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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Es
zeigen
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1 eine
mehrpulsige Kolbenpumpe, deren Mehrpulsigkeit aufgrund mindestens
zweier Module mit jeweils einem Linearmotor ergibt,
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2 ein
Ansteuersignal wie es zur Ansteuerung der Linearmotoren in Betracht
kommt,
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3 ein
Graph eines von einem zweipulsigen Modul erzeugten Massenstromverlaufs,
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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,
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5 Unregelmäßigkeiten
der von mehreren Modulen erzeugten Massenstromverläufe
und einen dann resultierenden Gesamtmassenstromverlauf mit erhöhter
Pulsation,
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6 Massenstromverläufe
und den resultierenden Gesamtmassenstromverlauf, wie sie sich nach
einer Koordination der Linearmotoren zur Kompensation der in 5 zugrunde
gelegten Unregelmäßigkeiten ergeben und
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7 eine
Funktionseinheit als Mittel zur Koordination der Linearmotoren und
insoweit als Mittel zur Durchführung der Verfahrens gemäß der
Erfindung und seiner Ausgestaltungen.
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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.
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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 14–18. Jedes
Modul 14–18 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 14–18 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 14–18 und/oder
mehr als einem Zylinder/Kolben 22, 24 ergibt sich
aus den einzelnen Massenströmen 26 ein Gesamtmassenstrom 36.
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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 14–18.
Es kann auch für mehr als ein Modul 14–18 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 14–18 umfasst sein
kann. Im Betrieb wird der Wärmetauscher 40 entweder
von einer Kühlflüssigkeit oder einem Teil des
von der Kolbenpumpe 10 geförderten Mediums durchströmt.
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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 14–18 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.
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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 14–18, 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.
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In
den Darstellungen in 4 sind dazu eine Mehrzahl von
Ansteuersignalen 32 (hier vier Ansteuersignale 32 für
entsprechend vier Module 14–18 und die
davon umfassten Linearmotoren 20), die sich für jedes
in dieser Weise angesteuerte Modul 14–18 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 14–18 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 14–18 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.
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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 14–18 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 14–18,
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 14–18 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.
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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 14–18 kurzzeitig
abfallender Druck, z. B. aufgrund von unerwarteten Variationen bei
einem Spülungsvordruck, kann durch eine Anpassung der Phasenlage
der Linearmotoren 20 in anderen Modulen 14–18 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.
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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 14–18 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.
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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.
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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 14–18 ergeben. Bereits
bei zwei Modulen 14–18 sinkt die Welligkeit
auf 11,3%. Bei vier Modulen 14–18 ist
die Welligkeit bereits auf 2,8% reduziert (vgl. untere Darstellung
in 4). Kommt es zu Unregelmäßigkeiten beim
Betrieb eines der Module 14–18, 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.
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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.
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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 14–16 (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 14–18,
z. B. ob es sich um ein- oder zweipulsige Module 14–18 handelt,
sowie anhand der Anzahl der Module 14–16 die
zur Pulsationskontrolle günstigste Phasenlage der Ansteuersignale 32.
Die Anzahl der Module 14–18, 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 14–18 kann
die Phasenlage der Ansteuersignale 32 für die
verbleibenden Module 14–18 sofort korrigiert
werden. Wenn die von den Modulen 14–18 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 14–18 mit gleicher Leistung und
gleichem Zylindervolumen und einem Modul 14–18 mit
reduzierter Leistung und/oder Zylindervolumen zu Ansteuersignalen 32 mit
regelmäßig verteilter Phasenlage für
die ersten drei Module 14–18 und einem
Ansteuersignale 32 für das vierte Modul 14–18 führen,
das den Linearmotor 20 dieses Modul 14–18 mit
entsprechendem Phasenversatz dreimal so schnell laufen lässt
wie den Linearmotor 20 der anderen Module 14–18.
Die von diesem Modul 14–18 erzeugten
Massenstrompulse liegen dann genau bei lokalen Minima des Massenstromverlaufs
wie er sich für die drei ersten Module 14–18 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.
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Wenn
sich im Betrieb der Kolbenpumpe 10 einzelne Betriebsparameter ändern,
z. B. wie im Zusammenhang mit 5 und 6 beschrieben
bei einem Modul 14–18 der Massenstrom 26 zurückgeht, übernimmt
eine zweite Funktionseinheit 56 des Steuerprogramms 52 eine
darauf abgestellte Koordination der von der Kolbenpumpe umfassten
Module 14–18, also der wiederum davon
umfassten Linearmotoren 20. Der zur Erläuterung
exemplarisch zugrunde gelegte Rückgang eines von einem
der Module 14–18 erzeugten Massenstroms 26 ist
anhand der der Steuereinheit 42 als Zustandswerte der Kolbenpumpe 10 zugeführten
Eingangssignale 46 erkennbar. Die Koordination der Module 14–18 erfolgt also
anhand von Ausgangsgrößen der Module 14–18 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.
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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.
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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.
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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.
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- 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
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