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DE102008036528A1 - Verfahren zum Betrieb einer mehrpulsigen Kolbenpumpe, mehrpulsige Kolbenpumpe sowie Herstellung einer solchen - Google Patents

Verfahren zum Betrieb einer mehrpulsigen Kolbenpumpe, mehrpulsige Kolbenpumpe sowie Herstellung einer solchen Download PDF

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Publication number
DE102008036528A1
DE102008036528A1 DE102008036528A DE102008036528A DE102008036528A1 DE 102008036528 A1 DE102008036528 A1 DE 102008036528A1 DE 102008036528 A DE102008036528 A DE 102008036528A DE 102008036528 A DE102008036528 A DE 102008036528A DE 102008036528 A1 DE102008036528 A1 DE 102008036528A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
linear motors
piston
piston pump
mass flow
control unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102008036528A
Other languages
English (en)
Inventor
Dieter Bosse
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bentec Drilling and Oilfield Systems GmbH
Original Assignee
Bentec Drilling and Oilfield Systems GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bentec Drilling and Oilfield Systems GmbH filed Critical Bentec Drilling and Oilfield Systems GmbH
Priority to DE102008036528A priority Critical patent/DE102008036528A1/de
Priority to PCT/EP2009/058046 priority patent/WO2010015460A1/de
Publication of DE102008036528A1 publication Critical patent/DE102008036528A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B11/00Equalisation of pulses, e.g. by use of air vessels; Counteracting cavitation
    • F04B11/005Equalisation of pulses, e.g. by use of air vessels; Counteracting cavitation using two or more pumping pistons
    • F04B11/0058Equalisation of pulses, e.g. by use of air vessels; Counteracting cavitation using two or more pumping pistons with piston speed control
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B17/00Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors
    • F04B17/03Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors driven by electric motors
    • F04B17/04Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors driven by electric motors using solenoids
    • F04B17/042Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors driven by electric motors using solenoids the solenoid motor being separated from the fluid flow
    • F04B17/044Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors driven by electric motors using solenoids the solenoid motor being separated from the fluid flow using solenoids directly actuating the piston

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betrieb einer mehrpulsigen Kolbenpumpe (10), insbesondere Spülpumpe zum Einsatz beim Spülen von Tiefbohrlöchern (12), mit zumindest zwei in jeweils einem Zylinder (22) geführten Kolben (24) und einem auf die Kolben (24) wirkenden Antrieb zur Förderung eines flüssigen Mediums, sowie eine nach dem Verfahren betreibbare oder arbeitende Kolbenpumpe (10) angegeben, bei dem bzw. bei der zumindest zwei Linearmotore (20) als Antrieb fungieren und jeder Linearmotor (20) auf zumindest einen Kolben (24) wirkt und die Linearmotore (20) zur Pulsationskontrolle mittels einer Steuereinheit (42) koordiniert werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer mehrpulsigen Kolbenpumpe, insbesondere einer Spülpumpe zum Einsatz beim Spülen von Tiefbohrlöchern, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine mehrpulsige Kolbenpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen mehrpulsigen Kolbenpumpe.
  • Kolbenpumpen sind allgemein bekannt und sind, ebenso wie Verdichter, Fluidarbeitsmaschinen. Während jedoch Verdichter (Kompressoren) zur Verdichtung von Gasen dienen, werden insbesondere flüssige Medien mit solchen Pumpen gefördert. Die WO 2008/074428 beschreibt einen Verdichter bei welchem ein Linearmotor einen Verdichtungskolben antreibt.
  • Kolbenpumpen werden unter anderem als Spülpumpen eingesetzt. Sie dienen dann zum Einbringen eines als Spülflüssigkeit fungierenden flüssigen Mediums in einen Bohrstrang und/oder ein Bohrloch. Das Spülen dient dem Entfernen von losem oder gelöstem Material, wie Abraum oder Bohrklein, dem Kühlen und/oder Schmieren eines bei der Bohrung eingesetzten Bohrwerkzeuges oder auch dem Antrieb eines solchen Bohrwerkzeugs. Zudem kann durch ein Einpressen der Spülflüssigkeit in das Bohrloch ein Druckausgleich zum das Bohrloch umgebenden Gestein oder anderem Grundmaterial, insbesondere darin enthaltenen Gasen und Flüssigkeiten, erreicht werden. Mittels der Kolbenpumpe wird dabei insbe sondere bei geringen Bohrlochtiefen ein höherer Massenstrom bei geringerem Druck und bei tieferen Bohrlochtiefen ein geringerer Massenstrom bei höherem Druck erzeugt. Von solchen Kolbenpumpen erzeugte Massenströme können im Bereich von über 3.000 L/min liegen, bei einem Druck von mehr als 500 bar.
  • Die im Stand der Technik bekannten Kolbenpumpen erzeugen Druck und einen Massenstrom mittels Bewegung eines Kolbens in einem zugehörigen Zylinder; ein Zurückziehen des Kolbens im zugehörigen Zylinder resultiert in einer Vergrößerung eines Arbeitsraumvolumens, was ein Einströmen des flüssigen Mediums ermöglicht. Bei einer entgegengesetzten Bewegung des Kolbens wird das Arbeitsraumvolumen verkleinert und somit das Medium ausgestoßen. Zum Antrieb des Kolbens wird bei bekannten Kolbenpumpen eine Rotationsbewegung einer Antriebswelle, beispielsweise mittels Pleuel und Kreuzkopf, in eine translatorische, oszillierende Kolbenbewegung umgesetzt. Zur rotatorischen Bewegung der Antriebswelle um ihre Längsachse wird z. B. ein mit der Antriebswelle gekoppelter Elektromotor verwendet. Die Kopplung erfolgt dabei normalerweise mittels eines Getriebes.
  • Solche Getriebe, wie auch die zur Umsetzung der rotatorischen Bewegung in die translatorische, oszillierende Kolbenbewegung nötigen Bauteile, z. B. Pleuel, Kreuzkopf usw., sind raumfordernd und/oder schwer und resultieren in einer großen Bauform der Pumpe und/oder tragen nicht unerheblich zu einem Gewicht der Pumpe bei. Aufgrund der Vielzahl verbauter beweglicher Teile, welche naturgemäß auch bei ausreichender Schmierung einem Verschleiß unterliegen, entstehen zusätzliche Kosten bei der Herstellung der Teile und/oder der Pumpe, bei deren Wartung, Reparatur oder dergleichen. Zudem sind sowohl Herstellung, Wartung, Reparatur usw. zeitaufwendig und arbeitsintensiv. Des Weiteren bedingen in Kontakt miteinander stehende, bewegte Teile Reibungsverluste, welche sich nachteilig auf den Gesamtwirkungsgrad auswirken.
  • Bekannte Kolbenpumpen bewegen zudem das flüssige Medium üblicherweise mit ungleichmäßigem Druck und einem ungleichmäßigen Massenstrom. Der dadurch hervorgerufene Effekt wird als Pulsation bezeichnet. So können beispielsweise bei einer Umkehr einer Bewegungsrichtung des Kolbens im Zylinder diese Pulsationen erheblich sein. Teilweise können solche Pulsationen bei heutigen Spülpumpen mittels drei Kolben-Zylinderanordnungen, welche um jeweils 1/3 Phase versetzt arbeiten, verringert werden, und häufig werden zur weiteren Reduktion zusätzliche externe Druckausgleicher, sogenannte Pulsationsdämpfer, eingesetzt. Auch bei einer solchen Kombination ist eine Restpulsation jedoch nicht unerheblich und resultiert in einer Erhöhung von Betriebsgeräuschen, belastet das Material, wie z. B. Kolben, Zylinder, Rohrleitungen, und dergleichen.
  • Insbesondere für spezielle Applikationen, wie beispielsweise das sogenannte „measuring while drilling” (MWD), bei welchem das zu bohrende Material zur Analyse mit kontrollierten Testpulsen beaufschlagt wird, sind starke Pulsationen durch die Kolbenpumpe unerwünscht, da diese die MWD-Messungen stören und damit gewonnene Messergebnisse verfälschen oder sogar unbrauchbar machen können. Für akkurate und zuverlässige Ergebnisse müssen somit die Pulsationen der Pumpe mittels aufwendiger Rechenoperationen aus den Messwerten herausgefiltert oder von diesen abgezogen werden, was unter anderem in einem erhöhten Kosten- und Arbeitsaufwand resultiert.
  • Auch eine Verwendung von Kolbenpumpen mit mehr als drei Kolben-Zylinderanordnungen, beispielsweise sogenannten Quadruplex- oder Quintuplex-Pumpen, erreichen keine vollständig zufriedenstellende Reduktion der Pulsation und erfordern somit ebenso eine aufwendige Optimierung des MWD Verfahrens.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein besonders geeignetes Verfahren zum Betrieb einer Kolbenpumpe sowie eine nach dem Verfahren betreibbare oder arbeitende Kolbenpumpe anzugeben, welches bzw. welche die o. g. Nachteile vermeidet oder zumindest reduziert. Bevorzugt soll dabei die Pulsationskontrolle die Aussagekraft von MWD-Messungen erhöhen oder den Aufwand bei der Nachbearbeitung von MWD-Messungen zum Herausfiltern von durch Pulsation bedingten Effekten verringern.
  • Bezüglich des Verfahrens zum Betrieb einer mehrpulsigen Kolbenpumpe wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Dabei ist zum Betrieb einer insbesondere als Spülpumpe zum Einsatz beim Spülen von Tiefbohrlöchern bestimmten mehrpulsigen Kolbenpumpe mit zumindest zwei in jeweils einem Zylinder geführten Kolben und einem auf die Kolben wirkenden Antrieb zur Förderung eines flüssigen Mediums, vorgesehen, dass zumindest zwei Linearmotore als Antrieb fungieren und jeder Linearmotor auf zumindest einen Kolben wirkt und dass die Linearmotore zur Pulsationskontrolle mittels einer Steuereinheit koordiniert werden. Bevorzugt sind die Linearmotore dabei getriebelos mit jeweils einem oder zwei Kolben gekoppelt.
  • Bezüglich der korrespondierenden Vorrichtung wird die Aufgabe mit einer mehrpulsigen Kolbenpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Dazu weist eine Kolbenpumpe der oben beschriebenen Art zumindest zwei, als Antrieb fungierende Linearmotore, von denen jeder auf zumin dest einen Kolben wirkt, und eine Steuereinheit zur Koordination der Linearmotore zur Pulsationskontrolle auf.
  • Der Vorteil der Erfindung besteht zum Einen in dem mit der Verwendung von Linearmotoren als Antrieb möglichen Wegfall einer gemeinsamen Antriebsachse, eines für deren Antrieb notwendigen Getriebes, einer Reduktion beweglicher Teile und damit einhergehend eine Reduktion von Reibungsverlusten und eine Erhöhung des Wirkungsgrades. Dies ermöglicht insgesamt eine Teilereduktion, eine leichtere und kompaktere Ausführung und damit insgesamt eine Kostenreduktion im Hinblick auf Anschaffung, Wartung, Betrieb, Transport, usw. Indem die translatorische Bewegung der Linearmotoren direkt in die translatorische Bewegung des oder der Kolben umgesetzt wird, bedarf es keiner Umwandlung einer rotatorischen Bewegung, z. B. einer Motorachse oder einer Pumpenwelle, in die translatorische Kolbenbewegung, z. B. mittels eines Getriebes, mittels Pleueln, Kreuzköpfen und dergleichen. Hierdurch wird ein sonst mit einer solchen Umwandlung verbundener Energieverlust verringert und der Aufbau der Pumpe vereinfacht. Aufgrund der verringerten Anzahl beweglicher Teile reduziert sich zudem ein Verschleiß, ein Arbeitsaufwand bei Herstellung, Wartung und Reparatur sowie ein Verbrauch von Schmiermitteln und/oder dergleichen. Zum Anderen eröffnet das veränderte Antriebskonzept bei in etwa gleichbleibendem Raumbedarf eine Möglichkeit zur Verringerung der Pulsation bereits durch Erhöhung der verwendeten Zylinder und der dazu angetriebenen Kolben. Jeder Linearmotor kann mit mindestens einem, insbesondere zwei bewegten Kolben und dem oder den zugehörigen Zylindern zu einem Modul zusammengefasst sein und die Anzahl der Module in einer Kolbenpumpe ist nur durch den zur Verfügung stehenden Bauraum begrenzt. Selbst wenn im ungünstigsten Fall bei einem Vergleich mit bisherigen, zum Einsatz als Spülpumpe vorgesehenen Kolbenpumpen davon ausgegangen wird, dass eine Kolbenpumpe mit drei jeweils Linearmotore umfassenden, nebeneinander angeordneten Modulen im Wesentlichen eine gleiche Stellfläche belegt wie eine dreipulsige Kolbenpumpe herkömmlicher Bauart, kann eine Kolbenpumpe mit Linearmotoren ohne Weiteres in einer weiteren Ebene, also quasi in vertikaler Richtung um zusätzliche Module ergänzt werden. Der Stellflächenbedarf erhöht sich dadurch nicht. Die Pulsation eines von der Kolbenpumpe erzeugten Massenstroms sinkt proportional mit der Anzahl der Module.
  • Indem die Kolbenpumpe eine Steuereinheit zur Koordination der Linearmotore zur Pulsationskontrolle aufweist, ist in einer einfachsten Ausführung zumindest ein Gleichlauf der Linearmotore gewährleistbar, so dass bei ansonsten idealen Bedingungen, also ohne externe Störeinflüsse, die Pulsation eines von der Kolbenpumpe abgegebenen Massenstroms minimiert ist. Dies trägt zur Materialschonung bei und senkt insoweit Kosten und Arbeitsaufwand. Zudem wird eine Eignung der Kolbenpumpe zur Verwendung mit pulsationssensiblen Verfahren wie dem MWD verbessert.
  • Die mehrpulsige Kolbenpumpe ist insbesondere als 2n-pulsig ausgebildet, beispielsweise sechs-, zwölf- oder 24-pulsig, wobei „n” eine Anzahl Module mit jeweils einem Linearmotor bezeichnet und sich „2n” aus der Tatsache ergibt, dass jedes Module zwei Kolben und Zylinder umfasst, so dass sich durch versetztes Ansaugen und Ausstoßen des Mediums für einen Bewegungszyklus des Linearmotors zwei Massenstrompulse ergeben.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmalskombinationen der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Des Weiteren ist im Hinblick auf eine Auslegung der Ansprüche bei einer näheren Konkretisierung eines Merkmals in einem nachgeordneten Anspruch davon auszugehen, dass eine derartige Beschränkung in den jeweils vorangehenden Ansprüchen nicht vorhanden ist.
  • Bevorzugt ist vorgesehen, dass zur Pulsationskontrolle mittels der Koordination der Linearmotore eine auf eine relative Position des beweglichen Teils der Linearmotoren, also des so genannten Läufers, zueinander bezogene Phasenlage beeinflusst wird. Die relative Position des beweglichen Teils der Linearmotoren, wird hier und im Folgenden kurz als relative Position der Linearmotoren bezeichnet, deren Einbaulage sich durch eine Ansteuerung selbstverständlich nicht ändert. Der Vorteil dieser Ausführungsform der Erfindung lässt sich vergleichsweise einfach anhand einer trivialen, gleichwohl für die Praxis im Einzelfall hochrelevanten Situation erläutern. Wenn eine Kolbenpumpe der dem Ansatz gemäß der Erfindung zugrunde liegenden Art vier zweipulsige Module aufweist, ist für eine minimale Pulsation ein Phasenversatz der Bewegungsablaufe der einzelnen Linearmotoren von 45° erforderlich. Es ergibt sich dann eine verbleibende Pulsation in der Größenordnung von unter 3% (wird weiter unten erläutert). Wenn eines der Module ausfällt, ergibt sich unmittelbar ein von der jetzt mit nur noch drei zweipulsigen Modulen betriebenen Kolbenpumpe ausgegebener Gesamtmassenstrom mit einer Pulsation von über 26%. Dies kann Materialbeanspruchungen nach sich ziehen, die eine sofortige Abschaltung der Kolbenpumpe erfordern. Beim Einsatz als Spülpumpe beim Tiefbohrbetrieb erfordert die Abschaltung der Spülpumpe normalerweise das Einstellen des Bohrbetriebs. Durch Anpassung der Phasenlage kann allerdings auch mit nur drei Modulen die Pulsation auf unter 5% zurückgeführt werden. Die dazu erforderliche Phasenlage beträgt für eine minimale Pulsation 60°. Der von dem ausgefallenen Modul bisher beigetragene Massenstrom kann sogar durch Erhöhung der Geschwindigkeit der oszillierenden Bewegung der Linearmotore in den verbleibenden Modulen kompensiert werden. Insgesamt kann also sowohl die Kolbenpumpe in Betrieb bleiben als auch der Tiefbohrbetrieb fortgesetzt werden. Das defekte Modul, das mit seiner Austrittsleitung über Riegelelemente, wie Ventile oder dergleichen, an eine Spülflüssigkeitsleitung gekoppelt ist, kann nach Betätigung der Riegelelemente separat gewartet und ggf. repariert werden. Sobald das Modul wieder in Betrieb geht, kann wieder auf die ursprüngliche Phasenlage zurückgegangen und ggf. die Geschwindigkeit der während der Wartung weiter betriebenen Linearmotore reduziert werden.
  • Für eine derartige Möglichkeit des Betriebs der Kolbenpumpe wird der Steuereinheit zur Koordination der Linearmotoren eine auf die Vielzahl der Linearmotore abgestellte Anzahl von Positionssignalen zugeführt, die im Betrieb jeweils eine Information hinsichtlich der Position des jeweiligen Linearmotors kodieren. Solche Positionssignale können an dem jeweiligen Linearmotor durch Positionssensoren oder dergleichen aufgenommen werden oder indem eine Lage des als Läufers fungierenden Teils des Linearmotors relativ zu dessen als Stator fungierendem Motorbett ermittelt wird. Eine weitere Möglichkeit besteht, indem ein Ansteuersignal zur Positionierung des Linearmotors herangezogen wird. Dann ist eine geberlose Lageermittlung möglich. Für die Ermittlung einer vorgesehenen Phasenlage wird der Steuereinheit von jedem Modul ein dessen Betriebsbereitschaft anzeigendes Signal übermittelt. Anhand der Anzahl solcher Signale kann die Steuereinheit die zumindest anfangs erforderliche Phasenlage bestimmen. Bei z. B. vier jeweils zweipulsigen Modulen ergibt sich ein durch Multiplikation von vier und zwei ein Parameter, der in Bezug auf einen vollständigen Bewegungszyklus von 360° zu einem Phasenlage von 45°(360°/8) zwischen jeweils zwei Modulen führt. Ein solches Betriebssignal kann auch direkt aus dem Positionssignal abgeleitet werden, z. B. derart, dass nur sinnvolle oder nur sich stetig ändernde Positionsinformation als Betriebsbereitschaft ausgewertet werden.
  • Abgesehen davon, dass es bei einer Bewegung eines Linearmotors zu Problemen kommen kann, kann auch ein von einem Modul mittels der möglicherweise ungestörten Bewegung des davon umfassten Linearmotors erzeugte Massenstrom variieren und insofern zu ungewünschten Pulsationen führen. In dieser Hinsicht ist vorgesehen, dass eine mit einer Bewegung eines Linearmotors einhergehende Bewegung des mindestens einen zugeordneten Kolbens einen messbaren Druck oder Massenstrom in einer dem Zylinder in Förderrichtung des Mediums nachgeordneten Leitung hervorruft und mittels der Koordination der Linearmotore eine Phasenlage der Massenströme beeinflusst wird. Auch der Vorteil dieser Ausführungsform der Erfindung lässt sich anhand des bereits verwendeten Szenarios erläutern. Diesmal wird angenommen, dass sämtliche Module, was den Betrieb der Linearmotore usw. angeht, ordnungsgemäß laufen, dennoch von einem der Modul kein oder ein äußerst geringer Massenstrom erzeugt wird. Insoweit entspricht das Szenario wieder einer Situation mit einem ausgefallenen Modul. Dass der von einem solchen Modul erwartete Massenstrom durch Anpassung der Phasenlage kompensiert werden kann, ist bereits erläutert worden. Gleiches gilt, wenn der tatsächliche Massenstrom nur einem Teil des erwarteten Massenstroms entspricht. Eine solche Situation kann nur erkannt werden, wenn der von jedem Modul gelieferte Massenstrom oder ein damit korrelierter Druck erfasst und der Steuereinheit zur Verarbeitung zugeführt wird. Anhand der Messwerte nimmt die Steuereinheit dann eine Koordination der Linearmotore zur Beeinflussung der Phasenlage der Massenströme und damit insgesamt zur Pulsationskontrolle vor.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine zusätzliche Regelung eines von der Kolbenpumpe abzugebenden Gesamtmassenstroms der Koordination der Linearmotore unter- oder überlagert ist. Dazu wird in an sich bekannter Art und Weise ein den gewünschten Gesamtmassenstrom kodierender Sollwert vorgegeben, der durch die Regelung mit einem Momentwert des Gesamtmassenstroms verglichen wird, der z. B. durch Summierung aller bei jedem einzelnen Modul aufgenommen Messwerte der von diesen erzeugten Massenströme erhältlich ist. Für evtl. Korrekturen bietet sich eine Beeinflussung der Bewegungsgeschwindigkeit der Linearmotoren, ein Pumpen-Vordruck, usw. an.
  • Bevorzugt beträgt eine Restpulsation, also eine nach der Koordination verbleibende Pulsation von Massenstrom und/oder Druck, 10% oder weniger, insbesondere im Wesentlichen 0,8% bis 3%. Dies ist besonders materialschonend und resultiert somit in einer Kostenreduktion. Zudem ist hierdurch eine besondere Eignung für das MWD Verfahren gegeben, da sich Störungen stark reduzieren.
  • Der Linearmotor kann eine Leistung in einem Bereich von 100 kW bis 5.000 kW haben, insbesondere mehr als 200 kW. Besonders bevorzugt hat der Linearmotor eine Leistung zwischen 440 kW bis 3.000 kW. Bei zwei oder mehr Linearmotoren haben diese bevorzugt sämtlich dieselbe Leistung. Allerdings ist nach dem Ansatz gemäß der Erfindung auch eine Koordination von Linearmotoren von denen mindestens einer eine abweichende Leistung hat, möglich. Für den oder jeden Motor mit der abweichenden Leistung kann sich zur Pulsationskontrolle z. B. die Notwendigkeit zum Betrieb mit einer erhöhten oder verringerten Geschwindigkeit ergeben. So kann z. B. bei einer Kolbenpumpe mit drei Modulen bei denen die davon umfassten Linearmotore alle mit der gleichen Geschwindigkeit betrieben werden, eine verbleibende Pulsation dadurch verringert werden, dass ein Modul mit einem Linearmotor hinzugeführt wird, der mit der dreifachen Geschwindigkeit der Grundgeschwindigkeit der drei Module und einer geeigneten Verschiebung zu Phasenlage der davon umfassten Linearmotoren, so dass sich die (niedrige) Pulse des schneller laufenden Moduls genau dann ergeben, wenn der durch die drei Module erzeugte Massenfluss ein lokales Minimum annimmt.
  • Bevorzugt ist dem oder jedem Linearmotor zu dessen Kühlung ein Wärmetauscher zugeordnet. Der Wärmetauscher ist zur Wärmeübertragung zwischen dem Linearmotor und dem durch die Kolbenpumpe geförderten Medium, insbesondere der Spülflüssigkeit, vorgesehen. Hierdurch ist eine einfache und bequeme Kühlung des Linearmotors gewährleistet. Beispielsweise kann der Wärmetauscher auf, unter, neben oder um den Linearmotor herum angeordnet sein und mit diesem in Kontakt stehen, um eine effiziente Wärmeübertragung zu gewährleisten.
  • Für eine Herstellung der beschriebenen mehrpulsigen Kolbenpumpe ist vorgesehen, dass die zumindest zwei Linearmotore mit jeweils zumindest einem Kolben gekoppelt werden und eine Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung zur Koordination der zumindest zwei Linearmotore mit zumindest einem Sensor und den Linearmotoren datentechnisch verbunden wird.
  • Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Einander entsprechende Gegenstände oder Elemente sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Das oder jedes Ausführungsbeispiel ist nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden Offenba rung zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten, Elemente und Kombinationen, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den im allgemeinen oder speziellen Beschreibungsteil beschriebenen sowie in den Ansprüchen und/oder der Zeichnung enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfahrensschritten für den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar sind.
  • Es zeigen
  • 1 eine mehrpulsige Kolbenpumpe, deren Mehrpulsigkeit aufgrund mindestens zweier Module mit jeweils einem Linearmotor ergibt,
  • 2 ein Ansteuersignal wie es zur Ansteuerung der Linearmotoren in Betracht kommt,
  • 3 ein Graph eines von einem zweipulsigen Modul erzeugten Massenstromverlaufs,
  • 4 zur Erläuterung einer Koordination mehrerer Module und der davon umfassten Linearmotoren eine Mehrzahl von Ansteuersignalen mit einem zur Kontrolle einer Pulsation eines von der Kolbenpumpe im Betrieb erzeugten Gesamtmassenstromverlaufs regelmäßigen Phasenlage und die sich dann ergebenden Massenstromverläufe und den resultierenden Gesamtmassenstromverlauf mit insoweit minimaler Pulsation,
  • 5 Unregelmäßigkeiten der von mehreren Modulen erzeugten Massenstromverläufe und einen dann resultierenden Gesamtmassenstromverlauf mit erhöhter Pulsation,
  • 6 Massenstromverläufe und den resultierenden Gesamtmassenstromverlauf, wie sie sich nach einer Koordination der Linearmotoren zur Kompensation der in 5 zugrunde gelegten Unregelmäßigkeiten ergeben und
  • 7 eine Funktionseinheit als Mittel zur Koordination der Linearmotoren und insoweit als Mittel zur Durchführung der Verfahrens gemäß der Erfindung und seiner Ausgestaltungen.
  • 1 zeigt schematisch vereinfacht eine insgesamt mit 10 bezeichnete Kolbenpumpe, die z. B. zum Spülen von Bohrlöchern 12 vorgesehen sein kann und dann als Spülpumpe bezeichnet wird. Die Kolbenpumpe 10 ist aus modulartigen Einzelaggregaten aufgebaut und jedes Modul 14, 16, 18 umfasst einen Linearmotor 20, der zur Bewegung zumindest eines in einem Zylinder 22 geführten Kolbens 24 vorgesehen ist. Ein Innenvolumen des Zylinders 22 ist in an sich bekannter Art und Weise für ein flüssiges Medium, z. B. die Spülflüssigkeit, zugänglich und bei entsprechender Bewegung des Kolbens 24 wird das Medium als Massenstrom 26 durch eine Austrittsleitung 28 ausgestoßen. Der Linearmotor 20 führt zu diesem Zweck auf einem Motorbett 30 eine oszillierende Bewegung aus. In 2 ist dazu schematisch vereinfacht ein Ansteuersignal 32 gezeigt.
  • Die Kolbenpumpe 10 umfasst in einer Minimalkonfiguration genau ein Modul 14. Im Hinblick auf eine mit dem Ansatz gemäß der Erfindung angestrebte Pulsationskontrolle und eine dazu erforderliche Koordination einzelner Linearmotore 20 umfasst eine Kolbenpumpe 10 gemäß der Erfindung zumindest zwei Module 14, 16, also z. B. zwei, drei, vier oder mehr Module 1418. Jedes Modul 1418 umfasst einem Linearmotor 20 und zumindest einen in einem Zylinder 22 geführten Kolben 24. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist wie dargestellt vorgesehen, dass jedem Modul 1418 zwei Zylinder 22 mit jeweils einem Kolben 24 sowie zwei Austrittsleitungen 28 zugeordnet sind. Im Betrieb bewirkt die oszillierende Bewegung des Linearmotors 20 dass einer der Kolben 24 in den jeweiligen Zylinder hinein bewegt wird, während sich für den gegenüberliegenden Kolben 24 eine umgekehrte Bewegungsrichtung ergibt. Während mittels jenes Zylinders 22 darin enthaltenes Medium unter Druck ausgestoßen wird, wird in diesen Zylinder 22 zunächst Medium angesaugt um dann im nächsten Bewegungsabschnitt ausgestoßen zu werden. Für einen vollen Bewegungszyklus eines Linearmotors 20 ergibt sich damit ein von diesem in beiden Zylindern 22 erzeugter Druck oder ein über die oder jede Austrittsleitung 28 weiterleitbarer Massenstrom 26, dessen Amplitude in etwa dem in 3 dargestellten Graphen 34 folgt. Nachdem Druck und Massenstrom hier zumindest im Wesentlichen zusammenfallen, einander zumindest bedingen, wird im Folgenden mitunter kurz nur auf den erzeugten Massenstrom 26 Bezug genommen. Bei mehr als einem Modul 1418 und/oder mehr als einem Zylinder/Kolben 22, 24 ergibt sich aus den einzelnen Massenströmen 26 ein Gesamtmassenstrom 36.
  • In 1 sind Pumpen 38 zum Erzeugen eines Vordrucks (bei Verwendung der Kolbenpumpe 10 als Spülpumpe zum Erzeugen eines Spülvordrucks) gezeigt. Das mit dem Vordruck beaufschlagte Medium wird der Kolbenpumpe 10, nämlich den einzelnen Zylindern 22, zugeführt. Die dargestellte Anzahl der Pumpen 38 entspricht der dargestellten Anzahl der Module 1418. Es kann auch für mehr als ein Modul 1418 jeweils nur eine Pumpe 38 vorgesehen sein. Des Weiteren ist ein optionaler Wärmetauscher 40 gezeigt, der zur Kühlung jeweils eines Linearmotors 20 von jeweils einem Modul 1418 umfasst sein kann. Im Betrieb wird der Wärmetauscher 40 entweder von einer Kühlflüssigkeit oder einem Teil des von der Kolbenpumpe 10 geförderten Mediums durchströmt.
  • Da der Linearmotor 20 sowohl während einer Vorwärtsbewegung (erste Hälfte der Periode des Ansteuersignals 32) „pumpt”, nämlich über einen der beiden Zylinder 22, wie auch während einer Rückwärtsbewegung (zweite Hälfte der Periode des Ansteuersignals 32), nämlich über den dem zunächst aktiven Zylinder 22 gegenüberliegenden Zylinder 22, ergeben sich während eines vollen Bewegungszyklusses zwei Druck- oder Massenstrommaxima. Der Graph 34 kann entsprechend als charakteristisch für den Betrieb jeweils eines Moduls 1418 angesehen werden und wird im Folgenden zur Unterscheidung als Ausgangssignal oder Verlauf des Massenstroms 26 (kurz: Massenstromverlauf 34) bezeichnet. Es ist leicht vorstellbar, dass derartige Druck- und Massenstromunterschiede als Pulsation wahrgenommen werden.
  • Die Ansteuerung der mindestens zwei Linearmotore 20 erfolgt mittels einer Steuereinheit 42. Im unkoordinierten Betrieb wird jeder Linearmotor 20 separat angesteuert und dazu von der Steuereinheit 42 mit einem Ansteuersignal 32 beaufschlagt. Die Steuereinheit 42 sorgt dabei entsprechend der Vielzahl der Module 1418, also entsprechend der Vielzahl der von der Kolbenpumpe 10 insgesamt umfassten Linearmotore 20, für eine Phasenverschiebung der jeweiligen Ansteuersignale 32. Damit soll eine gleichmäßige Verteilung der mit den einzelnen Zylindern 22 erzeugten Massenströme 26 erreicht werden. Auch wenn die Steuereinheit 42 in der Figur als Einzelelement dargestellt ist, kann es sich um eine verteilte Steuereinheit handeln, nämlich eine zentrale Steuereinheit und jeweils eine jedem Linearmotor 20 zugeordnete lokale Steuereinheit. Die zentrale Steuereinheit gibt an jede lokale Steuereinheit das jeweilige Ansteuersig nal 32 aus. Jede lokale Steuereinheit übernimmt eine Lageregelung, so dass unabhängig von Belastung und sonstigen externen Einflüssen eine Übereinstimmung der jeweiligen Position des Linearmotor 20 mit dem jeweiligen Momentanwert des Ansteuersignals 32 sichergestellt ist. Mit der Ausgabe der zumindest zwei Ansteuersignale 32 an zumindest zwei Linearmotoren 20, ggf. deren lokale Steuereinheit, nimmt die Steuereinheit 42 (oder die zentrale Steuereinheit) mit der Vorgabe der Phasenunterschiede hinsichtlich der Bewegungszyklen der von der Kolbenpumpe umfassten Linearmotoren 20 bereits eine Koordination zur Pulsationskontrolle vor.
  • In den Darstellungen in 4 sind dazu eine Mehrzahl von Ansteuersignalen 32 (hier vier Ansteuersignale 32 für entsprechend vier Module 1418 und die davon umfassten Linearmotoren 20), die sich für jedes in dieser Weise angesteuerte Modul 1418 ergebende Massenstromverläufe 34 und schließlich ein Graph eines Verlaufs des resultierenden Gesamtmassenstroms 36, im Folgenden kurz als Gesamtmassenstromverlauf 44 bezeichnet, gezeigt. Der Gesamtmassenstromverlauf 44 ergibt sich als Summe der einzelnen Massenstromverläufe 34, was sich leicht dadurch erklärt, dass die von jedem einzelnen Modul 1418 abgegebenen Massenströme 26 stromabwärts der einzelnen Austrittsleitungen 28 in eine gemeinsame Leitung gelangen und von dort z. B. dem Bohrloch 12 zu dessen Spülung zugeleitet werden. Man erkennt ohne weiteres durch Vergleich der unteren Darstellung in 4 und der Darstellung in 2, dass sich bei Verwendung einer Mehrzahl von Modulen 1418 neben einer Erhöhung des Gesamtmassenstroms 36 durch geeignete Koordination der Linearmotoren 20 eine Reduktion der Pulsation erreichen lässt. Dies wird weiter unten auch noch durch Zahlenwerte verdeutlicht.
  • Die bisher beschriebene Koordination ist im Wesentlichen eine Steuerung der einzelnen Linearmotoren 20, auch wenn evtl. lokale Steuereinheiten eine Lageregelung im Hinblick auf eine möglichst exakte Übereinstimmung der tatsächlichen Position des jeweiligen Linearmotors 20 mit der durch das Ansteuersignal 32 vorgegebenen Sollposition durchführen. Der Vorteil einer Kolbenpumpe 10 mit hinsichtlich ihres Bewegungsablaufs koordinierten Linearmotoren 20 besteht im Grunde in der Baugröße und der erreichbaren Gewichtsreduktion, durch den Wegfall von z. B. Getriebe und dergleichen. Die Steuerung bildet im Grunde den bisherigen Antrieb einer Mehrzahl von Kolben über eine gemeinsame Antriebsachse nach und erreicht bei einer entsprechenden Vielzahl von Modulen 1418 eine erhebliche Reduktion der Pulsation. Das Betriebsverfahren der Kolbenpumpe 10 ist aber insoweit noch verbesserungsfähig, als externe Einflüsse nicht berücksichtigt werden. Dies lässt sich z. B. erreichen, indem an einer Ausgangsseite jedes Moduls 1418, also z. B. im Bereich der Austrittsleitung 28 mit einem nicht dargestellten, an sich bekannten Sensor ein Messwert in Bezug auf den von jedem Modul 1418 abgegebenen Massenstrom 26 aufgenommen wird. Als Sensor kommt ein Druck- oder ein Durchflusssensor in Betracht. Eine Sensorik ist nicht dargestellt, gezeigt sind nur Eingangssignale 46 für die Steuereinheit 42, die dieser von solcher Sensorik, also z. B. einem Durchflusssensor oder auch einem z. B. dem Motorbett 30 zugeordneten Positionssensor, wenn als Position des Linearmotors 20 nicht ein Momentanwert des Ansteuersignals 32 angenommen wird, zugeleitet werden.
  • Evtl. Variationen im abgegebenen Druck oder im ausgestoßenen Massenstrom 26 lassen sich nach dem Ansatz gemäß der Erfindung kompensieren, wenn die aufgenommen Messwerte einer z. B. in der Steuereinheit 42 implementierten Regelung zugeführt werden. Ein etwa auf der Ausgangsseite eines Moduls 1418 kurzzeitig abfallender Druck, z. B. aufgrund von unerwarteten Variationen bei einem Spülungsvordruck, kann durch eine Anpassung der Phasenlage der Linearmotoren 20 in anderen Modulen 1418 zumindest teilweise kompensiert werden. Dies wird nachfolgend anhand der 5 und 6 weiter erläutert. Eine Koordination der Bewegungsabläufe im Hinblick z. B. auf eine Anpassung der Phasenlage ist bei bisherigen Kolbenpumpen, bei denen eine Mehrzahl von Kolben mittels einer gemeinsamen Antriebsachse angetrieben werden, systembedingt nicht möglich.
  • In 5 zeigt die obere Darstellung auf Basis einer Ansteuerung durch Ansteuersignale 32, wie in der oberen Darstellung von 4 gezeigt, einen für ein Modul 1418 reduzierten Massenstromverlauf 34 (leicht an der um die Hälfte reduzierten Amplitude zu erkennen). Der reduzierte Massenstromverlauf 34 geht z. B. auf eine zur Erzeugung des Spülungsvordrucks vorgesehenen Pumpe oder dergleichen zurück. Der sich damit ergebende Gesamtmassenstromverlauf 44 ist für eine verdoppelte Zeitbasis in der unteren Darstellung von 5 gezeigt. Bei einem Vergleich mit dem Gesamtmassenstromverlauf 44, wie er sich bei ”ungestörten” Massenstromverläufen 34 ergibt (4, untere Darstellung) erkennt man sofort die deutlich erhöhte Welligkeit die in einer unerwünschten Pulsation resultiert. Die Begriffe Welligkeit und Pulsation werden hier also synonym verwendet.
  • Durch eine Koordination des Bewegungsablaufs der Linearmotoren 20 lassen sich solche Effekte zumindest teilweise kompensieren. Für eine Situation entsprechend dem der Darstellung in 5 zugrunde gelegten Szenario reicht eine Anpassung der Phasenlage der Linearmotoren 20 aus, um die Welligkeit wieder deutlich zu reduzieren. 6 zeigt dies mit weiteren Details. Die obere Darstellung zeigt die Massenstromverläufe 34, wie sie sich aufgrund einer durch die Steuereinheit 42 vorgenommenen Phasenkorrektur der Ansteuersignale 32 ergeben (die zur Koordination des Bewegungsablaufs vorgenommene Korrektur der Phasenlage ist dabei so gering, dass kaum ein Unterschied zu der oberen Darstellung in 5 auffällt). Die untere Darstellung zeigt den resultierenden Gesamtmassenstromverlauf 44, bei dem die Pulsation im Vergleich zu dem ”gestörten” Gesamtmassenstromverlauf 44 gemäß der unteren Darstellung in 5 wieder deutlich reduziert ist.
  • Wenn man als Welligkeit oder Pulsation des Gesamtmassenstromverlaufs 44 einen Quotienten aus Maximalwert abzüglich Mittelwert einerseits und Mittelwert andererseits ansetzt, ergibt sich für den in 3 dargestellten Massenstromverlauf 34 eine Welligkeit von 57%. Dieser Massenstromverlauf 34 würde sich als Gesamtmassenstromverlauf 44 bei einer Kolbenpumpe 10 mit nur einem Modul 1418 ergeben. Bereits bei zwei Modulen 1418 sinkt die Welligkeit auf 11,3%. Bei vier Modulen 1418 ist die Welligkeit bereits auf 2,8% reduziert (vgl. untere Darstellung in 4). Kommt es zu Unregelmäßigkeiten beim Betrieb eines der Module 1418, z. B. wie oben beschrieben, indem der Massenstromverlauf 34 eines der Module um die Hälfte zurückgeht, steigt die Pulsation des resultierenden Gesamtmassenstromverlaufs 44 deutlich an. Für den in der unteren Darstellung von 5 gezeigten Gesamtmassenstromverlauf 44 ergibt sich eine Welligkeit von 10,6%. Durch Kompensation mittels der Steuereinheit 42 lässt sich die Pulsation reduzieren, indem z. B. die Phasenlage der einzelnen Massenstromverläufe 34 angepasst wird, die einzelnen Linearmotoren 20 also im Hinblick auf eine Reduktion der Pulsation koordiniert werden. Für das angenommene Szenario reicht z. B. eine Korrektur der Phasenlage des dem eingebrochenen Massenstrom 26 vor- und nacheilenden Massenstromverlaufs 34 um +/–6,5° aus, um wieder eine Welligkeit von 3,16% zu erreichen (im Vergleich zu 2,8% bei gleichen Massenströmen 26). Anmerkung: Wenn hier und im Folgenden Zahlenwerte, teileweise mit Nachkommastellen angegeben sind, bezieht sich dies nur auf theoretisch erreichbare Werte ohne Berücksichtigung von Verlusten, Totzeiten und dergleichen.
  • Neben der Anpassung der Phasenlage kommt als weitere Beeinflussungsmöglichkeit der einzelnen Massenstromverläufe 34 im Hinblick auf eine Pulsationskontrolle des resultierenden Gesamtmassenstroms 36 auch eine Anpassung der Geschwindigkeit, also der Frequenz der oszillierenden Bewegung der Linearmotoren 20, in Betracht. Dies ist graphisch nicht weiter dargestellt und wird hier vor allem aus Gründen der Vollständigkeit erwähnt.
  • Abschließend ist in 7 die Steuereinheit 42 mit weiteren Details dargestellt. Wie bereits gezeigt (1) und erläutert, erzeugt die Steuereinheit 42 Ansteuersignale 32 zur Ansteuerung der einzelnen von der Kolbenpumpe (1) umfassten Linearmotoren 20. Dabei kann der Steuereinheit die Anzahl der Linearmotoren 20 und die Konfiguration der einzelnen Module 1416 (ein- oder zweipulsig) fest vorgegeben sein. Anhand solcher Vorgabewerte kann die Steuereinheit 42 bereits den erforderlichen Versatz der Bewegungsabläufe der einzelnen Linearmotoren 20 bestimmen und eine entsprechende Vielzahl von Ansteuersignalen 32 mit geeigneter Phasenlage generieren. Zu diesem Zweck weist die Steuereinheit 42 eine Verarbeitungseinheit nach Art eines Mikroprozessors 48 oder dergleichen auf, der die Ansteuersignale 32 und deren Phasenlage entsprechend eines in bevorzugt in Soft- oder Firmware implementierten Algorithmus generiert bzw. bestimmt. Der Algorithmus bildet einen Teil eines in einem Speicher 50 der Steuereinheit 42 vorgehaltenen Steuerprogramm 52 und ist insofern von einer ersten Funktionseinheit 54 des Steuerprogramms 52 umfasst. Die erste Funktionseinheit 54 ermittelt z. B. anhand vorgegebener Daten zur Konfiguration der Module 1418, z. B. ob es sich um ein- oder zweipulsige Module 1418 handelt, sowie anhand der Anzahl der Module 1416 die zur Pulsationskontrolle günstigste Phasenlage der Ansteuersignale 32. Die Anzahl der Module 1418, also die Anzahl der Linearmotoren 20, kann sich ebenfalls anhand vorgegebener Werte ergeben. Wenn die Steuereinheit 42 die Anzahl der Linearmotoren 20 anhand der Eingangssignale 46 ermittelt (z. B. ob ein Eingangssignal 46 ansteht oder ob sich das eine Position des Linearmotors 20 kodierende Eingangssignal 46 ändert), entfällt die Notwendigkeit einer diesbezüglichen Vorgabe und im Falle eines Ausfalls eines Moduls 1418 kann die Phasenlage der Ansteuersignale 32 für die verbleibenden Module 1418 sofort korrigiert werden. Wenn die von den Modulen 1418 umfassten Linearmotoren 20 unterschiedliche Leistungen oder die Zylinder 22 unterschiedliche Volumina haben, resultiert dies in einem mit der Leistung und dem Zylindervolumen korrelierten erwarteten Massestrom 26. Solche durch Konfigurationsdaten vorgegebene oder aufgrund von Eingangssignalen 46 erkennbare Einflussfaktoren kann die erste Funktionseinheit 54 ebenfalls bei der Generierung der Ansteuersignale 32 und bei der Bestimmung von deren Phasenlage heranziehen. So kann z. B. bei drei Modulen 1418 mit gleicher Leistung und gleichem Zylindervolumen und einem Modul 1418 mit reduzierter Leistung und/oder Zylindervolumen zu Ansteuersignalen 32 mit regelmäßig verteilter Phasenlage für die ersten drei Module 1418 und einem Ansteuersignale 32 für das vierte Modul 1418 führen, das den Linearmotor 20 dieses Modul 1418 mit entsprechendem Phasenversatz dreimal so schnell laufen lässt wie den Linearmotor 20 der anderen Module 1418. Die von diesem Modul 1418 erzeugten Massenstrompulse liegen dann genau bei lokalen Minima des Massenstromverlaufs wie er sich für die drei ersten Module 1418 ergibt. Insgesamt wird damit eine Reduktion der Pulsation erreicht. Die erste Funktionseinheit 54 berücksichtigt solche und andere Konstellationen zur Koordination der Linearmotoren 20 im Hinblick auf eine möglichst geringe Pulsation.
  • Wenn sich im Betrieb der Kolbenpumpe 10 einzelne Betriebsparameter ändern, z. B. wie im Zusammenhang mit 5 und 6 beschrieben bei einem Modul 1418 der Massenstrom 26 zurückgeht, übernimmt eine zweite Funktionseinheit 56 des Steuerprogramms 52 eine darauf abgestellte Koordination der von der Kolbenpumpe umfassten Module 1418, also der wiederum davon umfassten Linearmotoren 20. Der zur Erläuterung exemplarisch zugrunde gelegte Rückgang eines von einem der Module 1418 erzeugten Massenstroms 26 ist anhand der der Steuereinheit 42 als Zustandswerte der Kolbenpumpe 10 zugeführten Eingangssignale 46 erkennbar. Die Koordination der Module 1418 erfolgt also anhand von Ausgangsgrößen der Module 1418 so dass dies bereits rechtfertigt, die zweite Funktionseinheit 56 als Regelung zu bezeichnen. Ein möglicher Regelungsalgorithmus wie er von der zweiten Funktionseinheit 56 umfasst sein kann, kann stark vereinfacht wie folgt beschrieben werden: In einen Gesamtmassenstromverlauf wird die Phasenlage eines Minimums bestimmt (vgl. untere Darstellung in 5 und dort erkennbare Minima); für den Gesamtmassenstromverlauf wird dessen Pulsation bestimmt; die hinsichtlich ihrer Phasenlage dem Minimum nächstliegenden Ansteuersignale 32 werden in ihrer Phasenlage in vorgegebenen oder vorgebbaren Schritten in Richtung auf das Minimum verschoben; es wird zum Schritt zur Bestimmung der Pulsation verzweigt, wenn die Pulsation durch die Verschiebung der Phasenlage abnimmt, wird die Verschiebung in der bisherigen Richtung oder mit einer reduzierten Schrittweite in entgegengesetzter Richtung fortgesetzt, bis eine minimale Pulsation erreicht ist. Die soeben beschriebene Koordination basiert auf einem Ansatz, der als heuristisches Suchverfahren bezeichnet werden kann. Mit einer vollständigen Beschreibung des durch die jeweilige Kolbenpumpe 10 gebildeten Systems und Anwendung regelungstheoretischer Ansätze ist auch eine analytische Koordination der Linearmotoren 20 möglich. Die zweite Funk tionseinheit 56 ist insoweit auch zur Durchführung komplexerer Anpassungen als hier beschrieben vorgesehen und umfasst dann dafür bestimmte Algorithmen.
  • Schließlich umfasst die Steuereinheit eine dritte Funktionseinheit 58, mit der eine der durch die erste und/oder zweite Funktionseinheit 54, 56 implementierte Steuerung oder Regelung über- oder unterlagerte Regelung im Hinblick auf den von der Kolbenpumpe 10 abzugebenden Druck oder Gesamtmassenstrom 36 realisiert ist. Eine solche Regelung verarbeitet einen vorgegebenen oder vorgebbaren Druck- oder Massenstromsollwert und z. B. als Massenstromistwert eine Summe der die einzelnen Massenströme 26 kodierenden Eingangssignale 46. Als Regelungsstruktur kommt eine P-, PI, PID-Regelung oder dergleichen in Betracht.
  • Bei geeigneter Kontrolle der Pulsation kann bei dem MWD sogar auf externe Pulsgeber verzichtet werde, da kontrollierte Testpulse für das MWD mittels des beschriebenen und im Folgenden weiter ausgeführten Verfahrens generierbar sind. Hierdurch wird nicht nur das MWD vorteilhaft vereinfacht sondern es werden auch Kosten, z. B. für die externen Pulsgeber, reduziert.
  • Die Funktionseinheiten 54, 56, 58 werden in dem Steuerungsprogramm 52 zyklisch zu vorgegebenen Zeitpunkte aufgerufen, so dass eine quasiparallele Abarbeitung erfolgt und zeitnah, also in Echtzeit oder quasi in Echtzeit, auf evtl. Veränderungen des Betriebs der Kolbenpumpe 10 regiert wird. Die oder einzelne Funktionseinheiten 54, 56, 58, sowie das diese umfassende Steuerungsprogramm 52 sind Beispiele für Mittel zur Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens und seiner Ausgestaltungen. Weitere Mittel sind in den Zeichnungen nicht dargestellte Sen soren oder Aktoren, z. B. das jeweilige Ansteuersignal 32 verarbeitende, einem Linearmotor 20 vorgeschaltete Antriebe.
  • Somit lässt sich die Erfindung wie folgt darstellen: Es wird ein Verfahren zum Betrieb einer mehrpulsigen Kolbenpumpe 10, insbesondere Spülpumpe zum Einsatz beim Spülen von Tiefbohrlöchern 12, mit zumindest zwei in jeweils einem Zylinder 22 geführten Kolben 24 und einem auf die Kolben 24 wirkenden Antrieb zur Förderung eines flüssigen Mediums, sowie eine nach dem Verfahren betreibbare oder arbeitende Kolbenpumpe 10 angegeben, bei dem bzw. bei der zumindest zwei Linearmotore 20 als Antrieb fungieren und jeder Linearmotor 20 auf zumindest einen Kolben 24 wirkt und die Linearmotore 20 zur Pulsationskontrolle mittels einer Steuereinheit 42 koordiniert werden.
  • 10
    Kolbenpumpe
    12
    Bohrloch
    14
    Modul
    16
    Modul
    18
    Modul
    20
    Linearmotor
    22
    Zylinder
    24
    Kolben
    26
    Massenstrom
    28
    Austrittsleitung
    30
    Motorbett
    32
    Ansteuersignal
    34
    Massenstromverlauf
    36
    Gesamtmassenstrom
    38
    Pumpe
    40
    Wärmetauscher
    42
    Steuereinheit
    44
    Gesamtmassenstromverlauf
    46
    Eingangssignal
    48
    Mikroprozessor
    50
    Speicher
    52
    Steuerungsprogramm
    54
    erste Funktionseinheit
    56
    zweite Funktionseinheit
    58
    dritte Funktionseinheit
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - WO 2008/074428 [0002]

Claims (13)

  1. Verfahren zum Betrieb einer mehrpulsigen Kolbenpumpe (10), insbesondere Spülpumpe zum Einsatz beim Spülen von Tiefbohrlöchern (12), mit zumindest zwei in jeweils einem Zylinder (22) geführten Kolben (24) und einem auf die Kolben (24) wirkenden Antrieb zur Förderung eines flüssigen Mediums, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Linearmotore (20) als Antrieb fungieren und jeder Linearmotor (20) auf zumindest einen Kolben (24) wirkt und dass die Linearmotore (20) zur Pulsationskontrolle mittels einer Steuereinheit (42) koordiniert werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei mittels der Koordination der Linearmotore (20) eine auf eine relative Position der Linearmotoren (20) zueinander bezogene Phasenlage zur Pulsationskontrolle beeinflusst wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Steuereinheit (42) zur Koordination der Linearmotoren (20) eine auf die Vielzahl der Linearmotore (20) abgestellte Anzahl von Eingangssignalen (46) zugeführt wird, die im Betrieb jeweils eine Information hinsichtlich der Position des jeweiligen Linearmotors (20) kodieren.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine mit einer Bewegung eines Linearmotors (20) einhergehende Bewegung des mindestens einen zugeordneten Kolbens (24) einen messbaren Druck oder Massenstrom (32) in einer dem Zylinder (22) in Förderrichtung des Mediums nachgeordneten Leitung (28) hervorruft und wobei mittels der Koordination der Linearmotore (20) eine Phasenlage der Massenströme (32) beeinflusst wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Steuereinheit (42) zur Koordination der Linearmotore (20) eine der Vielzahl der Linearmotore (20) entsprechende Anzahl von Signalen zugeführt wird, die im Betrieb jeweils eine Information hinsichtlich des vom jeweiligen Linearmotor (20) hervorgerufenen Massenstroms (32) kodieren.
  6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Restpulsation im Wesentlichen 10% oder weniger, insbesondere im Wesentlichen 0,8% bis 3%, beträgt.
  7. Mehrpulsige Kolbenpumpe (10), insbesondere Spülpumpe zum Einsatz beim Spülen von Tiefbohrlöchern, mit zumindest zwei in jeweils einem Zylinder (22) geführten Kolben (24) und einem auf die Kolben (24) wirkenden Antrieb zur Förderung eines flüssigen Mediums, gekennzeichnet durch zumindest zwei, als Antrieb fungierende Linearmotore (20), wobei jeder Linearmotor (20) auf zumindest einen Kolben (24) wirkt und eine Steuereinheit (42) zur Koordination der Linearmotore (20) zur Pulsationskontrolle.
  8. Mehrpulsige Kolbenpumpe nach Anspruch 7, mit Mitteln zum Ausführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
  9. Mehrpulsige Kolbenpumpe nach Anspruch 7 oder 8, bei der jeder Linearmotor (20) und der oder jeder davon angetriebene Kolben (24) ein Modul (1416) bildet und jedes Modul (1416) zumindest einen Signalaus gang umfasst, von dem aus der Steuereinheit (42) ein Eingangssignal (46) ist, das einen Zustandswert kodiert, nämlich einen auf die Position des jeweiligen Linearmotors (20) oder auf den von dem Linearmotor (20) hervorgerufenen Druck oder Massestrom (26) bezogenen Zustandswert.
  10. Mehrpulsige Kolbenpumpe nach Anspruch 9, wobei eine Sollphasenlage anhand der Anzahl der im Betrieb übermittelten Zustandswerte ermittelbar ist.
  11. Mehrpulsige Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 7 bis 10, mit einem an zumindest einen Zylinder (22) gekoppelten Wärmetauscher (40).
  12. Mehrpulsige Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 7 bis 11, mit einer der Koordination der Linearmotore (20) unter- oder überlagerten Regelung eines abzugebenden Drucks und/oder Gesamtmassenstroms (36).
  13. Verfahren zur Herstellung einer mehrpulsigen Kolbenpumpe (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 12, wobei zumindest zwei Linearmotore (20) mit jeweils zumindest einem Kolben (24) gekoppelt werden und eine Steuereinheit (42) zur Koordination der zumindest zwei Linearmotore (20) mit den Linearmotoren (20) datentechnisch verbunden wird.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015167615A1 (en) * 2014-04-27 2015-11-05 National Oilwell Varco, L.P. Multi-cylinder hydraulically-driven pump system
CN105626489A (zh) * 2016-02-15 2016-06-01 徐华萍 抽石油电磁高效节能装置
EP3428441A1 (de) * 2017-07-11 2019-01-16 Siemens Aktiengesellschaft Antrieb einer pumpe
AT524763A1 (de) * 2021-03-09 2022-09-15 Bft Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur geregelten Bereitstellung von Hochdruckfluid

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013104505A1 (de) 2013-05-02 2014-11-06 Xylem Ip Holdings Llc Pumpaggregat sowie Verfahren zum Betreiben eines Pumpaggregates

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008074428A1 (de) 2006-12-18 2008-06-26 Andreas Hofer Hochdrucktechnik Gmbh Fluidarbeitsmaschine

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6375375A (ja) * 1986-09-19 1988-04-05 Hitachi Ltd ピストンポンプの微小駆動装置
JP4377639B2 (ja) * 2003-09-18 2009-12-02 株式会社日立ハイテクノロジーズ ポンプおよびクロマトグラフ用液体ポンプ

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008074428A1 (de) 2006-12-18 2008-06-26 Andreas Hofer Hochdrucktechnik Gmbh Fluidarbeitsmaschine

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015167615A1 (en) * 2014-04-27 2015-11-05 National Oilwell Varco, L.P. Multi-cylinder hydraulically-driven pump system
CN105626489A (zh) * 2016-02-15 2016-06-01 徐华萍 抽石油电磁高效节能装置
EP3428441A1 (de) * 2017-07-11 2019-01-16 Siemens Aktiengesellschaft Antrieb einer pumpe
WO2019011561A1 (de) * 2017-07-11 2019-01-17 Siemens Aktiengesellschaft Antrieb einer pumpe
CN110869604A (zh) * 2017-07-11 2020-03-06 西门子股份公司 泵的驱动
US11085409B2 (en) 2017-07-11 2021-08-10 Siemens Aktiengesellschaft Drive of a pump
AT524763A1 (de) * 2021-03-09 2022-09-15 Bft Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur geregelten Bereitstellung von Hochdruckfluid

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