Schaufelsegmenten angeordnet sind.
11. Abscheider nach Anspruch 10, gekennzeichnet-durch zwei zusätzliche Schaufeln, die symmetrisch um die Nabe herum angeordnet und mit den Söhaufelsegmenten des anderen Paares verbunden sind, und daß jede Schaufel des anderen Paares ungefähr eine Viertelumdrehung um die Nabe herum ausführt und in einer Vorderkante endet, -die sich innerhalb des ersten Teiles befindet und zwischen den erstgenannten Schaufeln angeordnet ist.
12. Abscheider nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Schaufelsegment sich ungefähr um eine Vierteldrehung um die Nabe herum erstrec-kt.-
13. Ahscheider'nach-Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, laß die Vorderkanten der beiden-weiteren Schaufel segmente verjüngt sind
14. Abscheider nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gestreckte Nabe eine axiale Bohrung zur Aufnahme der Welle aufweist.
15. Flüssigkeit/Gas-Abscheider zur Verwendung bei einer Tauchpumpe, die durch eine Welle mit einem Motor verbunden ist, gekennzeichnet durch ein Gehäuse mit einer Einleitungseinrichtung für ein Flüssigkeit/Gas-Fluidgemisch und mit einer Auslaßeinrichtung für abgetrennte Flüssigkeit sowie einer Auslaßeinrichtung für abgetrenntes Gas, wobei die Welle sich in Längsrichtung durch das Gehäuse hindurcherstreckt, durch eine Förderschnecke, die im InnerendesGehäuses in der-Nähe der Einleitungseinrichtung mit der Welle verbunden ist, um das in das Gehäuse eintretende Fluidgemisch unter Druck zu setzen, wobei die Förderschnecke eine schraubenförmige Schaufel umfaßt, die um die Welle herum angeordnet ist, durch einen Zentrifugalabscheider zur Aufnahme des unter Druck gesetzten Fluids aus der Förderschnecke, wobei der Zentrifugalabscheider Flügel aufweist, die sich in Längsrichtung erstrecken und mit der Welle verbunden sind, um dem Fluidgemisch eine Drehbewegung zu erteilen unddieFlüssigkeit von dem Gas zu trennen, wobei die Flügel mit den Schaufeln durch Schaufelsegmente verbunden sind, die so geformt sind, daß sie einen glatten Ubergang zwischen den Flügeln und den Schaufeln herstellen, und durch eine Einrichtung zur Führung der voneinander getrennten flüssigen und gasförmigen Komponenten zu entsprechenden Auslässen.
16. Abscheider nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln, die Flügel und die Schaufelsegmente auf einer gestreckte Nabe angeordnet sind und eine Einheit bilden, die mit der Welle koaxial ist.
17. Abscheider nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Verbinden der Nabe mit der Welle.
18. Abscheider nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß zwei schraubenförmige Schaufeln symmetrisch um einen ersten Teil der Nabe angeordnet sind, daß zwei der Flügel vorgesehen sind, die im wesentlichen gerade ausgebildet und symmetrisch auf einem zweiten-Teil der Nabe angeordnet sind, und daß jeder Flügel mit einer zugeorndeten Schaufel durch ein gekrümmtes Schaufelsegment verbunden ist.
19. Abscheider nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schaufel mehr als eine Umdrehung um die Nabe herum ausführt und eine Vorderkante aufweist, die an die Einleitungseinrichtung angrenzt.
20. Abscheider nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß zwei zusätzliche, im wesentlichen gerade Flügel vorgesehen sind, die symmetrisch auf dem zweiten Teil der Nabe angeordnet sind, und daß zwei zusätzliche gekrümmte Schaufelsegmente vorgesehen sind, die jeweils mit einem der beiden anderen Flügel verbunden sind.
21. Abscheider nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch zwei zusätzliche Schaufeln, die symmetrisch um die Nabe herum angeordnet und mit den beiden anderen Schaufelsegmenten--verbunden sind, und daß die Schaufeln des anderen Paares in Vorderkanten enden, die axial zwischen:den- Schaufeln des erstgenannten Paares angeordnet-s-ind und axial in bezug -auf die Vorderkanten der Schaufeln des erstgenannten Paares versetzt sind.
22. -Abscheidernach einem'der-Ansprüc,he 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite auslaß in einem Ausstoßkopf an dem einen Ende des Gehäuses angeordnet sind, daß der Ausstoßkopf eine Kammer bildet, die an die Welle angrenzt, und eine Mehrzahl von Kanälen aufweist, die radial und in Umfangsrichtung um die Kammer herum beabstandet sind, daß der erste Auslaß, der für die Flüssigkeit bestimmt ist, Öffnungen umfaßt, welche diese Kanäle mit dem Einlaß der Pumpe verbinden, und daß der zweite Auslaß, der für die Gase bestimmt ist, eine Mehrzahl von Öffnungen aufweist, welche die Kammer -mit der Außenseite des Ausstoßkopfes verbindet.
23. Abscheider nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Leiten der Flüssigkeit und der Gase zu den Auslässen einen Strömungsteiler umfaßt, der mit der Welle verbunden und axial von dem Zentrifugalabscheider beabstandet ist, um Gase in die Kammer und Flüssigkeit in die Mehrzahl von Kanälen zu lenken.
24. Abscheider nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsteiler eine zu der Welle koaxiale Manschette und ein konzentrisches zylindrisches Teil umfaßt, das radial von der Manschette beabstandet und mit dieser durch Speichen verbunden ist, um eine Mehrzahl von Öffnungen dazwischen zu bilden, welche die Welle umgeben und mit der Kammer in Verbindung sind.
25. Abscheider nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische Teil so geformt ist, daß es die abgetrennten Gase in die Öffnungen lenkt, die die Welle umgeben, und die abgetrennte Flüssigkeit in einen Raum zwischen einer Außenoberfläche des zylindrischen Teils und einer Innenoberfläche des Gehäuses leitet.