Hochdruck-Kolbenpumpe. Die Erfindung betrifft 13ochdruck-Kolben pumpen (Flüssigkeitspumpen oder Kompres soren), welche z. B. fähig sind, Drücke über 1000 Atmosphären zu erzeugen.
Solche Pumpen werden bei chemischen Verfahren verwendet, wo flüssiges Material hohen 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 Verwendung fanden, hat sich ein grosses Risiko eines Ver sagens infolge Überbeanspruchung des Werk stoffes herausgestellt. Solches Versagen pflegt für gewöhnlich an Stellen unregelmässigen Querschnittes aufzutreten, wie z. B. an den Durchgangsstellen der Ventile im Zylinder kopf, oder an den Befestigungsstellen des Kopfes :an dem Zylinder.
Das Eintreten eines Bruches kann bei solch hohen Drücken leicht ernste Konsequenzen nach sich ziehen, und ein Notbehelf, der zur Vermeidung eines sol chen Bruches gebraucht worden ist, besteht in dem Auswechseln des Zylinderkopfes nach einer vorbestimmten Anzahl von Kolbenhüben..
Die Erfindung ermöglicht, eine solche Ge fahr weitgehendst zu vermindern.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hochdruck-Kolbenpumpe mit einem Zylinder und besteht darin, dass der Zylinder eine ein zige Kammer enthält und bezüglich eines sta tionären., in dieser Kammer angeordneten Kol bens hin und her beweglich ist, dass die Saug- und Druckleitungen durch -den Kolben ver laufen und die Ventile dieser Leitungen am freien Ende des Kolbens angeordnet sind,
wo bei der Mantel des Zylinders gleichmässige Dicke aufweist und der Zylinder durch ein halbkugeliges Ende von gleichmässiger Dicke abgeschlossen ist.
Wenn das zur Veif'ügung stehende Mate rial stark genug ist und wenn die erlaubbaren Ausmasse genügen, -am dem verlangten Druck standzuhalten, ohne Zugbeanspruchungen (wie nach der Lame-Hypothese berechnet), welche die Ermüdungsgrenze überschreiten, zu er zeugen, dann kann ein aus einem einzigen Stück angefertigter Zylinder mit Sicherheit verwendet werden.
Für höhere Drücke mag es notwendig sein, sich einiger Verstärkungs methoden, wie die Anfertigung des Zylinders aus zueinander konzentrischen Teilen und deren Zusammenschrumpfung, oder die Um wicklung eines Zylinderkernes mit Draht, zu bedienen.
Es muss jedoch bei beiden Methoden darauf acht gegeben werden, d,ass man das Material während seiner Bearbeitung nicht übermässig beansprucht. Bei Anwendung der erstgenannten Methode ist das wirtschaftlich ste Konstruktionsverfahren in Engineering , Vol. 163, Nr. 4240, S. 349, 2. Mai 1947, be schrieben. Es muss jedoch Vorsorge getroffen werden, da.ss 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 cori taet Stresses in built-up cylinders auf Seite -164 in Engineering vom B. Dezember 1950 beschrieben ist.
Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbei spiel der erfindungsgemässen Pumpe im Längsschnitt in einstufiger Bauart, wobei die selbe aus einem Kolben -und einem Zylinder besteht. Die Vorrichtungen zum Halten und zur Betätigung der Pumpe sind nicht gezeigt.
Der hin und her gehende Zylinder besteht. aus drei zueinander konzentrischen Teilen 1, \? und 3, von denen jeder zentral symmetrisch und am einen Ende durch eine Halbkugel ab geschlossen ist. Der Teil 2 ist auf den. Teil 1 Lind der Teil 3 auf den Teil 2 aufgeschriunpft. Man erkennt, ;dass einerseits der Zylinderman- l.el, anderseits das halbkugelige Ende des Zy linders gleichmässige Dicke aufweisen.
Der in einer einzigen Kammer des Zylin ders angeordnete feststehende Kolben 5 ent hält Einlass- und Auslassleitimgen 6 und 7 sowie in diesen Leitungen an seinem freien Ende den Ein- und Auslass steuernde Rück Schlagventile 8 und 9, welche die gebräuch liche Kegelform aufweisen können.
Eine Stopfbüchse .mit Dichtung 4 ist vor gesehen, um eine Abdichtung zwischen Kol ben und Zylinder herzustellen.
Es ist selbstverständlich, dass der genaue Typ der zu verwendenden Stopfbüchsen oder Ventile sieh nach dem jeweils gewählten Ma terial und nanh den Arbeitsverhältnissen, wie z. B. vorhandener Druck, Temperatur und Zylindergeschwindigkeit, richtet. Die An Sprüche, welche an die Stopfbüchse gestellt werden, sind genau die gleichen, wie sie bei den gewöhnlichen Flüssigkeitspumpen oder Kompressoren gestellt werden.
Infolge der verhältnismässig einfachen Form des Zylinderkopfes können die im Zy- linder auftretenden Beanspruchungen mit hoher Genauigkeit kalkuliert werden.
Die um die Ventilsitze und Leitungen herum auftre tenden Spannungen können jedoch nur ange nähert berechnet werden, da es sich aber hier vorwiegend um eine Druckbeanspruchung handelt" so ist das Risiko eines Bruches an diesen Stellen infolge überbeanspruchung des Haterials sehr stark herabgesetzt.
High pressure piston pump. The invention relates to pumps 13 high pressure piston (liquid pumps or compressors) which z. B. are able to generate pressures above 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 they have been used up to now to generate pressure of 1000 atmospheres or more, there is a great risk of failure due to excessive stress on the material. Such failures usually occur in places with irregular cross-sections, such as B. at the passage points of the valves in the cylinder head, or at the attachment 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 makes it possible to largely reduce such a risk.
The present invention relates to a high-pressure piston pump with a cylinder and consists in the fact that the cylinder contains a single chamber and is movable to and fro with respect to a stationary piston arranged in this chamber, that the suction and pressure lines are run the piston ver and the valves of these lines are arranged at the free end of the piston,
where the jacket of the cylinder has a uniform thickness and the cylinder is closed by a hemispherical end of uniform thickness.
If the available material is strong enough and if the permissible dimensions are sufficient to withstand the required pressure without generating tensile loads (as calculated according to the Lame hypothesis) that exceed the fatigue limit, then one can cylinders made from a single piece can be used with certainty.
For higher pressures it may be necessary to use some reinforcement methods, such as making the cylinder from concentric parts and shrinking them together, or wrapping a cylinder core with wire.
With both methods, however, care must be taken to ensure that the material is not subjected to excessive stress during processing. When using the former method, the most economical construction method is in Engineering, Vol. 163, No. 4240, p. 349, May 2, 1947, be written. However, precautions must be taken that the; remaining voltages are not too high.
This can best be achieved by using the method described in the article Residual cori taet Stresses in built-up cylinders on page -164 in Engineering of December 8, 1950.
The drawing shows an exemplary embodiment of the pump according to the invention in longitudinal section in a single-stage design, the same consisting of a piston and a cylinder. The devices for holding and actuating the pump are not shown.
The reciprocating cylinder consists. from three concentric parts 1, \? and 3, each of which is centrally symmetrical and closed at one end by a hemisphere. Part 2 is on the. Part 1 and part 3 scratched onto part 2. It can be seen that on the one hand the cylinder man- ual and on the other hand the hemispherical end of the cylinder have a uniform thickness.
The fixed piston 5 arranged in a single chamber of the cylinder contains inlet and outlet ducts 6 and 7 and in these lines at its free end the inlet and outlet control valves 8 and 9, which can have the usual cone shape.
A stuffing box .mit seal 4 is seen before to produce a seal between the piston and cylinder.
It goes without saying that the exact type of stuffing boxes or valves to be used depends on the chosen material and the working conditions, such as B. existing pressure, temperature and cylinder speed. The sayings that are placed on the stuffing box are exactly the same as those placed on ordinary liquid pumps or compressors.
As a result of the relatively simple shape of the cylinder head, the stresses occurring in the cylinder can be calculated with high accuracy.
The stresses occurring around the valve seats and lines can only be calculated approximately, 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.