Die Erfindung betrifft eine Schraubenspindelpumpe in einflutiger, zweiwelliger Bauweise mit einer Außenlagerung der beiden Schraubenspindeln und einem Pumpengehäuse, das die Schraubenspindeln unter Bildung von Förderkammern umschließt und die Förderkammern mit seiner inneren Mantelfläche außen begrenzt, sowie einem Saugraum für das zu anzusaugende Medium und einem Druckraum, der das durch die Schraubenspindeln geförderte Medium aufnimmt.

Es sind viele Schraubenspindelpumpenkonzepte bekannt, beispielsweise eine zweiwellige, zweiflutige Ausgestaltung gemäß der EP 0 699 276 B1, die insbesondere zur Förderung von unbehandelten Erdöl-Wasser-Gas-Gemischen eingesetzt wird, die aus einer sehr großen Quelle oder aus vielen, zum Teil über 500 kleinen Quellen austreten. Zweiflutige Schraubenspindelpumpen weisen ein Gehäuse auf, das in einen Saugraum und einen Druckraum unterteilt ist. Die Förderschrauben laufen dabei entweder direkt in dem Gehäuse oder in einem austauschbaren Gehäuseeinsatz, der in das Gehäuse zwischen den Saugraum und den Druckraum eingeschoben wird. Das Gehäuse hat dabei einerseits die Aufgabe, eine ausreichende Druckfestigkeit zur Aufnahme des Prozessdruckes bereitzustellen und andererseits die Form und Lagesteifigkeit zur Einhaltung der für den Druckerhöhungsprozess notwendigen Dichtspalt-Toleranzen zwischen den Förderschrauben untereinander und den Förderschrauben und dem Gehäuse bzw. dem Gehäuseeinsatz bereitzustellen, wobei die berührungslos laufenden Förderschrauben besonders hohe Anforderungen an die möglichst kleinen Dichtspalte stellen, um einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen.

Schraubenspindelpumpen in zweiwelliger, zweiflutiger Ausführung sind technisch sehr aufwendig, in Herstellung und Wartung kostenintensiv und werden daher vorzugsweise für größere Förderleistungen eingesetzt, die typischerweise zur Förderung von Einzelquellen (Single-well-boosting) schon zu groß sind. Aus der DE 715860 B1 ist eine Schraubenpumpe für Förderflüssigkeiten bekannt, die eine einseitige Außenlagerung für die Förderschrauben aufweist. Die Förderschrauben werden von einem Gehäuse umschlossen, das einstückig ausgebildet und an einem Gehäuseteil angeflanscht ist, in dem die Förderspindeln gelagert sind Dieses Gehäuse kann für Wartungsarbeiten entfernt werden. Muss die Pumpe gewartet werden, ist es notwendig, diese an den Zu- und Ablaufstutzen aus der Förderleitung herauszutrennen und eine vollständig neue Pumpe einzubauen.

Alternativ zu einem Komplettaustausch kann eine Schraubenspindelpumpe vor Ort zerlegt und repariert werden, was sehr zeitaufwendig ist. Zudem hat eine Pumpenmontage aus mehreren Einzelteilen bei Kunden vor Ort den Nachteil, dass ein Pumpentest mit genauer Ermittlung der Leistungsdaten nicht möglich ist, so dass zur Erfüllung geforderter Leistungsparameter in der Regel ein kompletter Pumpemaustausch erforderlich ist.

Gerade bei Einzelquellenförderung kommt es zu starken Schwankungen in der Zusammensetzung des Fördermediums. In hohem Maße unvorhersehbar wechseln sich Zustände von 100%iger Flüssigkeitsförderung mit Phasen 100%iger Gasförderung ab, wobei die Phasen der 100%igen Gasförderung für Schraubenspindelpumpen besonders kritisch sind, da bei herkömmlichen Schraubenspindelpumpen nach einer gewissen Zeit einer Gasförderung die dichtende, kühlende und schmierende Flüssigkeit abtransportiert ist. Dieser Zustand führt zu einer Erwärmung der Förderschrauben und damit einhergehend zu einem Kontakt der Förderschraube miteinander und dem Fördergehäuse, was zu einem erhöhten Verschleiß, gegebenenfalls zum Stillstand der Pumpe führt. Die dadurch entstehenden Probleme bezüglich der Wartung vor Ort wurden bereits beschrieben.

Die EP 0 405 160 A1 beschreibt eine Schraubenspindelpumpe mit im Innenraum eines Pumpengehäuses angeordneter Antriebsspindel und wenigstens einer dazu achsparallelen Dichtspindel sowie mit einem Zulauf und einem Auslauf für ein von den Spindeln zuförderndes Strömungsmedium.

Die Spindeln sind von einem rohrartigen Gehäuseeinsatz umgeben, der mit dem ihn umfangenden Pumpengehäuse wenigstens einen mit dem die Spindeln aufnehmenden Innenraum durch zumindest einen Durchbruch verbundenen Ringraum begrenzt.

Zur Förderung von Einzelquellen werden neben Schraubenspindelpumpen auch Exzenterschneckenpumpen eingesetzt, die jedoch zur Förderung von Multiphasengemischen nur bedingt tauglich sind, da deren 100%ige Gasförderfähigkeit aufgrund entstehender Reibungswärme zeitlich sehr begrenzt ist.

Als Konsequenz aus der Überdimensionierung der Multiphasenpumpen in zweiwelliger, zweiflutiger Ausführung und in Ermangelung geeigneter Multiphasenpumpen mit geringeren Leistungen, werden weltweit Tausende von Ölquellen nicht oder nicht mehr gefördert, wodurch wertvolle Rohstoffe nicht genutzt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Pumpe bereitzustellen, die kostengünstig herzustellen und zu warten ist und grundsätzlich für die Förderung von Multiphasengemischen im Rahmen einer Einzelquellenförderung geeignet ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine gattungsgemäße Schraubenspindelpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die erfindungsgemäße Schraubenspindelpumpe in einflutiger, zweiwelliger Bauweise mit einer Außenlagerung der beiden Schraubenspindeln und einem Pumpengehäuse, das die Schraubenspindeln unter Bildung von Förderkammern umschließt und die Förderkammern mit seiner inneren Mantelfläche außen begrenzt, sowie einem Saugraum für das anzusaugende Medium und einem Druckraum, der das durch die Schraubenspindeln geförderte Medium aufnimmt, sieht vor, dass das Pumpengehäuse in einem Druckgehäuse eingeführt und an dem Druckgehäuse befestigt ist, so dass der Druckraum das Pumpengehäuse zumindest teilweise umgibt. Durch die Einführbarkeit des Pumpengehäuses in das Druckgehäuse und eine Befestigung des Pumpengehäuses an dem Druckgehäuse ist es möglich, lediglich das Pumpengehäuse mitsamt der darin angeordneten Schraubenspindeln und der Außenlagerung auszutauschen, so dass in modularer Bauweise eine Schraubenspindelpumpe bereitgestellt wird, die schnell repariert werden kann, indem die Verschleißteile komplett aus dem Druckgehäuse entfernt werden können. Durch einen einfachen Austausch des Pumpengehäuses mit den darin angeordneten Schraubenspindeln kommt es zudem zu einer mechanischen Entkopplung zwischen dem Druckgehäuse und dem Pumpengehäuse, so dass druckbedingte Verformungen innerhalb des Druckgehäuses nicht oder nur unmerklich auf das Pumpengehäuse übertragen werden. Dadurch bleibt die Lagegenauigkeit der Schraubenspindeln zueinander gewährleistet, da sich die Verformungen des Druckgehäuses nicht auf die Toleranzen der Förderelemente, Dichtungen und Lager auswirken. Dies reduziert den Verschleiß und ermöglicht das Einstellen eines geringen Spaltmaßes, was den Wirkungsgrad der Pumpe erhöht. Zur Komprimierung bei einem Einsatz im Single-well-boosting ist es vorgesehen, dass in dem Druckraum Separationseinrichtungen zum Trennen eines geförderten Multiphasengemisches in eine Gasphase und eine Flüssigkeitsphase vorgesehen sind, so dass die getrennten Phasen entweder separat abgeleitet oder ein Teil der separierten Flüssigkeitsphase über eine Kurzschlussleitung von dem Druckraum zu dem Saugraum zurückgeleitet werden kann, um ein Mindestmaß an Flüssigkeit innerhalb des Pumpengehäuses bereitzustellen, damit die Schraubenspindeln gekühlt und die Spalte zwischen den Schraubenspindeln sowie zwischen den Schraubenspindeln und dem Pumpengehäuse abgedichtet werden können.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Pumpengehäuse das Druckgehäuse durchragt, so dass das Pumpengehäuse zwei Anlage- oder Auflagerstellen in dem Druckgehäuse hat. Dabei ist es vorgesehen, dass das Pumpengehäuse nur einseitig an dem Druckgehäuse befestigt, insbesondere verschraubt ist, während das nicht an dem Druckgehäuse befestigte Ende des Pumpengehäuses in einer Führung in dem Druckgehäuse gelagert ist.

Somit ist es möglich, dass das Pumpengehäuse im Druckgehäuse einseitig fest und auf der anderen Seite leicht beweglich gelagert ist, wobei das geringe Spiel zwischen dem Druckgehäuse und dem Pumpengehäuse über zumindest eine Dichtung abgedichtet ist, so dass kein Fördermedium aus dem Druckraum durch Spalte in der Führung austreten kann. Das geringe Spiel innerhalb der Führung in dem Druckgehäuse ermöglicht es, dass durch den im Druckraum herrschenden Druck keine Verformungen innerhalb des Pumpengehäuses auftreten, die das Spiel zwischen den Schraubenspindeln untereinander sowie zwischen den Schraubenspindeln und dem Pumpengehäuse verändern könnten, sondern dass das Pumpengehäuse insgesamt innerhalb des Druckgehäuses leicht verlagert wird

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist die einfachere Fertigung des Druckgehäuses aufgrund der geringeren Anforderungen an die Lagegenauigkeit der Bauteile, so dass eine kostengünstige Herstellung des Druckgehäuses möglich ist. Darüber hinaus ist die Wartung aufgrund der vollständigen Entnehmbarkeit des Pumpengehäuses mit samt der Schraubenspindeln und der Lagereinheit erheblich vereinfacht.

Um trotz des einfachen Aufbaus eine möglichst steife Konstruktion zu erzielen, ist es vorgesehen, das Pumpengehäuse über eine Trägerplatte an dem Druckgehäuse zu befestigen. An der Trägerplatte sind somit sowohl das Druckgehäuse als auch das Pumpengehäuse und gegebenenfalls auch die Lagereinheit, in der die Schraubenspindeln getrennt von dem Förderstrom gelagert sind, befestigt. Die Schraubenspindeln sind in der Lagereinheit gelagert, die wiederum mit dem Pumpengehäuse verbunden ist, so dass die Lagereinheit komplett mit dem Pumpengehäuse und den Schraubenspindeln aus dem Druckgehäuse entfernbar ist. Die Schraubenspindeln, das Pumpengehäuse und die Lagereinheit der Schraubenspindeln sind also zu einem Fördermodul zusammenfassbar, das leicht ausgetauscht und nach der Fertigung einem vollständigen Leistungstest unterzogen werden kann, so dass bei einem Austausch des Fördermoduls gegen ein neues oder überarbeitetes Fördermodul vorhersagbar ist, welche Leistungsparameter die Pumpe aufweist.

Da sich das Pumpengehäuse innerhalb des Druckraumes befindet, ist es möglich, die Kurzschlussleitung innerhalb des Pumpengehäuses auszubilden, also eine direkte Verbindung zwischen dem Pumpenraum und dem Saugraum herzustellen.

Durch die Kurzschlussleitung wird dosiert separierte Flüssigkeitsphase in den Saugraum zurückgeleitet, was zwar Einbußen bezüglich des Wirkungsgrades der Pumpe mit sich bringt, dafür bei dem Einsatz der Schraubenspindelpumpe zum Pumpen von Multiphasengemischen jedoch eine wesentlich verlängerte Standzeit ermöglicht.

Das Pumpengehäuse kann außermittig in dem Druckgehäuse angeordnet sein, um einerseits die Separation und die Rückführung separierter Flüssigkeitsphase durch eine Kurzschlussleitung zur Saugseite der Schraubenspindeln zu erleichtern und um andererseits druckabhängige Verformungen des Druckgehäuses nicht oder so auf die Lagereinheit bzw. die Schraubenspindeln einwirken zu lassen, dass sie einer druckabhängigen Durchbiegung der Schraubenspirtdeln entgegengesetzte Winkeländerung der Lagereinheit erzeugen.

Ergänzend können in dem Druckgehäuse Zuganker zur Vorspannung des Druckgehäuses gegenüber der Schraubenspindellagerung angeordnet sein, so dass eine druckabhängige Winkeländerung der Lagereinheit alternativ oder in Ergänzung zu der geeigneten Positionierung des Pumpengehäuses in dem Druckgehäuse sowie der Wahl der Wandstärke und/oder dem Einsatz von Materialien eingestellt werden kann.

Zur weiteren Funktionsintegration in das Fördermodul ist es vorgesehen, dass in dem Pumpengehäuse der Saugraum ausgebildet ist, so dass dieser bezüglich der Dimensionierung und der strömungstechnischen Gestaltung optimal auf die Förderschrauben angepasst werden kann.

Um die Ausgestaltung des Druckgehäuses zu vereinfachen, ist es vorgesehen, dass das Pumpengehäuse einen Teil der Wandung des Druckraumes ausbildet, also dass der Einsatz des Pumpengehäuses einen Teil der Innenwandung des Druckraumes bildet. Dazu ist es erforderlich, dass das Pumpengehäuse abgedichtet an dem Druckgehäuse befestigt ist, wobei Durchleitungen oder Strömungskanäle für das geförderte Medium vorgesehen sind, durch die das geförderte Medium in den Druckraum geleitet wird.

Ebenfalls sind Anschlusseinrichtungen für Zuleitungen oder Ableitungen an dem Druckgehäuse ausgebildet, so dass das Druckgehäuse bei der Wartung der Pumpe nicht aus dem Leitungsnetz entfernt werden muss, wodurch sich ein beträchtlicher Montageaufwand vermeiden lässt und Dichtigkeitsprobleme durch das Ein- und Ausbauen kompletter Pumpen aus dem Leitungsnetz vermieden werden.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der einzigen Figur erläutert, in der eine Schraubenspindelpumpe in Querschnittsansicht dargestellt ist.

In der Figur ist eine einflutige Schraubenspindelpumpe mit zwei Schraubenspindeln 1, 2 gezeigt, die aus miteinander über Zahnräder gekoppelten Wellen 10, 20 und daran über Schrauben befestigte Rotoren 11, 12 bestehen. Die Wellen 10, 20 sind in einem Lagergehäuse 19 gelagert und bilden eine Lagereinheit 9, die gegenüber dem zu fördernden Medium abgedichtet ist. Die Rotoren 11, 12 sind in einem Pumpengehäuse 3 gelagert, wobei die Mantelinnenfläche 3a des Pumpengehäuses 3 die Rotoren 11, 12 umschließen, so dass durch die miteinander kämmenden Rotoren 11, 12 in Verbindung mit der Mantelfläche 3a Förderkammern 4 gebildet werden, in denen das zu fördernde Medium von einem Saugraum 5 in einen Druckraum 6 über Verbindungskanäle 16 gefördert wird. Sowohl zwischen den Rotoren 11, 12 als auch zwischen den Rotoren 11, 12 und der Mantelfläche 3a herrscht ein minimales Spiel, um die Leckrate der Pumpe möglichst gering zu halten.

Der Druckraum 6, vorliegend als ein Ringraum ausgebildet, wird von einem Druckgehäuse 7 gebildet, das den Druckraum 6 jeweils stirnseitig am Außenumfang abschließt. Der innere Abschluss des Druckraumes 6 wird über die Außenwandung des Pumpengehäuses 3 realisiert, da das Pumpengehäuse 3 das Druckgehäuse 7 und damit den Druckraum 6 durchragt. Das Pumpengehäuse 3 ist über Bolzen 40 an einer Trägerplatte 8 befestigt, an der ebenfalls über Bolzen 41 die Lagereinheit 9 befestigt ist. Die Trägerplatte 8 wiederum ist über Zuganker 42 mit dem Druckgehäuse 7 gekoppelt, so dass das Pumpengehäuse 3 über die Bolzen 40, die Trägerplatte 8 und die Zuganker 42 einseitig an dem Pumpengehäuse 7 befestigt ist. Das Pumpengehäuse 3 ist im Bereich der Bolzen 40 mit einem ringförmigen Flansch 37 versehen, der in eine korrespondierend ausgebildete Ausnehmung 27 des Pumpengehäuses 7 einführbar ist. Das der Trägerplatte 8 abgewandte Ende 30 des Pumpengehäuses 3 ist in einer Ausnehmung 17 des Pumpengehäuses 7 gelagert, dort jedoch nicht verschraubt, sondern nur über eine Dichtung 27 abgedichtet. Stirnseitig wird eine weitere Abdichtung über eine Stirnplatte 15 abgedichtet, die eine Durchgangsöffnung 25 zum Einleiten eines Fördermediums in den Saugraum 5 aufweist. Ebenfalls sind Gewinde 26 zur Aufnahme von Anschlussmitteln oder Zuleitungen in der Stirnplatte 15 vorgesehen.

Die einseitige Lagerung des Pumpengehäuses 3 an dem Druckgehäuse 7 hat den Vorteil, dass die modulartig aufgebaute Kombination aus dem Pumpengehäuse 3, der Lagereinheit 9 und den darin angeordneten Förderspindeln 1, 2 von Druckverformungen des Druckgehäuses 7 entkoppelt ist. Das Druckgehäuse 7 kann auf den jeweiligen Systemauslegungsdruck ausgelegt sein und prinzipiell beliebig groß ausgestaltet werden, wobei lediglich die Ausnehmungen 17, 27 und Anschlusseinrichtungen so ausgebildet sein müssen, dass die entsprechenden Fördereinheiten oder Fördermodule aus Pumpengehäuse 3 und Lagereinheit 9 montiert werden können. Durch das Einsetzen der Fördereinheit in das Druckgehäuse 7 wird die Pumpe fertiggestellt, wobei das in die Fördereinheit integrierte Pumpengehäuse 3 gleichzeitig den Saugraum 5 ausbildet und für die Trennung von Saugraum 5 zum Druckraum 6 sorgt.

An dem Druckgehäuse 7 sind weiterhin Flansche 14 für die Ableitungen vorgesehen, die fest installiert bleiben können.

In dem Druckraum 6 können Separationseinrichtungen für die Trennung von Gasphase und Flüssigkeitsphase bei der Förderung von Multiphasengemischen vorgesehen sein. Dies können Umlenkbleche oder Beruhigungszonen für die Erzeugung einer Strömungsgeschwindigkeit nahe Null sein, wobei an solchen Stellen bevorzugt eine Kurzschlussleitung 13 vorgesehen ist, die den Saugraum 5 mit dem Druckraum 6 verbindet. In der dargestellten Ausführungsform ist die Kurzschlussleitung 13 in dem Pumpengehäuse 3 ausgebildet und an der Unterseite angeordnet, so dass sich im unteren Teil des ringförmigen Druckraumes 6 befindliche Flüssigkeit, die bis zum Pumpengehäuse 3 angefüllt ist, in den Saugraum 5 angesogen und dort durch die Rotoren 11, 12 hindurch bewegt werden kann. Dadurch werden ein Wärmetransport, eine Abdichtung und eine Schmierung der Rotoren 11, 12 bewirkt. Die dargestellte Ausführungsform ist insbesondere geeignet, eine sichere Funktion der Pumpe auch bei sehr unterschiedlichen Bohrlochkopfdrücken zu gewährleisten, die von quasi atmosphärischen Drücken bis auf über 100 bar ansteigen können.

In der Einlassöffnung 25 oder davor können Pumpenschutzfilter integriert oder angeordnet sein, um ungewünschte Partikel zurückzuhalten und Beschädigungen der Rotoren 11, 12 zu vermeiden.