DE102008036528A1

DE102008036528A1 - Method for operating a multi-pulse piston pump, multi-pulse piston pump and production of such

Info

Publication number: DE102008036528A1
Application number: DE102008036528A
Authority: DE
Inventors: Dieter Bosse
Original assignee: Bentec Drilling and Oilfield Systems GmbH
Current assignee: Bentec Drilling and Oilfield Systems GmbH
Priority date: 2008-08-06
Filing date: 2008-08-06
Publication date: 2010-02-11
Also published as: WO2010015460A1

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.The invention relates to a method for operating a multi-pulse piston pump (10), in particular a flushing pump for use in flushing deep well bores (12), with at least two pistons (24) guided in each case in a cylinder (22) and a drive acting on the pistons (24) for conveying a liquid medium, as well as a piston pump (10) operable or operating according to the method, in which at least two linear motors (20) act as a drive and each linear motor (20) acts on at least one piston (24) and the linear motors (20) are coordinated for pulsation control by means of a control unit (42).

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.The The invention relates to a method for operating a multi-pulse Piston pump, in particular a rinsing pump for use in Rinsing deep wells, according to the The preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates a multi-pulse piston pump according to the preamble of Claim 7 and a method for producing such a multi-pulse Piston pump.

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.Piston pumps are well known and, like compressors, are fluid power machines. However, while compressors (compressors) are used to compress gases, in particular liquid media are promoted with such pumps. The WO 2008/074428 describes a compressor in which a linear motor drives a compression piston.

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.piston pumps are used among other things as flushing pumps. They serve then to introduce a rinse liquid acting liquid medium in a drill string and / or a borehole. The rinsing is used to remove loose or dissolved material, such as overburden or cuttings, the cooling and / or lubricating a drilling tool used in the drilling or the drive of such a drilling tool. In addition, through pressing the flushing fluid into the wellbore a pressure equalization to the surrounding rock hole or other Base material, in particular gases and liquids contained therein, be achieved. By means of the piston pump is special in particular special at low borehole depths a higher mass flow at lower pressure and at lower wells a lesser Mass flow generated at higher pressure. Generated by such piston pumps Mass flows can be in the range of over 3,000 L / min, at a pressure of more than 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.The known in the art piston pumps generate pressure and a Mass flow by means of movement of a piston in an associated Cylinder; a retraction of the piston in the associated Cylinder results in an enlargement of a Working volume, which is an influx of liquid Medium allows. In an opposite movement of the piston, the working space volume is reduced and thus the Medium ejected. To drive the piston is known in Piston pumps a rotational movement of a drive shaft, for example by connecting rod and crosshead, in a translatory, oscillating Implemented piston movement. For rotational movement of the drive shaft about its longitudinal axis z. B. one with the drive shaft coupled electric motor used. The coupling is usually done by means of a gearbox.

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.Such Gear, as well as the implementation of the rotational movement in the translational, oscillating piston movement necessary Components, eg. As connecting rod, crosshead, etc., are space demanding and / or difficult and result in a large design of the pump and / or contribute significantly to a weight of the pump. Due to the large number of built moving parts, which of course also subject to wear when adequately lubricated, incur additional costs in the production of the parts and / or the pump, during their maintenance, repair or the like. In addition, both manufacturing, maintenance, repair, etc. are time consuming and labor intensive. Furthermore, in contact with each other standing, moving parts friction losses, which are disadvantageous affect the overall efficiency.

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.Known Piston pumps also move the liquid medium usually with uneven pressure and uneven Mass flow. The resulting effect is called pulsation designated. For example, in the case of a reversal of a Movement direction of the piston in the cylinder these pulsations considerably be. Partial can such pulsations in today Rinse pumps by means of three piston-cylinder arrangements, which work shifted by 1/3 phase, reduced, and frequently additional external pressure compensators are used for further reduction, so-called pulsation damper used. Also at one However, such a combination does not neglect residual pulsation and results in an increase in operating noise, loads the material, such. Piston, cylinder, piping, and the same.

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.Especially for special applications, such as the so-called "measuring while drilling "(MWD), in which the material to be drilled for analysis with controlled test pulses is applied, are strong pulsations undesirable because of the piston pump these interfere with the MWD measurements and thus falsify the measurement results obtained or even unusable. For accurate and reliable results thus need the pulsations the pump by means of complex arithmetic operations from the measured values be filtered out or subtracted from these, among other things resulting in increased costs and labor.

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.Also a use of piston pumps with more than three piston-cylinder arrangements, For example, so-called quadruplex or quintuplex pumps reach no completely satisfactory reduction of the pulsation and thus also require a costly optimization of the MWD process.

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.Of the The invention is therefore based on the object, a particularly suitable Method for operating a piston pump and a method according to the method operable or working piston pump indicate which which the o. g. Disadvantages avoided or at least reduced. Prefers The purpose of the pulsation control is to determine the significance of MWD measurements increase or reduce the effort in post-processing of MWD measurements to filter out pulsation related effects.

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.In terms of the method of operating a multi-pulse piston pump becomes this Problem solved by the invention the features of claim 1. It is to operate a particular as Flushing pump for use when flushing deep wells certain multi-pulse piston pump with at least two in each case a cylinder guided piston and one on the piston Acting drive to promote a liquid Medium, provided that at least two linear motors as drive act and each linear motor acts on at least one piston and that the linear motors for Pulsationskontrolle by means of a Control unit to be coordinated. The linear motors are preferred Gearless coupled with one or two pistons.

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.In terms of The corresponding device is the task with a multi-pulse Piston pump solved with the features of claim 7. To has a piston pump of the type described above at least two, Acting as a drive linear motors, each of which at least one Piston acts, and a control unit for the coordination of the linear motors for pulsation control.

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.Of the Advantage of the invention is the one in the one with the use of linear motors as drive possible omission of a common Drive axle, a transmission necessary for its drive, a reduction of moving parts and concomitantly a reduction frictional losses and an increase in efficiency. This allows a total of a partial reduction, a lighter and more compact design and thus a total cost reduction with regard to acquisition, maintenance, operation, transport, etc. By the translational movement of the linear motors directly into the translatory Movement of the piston or is implemented, it requires no conversion a rotational movement, z. B. a motor axis or a Pump shaft, in the translational piston movement, z. B. by means a transmission, by means of connecting rods, crossheads and the like. This will cause an energy loss otherwise associated with such a transformation reduces and simplifies the construction of the pump. Due to the reduced Number of moving parts also reduces wear, a Work involved in manufacturing, maintenance and repair and a Consumption of lubricants and / or the like. On the other hand opened the changed drive concept with approximately constant Space needs a way to reduce the pulsation already by increasing the used cylinder and the to driven piston. Each linear motor can work with at least one, in particular two moving pistons and the one or more associated Cylinders are combined into one module and the number of Modules in a piston pump is only available through the limited space. Even if in the least favorable Case in comparison with previous, for use as a flushing pump provided piston pump is assumed that a piston pump with three each linear motors comprising, juxtaposed modules essentially occupy the same footprint as one Three-pulse piston pump of conventional design, can a Piston pump with linear motors readily in another plane, so to speak in the vertical direction to additional modules be supplemented. The footprint requirement increased not by that. The pulsation of a generated by the piston pump Mass flow decreases proportionally with the number of modules.

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.By doing the piston pump is a control unit for coordinating the linear motors for pulsation control is, in a simplest embodiment, at least a synchronization of the linear motors can be ensured, so that in otherwise ideal conditions, ie without external interference, minimizes the pulsation of a mass flow delivered by the piston pump is. This contributes to the protection of the material and lowers in this respect Costs and labor. In addition, a suitability of the piston pump improved for use with pulsation-sensitive methods such as MWD.

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.The multi-pulse piston pump is designed in particular as 2n-pulsed, for example, six, twelve or 24-pulse, where "n" one Number of modules, each with a linear motor called and "2n" off The fact is that each module has two pistons and one cylinder includes, so that by staggered suction and ejection of the medium for one cycle of motion of the linear motor two Give mass flow pulses.

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.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims. This used backlinks point to the further development of the subject matter of the main claim by the features of the respective subclaim; they should not be construed as a waiver of obtaining independent, objective protection for the feature combinations of the dependent claims. The white In the light of an interpretation of the claims, it should be assumed in a more detailed specification of a feature in a subordinate claim that such a restriction does not exist in the respective preceding claims.

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.Prefers is provided for pulsation control by means of coordination the linear motors on a relative position of the movable part the linear motors, so the so-called runner to each other affected phase position is influenced. The relative position of the movable part of the linear motors, is here and below briefly referred to as the relative position of the linear motors, their installation position Of course, does not change by a control. The advantage of this embodiment of the invention can be Comparatively simple on the basis of a trivial, nonetheless explain highly relevant situations for the individual case. If a piston pump of the approach according to the invention underlying type has four two-pulse modules, is for a minimal pulsation a phase shift of the movements of the individual linear motors of 45 ° required. It results then a remaining pulsation of the order of magnitude below 3% (explained below). If one If the module fails, immediately results from the now with only three two-pulse modules operated piston pump output total mass flow with a pulsation of over 26%. This can result in material stresses that are immediate Shutdown of the piston pump require. When used as a flushing pump In deep drilling operation, the shutdown of the purge pump requires usually setting the drilling operation. By adapting the Phasing can, however, with only three modules the pulsation be reduced to less than 5%. The required phase position is 60 ° for a minimum pulsation. Of the from the failed module so far contributed mass flow can even by increasing the speed of the oscillating Movement of the linear motors in the remaining modules are compensated. Overall, therefore, both the piston pump remain in operation as also the deep drilling operation will be continued. The defective module, with its outlet line over locking elements, such as Valves or the like, coupled to a rinsing liquid line is, can be maintained separately after pressing the locking elements and possibly repaired. As soon as the module starts up again, can be returned to the original phase and possibly the speed of the during maintenance operated linear motors can be reduced.

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.For such a possibility of operation of the piston pump is the control unit for the coordination of the linear motors on supplied the plurality of linear motors parked number of position signals, in each case an information regarding the position in the operation encode the respective linear motor. Such position signals can on the respective linear motor by position sensors or the like be included or by a position of the runner acting part of the linear motor relative to its as a stator functioning engine bed is determined. One more way consists of a drive signal for positioning the linear motor is used. Then a sensorless position determination is possible. For the determination of an intended phase position is the Control unit of each module indicating its operational readiness Signal transmitted. Based on the number of such signals can the control unit the at least initially required phase position determine. At z. B. four each two-pulse modules results a by multiplying four and two a parameter in Referring to a full 360 ° cycle of motion a phase angle of 45 ° (360 ° / 8) between each two modules leads. Such an operating signal can also derived directly from the position signal, z. For example, that only meaningful or only constantly changing position information be evaluated as operational readiness.

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.Apart from the fact that problems can arise during a movement of a linear motor, a mass flow generated by a module by means of the possibly undisturbed movement of the linear motor encompassed by it can also vary and thus lead to undesired pulsations. In this regard, it is provided that a movement of the at least one associated piston associated with a movement of a linear motor causes a measurable pressure or mass flow in a line downstream of the cylinder in the conveying direction of the medium and a phase position of the mass flows is influenced by means of the coordination of the linear motors. The advantage of this embodiment of the invention can also be explained on the basis of the scenario already used. This time it is assumed that all the modules, as far as the operation of the linear motors, etc. are concerned, are running properly, yet no or very little mass flow is produced by one of the modules. In that regard, the scenario again corresponds to a situation with a failed module. That the mass flow expected by such a module can be compensated by adjusting the phase position has already been explained. The same applies if the actual mass flow corresponds to only a part of the expected mass flow. Such a situation can only be detected if the mass flow delivered by each module or a pressure correlated therewith is detected and fed to the control unit for processing. Based on the measured values takes the control unit then a coordination of the linear motors for influencing the phase position of the mass flows and thus overall for pulsation control.

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.According to one preferred embodiment, it is provided that an additional Regulation of a to be delivered by the piston pump total mass flow the coordination of the linear motors under or superimposed is. For this purpose, in a conventional manner, a desired Total mass flow encoding setpoint specified by the Control compared with a moment value of the total mass flow is, the z. B. by summing all at each module recorded measured values of the mass flows generated by these is available. For any corrections offers itself an influence on the speed of movement of the linear motors, a pump pre-pressure, etc.

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.Prefers is a residual pulsation, one after the coordination remaining pulsation of mass flow and / or pressure, 10% or less, in particular substantially 0.8% to 3%. This is special gentle on materials and thus results in a cost reduction. In addition, this is a particular suitability for the MWD Procedures given as reduce interference severely.

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.Of the Linear motor can have a power in a range of 100 kW to 5,000 kW, in particular more than 200 kW. Particularly preferred the linear motor has a power between 440 kW to 3,000 kW. at two or more linear motors preferably have all of them same performance. However, according to the approach according to the Invention also a coordination of linear motors of which at least one who has a different performance is possible. For The or each engine with the different power can be used for Pulsation control z. B. the need to operate with a increased or decreased speed. So can z. B. in a piston pump with three modules in which the of which included linear motors all operated at the same speed a remaining pulsation can be reduced by that Module with a linear motor is added, which with the triple speed of the ground speed of the three Modules and a suitable shift to phase position of it included linear motors, so that the (low) pulses of the faster running module exactly when the through the three modules generated mass flow assumes a local minimum.

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.Prefers is the or each linear motor for cooling a heat exchanger assigned. The heat exchanger is for heat transfer between the linear motor and the pumped by the piston pump Medium, in particular the rinsing liquid provided. This provides a simple and convenient cooling of the linear motor guaranteed. For example, the heat exchanger be arranged on, under, beside or around the linear motor and be in contact with it for efficient heat transfer to ensure.

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.For a preparation of the described multi-pulse piston pump is provided that the at least two linear motors each having at least one Pistons are coupled and a control and / or regulating device for coordinating the at least two linear motors with at least one Sensor and the linear motors data technology is connected.

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.following An embodiment of the invention with reference to the drawings explained in more detail. Corresponding objects or elements are in all figures with the same reference numerals Mistake.

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.The or each embodiment is not limiting to understand the invention. Rather, in the context of the present Offenba tion numerous amendments and modifications possible, in particular such variants, elements and combinations, for example, by combination or modification of individual in conjunction with the general or specific part of the description described and in the claims and / or the drawing contained features or elements or method steps for the person skilled in the art with regard to the solution of the task are.

Es zeigenIt demonstrate

1 eine mehrpulsige Kolbenpumpe, deren Mehrpulsigkeit aufgrund mindestens zweier Module mit jeweils einem Linearmotor ergibt, 1 a multi-pulse piston pump, the multi-pulse due to at least two modules, each with a linear motor,

2 ein Ansteuersignal wie es zur Ansteuerung der Linearmotoren in Betracht kommt, 2 a drive signal as is possible for driving the linear motors,

3 ein Graph eines von einem zweipulsigen Modul erzeugten Massenstromverlaufs, 3 a graph of a mass flow profile generated by a two-pulse module,

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, 4 for explaining a coordination of a plurality of modules and the linear motors comprised thereof, a plurality of control signals having a regular phase position for controlling a pulsation of a total mass flow profile generated by the piston pump during operation and the resulting mass flow characteristics and the resulting total mass flow profile with minimum pulsation to that extent

5 Unregelmäßigkeiten der von mehreren Modulen erzeugten Massenstromverläufe und einen dann resultierenden Gesamtmassenstromverlauf mit erhöhter Pulsation, 5 Irregularities of the mass flow curves generated by several modules and egg Then resulting total mass flow curve with increased 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 6 Mass flow curves and the resulting total mass flow curve, as they are after a coordination of the linear motors to compensate for in 5 revealed irregularities and

7 eine Funktionseinheit als Mittel zur Koordination der Linearmotoren und insoweit als Mittel zur Durchführung der Verfahrens gemäß der Erfindung und seiner Ausgestaltungen. 7 a functional unit as means for the coordination of the linear motors and insofar as means for carrying out the method according to the invention and its embodiments.

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. 1 schematically shows a simplified overall with 10 designated piston pump z. B. for flushing boreholes 12 may be provided and is then referred to as a flushing pump. The piston pump 10 consists of modular single units and each module 14 . 16 . 18 includes a linear motor 20 which is for moving at least one in a cylinder 22 guided piston 24 is provided. An internal volume of the cylinder 22 is in a conventional manner for a liquid medium, for. As the rinsing liquid, accessible and with appropriate movement of the piston 24 the medium becomes mass flow 26 through a discharge line 28 pushed out. The linear motor 20 leads for this purpose on a motor bed 30 an oscillating movement. In 2 is simplified schematically a drive signal 32 shown.

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.The piston pump 10 includes exactly one module in a minimal configuration 14 , With regard to a desired with the approach according to the invention pulsation control and a required coordination of individual linear motors 20 includes a piston pump 10 according to the invention, at least two modules 14 . 16 , ie z. B. two, three, four or more modules 14 - 18 , Every module 14 - 18 includes a linear motor 20 and at least one in a cylinder 22 guided piston 24 , In a preferred embodiment, as shown, it is provided that each module 14 - 18 two cylinders 22 each with a piston 24 as well as two discharge lines 28 assigned. In operation, the oscillating movement of the linear motor causes 20 that one of the pistons 24 is moved into the respective cylinder, while for the opposite piston 24 results in a reverse direction of movement. While by means of that cylinder 22 Media contained in it is expelled under pressure, into this cylinder 22 initially aspirated medium to then be ejected in the next movement section. For a full cycle of motion of a linear motor 20 This results in one of this in both cylinders 22 generated pressure or via the or each outlet line 28 forwardable mass flow 26 whose amplitude is approximately the same as in 3 represented graphs 34 follows. After pressure and mass flow coincide here at least substantially, at least condition each other, in the following is sometimes briefly only on the generated mass flow 26 Referenced. For more than one module 14 - 18 and / or more than one cylinder / piston 22 . 24 results from the individual mass flows 26 a total mass flow 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 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.In 1 are pumps 38 for generating a pre-pressure (when using the piston pump 10 as a rinsing pump for generating a rinsing pressure) shown. The medium pressurized with the admission pressure becomes the piston pump 10 namely the individual cylinders 22 , fed. The number of pumps shown 38 corresponds to the number of modules shown 14 - 18 , It can also work for more than one module 14 - 18 only one pump at a time 38 be provided. Furthermore, an optional heat exchanger 40 shown, for cooling each of a linear motor 20 of one module each 14 - 18 can be included. In operation, the heat exchanger 40 either from a coolant or a part of the piston pump 10 flowed through medium.

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.Because the linear motor 20 both during a forward movement (first half of the period of the drive signal 32 ) "Pumps", namely one of the two cylinders 22 as well as during a backward movement (second half of the period of the drive signal 32 ), namely via the initially active cylinder 22 opposite cylinder 22 , two pressure or mass flow maxima result during a full cycle of motion. The graph 34 may accordingly be characteristic of the operation of each module 14 - 18 and will be referred to below as the output signal or course of the mass flow 26 (short: mass flow curve 34 ) designated. It is easy to imagine that such pressure and mass flow differences are perceived as pulsation.

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.The control of the at least two linear motors 20 takes place by means of a control unit 42 , In uncoordinated operation, every linear motor becomes 20 controlled separately and from the control unit 42 with a drive signal 32 applied. The control unit 42 ensures according to the variety of modules 14 - 18 , so according to the variety of the piston pump 10 Overall, included linear motors 20 , for a phase shift of the respective drive signals 32 , This is to ensure a uniform distribution of the individual cylinders 22 generated mass flows 26 be achieved. Even if the control unit 42 in the figure is shown as a single element, it may be a distributed control unit, namely a central control unit and each one each linear motor 20 associated local control unit. The central tax office unit issues the respective control signal to each local control unit 32 out. Each local control unit assumes a position control, so that regardless of load and other external influences, a match of the respective position of the linear motor 20 with the respective instantaneous value of the drive signal 32 is ensured. With the output of the at least two drive signals 32 at least two linear motors 20 If necessary, their local control unit, takes the control unit 42 (or the central control unit) with the specification of the phase differences with respect to the movement cycles of the linear motors encompassed by the piston pump 20 already a coordination for pulsation control.

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.In the illustrations in 4 are to a plurality of drive signals 32 (here four drive signals 32 for accordingly four modules 14 - 18 and the linear motors included 20 ), which is suitable for each module addressed in this way 14 - 18 resulting mass flow curves 34 and finally, a graph of a course of the resulting total mass flow 36 , hereinafter briefly referred to as the total mass flow curve 44 indicated. The total mass flow curve 44 is the sum of the individual mass flow curves 34 , which is easily explained by the fact that every single module 14 - 18 discharged mass flows 26 downstream of the individual outlet lines 28 get into a common line and from there z. B. the borehole 12 be forwarded to its flushing. One recognizes easily by comparison of the lower illustration in 4 and the representation in 2 in that using a plurality of modules 14 - 18 in addition to an increase in the total mass flow 36 by suitable coordination of the linear motors 20 Achieve a reduction in pulsation. This will be clarified below by numerical values.

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.The coordination described so far is essentially a control of the individual linear motors 20 Even if possibly local control units a position control with regard to the most accurate match the actual position of the respective linear motor 20 with the by the drive signal 32 carry out predetermined set position. The advantage of a piston pump 10 with linear motors coordinated with respect to their motion sequence 20 Basically consists in the size and the achievable weight reduction, by eliminating z. As transmission and the like. The control basically simulates the previous drive of a plurality of pistons via a common drive axle and reaches with a corresponding multiplicity of modules 14 - 18 a significant reduction in pulsation. The operating procedure of the piston pump 10 is, however, still capable of improvement insofar as external influences are not taken into account. This can be z. B. by placing on an output side of each module 14 - 18 , ie z. B. in the region of the outlet line 28 with a sensor, not shown, known per se, a measured value with respect to that of each module 14 - 18 discharged mass flow 26 is recorded. The sensor can be a pressure or a flow sensor. A sensor is not shown, only inputs are shown 46 for the control unit 42 , this of such sensors, so z. B. a flow sensor or a z. B. the engine bed 30 assigned position sensor when as the position of the linear motor 20 not an instantaneous value of the drive signal 32 is assumed to be forwarded.

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.Possibly. Variations in the pressure delivered or in the ejected mass flow 26 can be compensated according to the approach according to the invention, if the recorded measured values of a z. In the control unit 42 implemented scheme to be supplied. An approximately on the output side of a module 14 - 18 briefly falling pressure, z. B. due to unexpected variations in a flushing form, can by adjusting the phase angle of the linear motors 20 in other modules 14 - 18 be at least partially compensated. This will be explained below with reference to 5 and 6 further explained. A coordination of the movements in terms of z. B. on an adjustment of the phase position is not possible in previous piston pumps, in which a plurality of pistons are driven by means of a common drive axle, due to the system.

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.In 5 shows the upper diagram based on a control by drive signals 32 as in the upper part of 4 shown one for a module 14 - 18 reduced mass flow profile 34 (easy to recognize by half the reduced amplitude). The reduced mass flow profile 34 goes z. B. back to a provided for generating the flushing valve pump or the like. The resulting total mass flow curve 44 is for a doubled time base in the lower illustration of 5 shown. In a comparison with the total mass flow curve 44 , how he feels about "undisturbed" mass flow processes 34 gives ( 4 , lower diagram) immediately recognizes the significantly increased ripple resulting in an undesirable pulsation. The terms ripple and pulsation are thus used synonymously.

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.By coordinating the motion sequence of the linear motors 20 At least some of these effects can be compensated for. For a situation according to the representation in 5 underlying scenario, an adjustment of the phase position of the linear motors 20 to significantly reduce the ripple again. 6 shows this with more details. The upper illustration shows the Mass flow gradients 34 as they are due to a through the control unit 42 made phase correction of the drive signals 32 result (the coordination of the course of motion made correction of the phase angle is so small that little difference to the upper diagram in 5 strikes). The lower diagram shows the resulting total mass flow profile 44 in which the pulsation compared to the "disturbed" total mass flow curve 44 according to the lower illustration in 5 is significantly reduced again.

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.If one as ripple or pulsation of the total mass flow course 44 A quotient of the maximum value minus the mean value on the one hand and the mean value on the other hand results for the 3 shown mass flow profile 34 a ripple of 57%. This mass flow course 34 would be considered as total mass flow 44 in a piston pump 10 with only one module 14 - 18 result. Already with two modules 14 - 18 the ripple decreases to 11.3%. With four modules 14 - 18 If the ripple is already reduced to 2.8% (see the lower illustration in 4 ). If there are irregularities in the operation of one of the modules 14 - 18 , z. B. as described above, by the mass flow curve 34 If one of the modules decreases by half, the pulsation of the resulting total mass flow curve increases 44 clearly. For the one in the lower part of 5 shown total mass flow curve 44 results in a ripple of 10.6%. By compensation by means of the control unit 42 can reduce the pulsation by z. B. the phase position of the individual mass flow curves 34 is adjusted, the individual linear motors 20 So be coordinated with a view to reducing the pulsation. For the assumed scenario z. B. a correction of the phase position of the collapsed mass flow 26 upstream and trailing mass flow path 34 +/- 6,5 °, to achieve a ripple of 3,16% (compared to 2,8% for the same mass flows) 26 ). Note: If here and in the following numerical values, partially with decimal places are indicated, this refers only to theoretically achievable values without consideration of losses, dead times and the like.

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.In addition to the adjustment of the phase position comes as further influencing the individual mass flow characteristics 34 with regard to a pulsation control of the resulting total mass flow 36 also an adaptation of the speed, ie the frequency of the oscillating motion of the linear motors 20 , considering. This is not shown graphically and is mentioned here mainly for reasons of completeness.

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.Finally, in 7 the control unit 42 shown with further details. As already shown ( 1 ) and explains, generates the control unit 42 control signals 32 for controlling the individual of the piston pump ( 1 ) included linear motors 20 , In this case, the control unit, the number of linear motors 20 and the configuration of the individual modules 14 - 16 (one or two-pulse) fixed. Based on such default values, the control unit 42 already the required offset of the motion sequences of the individual linear motors 20 determine and a corresponding plurality of drive signals 32 generate with suitable phase position. For this purpose, the control unit 42 a processing unit in the manner of a microprocessor 48 or the like, the drive signals 32 and their phase position is generated or determined according to an algorithm implemented in preferably in software or firmware. The algorithm forms part of one in a memory 50 the control unit 42 held control program 52 and is insofar from a first functional unit 54 of the control program 52 includes. The first functional unit 54 determines z. For example, using given data for configuring the modules 14 - 18 , z. B. whether it is one-or two-pulse modules 14 - 18 as well as the number of modules 14 - 16 the most favorable for pulsation phase control of the drive signals 32 , The number of modules 14 - 18 , that is the number of linear motors 20 , can also result from given values. If the control unit 42 the number of linear motors 20 based on the input signals 46 determines (eg whether an input signal 46 is present or whether the one position of the linear motor 20 coding input signal 46 changes), there is no need for a specific requirement and in the event of a module failure 14 - 18 can the phase position of the drive signals 32 for the remaining modules 14 - 18 be corrected immediately. If the of the modules 14 - 18 included linear motors 20 different powers or the cylinders 22 have different volumes, this results in a correlated with the power and the cylinder volume expected mass flow 26 , Such predetermined by configuration data or due to input signals 46 recognizable influencing factors can be the first functional unit 54 also in the generation of the drive signals 32 and in determining their phase position. So z. B. at three modules 14 - 18 with the same power and cylinder volume and a module 14 - 18 with reduced power and / or cylinder volume to drive signals 32 with regularly distributed phasing for the first three modules 14 - 18 and a drive signals 32 for the fourth module 14 - 18 lead, which is the linear motor 20 this module 14 - 18 With the corresponding phase shift, it can run three times as fast as the linear motor 20 the other modules 14 - 18 , The of this module 14 - 18 generated mass flow pulses are then exactly at local minima of the mass flow curve as he is for the first three modules 14 - 18 results. Overall, this achieves a reduction of the pulsation. The first functional unit 54 takes into account such and other constellations for the coordination of linear motors 20 with regard to the lowest possible pulsation.

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.When in operation the piston pump 10 change individual operating parameters, eg. B. as related to 5 and 6 described in a module 14 - 18 the mass flow 26 goes back, takes over a second functional unit 56 of the control program 52 a coordinated coordination of the modules covered by the piston pump 14 - 18 , which in turn includes linear motors 20 , The explanation for exemplifying a decline of one of the modules 14 - 18 generated mass flow 26 is based on the control unit 42 as state values of the piston pump 10 supplied input signals 46 recognizable. The coordination of the modules 14 - 18 thus takes place on the basis of output variables of the modules 14 - 18 so that already justifies the second functional unit 56 to be called a rule. A possible control algorithm like that of the second functional unit 56 can be described very simply as follows: In a total mass flow curve, the phase position of a minimum is determined (see the lower illustration in FIG 5 and there recognizable minima); for the total mass flow rate whose pulsation is determined; the closest in terms of their phase position to the minimum drive signals 32 are shifted in their phase position in predetermined or predefinable steps towards the minimum; it is branched to the step for determining the pulsation, if the pulsation decreases by the shift of the phase position, the shift is continued in the previous direction or with a reduced step size in the opposite direction until a minimum pulsation is reached. The coordination just described is based on an approach that can be called heuristic search. With a complete description of the respective piston pump 10 The system formed and the application of control theoretical approaches is also an analytical coordination of linear motors 20 possible. The second radio tion unit 56 is also intended to carry out more complex adaptations than described here and then includes certain algorithms for this purpose.

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.Finally, the control unit comprises a third functional unit 58 with which one of the first and / or second functional unit 54 . 56 implemented control or regulation over or underlying control with respect to that of the piston pump 10 dispensed pressure or total mass flow 36 is realized. Such a control process a predetermined or predetermined pressure or mass flow setpoint and z. B. as mass flow actual value a sum of the individual mass flows 26 coding input signals 46 , As a control structure, a P, PI, PID control or the like comes into consideration.

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.at suitable control of the pulsation can be at the MWD even on external Pulsgeber omitted, since controlled test pulses for the MWD by means of the described and further executed below Method can be generated. This not only the MWD is advantageous simplified but there are also costs, such. B. for the external pulser, reduced.

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.The functional units 54 . 56 . 58 be in the control program 52 Cyclically called at predetermined times, so that a quasi-parallel processing takes place and promptly, ie in real time or quasi in real time, for any changes in the operation of the piston pump 10 is governed. The or single functional units 54 . 56 . 58 , as well as this comprehensive control program 52 are examples of means for implementing the method according to the invention and its embodiments. Other funds are not shown in the drawings Sen sensors or actuators, eg. B. the respective drive signal 32 processing, a linear motor 20 upstream drives.

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.Thus, the invention can be described as follows: It is a method for operating a multi-pulse piston pump 10 , in particular rinsing pump for use when flushing deep wells 12 , with at least two in each case a cylinder 22 guided piston 24 and one on the pistons 24 acting drive for the promotion of a liquid medium, as well as a processable or working piston pump 10 indicated, in which or at least two linear motors 20 Act as a drive and every linear motor 20 on at least one piston 24 acts and the linear motors 20 for pulsation control by means of a control unit 42 be coordinated.

1010: Kolbenpumpepiston pump
1212: Bohrlochwell
1414: Modulmodule
1616: Modulmodule
1818: Modulmodule
2020: Linearmotorlinear motor
2222: Zylindercylinder
2424: Kolbenpiston
2626: Massenstrommass flow
2828: Austrittsleitungexit line
3030: Motorbettengine bed
3232: Ansteuersignalcontrol signal
3434: MassenstromverlaufMass flow course
3636: GesamtmassenstromTotal mass flow
3838: Pumpepump
4040: Wärmetauscherheat exchangers
4242: Steuereinheitcontrol unit
4444: GesamtmassenstromverlaufTotal mass flow course
4646: Eingangssignalinput
4848: Mikroprozessormicroprocessor
5050: SpeicherStorage
5252: Steuerungsprogrammcontrol program
5454: erste Funktionseinheitfirst functional unit
5656: zweite Funktionseinheitsecond functional unit
5858: dritte Funktionseinheitthird functional unit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- WO 2008/074428 [0002]

Claims

Method for operating a multi-pulse piston pump ( 10 ), in particular rinsing pump for use in flushing deep wells ( 12 ), with at least two in each case a cylinder ( 22 ) guided piston ( 24 ) and one on the pistons ( 24 ) acting drive for conveying a liquid medium, characterized in that at least two linear motors ( 20 ) act as a drive and each linear motor ( 20 ) on at least one piston ( 24 ) and that the linear motors ( 20 ) for pulsation control by means of a control unit ( 42 ).

Method according to claim 1, wherein by means of the coordination of the linear motors ( 20 ) one to a relative position of the linear motors ( 20 ) relative to each other phase position is influenced for pulsation control.

Method according to claim 2, wherein the control unit ( 42 ) for the coordination of the linear motors ( 20 ) one on the plurality of linear motors ( 20 ) parked number of input signals ( 46 ) is supplied, which in each case an information regarding the position of the respective linear motor ( 20 ).

Method according to claim 1, wherein one with a movement of a linear motor ( 20 ) associated movement of the at least one associated piston ( 24 ) a measurable pressure or mass flow ( 32 ) in a cylinder ( 22 ) downstream in the conveying direction of the medium ( 28 ) and whereby by means of the coordination of the linear motors ( 20 ) a phase position of the mass flows ( 32 ) being affected.

Method according to claim 4, wherein the control unit ( 42 ) for the coordination of the linear motors ( 20 ) one of the plurality of linear motors ( 20 ) corresponding number of signals is supplied, which in operation in each case an information regarding the respective linear motor ( 20 ) caused mass flow ( 32 ).

Method according to one of the preceding claims, wherein a residual pulsation is substantially 10% or less, in particular essentially 0.8% to 3%.

Multi-pulse piston pump ( 10 ), in particular rinsing pump for use in flushing deep wells, with at least two in each case a cylinder ( 22 ) guided piston ( 24 ) and one on the pistons ( 24 ) acting drive for conveying a liquid medium, characterized by at least two, acting as a drive linear motors ( 20 ), each linear motor ( 20 ) on at least one piston ( 24 ) and a control unit ( 42 ) for the coordination of the linear motors ( 20 ) for pulsation control.

Multi-pulse piston pump according to claim 7, with means for carrying out the method according to one of the claims 1 to 6.

A multi-pulse piston pump according to claim 7 or 8, wherein each linear motor ( 20 ) and the or each driven piston ( 24 ) a module ( 14 - 16 ) and each module ( 14 - 16 ) comprises at least one signal output from which the control unit ( 42 ) an input signal ( 46 ), which codes a state value, namely one to the position of the respective linear motor ( 20 ) or to that of the linear motor ( 20 ) caused pressure or mass flow ( 26 ) related state value.

A multi-pulse piston pump according to claim 9, wherein a Desired phase position based on the number of transmitted during operation State values can be determined.

Multi-pulse piston pump according to one of Claims 7 to 10, with one at least one cylinder ( 22 ) coupled heat exchanger ( 40 ).

Multi-pulse piston pump according to one of Claims 7 to 11, with one of the coordination of the linear motors ( 20 ) under or superimposed control of a pressure and / or total mass flow ( 36 ).

Method for producing a multi-pulse piston pump ( 10 ) according to one of claims 7 to 12, wherein at least two linear motors ( 20 ) each having at least one piston ( 24 ) and a control unit ( 42 ) for coordinating the at least two linear motors ( 20 ) with the linear motors ( 20 ) is connected by data technology.