CH439975A - Method for achieving a pulsation-free flow in the suction and pressure lines of a positive displacement pump with three or more cylinders and a modulator for carrying out the method - Google Patents

Method for achieving a pulsation-free flow in the suction and pressure lines of a positive displacement pump with three or more cylinders and a modulator for carrying out the method

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Publication number
CH439975A
CH439975A CH504765A CH504765A CH439975A CH 439975 A CH439975 A CH 439975A CH 504765 A CH504765 A CH 504765A CH 504765 A CH504765 A CH 504765A CH 439975 A CH439975 A CH 439975A
Authority
CH
Switzerland
Prior art keywords
pulsation
angle
modulator
pump
suction
Prior art date
Application number
CH504765A
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German (de)
Inventor
Johan Brugma Antoine
Original Assignee
Bran & Luebbe
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H35/00Gearings or mechanisms with other special functional features
    • F16H35/02Gearings or mechanisms with other special functional features for conveying rotary motion with cyclically varying velocity ratio
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B9/00Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members
    • F04B9/02Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members the means being mechanical

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Reciprocating Pumps (AREA)

Description

  

  Verfahren zum Erzielen einer     pulsationsfreien    Strömung in der Saug- und der     Druckleitung    einer       Verdrängerpumpe    mit drei oder mehr Zylindern und     Modulator    zur Durchführung des     Verfahrens       Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzielen  einer     pulsationsfreien    Strömung in der Saug- und der  Druckleitung einer     Verdrängerpumpe    mit drei oder mehr  Zylindern und einen zur Durchführung dieses Verfah  rens geeigneten     Modulator,

      welcher der gleichförmigen  Drehbewegung der Antriebswelle einer     Verdrängerpum-          pe    mit drei oder mehr     Zylindern    eine zusätzliche Bewe  gung erteilt.  



  Kolben bzw.     Plunger-    oder     Membranpumpen    besit  zen einen besonderen Nachteil. Sie fördern die Flüssig  keit auf derart unregelmässige Weise, dass man oft diese  Übelstände zu fühlen bekommt. Die     Pulsationserschei-          nung    bat zur Folge, dass man die Leistung der Pumpe  nicht mit Strömungsmessern kontrollieren     kann.    Ferner  muss man oft weitere Leitungen anwenden, als es sonst  erforderlich gewesen wäre, wobei im übrigen die     Pulsa-          tion    noch zu unangenehmen Erscheinungen führen kann.  Vor allem bei langen Leitungen können Schläge auftreten,  und diese Druckstösse führen oft zu einem Lecken der  Stopfbuchsen der Pumpen.

   Ausserdem werden der An  triebsmotor und das Getriebe stossweise belastet. Um  die     Pulsation    einzuschränken, ohne dass man jedoch  diese ganz verhindern kann, verwendet man Windkessel  oder auch Pumpenanlagen, die mit mehreren Einzel  pumpen (bis zu 9 Stück) ausgerüstet sind. Die Verwen  dung von Windkesseln ist jedoch in vielen Fällen un  bequem, und Pumpenanlagen mit vielen Einzelpumpen  sind teuer. Die Herstellung einer Kolbenpumpe mit einer  vollkommen gleichmässigen Strömung in der Saug- und  Druckleitung, wie dies bei einer     Zentrifugalpumpe    der  Fall ist, scheint auf den ersten Blick eine Utopie. Die  Industrie fordert jedoch dringend Kolbenpumpen dieser  Art.  



  Es sind bereits Versuche unternommen worden, um       pulsationsfreie        Plunger=Pumpen    herzustellen.     Dies    bezog  sich aber lediglich auf die Druckleitung der Pumpe, und  die     Pulsationsfreiheit    in dieser wurde erreicht auf Kosten  der Vorgänge in der Saugleitung. Die besagte Konstruk  tion betraf eine Kurvenscheibe, welche zwei Plunger-         kolben    antrieb. Durch richtige Berechnung der Kurven  scheibe wird in der Tat eine     pulsationsfreie    Strömung  in der Druckleitung erreicht.

   In der Saugleitung entsteht  dann jedoch eine sehr heftige     Pulsation,    wobei die Flüs  sigkeit in     regelmässigen        Zeitabständen    sogar gänzlich  stillsteht, um dann     plötzlich    stossweise wieder beschleu  nigt zu werden bzw. gänzlich zum Stillstand zu kommen.  Es versteht sich von selbst, dass derartige Pumpen ledig  lich bei sehr kurzen Saugleitungen und nur bei einem  beträchtlichen hohen Gegendruck nützliche     Verwendung     finden können.  



  Der Gedanke der Erfindung besteht darin, die speziel  len Eigenheiten v. Kolbenpumpen,     nämlich    die pulsieren  de     Förderung,    dadurch zu beseitigen, dass man der  Drehbewegung der Kurbelwelle eine entsprechende Zu  satzbewegung überlagert.     Diese    Kurbelbewegung soll im  Folgenden als     modulierte    Bewegung bezeichnet werden.  



  Um deutlich zu machen, was unter einer modulierten  Antriebsart zu verstehen ist, stelle man sich eine Pumpe  mit drei oder mehr     Zylindern    vor, deren Ventile zwangs  läufig gesteuert werden. Eine derartige Pumpe kann auch  als     hydraulischer    Motor fungieren. Leitet man nämlich  einen     vollkommen    gleichmässigen, also nicht pulsieren  den Flüssigkeitsstrom durch diese Pumpe, so wird die  Kurbelwelle in Drehung kommen. Diese Drehung erfolgt  jedoch dann nicht gleichmässig, sondern sie führt gegen  über einer gleichmässigen Drehbewegung zu Schwingun  gen mit bestimmter Amplitude.

   Dieselbe nicht     gleich-          mässige    Bewegung übertragen wir jetzt auf die Kurbel  welle der Maschine, die nun wieder als Pumpe fungiert.  Das Ergebnis ist dann ein     pulsationsfreies    Arbeiten der  Pumpe. Die hier beabsichtigte, nicht gleichmässige An  triebsart der Kurbelwelle, die im Folgenden noch näher  analytisch untersucht wird, soll als modulierter Antrieb  bezeichnet werden. Es handelt sich um eine Antriebsart  der Kurbelwelle, bei welcher die Massenträgheit der  Flüssigkeit in der Saug- und Druckleitung keine Rück  wirkung auf den Antrieb ausübt. Die mathematische      Ausarbeitung dieser Entdeckung liegt der vorliegenden       Erfindung    zugrunde.  



  Demgemäss     betrifft    die Erfindung ein     Verfahren    zum  Erzielen einer     pulsationsfreien    Strömung in der     Saug-          und    der     Druckleitung    einer     Verdrängerpumpe    mit drei  oder mehr Zylindern, welches dadurch gekennzeichnet  ist, dass man der gleichmässigen Drehbewegung der An  triebswelle eine Schwingung überlagert, die die bei nor  maler Kolbenbewegung auftretende     Pulsation    in der Wei  se ausgleicht, dass die Summe der Kolbengeschwindig  keiten während jedes     Druck-    und ebenso während jedes  Saughubs stets konstant bleibt.  



  Weiterhin betrifft die Erfindung einen zur Durch  führung dieses Verfahrens geeigneten     Modulator,    der  der gleichförmigen Drehbewegung der Antriebswelle  einer     Verdrängerpumpe    mit drei oder mehr Zylindern  eine zusätzlichen Bewegung im Sinne des eben gekenn  zeichneten Verfahrens erteilt.  



  Infolge der gleichmässigen Strömung weist eine mit  einem     Modulator    ausgerüstete Pumpe einen sehr     gleich-          mässigen    Gang auf und kann daher schneller laufen als  eine normal angetriebene Pumpe.  



  Ein einfaches Schema eines     Modulators    ist aus     Fig.    1  ersichtlich. Der antreibende Hebelarm 5 dreht sich mit  gleichmässiger Geschwindigkeit. Der     Hebelarm    6 ist mit  dem ersteren im Drehpunkt 9 verbunden, während an  dererseits an dem Arm 6 eine Kurvenrolle 3 angebracht  ist. Diese Kurvenrolle bewegt sich in der Kurve 2 der  feststehenden Kurvenscheibe 1. Die Kurve 2 ist kreis  förmig gezeichnet, da die Abweichungen von der Kreis  form so gering sind, dass es schwierig ist, diese zu zeich  nen. Für das Verständnis der Erfindung dürfte dies je  doch nicht stören. Auf dem Arm 6 ist ferner ein Dreh  zapfen 8 angeordnet, an dem sich ein in dem Arm 7 ge  führter Gleitstein 10 befindet.

   Bei gleichmässiger Dre  hung des antreibenden Hebelarms 5 führt nun die Kur  venrolle 3 eine Schwingbewegung aus, die über den     Arm     6 und den Zapfen 8 dem     Arm    7 mitgeteilt wird, welcher  durch die Achse 4 mit der Kurbelwelle verbunden ist.  Die Kurbelwelle dreht sich infolgedessen mit einer Win  kelgeschwindigkeit, welche Schwankungen ausführt im  Hinblick auf die gleichmässige Drehbewegung des Hebel  arms 5.  



  Eine andere Ausführungsform des     Modulators    ist  aus     Fig.    2     ersichtlich.    Hier ist der     Modulator    in einer       Zahnradübertragung    angeordnet, welche die Drehge  schwindigkeit verlangsamt. Das Zahnrad 8 steht fest, und  ein Planetenarm 5 mit den Zahnrädern 6 und 11, welche  mit     Hilfe    der Achse 10 mit dem Planetenarm verbunden  sind, bewegt sich um das Zahnrad 8 herum. Das Zahn  rad 12 ist durch die Achse 9 mit dem     antriebenden     Motor verbunden. Die     Kurvenscheibe    1 ist ihrerseits fest  mit dem Zahnrad 6 verbunden.

   Die     Kurvenrolle    3 wird  in der Kurve 2 geführt, wodurch der Arm 7 und die  Achse 4 die gewünschte nicht     gleichförmige    Rotations  bewegung erhalten.     Selbstverständlich    sind auch noch  andere Konstruktionen des     Modulators    möglich. So kann  z. B. in der die Drehbewegung verlangsamenden     Zahn-          radübertragung    ein Planetengetriebe angeordnet werden.  Der Planetenarm     mit    dem Planetenrad bewegt sich     dann     nicht im Kreise, sondern     führt    eine     erzwungen:,    Schwing  bewegung um eine feste Mittelstellung herum aus.

   Die  Schwingbewegung kann beispielsweise durch eine richtig  berechnete     Kurvenscheibe    vorgeschrieben sein.  



  Die Berechnung der     Modulationskurve    wird im fol  genden für eine Pumpe mit 3 und 4 Zylindern gegeben.       Im    voraus sei bemerkt, dass die folgenden     Ausführungen       an einige einschränkende Voraussetzungen geknüpft sind.  Eine davon ist, soweit es sich um Pumpen mit ungerader  Zylinderzahl handelt, die, dass das Verhältnis von     Pleuel-          länge    zum Kurbelradius unendlich sein muss, wie es  z. B. bei einer Kurbelschleife der Fall ist.  



       Fig.    3 zeigt 3 Kurbeln einer     Triplex-Pumpe,    die mit  einander einen Winkel von 120  bilden. Es sind hierbei  zwei Phasen zu betrachten, die jedesmal einen Winkel  von 60  umfassen. In der ersten Phase befindet sich  während des Druckhubes eine Kurbel in Arbeitsstellung;  in der zweiten Phase handelt es sich um zwei Kurbeln.  Dasselbe gilt im folgenden auch für den Saughub. Die  Kurbeln, welche die     modulierte    Rotation ausführen, sind  mit vollen Linien gezeichnet und schwingen in bezug auf  gleichförmig umlaufende Kurbeln hin und her, die ge  strichelt dargestellt sind. Die moduliert umlaufenden  Kurbeln eilen in der Zeichnung um den Winkel a vor.  Die gleichförmig umlaufenden Kurbeln sollen hier ledig  lich als Vergleichsbasis dienen.

   Der Winkel der gleich  förmigen Bewegung ist     cp.    Man kann 9 als Zeitparameter  betrachten, wobei     cp    =     wt    ist. Hierin ist w die konstante  Winkelgeschwindigkeit und t die Zeit. Setzt man als  Länge der Kurbeln den Wert 1 und stellt man ferner die       Forderung,    dass für die erste Phase der Weg des im       Druckhub    befindlichen Kolbens linear mit der Zeit ver  läuft, also mit dem Wert     cp,    so folgt daraus, dass folgende  Beziehung zwischen a und     cp    besteht:  
EMI0002.0055     
    Dieselbe Beziehung gilt auch für die Summe der  Kolbenwege in der zweiten Phase. Die Beziehung ist  einfach aus der Zeichnung abzuleiten.  



  Eine wiederholte Differenzierung der Gleichung (1)  ergibt folgendes:  
EMI0002.0056     
    Hieraus können der Winkel a, die Winkelgeschwin  digkeit und die Winkelbeschleunigung der     modulierten     Kurbelbewegung als Funktion von     cp,    d. h. als Funktion  der Zeit berechnet werden.  



  Nach der Gleichung (1) sind eine Anzahl Werte be  rechnet und in     Fig.    4 zeichnerisch dargestellt.  



  Längs der Abszisse sind die Werte für     cp    aufgetragen  und längs der Ordinate die zugehörigen     Werte    für     a;     der     Deutlichkeit    halber sind die     Skalenwerte    für a gegen  über denjenigen für     cp    stark     vergrössert.    Diese aus der  Gleichung (1) erhältliche Kurve ergibt eine kontinuierlich  verlaufende Wellenlinie.

   Der maximale     Wert    von     a    ist  0,00947     rad,    der Minimalwert ist - 0,00947     rad.        Dies    er  gibt eine Winkelamplitude von rd.<B>0,019</B>     rad,    was einem  Betrag von 19 mm bei einem Radius von 1 m entspricht.  Die maximale Winkelbeschleunigung, bezogen auf den  Parameter     cp,    beträgt 0,7020: bezogen auf die Zeit bedeu  tet dies eine maximale Winkelbeschleunigung von  0,7020     w2        rad/sec2.     



  Die Kurve gilt innerhalb eines Gebietes von 60  und  muss daher 6 mal auf die Kurvenscheibe in     Fig.    1 aufge  bracht werden. Selbstverständlich müssen die berechne  ten Werte im Verhältnis der Hebelverhältnisse des Arms  6 in     Fig.    1 vergrössert werden. Aus Gleichung (1) kön  nen somit alle Angaben berechnet werden, die für die      Verwirklichung der Erfindung nötig sind. Aus den  Gleichungen (2) und (3) folgen alle Angaben über die auf  tretenden Geschwindigkeiten und Beschleunigungen, an  hand deren die Belastungen der verschiedenen Maschi  nenteile und der ganzen Einrichtung berechnet werden  können.  



  Die durch das Arbeiten des     Modulators    auftretenden  Beschleunigungen und Verzögerungen und die dadurch  auftretenden Massenkräfte sind gering und haben keiner  lei Bedeutung im Verhältnis zu den Massenkräften, die  die     Pulsation    bei einem in üblicher Weise angetriebenen  Pumpenmechanismus auslöst.  



       Fig.    5 zeigt vier moduliert und vier gleichförmig  umlaufende Kurbeln einer Pumpe mit 4 Zylindern. Die  Kurbeln bilden einen Winkel von 90  miteinander. Aus  der Figur lässt sich ableiten, dass die Bewegungen, die  die moduliert umlaufenden Kurbeln ausführen, folgender  Gleichung genügen müssen:  
EMI0003.0004     
    Die Gleichung gilt zwischen den Werten     cp    = 45   und     cp    = 135 , also über einen Winkelbereich von 90 .  Die wiederholte Differenzierung ergibt  
EMI0003.0007     
    Auch hier können die auftretenden Geschwindig  keiten aus der Gleichung (5) und die Beschleunigung  aus der Gleichung (6) für alle Werte von     cp    berechnet  werden.

   In     Fig.    6 ist wiederum     a    als Funktion von     cp     aufgrund einer genügenden Anzahl berechneter Werte  gezeichnet. Die Skalenwerte von     cc    sind     stark    vergrössert  gegenüber den Werten von     cp.    Da die Kurve ein Gebiet  von 90  umfasst, muss sie vier mal auf die     Kurvenscheibe     übertragen werden. Eine solche     Vierzylinderpumpe    kann  auch mit Pleuelstangen ausgerüstet werden, was mit der  Tatsache zusammenhängt, dass die Kolben eine Phasen  verschiebung von 90  aufweisen.

   Die hierbei auftreten  den Abweichungen von der exakten Lösung sind für  die Praxis zu vernachlässigen.     Fig.    7 zeigt eine Bauweise  einer     Vierzylinderpumpe,    bar der die Zylinder zu zwei  und zwei gegenüber angeordnet sind und durch Kurbel  schleifen angetrieben werden. Die Pumpe kann natür  lich auch mit zwei     doppeltwirkenden    Zylindern ausge  stattet sein.  



  Der Gedanke der Erfindung kann auch durch Pum  penlagen mit mehr als 4     Zylindern        verwirklicht    werden.  Eine solche Einrichtung kann nützlich sein, wenn die  geforderte Kapazität für 4 Zylinder zu gross ist. Dies wird  jedoch nur zu den Ausnahmefällen gehören, da man die       Pumpzylinder    meist willkürlich gross machen kann. Diese  letztere Massnahme ist jedoch bisweilen nicht möglich,  beispielsweise dann, wenn sehr hohe Förderdrucke be  nötigt werden. Der Gedanke gemäss der Erfindung ist  auch auf     Membranpumpen    anwendbar, wie sich von  selbst versteht.  



  Ebenso wie die in üblicher Weise angetriebenen Kol  benpumpen kann eine Pumpenanlage     gern.    der Erfindung       mit    einem verstellbaren     Excenter    versehen sein, so dass  die Hublängen aller Kolben verändert werden können.    Somit kann die Fördermenge einer Pumpe nach Be  lieben eingestellt werden, wobei dennoch ein     pulsations-          freies    Arbeiten erhalten bleibt.

   Auf diese Weise erzielt  man somit eine     pulsationsfreie        Dosierpumpe.    Für die       hydraulische    Übertragung von Leistungen können 2     Kol-          benmaschinen        angenwendet    werden, von denen die eine  mit verstellbaren     Excentern    ausgerüstet sein kann. Eine  dieser Kolbenmaschinen wird beispielsweise durch einen  Elektromotor angetrieben und liefert den hydraulischen  Druck für die andere Kolbenmaschine, die als hydrau  lischer Motor fungiert. Durch Verstellen der Exzenter  kann man die Tourenzahl des hydraulischen Motors  nach Belieben einstellen.  



  Bei sehr hohem Druck beginnt die Elastizität der  Flüssigkeit eine Rolle zu spielen. Beim Beginn des Druck  hubes wird dann die Flüssigkeit nicht     unmittelbar    durch  die Ventilklappe gedrückt, vielmehr geschieht dies erst,  nachdem die Flüssigkeit     hinlänglich    zusammengedrückt  ist. Ebenso wird die Flüssigkeit nicht unmittelbar bei  Beginn des Saughubes angesaugt, sondern erst nachdem  die     Flüssigkeit    sich in entsprechendem Masse ausgedehnt  hat. Diese Erscheinung kann für das     pulsationsfreie    Ar  beiten der Pumpe ein Hindernis bilden.

   Es ist jedoch  einzusehen, dass eine     zweckmässige    Modifizierung der  Kurve im     Modulator    hier der gegebene Weg ist, die  Schwierigkeiten zu beseitigen. Entsprechend dem Ge  danken der     Erfindung    können somit auch Pumpen für  sehr hohe Drucke     pulsationsfrei    gemacht werden, sei es  dann, dass sie erreichte Kompensation nur bei ein und  demselben Druck wirksam ist.



  Method for achieving a pulsation-free flow in the suction and pressure lines of a positive displacement pump with three or more cylinders and a modulator for carrying out the method The invention relates to a method for achieving a pulsation-free flow in the suction and pressure lines of a positive displacement pump with three or more cylinders and a modulator suitable for carrying out this process,

      which gives the uniform rotary motion of the drive shaft of a positive displacement pump with three or more cylinders an additional movement.



  Piston or plunger or diaphragm pumps have a particular disadvantage. They promote fluidity in such an irregular way that one often gets to feel these nuisances. As a result of the pulsation phenomenon, the performance of the pump cannot be checked with flow meters. Furthermore, one often has to use more lines than would otherwise have been necessary, whereby the pulsation can also lead to unpleasant phenomena. Shocks can occur, especially with long lines, and these pressure surges often lead to leakage of the pump glands.

   In addition, the drive motor and the gearbox are loaded intermittently. In order to limit the pulsation without being able to prevent it entirely, air tanks or pump systems that are equipped with several individual pumps (up to 9 units) are used. However, the use of air vessels is in many cases inconvenient, and pumping systems with many individual pumps are expensive. The production of a piston pump with a perfectly even flow in the suction and pressure lines, as is the case with a centrifugal pump, seems at first glance a utopia. However, the industry urgently requires piston pumps of this type.



  Attempts have already been made to produce pulsation-free plungers = pumps. However, this only related to the pressure line of the pump, and the freedom from pulsation in this was achieved at the expense of the processes in the suction line. The construction mentioned concerned a cam disk which drove two plunger pistons. By correctly calculating the cam disc, a pulsation-free flow in the pressure line is indeed achieved.

   However, a very violent pulsation then arises in the suction line, with the liquid even standing still at regular intervals, only to suddenly be accelerated again in jerks or to come to a complete standstill. It goes without saying that such pumps can only be used useful with very short suction lines and only with a considerably high back pressure.



  The idea of the invention is that the special len peculiarities v. Piston pumps, namely the pulsating de promotion, to be eliminated by superimposing a corresponding additional movement on the rotary movement of the crankshaft. This crank movement will be referred to below as a modulated movement.



  To make it clear what is meant by a modulated type of drive, imagine a pump with three or more cylinders, the valves of which are inevitably controlled. Such a pump can also function as a hydraulic motor. If you direct a perfectly even, i.e. not pulsating, flow of liquid through this pump, the crankshaft will start rotating. However, this rotation then does not take place uniformly, but instead leads to vibrations with a certain amplitude compared to a uniform rotational movement.

   We now transfer the same non-uniform movement to the crankshaft of the machine, which now functions as a pump again. The result is then pulsation-free operation of the pump. The non-uniform drive type of the crankshaft intended here, which will be examined in more detail analytically below, is to be referred to as a modulated drive. It is a type of drive for the crankshaft in which the inertia of the liquid in the suction and pressure lines does not have any retroactive effect on the drive. The present invention is based on the mathematical elaboration of this discovery.



  Accordingly, the invention relates to a method for achieving a pulsation-free flow in the suction and pressure lines of a positive displacement pump with three or more cylinders, which is characterized in that the uniform rotational movement of the drive shaft is superimposed on an oscillation that occurs when the piston movement is normal Pulsation compensates for this in such a way that the sum of the piston speeds remains constant during every pressure stroke and also during every suction stroke.



  The invention also relates to a modulator suitable for implementing this method, which gives the uniform rotary movement of the drive shaft of a positive displacement pump with three or more cylinders an additional movement in the sense of the method just marked.



  As a result of the steady flow, a pump equipped with a modulator has a very steady rate and can therefore run faster than a normally driven pump.



  A simple scheme of a modulator is shown in FIG. The driving lever arm 5 rotates at a constant speed. The lever arm 6 is connected to the former at the pivot point 9, while a cam roller 3 is attached to the arm 6 on the other hand. This cam roller moves in the curve 2 of the fixed cam 1. The curve 2 is drawn in a circular shape, since the deviations from the circular shape are so small that it is difficult to draw them. However, this should not interfere with the understanding of the invention. On the arm 6, a pivot pin 8 is also arranged, on which a slide block 10 GE guided in the arm 7 is located.

   With uniform Dre hung of the driving lever arm 5, the cure venrolle 3 now performs an oscillating movement that is communicated via the arm 6 and the pin 8 to the arm 7, which is connected by the axis 4 to the crankshaft. As a result, the crankshaft rotates at an angular speed which fluctuates with regard to the uniform rotational movement of the lever arm 5.



  Another embodiment of the modulator can be seen from FIG. Here the modulator is arranged in a gear transmission, which slows down the speed of rotation. The gear wheel 8 is stationary, and a planet arm 5 with the gear wheels 6 and 11, which are connected to the planet arm by means of the axis 10, moves around the gear wheel 8. The gear wheel 12 is connected by the axis 9 to the driving motor. The cam 1 is in turn firmly connected to the gear 6.

   The cam roller 3 is guided in the curve 2, whereby the arm 7 and the axis 4 get the desired non-uniform rotational movement. Of course, other constructions of the modulator are also possible. So z. For example, a planetary gear can be arranged in the gear transmission that slows down the rotational movement. The planet arm with the planet wheel then does not move in a circle, but instead executes a forced, oscillating movement around a fixed central position.

   The oscillating movement can be prescribed, for example, by a correctly calculated cam.



  The calculation of the modulation curve is given below for a pump with 3 and 4 cylinders. It should be noted in advance that the following statements are linked to some restrictive requirements. As far as pumps with an uneven number of cylinders are concerned, one of them is that the ratio of the connecting rod length to the crank radius must be infinite, as is the case e.g. B. is the case with a crank loop.



       3 shows 3 cranks of a triplex pump which form an angle of 120 with one another. There are two phases to be considered, each of which encompasses an angle of 60 °. In the first phase, a crank is in the working position during the pressure stroke; the second phase involves two cranks. The same applies below to the suction stroke. The cranks that perform the modulated rotation are drawn in full lines and swing back and forth with respect to uniformly rotating cranks that are shown in dashed lines. The modulated rotating cranks lead in the drawing by the angle a. The uniformly rotating cranks should only serve as a basis for comparison.

   The angle of uniform movement is cp. One can regard 9 as a time parameter, where cp = wt. Here w is the constant angular velocity and t the time. If the length of the cranks is set to 1 and the requirement is that for the first phase the path of the piston in the pressure stroke runs linearly with time, i.e. with the value cp, it follows that the following relationship between a and cp consists of:
EMI0002.0055
    The same relationship also applies to the sum of the piston travel in the second phase. The relationship can be easily deduced from the drawing.



  A repeated differentiation of equation (1) gives the following:
EMI0002.0056
    From this, the angle α, the angular speed and the angular acceleration of the modulated crank movement as a function of cp, i.e. H. can be calculated as a function of time.



  According to equation (1), a number of values are calculated and shown in the drawing in FIG.



  The values for cp are plotted along the abscissa and the associated values for a are plotted along the ordinate; For the sake of clarity, the scale values for a are greatly enlarged compared to those for cp. This curve, which can be obtained from equation (1), gives a continuously extending wavy line.

   The maximum value of a is 0.00947 rad, the minimum value is - 0.00947 rad. This gives an angular amplitude of around <B> 0.019 </B> rad, which corresponds to an amount of 19 mm with a radius of 1 m. The maximum angular acceleration in relation to the parameter cp is 0.7020: in relation to the time this means a maximum angular acceleration of 0.7020 w2 rad / sec2.



  The curve applies within a range of 60 and must therefore be applied to the cam disk in FIG. 1 6 times. Of course, the calculated values must be increased in the ratio of the lever ratios of the arm 6 in FIG. 1. From equation (1) it is therefore possible to calculate all the information that is necessary for the implementation of the invention. From equations (2) and (3) follow all the information about the occurring speeds and accelerations, on the basis of which the loads on the various machine parts and the entire facility can be calculated.



  The accelerations and decelerations caused by the operation of the modulator and the resulting inertia forces are small and have no significance in relation to the inertia forces that the pulsation triggers in a pump mechanism that is driven in the usual way.



       Fig. 5 shows four modulated and four uniformly rotating cranks of a pump with 4 cylinders. The cranks form an angle of 90 with each other. From the figure it can be deduced that the movements carried out by the modulated rotating cranks must satisfy the following equation:
EMI0003.0004
    The equation applies between the values cp = 45 and cp = 135, i.e. over an angular range of 90. The repeated differentiation gives
EMI0003.0007
    Here, too, the speeds that occur can be calculated from equation (5) and the acceleration from equation (6) for all values of cp.

   In FIG. 6, a is again drawn as a function of cp based on a sufficient number of calculated values. The scale values of cc are greatly enlarged compared to the values of cp. Since the curve covers an area of 90, it must be transferred to the cam disk four times. Such a four-cylinder pump can also be equipped with connecting rods, which is due to the fact that the pistons have a phase shift of 90.

   The deviations from the exact solution that occur here are negligible in practice. Fig. 7 shows a design of a four-cylinder pump, bar the two and two cylinders are arranged opposite and driven by crank grind. The pump can of course also be equipped with two double-acting cylinders.



  The idea of the invention can also be realized by pum penlagen with more than 4 cylinders. Such a device can be useful if the required capacity for 4 cylinders is too large. However, this will only belong to the exceptional cases, since the pump cylinder can usually be made arbitrarily large. However, this latter measure is sometimes not possible, for example when very high delivery pressures are required. The idea according to the invention can also be applied to diaphragm pumps, as goes without saying.



  Just like the piston pumps driven in the usual way, a pump system can like. of the invention be provided with an adjustable eccentric so that the stroke lengths of all pistons can be changed. In this way, the delivery rate of a pump can be adjusted as desired, while pulsation-free operation is still maintained.

   In this way a pulsation-free metering pump is achieved. Two piston machines can be used for the hydraulic transmission of power, one of which can be equipped with adjustable eccentrics. One of these piston machines is driven, for example, by an electric motor and supplies the hydraulic pressure for the other piston machine, which acts as a hydraulic motor. The number of revolutions of the hydraulic motor can be set as desired by adjusting the eccentric.



  At very high pressure, the elasticity of the liquid begins to play a role. At the beginning of the pressure stroke, the liquid is then not pressed directly through the valve flap, rather this only happens after the liquid has been sufficiently compressed. Likewise, the liquid is not sucked in immediately at the beginning of the suction stroke, but only after the liquid has expanded to a corresponding extent. This phenomenon can be an obstacle to the pulsation-free working of the pump.

   However, it is to be understood that an appropriate modification of the curve in the modulator is the given way of eliminating the difficulties. In accordance with the concept of the invention, pumps for very high pressures can also be made pulsation-free, be it that the compensation achieved is only effective at one and the same pressure.

 

Claims (1)

PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zum Erzielen einer pulsationsfreien Strömung in der Saug- und der Druckleitung einer Ver- drängerpumpe mit drei oder mehr Zylindern, dadurch gekennzeichnet, dass man der gleichmässigen Drehbe wegung der Antriebswelle eine Schwingung überlagert, die die bei normaler Kolbenbewegung auftretende Pulsation in der Weise ausgleicht, dass die Summe der Kolben geschwindigkeiten während jedes Druck- und ebenso während jedes Saughubes stets konstant bleibt. PATENT CLAIMS 1. A method for achieving a pulsation-free flow in the suction and the pressure line of a displacement pump with three or more cylinders, characterized in that the uniform Drehbe movement of the drive shaft is superimposed on a vibration that the pulsation that occurs with normal piston movement in the Weise compensates for the fact that the sum of the piston speeds remains constant during every pressure stroke and also during every suction stroke. 1I. Modulator zur Durchführung des Verfahrens ge- mäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er aus einer profiliereten Gleitfläche (1, 2) besteht, in der eine Kurvenrolle (3) zwangsläufig geführt wird, welche der abgetriebenen Welle (4) eine oszillierende Winkel geschwindigkeit überlagert, wobei die Gleitfläche nach den Gleichungen EMI0003.0059 berechnet ist, in denen cp der Winkel der gleichförmigen Bewegung und a der Winkel ist, 1I. Modulator for performing the method according to patent claim 1, characterized in that it consists of a profiled sliding surface (1, 2) in which a cam roller (3) is inevitably guided, which superimposes an oscillating angular speed on the driven shaft (4) , where the sliding surface according to the equations EMI0003.0059 is calculated where cp is the angle of uniform motion and a is the angle, um den die moduliert umlaufenden Kurbeln vorauseilen. UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekenn zeichnet, dass der Winkel (a), um den die Stellungen der Antriebskurbeln von den Stellungen bei gleichförmigen Rotation abweichen, bei einer Dreizylinderpumpa der Gleichung. EMI0004.0001 entspricht, wobei cp der zurückgelegte Winkel bei gleich- mässiger Rotation ist. 2. by which the modulated rotating cranks run ahead. SUBClaims 1. The method according to claim I, characterized in that the angle (a) by which the positions of the drive cranks deviate from the positions in the case of uniform rotation, for a three-cylinder pumpa of the equation. EMI0004.0001 where cp is the angle covered with uniform rotation. 2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass der Winkel (a), um den die Stellungen der Antriebskurbeln von den Stellungen bei gleichför miger Rotation abweichen, bei einer Vierzylinderpumpe der Gleichung EMI0004.0007 entspricht, wobei cp der zurückgelegte Winkel bei gleich- mässiger Rotation ist. Method according to patent claim 1, characterized in that the angle (a) by which the positions of the drive cranks deviate from the positions in the case of uniform rotation is the equation for a four-cylinder pump EMI0004.0007 where cp is the angle covered with uniform rotation. 3. Modulator nach Patentanspruch II, dadurch ge kennzeichnet, dass sowohl an der antreibenden als auch an der angetriebenen Welle (4) je ein Hebelarm (5 bzw. 7) befestigt ist, wobei gleichzeitig ein weiterer Hebelarm (6) vorgesehen ist, der zwei Drehpunkte (8 und 9) besitzt und an seinem Ende die Kurvenrolle (3) trägt, wobei der eine Drehpunkt (9) mit dem antreibenden Hebelarm (5) und der andere Drehpunkt (8) mit dem angetriebenen Hebelarm (7) verbunden ist, während sich die Kurvenrolle (3) auf einer Kurvenbahn (2) bewegt, die sich auf der Kurvenscheibe (1) befindet. 3. Modulator according to claim II, characterized in that a lever arm (5 or 7) is attached to both the driving and the driven shaft (4), at the same time a further lever arm (6) is provided, the two Pivots (8 and 9) and has the cam roller (3) at its end, one pivot point (9) being connected to the driving lever arm (5) and the other pivot point (8) to the driven lever arm (7), while the cam roller (3) moves on a cam track (2) located on the cam disc (1).
CH504765A 1964-04-17 1965-04-09 Method for achieving a pulsation-free flow in the suction and pressure lines of a positive displacement pump with three or more cylinders and a modulator for carrying out the method CH439975A (en)

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