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Drehmoment und Kraftverlauf einer Pferdekopfpumpe

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fab wer

on 19 January 2017

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Transcript of Drehmoment und Kraftverlauf einer Pferdekopfpumpe

Drehmoment und Kraftverlauf einer Pferdekopfpumpe
Einsatz von Pferdekopfpumpen
Ursprünge der Pferdekopfpumpen
Unterirdischer Abschnitt
Kraftverlauf am Modell
Statischer Gewichtsausgleich
Dynamischer Gewichtsausgleich
Gegengewicht an der rotierenden Kurbel
Genutzt wird die Pferdekopfpumpe hauptsächlich zur Förderung von Rohöl
Der texanische Erfinder Walter W. Trout war mit seiner Firma Lufkin Foundry and Machine Company im Sägemühlen-
gewerbe tätig. Nach dessen Niedergang in den 20er Jahren begann er mit der Suche nach einem Ablösemodell der damals verbreiteten Holzkonstruktionen. Nach einem halben Jahr Überarbeitung der Gewichtsverteilung stellte er 1925 die erste kommerziell verwendbare Pferdekopfpumpe vor.

Mit den Größen:

m konst = konstante Masse (Pferdekopf plus Gestänge plus Kolben)
m Fl = Masse der getragenen Flüssigkeiten
Die ideale Ausgleichsmasse m A ist gegeben wenn,
((mk + m Fl) * r Kopf) - (m A*r A) = (mA * rA) - (mk * rK)
Bei rA = 2 * rk ist dann
mk + mFl - 2 * mA = 2 * mA - mk
2 * mk + mFl = 4 * mA
mA = (2 * mk + mFl)/4
maximal nötige Kraft: 1/2*mFl*g
nötige Arbeit: 1/2*mFl*h*2=m*g*h
h Hubhöhe
Beim konventionellen Tiefpumpenantrieb liegt das Gegengewicht an der Kurbel und rotiert somit ebenfalls. Dadurch hat es eine gleichmäßigere Bewegung mit gleichmäßiger Beschleunigung und benötigt weniger Kraftaufwand. Es entsteht ein harmonisches Drehmoment.

Die Bewegung harmonisiert durch den Dremoment des Gegengewichts
M = J * α = (m * rd1 ²)* α
m Masse des Gegengewichts
rk Abstand des Pferdekopfs zur Balancierstange
rA Abstand der Pleuelstange zur Balancierstange
rd1 Abstand des Gegengewichts der Achse der Kurbel
rd2 Abstand der Pleuelstange zur Achse der Kurbel

In der Formel zum statischen Gewichtsausgleich kann nun rA durch (rA*rd2/rd1) ersetzt werden.

Zum Beispiel für rk = rA und rd2 = 2rd1 erhält man das gleiche Ergebnis für die Ausgleichsmasse mA=(2mk +mFl)/4 wie beim statischen Gewichtsausgleich.

rA/rk*rd1/rd2 soll 2 sein
1. Einsatz von Pferdekopfpumpen
2. Ursprung der Pferdekopfpumpen
3. Unteridischer Abschnitt
4. Statischer Gewichtsausgleich
5. Dynamischer Gewichtsausgleich
6. Kraftverlauf am Modell
7. Vorführung des Modells

Kurbelwelle des Elektromotors -> 1. Zahnrad -> Drehstange - > 2. Zahnrad -> Zahnriemen -> 3. Zahnrad -> Pleuelstange -> Wippbewegung des Balancierbalkens -> Auf-und Abbewegung des Tragseils
Prinzip einer Gestängetiefpumpe zur Erdölförderung
1. Antriebsmotor mit Getriebe
2. Gegengewicht
3. Pleuelstange
4. Balancier
5. Pferdekopf
6. Kolbenstange
7. Dichtung als Bestandteil des Eruptionskreuzes
8. Ankerrohrtour des Bohrlochs
9. Zementage hinter Rohrtour
10. Äußere Ankerrohrtour
11. Pumpengestänge
12. Innere Bohrlochverrohrung
13. Tiefpumpe
14. Pumpenventile
15. Ölführende Gesteinsschicht
Aufbau einer Gestängepumpe:
- das Fußventil ist eine simple Konstruktion aus einer Kugel die lose auf einer Manschette aufliegt
- sobald der Druck oberhalb des Fußventils niedriger als unterhalb des Ventils ist, steigt die Kugel aufwärts
-> das Ventil ist offen
- das aufwärtsströmende Rohöl führt zum Druckausgleich
- die Schwerkraft zieht die Kugel nach unten und versiegelt das Ventil
- über dem Fußventil befindet sich der Kolben
- sein Außendurchmesser entspricht dem Innendurchmesser der Röhre, sodass keine Flüssigkeit an ihm vorbeifließen kann
- an seinem unteren Ende sitzt ein Kolbenventil, das ebenso wie das Fußventil aufgebaut ist.
Abwärtshub:
- während des Abwärtshubs bewegt sich der Kolben auf das Fußventil zu
- der Druck zwischen den beiden Ventilen steigt
- das Kolbenventil öffnet sich, das Fußventil bleibt geschlossen
- das Rohöl strömt in bzw. durch den Kolben
- am Tiefpunkt schließt sich das Kolbenventil wieder

Aufwärtshub:
- Rohöl über dem Kolbenventil wird mit dem Kolben zusammen nach oben getragen
- der Abstand zwischen Fuß- und Kolbenventil wird vergrößert
- der Druck im Zwischenraum sinkt
- das Fußventil öffnet sich
- ist der Kolben am Hochpunkt schließt sich das Fußventil
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