AT205351B

AT205351B - Flüssigkeitshebevorrichtung

Info

Publication number: AT205351B
Application number: AT829457A
Authority: AT
Inventors: Alberto Vajna De Pava
Original assignee: Montedison Spa
Priority date: 1956-12-27
Filing date: 1957-12-23
Publication date: 1959-09-25

Description

Flüs sigkeitshebevorrichtung
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diedern ebenfalls hier vorgeschlagenen Werkstoffe gegen solche Schmelzbäder war bisher nicht bekannt.

Beiliegende Zeichnungstelltein Ausführungsbeispieldes Erfindungsgegenstandes dar.

Die Fig. 1 und 2 sind zwei einander ähnliche Vertikalschnitte des Ausführungsbeispieles, wobei in Fig. 1 der Kolben seine obere Endlage und in Fig. 2 seine untere Endlage einnimmt, und Fig. 3 ist in der linken Hälfte ein Schnitt nach A-A'und in der rechten Hälfte ein Schnitt nach B-B'von Fig. 2.

Die dargestellte Hebevorrichtung weist einen vertikalen oder schwach geneigten Zylinder C mit geschlossenem Boden auf ; der Zylindermantel hat in geeigneter Höhe einen Einlasskanal l (es könnten auch mehrere sein). Im Betrieb muss der Zylinder bis über diesen Einlasskanal in die zu hebende Flüssigkeit eingetaucht sein, deren Spiegel mit L angegeben ist.

Im Zylinder C wird durch einen nicht gezeigten Mechanismus ein Kolben S hin und her verschoben, in dessen Mantelfläche eine achsparallele Nut 2 (es könnten auch mehrere sein) eingeschnitten ist.

Der Kolben S hat im Zylinder ein gewisses radiales Spiel, dessen Grösse von der Beschaffenheit der zu hebenden Flüssigkeit und derjenigen der Baustoffe von Zylinder und Kolben abhängt.

Wenn der Kolben seine obere Endlage einnimmt (Fig. 1), liegt seine untere Stirnfläche knapp über dem Einlasskanal 1. Die Flüssigkeit kann dann in den freien unteren Zylinderraum einfliessen und ihn füllen.

Gleich nach Beginn seiner Abwärtsbewegung schliesst der Kolben den Einlasskanal und verdrängt die Flüssigkeit aus besagtem unterem Zylinderraum durch die Nut 2 ; diese erstreckt sich genau so weit nach oben, dass, wenn der Kolben seine untere Endlage erreicht hat, ihre obere Begrenzung auf der Höhe der oberen Wandung einer Ringkammer 3 liegt, die in der Innenoberfläche des Zylinders C vorhanden ist und an die ein Auslasskanal 4 anschliesst.

Bei einer Variante könnte die Nut weggelassen und über derselben Länge der Kolben einen etwas kleineren Durchmesser haben, damit der dadurch sich ergebende Ringraum die Nut ersetzt. Der weiter oben gelegene Kolbenteil würde dann allein zur Führung des Kolbens im Zylinder dienen. Der Kolben wäre zusätzlich mit einer oder mehreren seitlichen Vorsprüngen zu versehen, die zum Verschliessen der Einmündung des Einlasskanals zu dienen hätten und auch zur Führung des Kolbens herangezogen werden könnten.

Zweckmässig sollten die Auf- und die Abwärtsbewegungen sich voneinander unterscheiden und die Anhalte in der oberen und der unteren Endlage nicht nur augenblicklich erfolgen. Der Bewegungsablauf sollte der folgende sein : a) verhältnismässig langsames Anheben ; die hiefür verwendete Zeit sollte etwa 20-30 % des ganzen Zyklus betragen ; b) verhältnismässig lange Pause in der oberen Endlage zwecks Ermöglichung des Einfliessens der Flüssigkeit ; Dauer dieser Pause etwa 50 - 70 % des ganzen Zyklus ; c) verhältnismässig rasches Herabstossen des Kolbens in einer Zeitdauer, die etwa 10 % des ganzen Zyklus beträgt.

Ein derartiger Bewegungsablauf kann leicht mit Hilfe einer geeignet profilierten Nockenscheibe erzielt werden.

Die theoretische Hebemenge pro Hin- und Hergang des Kolbens ist gleich dem Verdrängungsvolumen für die Hublänge zwischen Einmündung des Einlasskanales und untererEndlage des Kolbens.

Wegen ihrer Einfachheit können der Kolben und der Zylinder aus den mannigfaltigsten Materialien hergestellt werden, so dass die Wahl derselben sich nach den besonderen Betriebsbed' gungen richten kann.

Metalle, solche auf der Basis von Eisen u. a., eignen sich besonders. Bei Verwendung von Kohlenstoffstählen sind Betriebstemperaturen bis zu 450 und 5000 C zulässig. Bei Verwendung von austenitischen Stählen (25 % Cr, 20 % Ni) kann die Betriebstemperatur bis zu 800 und 9000 C betragen, wenn die gehobene Flüssigkeit nicht besonders korrosiv wirkt. Hochlegierte Stähle, die auch besonders in Frage kommen, sind jene, die im Handel unter den Bezeichnungen"Hastelloy" (60 % Ni, 20 % Mo, 18-20 % Fe) und"Multimet" (Typ N-155, wichtigste Legierungsbestandteile : Cr, Ni, Co, Fe) erhältlich sind.

Unter den nicht-metallischen Baustoffen sind besonders die kohlenstoffhaltigen zu erwähnen, z. B. die kompakten Kohlenstoffagglomerate und speziell Graphit.

Gewisse feuerfeste Materialien, wie Silizium-Aluminium-haltige, haben eine sehr kompakte Struktur und unter ihnen kommen auch die bei hohen Temperaturen behandelten Metalloxyde (z. B. gesintertes AI0 oder gesintertes MgO) in Frage.

Die nicht-metallischen Baustoffe wird man in erster Linie nur für die im Betrieb hochgradig erhitzten Vorrichtungsteile verwenden und beispielsweise den Kolben mit einer metallischen Kolbenstange versehen.

Falls die zu hebende Flüssigkeit auf erhöhter Temperatur gehalten werden muss, kann der Zylinder mit einem von einem Heizmittel durchflossenen Mantel oder mit einem eingebauten oder einem ihn umgebenden Heizwiderstand versehen sein.

Die Vorrichtung kann in einer Kammer arbeiten, welche die hochtemperaturige, zu hebende Flüssigkeit enthält, dabei wird die Kolbenstange die Decke dieser (selbstverständlich wärmeisolierten) Kammer durchdringen und durch ausserhalb dieser letzteren angeordnete Mittel angetrieben werden.

Beispiel 1: Die zu hebende Flüssigkeit bestand aus einem schmelzflüssigen, fluorierten Bad mit einem Gehalt von 3 bis 9 % aufgelöstem Aluminiumoxyd, wie bei der Darstellung von metallischem Aluminium durch Schmelzelektrolyse üblich. Die Betriebstemperatur betrug ungefähr 9400 C, war also so hoch, dass die Flüssigkeit nicht infolge ihrer Viskosität dem Durchfliessen von Kanälen und Rohren hohen Widerstand entgegensetzte. Es handelte sich darum, das Bad von einer unteren in eine obere Zelle eines mehrzelligen Elektrolyseofens vom"Halskettentypus", zu heben, u. zw. um etwa 80 cm.

Zur Gewährleistung eines maximalen Badumlaufes von 200 cm/s im Kreislauf des Ofens wurden in der unteren Kammer, in der eine im wesentlichen sauerstofffreie Atmosphäre aufrecht erhalten wurde, zwei der oben beschriebenen Pumpen installiert, welche folgende Daten aufwiesen : Innendurchmesser des Zylinders :
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gang betrug 500 cm3. Infolge des Spieles des Kolbens im Zylinder betrug die wirkliche Schöpfmenge nur 450 ces, der volumetrische Wirkungsgrad also 85 %.Jede der beiden Pumpen wurde mit etwa 13 Hin- und Hergängen pro Minute betrieben, so dass sich eine gesamte Pumpleistung von 200 cm/s ergab für beide Pumpen. Vibrationen traten nicht ein und die mechanische Beanspruchung war, auch unter den heiklen Betriebsbedingungen, gering.

Da es sich um einen Ofen vom"Halskettentypus"handelte, mussten die Pumpen nicht kontinuierlich arbeiten und es stellten sich bei den zahlreichen Anhalten keine Verstopfungen ein.

Beispiel 2 : Eine aus Kohlenstoff-Stahl hergestellte Pumpe wurde in einem zur Herstellung einer Blei-Natrium-Legierung dienenden Ofen zur Einführung von Blei bei einer Temperatur von 3500 Cbenützt. Das geschmolzene Blei musste um 140 cm gehoben werden. Der Unterteil der Pumpe ragte in einen grossen Schmelztiegel, in welchem das Blei unter Luftabschluss bei der erforderlichen Temperatur gehalten wurde. Der Pumpenkörper trug einen äusseren und nach aussen wärmeisolierten, elektrischen Heizwiderstand.

Die Gleitflächen an Kolben und Zylinder waren geschliffen ; das diametrale Spiel betrug etwa 0, 2 mm. Das Zylindervolumen betrug 1000 cms, dasjenige der beiden Längsnuten des Kolbens 280 cms, die theoretische Schöpfmenge also 720. cms pro Hin- und Hergang. Bei einer Arbeitsgeschwindigkeit von
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und HergängenWährend einem ununterbrochenen Betrieb von zirka 6 Stunden ergab sich nicht die geringste Schwierigkeit.

Beispiel 3 : Eine aus Graphit hergestellte Pumpe, deren genutzter Zylinderraum 700 cms mass, wurde verwendet zum Heben von geschmolzenem Aluminium von der Sammelkammer eines Schmelzelektrolyseofens zu einer Blockgiessform. Die ganze Pumpe wurde auf einer Temperatur von 700 C mittels elektrischer Heizwiderstände gehalten, die in speziellen Nuten der Pumpkammerwandung eingebettet waren. Die Schmelze musste um 120 cm gehoben werden. Der Kolben hatte eine einzige Längsnut von 1 cm Querschnitt, somit betrug die theoretische Schöpfmenge 580cms proRin- und Hergang, gegenüber einer wirklichen Schöpfmenge von 500 cm3 (volumetrischer Wirkungsgrad : 860/0)'Die Pumpe wurde mit gelegentlichen Unterbrechungen mit einer Arbeitsgeschwindigkeit von 15 Hin-und Hergängen pro Minute betrieben.

(Schöpfmenge 8 Liter bzw. 20 kg pro Minute). Dieses Resultat war sehr zufriedenstellend für den angegebenen Zweck.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE : 1. Flitssigkeitshebevoirichtungr mit einer zylindrischen, wenigstens angenähert vertikalachsigen unten abgeschlossenen Kammer, die auf einer Zwischenhöhe die Einmündung eines Einlasskanales und weiter oben eine an einem Auslasskanal anschliessende Erweiterung hat, einem in der Kammer längsverschiebbaren Kolben, der im unteren Teil seiner Länge, welche mindestens gleich gross ist wie der Abstand zwischen dem Einlasskanal und der Erweiterung der Kammer, einen kleineren Querschnitt als die Kammer aufweist und der mit seiner Kolbenstange einen einheitlichen Maschinenteil bildend, zwischen einer oberen Endlage, in der seine untere Stirnfläche über dem Einlasskanal gelegen ist, in eine untere Endlage, <Desc/Clms Page number 4> in welcher diese Stirnfläche ein Stück weit unter dieser Einmündung gelegen ist,

hin-und herbewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Erweiterung der Kammer durch eine Ringnut gebildet ist und der Kolben im unteren Teil zu seiner Querschnittsverminderung mindestens eine an seiner Mantelfläche ge- legene Längsnut aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben im unteren Teil zwei einander diametral gegenüberliegende an seiner Mantelfläche gelegenen Längsnuten aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, aus gegen Hitze und chemischen Angriff hochwiderstandsfähigem Werkstoff wie z. B. Graphit, Kohlenstoffstahl oder hochlegiertem rostfreiem Stahl, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammerwand in an sich bekannter Weise mit Heizorganen, wie z. B. einem Mantel für den Umlauf von Heizmittel, oder mit in der Kammerwand eingebauten oder die Kammerwand umgebenden elektrischen Widerstandselementen ausgestattet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsmittel für den Kolben mit einer Steuerung an sich bekannter Art, wie z. B. einer profilierten Nockenscheibe od. dgl. ausgestattet sind um zu erreichen, dass der Aufwärtshub länger dauertals der Abwärtshub.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsmittel mit einer Steuerung an sich bekannter Art, wie z. B. einer profilierten Nockenscheibe od. dgl. ausgestattet sind um zu erreichen, dass der Kolben während bis zu 70 % der Dauer eines Arbeitszykluses in der oberen Endlage verbleibt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsmittel mit einer Steuerung an sich bekannter Art, wie z. B. einer profilierten Nockenscheibe od. dgl. ausgestattet sind um zu erreichen, dass die Dauer des Aufwärtshubes bis zu 307ã und diejenige des AbwSrtshubes bis zu 10 derjenigen eines Arbeitszykluses beträgt.