Hochdruck-Kolbenpumpe. Die Erfindung betrifft llochdruck-Kol- benpumpen (Flüssigkeitspumpen oder Kom pressoren), welche zum Beispiel fähig sind, Drücke über 1000 Atmosphären zu erzeugen.
Solche Pumpenwerden bei chemisehen Ver fahren verwendet, wo flüssiges Material ho hen Drücken unterworfen wird, wie z. B. bei der Polymerisation von Äthylen.
Bei Flüssigkeitspumpen oder Kompresso ren, wie sie bis jetzt zur Druckerzeugung von 1000 Atmosphären oder darüber Verwen dung fanden, hat sich ein grosses Risiko eines Versagens infolge Überbeanspruchung des Werkstoffes herausgestellt. Solches Ver sagen pflegt für gewöhnlich an Stellen unre gelmässigen Querschnitts aufzutreten, wie z. B. an den Durchgangsstellen der Ventile im Zylinderkopf oder an den Befestigungs stellen des Kopfes an dem Zylinder. Das Eintreten eines Bruches kann bei solch hohen Drücken leicht ernste Konsequenzen nach sieh ziehen, und ein Notbehelf, der zur Ver meidung eines solchen Bruches gebraucht worden ist, besteht in dem Auswechseln des Zylinderkopfes nach einer vorbestimmten Anzahl von Kolbenhüben.
Die Erfindung ermöglicht, eine solche Ge fahr w eitest-ehend zu vermindern..
Die vorliegende Erfindung betrifft eine IIochdruck-Kolbenpumpe mit einem Zylinder und besteht. darin, dass der Zylinder zwei, unterschiedlichen Durchmesser aufweisende Kammern enthält und bezüglich je eines in jeder Kammer angeordneten stationären Kol bens hin- und herbeweglich ist, dass im grö sseren der beiden Kolben eine Saugleitung und im kleineren eine Druckleitung vorge sehen ist und die Ventile dieser Leitungen an den freien Enden der Kolben angeordnet sind, und dass in der die beiden Kammern trennenden Metallwand ein Durchlass vorge sehen ist, welcher ein Einwegventil enthält.
Wenn das zur Verfügung stehende Mate rial stark genug ist und wenn die erlaub baren Ausmasse genügen, um dem verlangten Druck standzuhalten, ohne Zugbeanspru chungen (wie nach der Lame-Hypothese be rechnet), welche die Ermüdungsgrenze über schreiten, zu erzeugen, dann kann ein aus einem einzigen Stück angefertigter Zylinder mit Sicherheit verwendet werden. Für höhere Drücke mag es notwendig sein, sich einiger Verstärkungsmethoden für den Zylinder, wie die Anfertigung des Zylinders aus zuein ander konzentrisehen Teilen und deren Zu sammenschrumpfung, oder die Umwicklung eines Zylinderkernes mit Draht, zu bedienen.
Es muss jedoch bei beiden Methoden darauf acht gegeben werden, dass man das Material während seiner Bearbeitung nicht übermässig beansprucht. Bei Anwendung der erstge nannten Methode ist das wirtschaftlichste Konstruktionsverfahren in Engineering , Vol. 163, N 4240, Page 349, 2. Mai 1947, be schrieben. Es muss jedoch Vorsorge getroffen werden, dass die zurückbleibenden Spannun- gen keine zu hohen sind. Dies kann am besten erreicht werden, wenn man die Methode be nutzt, wie sie in dem Artikel Residual con- tact Stresses in built-up cylinders auf Seite 464 in Engineering vom B. Dezember 1950 beschrieben ist.
Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbei spiel der erfindungsgemässen Pumpe in zwei stufiger Bauart im Längsschnitt. Die Vor richtungen zum Halten und zur Betätigung der Pumpe sind nicht gezeigt. Der hin- und hergehende Zylinder besteht aus zentral sym metrischen Teilen 1 und 2, wobei der Teil auf den Teil 1 aufgeschrumpft ist. Bei die sen Pumpen wird ein zusammengesetzter Zy linder bevorzugt, weil dadurch die Zugbean spruchungen um das Zwischenkammerventil herum vermindert werden können. Der in nere Zylinderteil 1 weist zwei Kammern 9 und 10 auf, welche durch einen mit einem Einwegventil in Form eines konischen Rück schlagventils 7 versehenen Durehlass verbun den sind, welcher in der Metalltrennwand zwischen diesen Kammern vorhanden ist. Die Kammer 10 besitzt einen grösseren Durchmes ser als die Kammer 9.
Ein stationärer Kolben 4 befindet sich in der Kammer 9 und ist durch die Stopfbüchse 3 abgedichtet. Ein zweiter stationärer grö sserer Kolben 6 befindet sich in der Kammer 10. Jeder Kolben besitzt eine zentrale Zu- bzw. Ableitung für das Fluidum und in die ser Leitung an seinem freien Ende ein ge wöhnliches, konisches Rückschlagventil (5 bzw. 8). Die beiden Kolben sind in der glei chen Längsachse angeordnet und der Zy linder ist so ausgebildet, dass er über beiden Kolben hin- und hergeht. Wenn beim Betrieb der Pumpe oder des Kompressors sieh der Zylinder von rechts nach links bewegt, dann öffnet sich das Ventil 8 und lässt Fluidum in die Kammer 10 einströmen.
Zur selben Zeit wird das in Kammer 9 befindliche Fluidum komprimiert und durch das Ventil 5 zum Auslass der Pumpe befördert. Wenn sich beim Zylinder rückgang der Zylinder nach rechts bewegt, dann gelangt das in Kammer 10 vorhandene Fluidum durch das Ventil 7 in die Kammer 9. Da Kammer 9 im Durchmesser kleiner als Kammer 10 ist, so hat dieser Übergang eine Druckerhöhung des Fluidums zur Folge.
Die in Kammer 9 stattfindende Druck erhöhung führt zu einer Temperaturerhöhung in diesem Pumpenteil, und es ist daher wün schenswert, dass für passende Abkühlung ge sorgt wird, um einen übermässigen Tempe raturanstieg zu verhindern. Dies mag durch einen den Zylinder umgebenden Kühlmantel geschehen, durch welchen kaltes Wasser ge leitet wird.
Es ist selbstverständlich, dass der genaue Typ der zu verwendenden Stopfbüchsen oder Ventile sich nach dem jeweils gewählten Ma terial und nach den Arbeitsverhältnissen, wie z. B. vorhandener Druck, Temperatur und Zy lindergeschwindigkeit, richtet. Die Ansprüche, welche an die Stopfbüchse gestellt werden, sind, genau die gleichen wie sie bei den ge wöhnlichen Flüssigkeitspumpen oder Kom pressoren gestellt werden.
Die um die Ventilsitze und Leitungen herum auftretenden Spannungen können nicht mit Sicherheit. berechnet werden, da es sich aber hier vorwiegend um eine Druckbean spruchung handelt., so ist das Risiko eines Bruches an diesen Stellen infolge Überbean spruchung des Materials sehr stark herab gesetzt.
High pressure piston pump. The invention relates to single-hole pressure piston pumps (liquid pumps or compressors) which, for example, are capable of generating pressures in excess of 1000 atmospheres.
Such pumps are used in chemical processes where liquid material is subjected to high pressures, e.g. B. in the polymerization of ethylene.
In the case of liquid pumps or compressors, as used up to now to generate pressures of 1000 atmospheres or more, there is a high risk of failure due to excessive stress on the material. Such Ver say usually occurs in places irregular cross-section, such. B. at the passage points of the valves in the cylinder head or at the mounting points of the head on the cylinder. The occurrence of a break at such high pressures can easily have serious consequences and a stopgap measure that has been used to avoid such a break is to replace the cylinder head after a predetermined number of piston strokes.
The invention enables such a risk to be reduced as far as possible.
The present invention relates to a high pressure piston pump with a cylinder and consists. in that the cylinder contains two chambers with different diameters and is movable back and forth with respect to a stationary piston arranged in each chamber, that a suction line is provided in the larger of the two pistons and a pressure line in the smaller one and the valves of this Lines are arranged at the free ends of the piston, and that in the metal wall separating the two chambers a passage is provided which contains a one-way valve.
If the available material is strong enough and if the allowable dimensions are sufficient to withstand the required pressure without tensile stresses (as calculated according to the Lame hypothesis) that exceed the fatigue limit, then one can generate cylinders made from a single piece can be used with certainty. For higher pressures it may be necessary to use some reinforcement methods for the cylinder, such as the manufacture of the cylinder from mutually concentric parts and their shrinkage to one another, or the wrapping of a cylinder core with wire.
With both methods, however, care must be taken that the material is not subjected to excessive stress during processing. When using the first-mentioned method, the most economical construction method is described in Engineering, Vol. 163, N 4240, Page 349, May 2, 1947. However, care must be taken that the residual voltages are not too high. This can best be achieved by using the method as described in the article Residual Contact Stresses in built-up cylinders on page 464 in Engineering of December 8, 1950.
The drawing shows an exemplary embodiment of the pump according to the invention in two-stage design in longitudinal section. The devices for holding and actuating the pump are not shown. The reciprocating cylinder consists of centrally symmetrical parts 1 and 2, the part being shrunk onto part 1. In these pumps, a compound cylinder is preferred because it can reduce the tensile stress around the inter-chamber valve. The in nere cylinder part 1 has two chambers 9 and 10, which are verbun by a provided with a one-way valve in the form of a conical return valve 7 Durehlass, which is present in the metal partition between these chambers. The chamber 10 has a larger diameter than the chamber 9.
A stationary piston 4 is located in the chamber 9 and is sealed by the stuffing box 3. A second stationary, larger piston 6 is located in the chamber 10. Each piston has a central inlet and outlet line for the fluid and in this line at its free end an ordinary, conical check valve (5 or 8). The two pistons are arranged in the same longitudinal axis and the cylinder is designed so that it goes back and forth over both pistons. If the cylinder moves from right to left during operation of the pump or the compressor, then the valve 8 opens and allows fluid to flow into the chamber 10.
At the same time, the fluid in chamber 9 is compressed and conveyed through valve 5 to the outlet of the pump. If the cylinder moves to the right as the cylinder declines, the fluid present in chamber 10 passes through valve 7 into chamber 9. Since chamber 9 is smaller in diameter than chamber 10, this transition results in an increase in pressure of the fluid.
The pressure increase taking place in chamber 9 leads to a temperature increase in this pump part, and it is therefore desirable that suitable cooling be provided in order to prevent an excessive rise in temperature. This may be done through a cooling jacket surrounding the cylinder through which cold water is passed.
It goes without saying that the exact type of stuffing boxes or valves to be used depends on the material chosen and on the working conditions, such as. B. existing pressure, temperature and cylinder speed Zy directed. The demands placed on the stuffing box are exactly the same as those placed on conventional liquid pumps or compressors.
The voltages around the valve seats and lines cannot be guaranteed. However, since this is primarily a matter of compressive stress, the risk of breakage at these points due to excessive stress on the material is greatly reduced.