Zur Förderung von Fluiden und Gemischen von Fluiden mit Feststoffanteilen wie beispielsweise Mehrphasengemische aus Öl, Gas, Wasser und Sand, wie sie bei der Förderung von Erdöl und Erdgas auftreten, werden auch Kreiselpumpen eingesetzt. Eine derartige Pumpe umfasst eine mit Laufrädern bestückte Pumpenwelle, die in einem Gehäuse rotierbar angeordnet ist, sowie einen Entlastungskolben für den Axialschubausgleich, der so mit der Pumpenwelle verbunden ist, dass er bei Drehung der Pumpenwelle mitdreht.

Damit die Pumpenwelle und der Entlastungskolben frei im Gehäuse rotierbar sind und andererseits Druckausgleichsströmungen entlang der rotierbaren Teile begrenzt werden, sind zwischen dem Gehäuse und der Pumpenwelle beziehungsweise dem Entlastungskolben Drosselspalte ausgebildet. Weiter sind in der Pumpe Drosselspaltabdichtungen vorgesehen, um den Druck in den Drosselspalten entlang der Pumpenwelle beziehungsweise entlang des Entlastungskolbens abzubauen und auf diese Weise die mit den Druckausgleichsströmungen verbundenen Spaltverluste zu verringern.

Die im herkömmlichen Pumpenbau eingesetzten Ausführungsformen von Drosselspaltabdichtungen umfassen beispielsweise glatte Drosselspalte mit

kleiner Spaltweite, Drosselspalte mit Labyrinthen, Drosselspalte mit Radialdichtringen, mit Quenchdichtungen, Schwimmringdichtungen, unterschiedlichen Ausführungen von Gleitringdichtungen oder Packungen.

Die Drosselspaltabdichtungen aus dem Stand der Technik besitzen alle ihre spezifischen Nachteile, z. B. ist die Leckagemenge des glatten Drosselspaltes relativ gross, das Spiel zwischen Gehäuse und rotierbaren Teilen kritisch und die vergleichsweise lange Bauweise des glatten Drosselspaltes störend.

Nachteilig an den Gleitringdichtungen ist, dass sie aufwendig aufgebaut sind und empfindlich auf Temperatur-und Drehzahländerungen reagieren. Bei Pumpen für Mehrphasengemische, insbesondere Mehrphasengemische mit Feststoffanteilen, kommt erschwerend hinzu, dass die abrasive Wirkung der Feststoffe einen merklichen Einfluss auf die Wartungshäufigkeit und Lebensdauer der Drosselspaltabdichtungen hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Pumpe zur Förderung von Fluiden und/oder Gemischen von Fluiden mit Feststoffanteilen zur Verfügung zu stellen, welche die Nachteile aus dem Stand der Technik vermeidet, und welche insbesondere mit relativ einfach, robust und kompakt aufgebauten Drosselspaltabdichtungen ausgestattet ist, die für kleine Leckagemengen ausgelegt werden können und wenig empfindlich gegenüber Fertigungstoleranzen und Temperatur-und Drehzahländerungen sind und einen vergleichsweise geringen Wartungsaufwand aufweisen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im unabhängigen Anspruch 1 definierte Pumpe gelöst.

Die erfindungsgemässe Pumpe zur Förderung von Fluiden und/oder Gemischen von Fluiden mit Feststoffanteilen umfasst ein Gehäuse und mindestens eine Drosselspaltabdichtung, welche im Gehäuse vorgesehen ist, um den Druck in einem Drosselspalt entlang einem rotierbaren Teil der Pumpe abzubauen, wobei die Drosselspaltabdichtung als Bürstendichtungsanordnung ausgeführt ist. Die Bürstendichtungsanordnung enthält eine oder mehrere einzelne Bürstendichtungen, die als Dichtungselemente eine Vielzahl von dicht angeordneten Fasern, Borsten und/oder Drähten umfassen, welche ringförmig verteilt und befestigt sind und

mit ihren freien Enden zur abzudichtenden Oberfläche, insbesondere zur Oberfläche des rotierbaren Teiles, weisen.

Vorzugsweise ist die Drosselspaltabdichtung starr im Gehäuse der Pumpe angeordnet.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Drosselspaltabdichtung im Bereich eines rotierbaren Entlastungskolbens für den Axialschubausgleich angeordnet, um den Druck in einem Drosselspalt entlang des Entlastungskolbens abzubauen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Drosselspaltabdichtung als dynamische Wellendichtung ausgebildet ist, um eine rotierbare Welle gegenüber dem Gehäuse abzudichten.

Vorzugsweise sind die Fasern, Borsten und/oder Drähte der Bürstendichtung flexibel und/oder flexibel befestigt und zweckmässigerweise in einem spitzen Winkel zur Oberfläche des rotierbaren Teiles angeordnet, wobei die Spitze des Winkels in Laufrichtung des rotierbaren Teiles zeigt. Vorzugsweise ist die Länge der Fasern, Borsten und/oder Drähte der Bürstendichtung so vorbestimmt, dass sie durch den rotierbaren Teil, beispielsweise eine Welle, Wellenschutzhülse oder einen Entlastungskolben, auf eine passende Länge einschleifbar sind.

Vorzugsweise ist die Welle im Bereich der Drosselspaltabdichtung mit einer Wellenschutzhülse versehen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Bürstendichtungsanordnung einen Abschnitt, der von einem Sperr-und/oder Spülfluid durchströmt ist, welches bedarfsweise eine tiefere Temperatur aufweist als die geförderten Fluide und/oder Gemische von Fluiden mit Feststoffanteilen, um eine Kühlwirkung zu erzielen. Vorzugsweise sind mehrere Bürstendichtungen der Bürstendichtungsanordnung als Packung nebeneinander angeordnet.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Pumpe zur Förderung von Mehrphasengemischen ausgelegt. Vorzugsweise ist die Pumpe für Fluid-

und Gemischtemperaturen von 5 bis 150°C und für Drücke von 3 bis 240 bar einsetzbar.

Die erfindungsgemässe Pumpe hat den Vorteil, dass die Länge der Pumpe und insbesondere des Entlastungskolbens für den Axialschubausgleich verkürzt werden kann, das Spiel zwischen Entlastungskolben und Gehäuse weniger kritisch ist und die Leckagemengen im Bereich des Entlastungskolbens reduziert werden können. Weiter ist die erfindungsgemässen Pumpe relativ wenig empfindlich gegenüber Temperatur-und Drehzahländerungen und Schwingungen und erlaubt einen einfachen und robusten Aufbau der dynamischen Wellendichtungen.

Vorteilhaft ist auch der vergleichsweise geringe Wartungsaufwand für die Drosselspaltabdichtungen.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen gehen aus den abhängigen Ansprüchen und der Zeichnung hervor.

Im Folgenden wird die Erfindung an Hand des Ausführungsbeispiels und an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Pumpe gemäss Ausführungsbeispiel zur vorliegenden Erfindung ; Fig. 2 einen vergrösserten Ausschnitt aus dem in Fig. 1 gezeigten Längsschnitt ; Fig. 3 einen Längsschnitt einer Ausführungsvariante einer Drosselspaltabdichtung zur Verwendung im Ausführungsbeispiel ; Fig. 4 einen Querschnitt durch die in Fig. 3 gezeigte Drosselspaltabdichtung ; und Fig. 5 einen Schnitt durch eine Bürstendichtung (Detailansicht).

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Pumpe gemäss Ausführungsbeispiel zur vorliegenden Erfindung. In Fig. 1 bezeichnet die

Bezugsnummer 1 ein Gehäuse, die Bezugsnummer 2 eine Welle, welche drehbar im Gehäuse 1 angeordnet ist und die Bezugsnummer 10 einen Entlastungskolben für den Axialschubausgleich, der so mit der Welle 2 verbunden ist, dass er bei Drehung der Welle mitdreht. Die Welle 2 ist mit Laufrädern 3 bestückt. Da Druckausgleichsströmungen entlang der Welle und entlang des Entlastungskolbens die Pumpleistung reduzieren und abhängig vom Fördermedium die Umwelt belasten, sind zwischen Gehäuse und Welle beziehungsweise zwischen Gehäuse und Entlastungskolben Drosselspalte vorgesehen, um die Strömungsverluste entlang der Welle und entlang des Entlastungskolbens zu begrenzen. Weiter sind in den genannten Bereichen Drosselspaltabdichtungen vorgesehen, um den Druck in den Drosselspalten entlang der Pumpenwelle beziehungsweise entlang des Entlastungskolbens abzubauen und auf diese Weise die mit den Druckausgleichsströmungen verbundenen Spaltverluste zu verringern. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die Pumpe drei solcher Drosselspaltabdichtungen, die als Bürstendichtungsanordnungen 8.1-8. 3 ausgeführt sind.

Die Pumpe gemäss dem Ausführungsbeispiel ist für Fluid-und Gemischtemperaturen von 5°C-120°C, 5°C-150°C oder 5°C-200°C und für Drücke von 5-160 bar, 3-240 bar oder 3-320 bar ausgelegt.

Fig. 2 zeigt einen vergrösserten Ausschnitt aus dem in Fig. 1 gezeigten Längsschnitt durch die Pumpe gemäss Ausführungsbeispiel. In der linken Hälfte von Fig. 2 ist der Entlastungskolben 10 dargestellt, der mit der Welle 2 verbunden ist. Der zugehörige Drosselspalt entlang des Entlastungskolbens 10 ist in Fig. 2 nicht speziell hervorgehoben, da die verwendeten Spaltweiten klein sind gegenüber den Pumpenabmessungen. Die Drosselspaltabdichtung 8.3 im Bereich des Entlastungskolbens ist als Bürstendichtungsanordnung ausgeführt, welche eine oder mehrere einzelne Bürstendichtungen enthält.

Die einzelnen Bürstendichtungen sind starr in einem Zwischenteil angeordnet, das seinerseits starr mit dem Gehäuse 1 verbunden ist. Das Zwischenteil ist gegenüber dem Gehäuse 1 abgedichtet, was in Fig. 2 jedoch nicht speziell hervorgehoben ist. In der rechten Hälfte von Fig. 2 ist eine zweite Drosselspaltabdichtung 8.2, dargestellt, die als dynamische Wellendichtung ausgebildet ist, und die Welle 2 gegenüber dem Gehäuse 1 abdichtet. Auch

die zweite Drosselspaltabdichtung 8.2 ist als Bürstendichtungsanordnung ausgeführt, welche eine oder mehrere einzelne Bürstendichtungen enthält, die starr mit dem Gehäuse 1 verbunden sind. Zum Schutz der Welle 2 ist im Bereich der zweiten Drosselspaltabdichtung eine Wellenschutzhülse 9 vorgesehen, die auf die Welle aufgezogen ist. Zur thermischen Isolation kann zwischen der Wellenschutzhülse 9 und der Welle 2 ein Luftspalt vorgesehen sein.

Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt einer Ausführungsvariante einer Drosselspaltabdichtung zur Verwendung im Ausführungsbeispiel. In Fig. 3 werden zur Bezeichnung der einzelnen Pumpenteile die selben Bezugszeichen verwendet wie in Fig. 1 und 2. Dabei bezeichnet die Bezugsnummer 1 ein Gehäuse und die Bezugsnummer 2 eine Welle, welche drehbar im Gehäuse 1 angeordnet ist. Die hierfür notwendigen Lager sind in Fig. 3 nicht dargestellt. Zwischen der Welle 2 und dem Gehäuse 1 ist eine Drosselspaltabdichtung angeordnet, die als dynamische Wellendichtung ausgebildet ist, und die Welle gegenüber dem Gehäuse abdichtet, wobei die dynamische Wellendichtung als Bürstendichtungsanordnung 8 ausgeführt ist, welche mehrere einzelne Bürstendichtungen 8'enthält. Eine Detailansicht von einem Schnitt durch eine einzelne Bürstendichtung 8'ist in Fig. 5 wiedergegeben. Die Bürstendichtung 8'umfasst als Dichtungselemente eine Vielzahl von dicht angeordneten Fasern, Borsten und/oder Drähten 8a, welche ringförmig verteilt und befestigt sind und mit ihren freien Enden zur abzudichtenden Oberfläche weisen. Zusätzlich zu den einzelnen Bürstendichtungen 8'umfasst die Bürstendichtungsanordnung 8 in der vorliegenden Ausführungsvariante eine Quenchdichtung, d. h. einen Dichtungsabschnitt 6, der von einer Sperr-oder Spülflüssigkeit durchströmt wird. Zu diesem Zweck ist die Bürstendichtungsanordnung 8 mit einer Zuleitung 6a und einer Ableitung 6b für die Sperr-und/oder Spülflüssigkeit ausgerüstet. Bei Bedarf kann die Sperr-und/oder Spülflüssigkeit eine tiefere Temperatur aufweisen als die geförderten Fluide oder Gemische, um eine Kühlwirkung zu erzielen. Vorteilhafterweise sind mehrere ringförmige Bürstendichtungen 8'der Bürstendichtungsanordnung 8 als Packung nebeneinander angeordnet. Zweckmässigerweise ist die Welle 2 im Bereich der Bürstendichtungsanordnung 8 mit einer Wellenschutzhülse 9 versehen.

Zur thermischen Isolation kann zwischen der Wellenschutzhülse 9 und der Welle 2 ein Isolationsspalt vorgesehen sein.

Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch die in Fig. 3 gezeigte Ausführungsvariante einer Drosselspaltabdichtung, wobei die Schnittebene in eine der Bürstendichtungen 8'gelegt wurde. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, ist auf der Welle 2 eine Wellenschutzhülse 9 vorgesehen. Die Bürstendichtung 8', welche im Gehäuse 1 eingelassen ist, umschliesst die Wellenschutzhülse 9 derart, dass die Welle 2 in axialer Richtung abgedichtet ist. Zu diesem Zweck umfasst die Bürstendichtung 8'eine Vielzahl von dicht angeordneten Fasern, Borsten und/oder Drähten, welche ringförmig verteilt und befestigt sind und mit ihren freien Enden zur abzudichtenden Oberfläche weisen, d. h. in der vorliegenden Ausführungsvariante zur Oberfläche der Wellenschutzhülse 9.

Der Schnitt in Fig. 4 ist so gelegt, dass die Fasern, Borsten und/oder Drähte der Bürstendichtung 8'sichtbar sind. Zweckmässigerweise sind die Fasern, Borsten und/oder Drähte der Bürstendichtung flexibel und/oder flexibel befestigt und in einem spitzen Winkel zur abzudichtenden Oberfläche angeordnet, wobei die Spitze des Winkels in Laufrichtung 12 der Welle 2 zeigt. Vorteilhafterweise wird die Länge der Fasern, Borsten und/oder Drähte so gewählt, dass sie durch die rotierende Wellenschutzhülse 9 auf die passende Länge eingeschliffen werden.