Zirkulationspumpe für hochgespannte Gase. Zirkulationspumpen für hochgespannte Gase haben eine ganz eigenartige Arbeits- weise, die sich stark von derjenigen normaler Gaskompressoren unterscheidet. Sie müssen Gas von ausserordentlich hohem Druck an saugen und haben dabei nur eine Druckhöhe zu überwinden, die dem Durchgangswider stand des Gases durch die angeschlossene Apparatur entspricht und im Verhältnis zu dem hohen Ansaugdruck sehr gering ist. Das Druckverhältnis zwischen dem Enddruck und dem Ansaugdruck beträgt daher nur wenig mehr als 1.
Infolgedessen hat das Diagramm einer solchen Zirkulationspumpe weit mehr Ähnlichkeit mit demjenigen einer Wasserpumpe als mit dem Diagramm eines Kompressors.
Üblicherweise werden solche Zirkulations- pumpen als doppelwirkende Einzylinder- maschinen ausgeführt, weil sich dadurch die hohen Gasdrücke auf beiden Kolbenseiten weitgehend gegenseitig ausbleichen,
so dass bei der Bewegung des Kolbens nur der verhält nismässig kleine Unterschied zwischen dem Saug- und dem Enddruck überwunden wer den muss. Bei diesen Pumpen ist die För- derung aber sehr ungleichmässig und kommt im Hubwechsel jedesmal ganz zum Still stand. Die Gassäulen in den Saug- und Druckleitungen müssen daher bei jedem Hube neu beschleunigt werden, und da die Gas gewichte bei den hohen Drücken schon recht beträchtlich sind, entstehen in den Leitungen erhebliche Druckschwankungen.
Diese Druck- und Geschwindigkeitsschwankungen in den Leitungen sind äusserst nachteilig und führen zu hartem und stossendem Gang der Pumpen. Die Verwendung von Windkesseln, wie bei Wasserpumpen, ist nicht möglich, da die Gase bei den hohen Drücken nur noch wenig kompressibel sind; daher müssten die Wind kessel solche Dimensionen erhalten, dass sie nicht mehr wirtschaftlich ausführbar sind.
Es ist bekannt, dass einfach wirkende dreikurbelige Presspumpen mit l20 Kurbel versenkung eine praktisch gleichförmige Strömung in den Leitungen erzeugen und bei hohen Drücken ohne Windkessel betrieben werden können.
Jedoch ist es vollkommen unmöglich, eine Zirkulationspumpe für hoch gespannte Gase nach Art einer einfach- wirkenden Dreiplunger-Presspumpe zubauen, weil die sehr hohen Drücke, die sowohl während des Saug- wie während des Druck hubes auf den vollen Plungerquerschnitt wirken würden, eine unerträgliche einseitige Belastung des Kurbeltriebwerkes herbei führen müssten.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine einfachwirkende dreikurbelige Pumpe, bei welcher dieser Nachteil dadurch beseitigt wird, dass die den Stopfbüchsen zugekehrten nichtarbeitenden Kolbenseiten ständig vom Druck in der der Druckleitung beaufschlagt werden, so dass ein Ausgleich der einseitigen Drücke und eine Entlastung des Kurbeltrieb werkes erreicht wird.
Auf der beiliegenden Zeichnung ist in einer einzigen Figur ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes schematisch dar gestellt.
In drei Zylindern bewegen sich die ein fachwirkenden Kolben 4, welche durch selbsttätige Ventile das Gas beim Abwärts gang aus der Saugleitung 1 in den Arbeits raum 3 einsaugen und es beim Aufwärtsgang in die Druckleitung 2 ausschieben. Die den Stopfbüchsen 6 zugekehrten nichtarbeitenden Zylinderräume 5 sind erfindungsgemäss mit der Druckleitung 2 ständig verbunden.
Durch die Kolbenstangen i, welche mit den Stopf- büchsen 6 nach aussen abgedichtet sind, wer den die Kolben mit den nicht gezeichneten Kurbeltriebwerken verbunden.
Während des Druckhubes herrscht im Raume 3 über dem Kolben 4 der Enddruck, welcher auf die volle Kolbenfläche wirkt und den Kolben abwärts zu drücken bestrebt ist. Unter dem Kolben herrscht im Raume 5 der gleiche Druck, welcher auf die von Kolben- und Stangenquerschnitt gebildete Ringfläche drückt und den von oben wirkenden nahezu ausgleicht. Nur die geringe Restkraft, welche dem Druck auf den Querschnitt der Kolben stange ? entspricht, ist vom Kurbeltrieb zu überwinden.
Während des Saughubes herrscht im Raume 3 der Ansaugdruck, der auf die volle Kolbenfläche drückt. Ihm gegenüber wirkt der im Raume 5 herrschende nur wenig grössere Enddruck, der auf die nur wenig kleinere Ringfläche der Kolbenunterseite drückt. Je nach der Bemessung des Stangen querschnittes kann leicht erreicht werden, dass entweder die von oben und unten auf den Kolben wirkenden Kräfte sich weitgehend aufheben, oder dass eine nach aufwärts gerichtete Komponente übrigbleibt, so dass im Kurbeltrieb ein Druckwechsel entsteht.
Diese Komponente wird zweckmässig so bestimmt, dass sie nicht grösser wird als die während des Druckhubes abwärts wirkende Kraft.
Das Triebwerk braucht infolgedessen nur für die auf den Stangenquerschnitt wirkende Kraft bemessen zu werden, die nur einen kleinen Bruchteil der auf den Kolbenquer schnitt wirkenden Kraft darstellt und erhält daher keine grossen Abmessungen. Da. die För derung in der Saug- und Druckleitung prak tisch gleichmässig ist, kann ein ruhiger Gang der Maschine auch bei höheren Umlaufzahlen erreicht werden.
Die Maschine kann ohne weiteres mit drei getrennten Zylindern gebaut werden. Nach teilig ist dabei, dass von der gemeinsamen Ansaugleitung drei Zweigleitungen zu den Saugventilen der drei Zylinder führen müssen und dass man auf der Druckseite wiederum drei Druckleitungen erhält., die zu einer ge meinsamen Leitung vereinigt werden müssen. Dadurch ergeben sich zahlreiche T-Stücke und Flanschverbindungen, die bei den hohen Drücken äusserst schwierig auszuführen und dicht zu halten sind.
Diese Leitungen und Flanschverbindungen können erspart werden, wenn die drei Zylinder in einem gemeinsamen Stahlblock untergebracht werden, weil dann die Abzweigleitungen zu den einzelnen Zy lindern als Bohrungen im Stahlblock aus geführt werden können, so dass zahlreiche Rohrleitungen, Flanschverbindungen und T-Stücke erspart werden. Es ist dann nur noch der Anschluss der gemeinsamen Saug leitung und der gemeinsamen Druckleitung am Stahlblock als Flanschverbindung aus zuführen.
Mitunter wird zur Regulierung der För- dermenge noch ein Ventil angeordnet, welches es ermöglicht, aus der Druckleitung die nicht benötigte zuviel geförderte Gasmenge direkt wieder in die Saugleitung zurückströmen zu lassen.
Dieses Ventil kann ebenfalls in dem gemeinsamen Stahlblock untergebracht wer den, so da.ss die benötigten Verbindungskanäle vom Druckkanal zum Regulierventil und vom Regulierventil zum Saugkanal ebenfalls als Bohrungen ausgeführt werden können, so dass auch hier besondere Flanschen und T-Stücke in den. Leitungen erspart werden.
Ebenfalls kann in diesem Block ein Sicher heitsventil untergebracht werden, welches bei Überschreitung der zulässigen Differenz zwi schen Anfangs- und Enddruck Gas aus dem Druckkanal durch geeignete Bohrungen in den Saugkanal zurückströmen lässt.
Die Verbindung der Räume 5 mit dem Druckkanal 2 kann beispielsweise durch drei separate Verbindungsleitungen geschehen. Vorteilhafter ist es, wie in der Zeichnung dargestellt, den Druckkanal 2 so zu führen, dass er an der tiefsten Stelle der Räume 5 durch diese hindurchgeht. Dadurch wird er reicht, dass etwa vom Gas mitgeführte Flüssigkeit stets sofort bei 8 durch den Druckkanal abgeführt wird und sich nirgends ansammeln kann, so dass die gefährlichen Flüssigkeitsschläge nicht auftreten können.
Zirkulationspumpen für hochgespannte Gase von der oben beschriebenen Bauart können in der chemischen Industrie aus gedehnte Anwendung bei der synthetischen Herstellung verschiedener Stoffe aus hoch gespannten Gasen finden.
Bei der Ammoniak synthese beispielsweise wird ein Gasgemisch aus drei Teilen Wasserstoff und einem Teil Stickstoff unter einem Druck von mehreren 100 Atm in ein Reaktionsgefäss gedrückt, wo unter einer Temperatur von mehreren 100 und meist in Anwesenheit eines Katalysators die Verbindung der beiden Gase zu Ammoniak stattfindet. Dabei nimmt immer nur ein. ver hältnismässig kleiner Teil des Gasgemisches an der Reaktion teil und verlässt das Reaktionsgefäss in Form von Ammoniak.
Der grössere Teil des anwesenden Gasgemisches kommt. chemisch unverändert als Wasserstoff und Stickstoff wieder heraus und muss ein zweites Mal in das Reaktionsgefäss gepumpt werden. Dieses Umwälzen des Gases, das nicht an der Reaktion teilgenommen hat, ist die Aufgabe der Zirkulationspumpe.