Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe zum Fördern von schwerflüssigen Stoffen, die mindestens einen Zylinder mit einem darin axial hin- und herbewegbaren Kolben aufweist, der mit einer Kolbenstange verbunden ist, auf die eine Antriebsvorrichtung einwirkt, wobei der Zylinder an einem der Kolbenstange entgegengesetzten Ende mit einer Ventilanordnung versehen ist. In Betrieben, in welchen vorwiegend schwerflüssige Stoffe gefördert werden müssen, wie beispielsweise in der Zuckerindustrie und in Papierfabriken, sowie auch bei der Abwasserreinigung, wo die gereinigten Klärschlämme transportiert werden müssen, werden verschiedene Typen von Pumpen verwendet.
Hauptsächlich kommen dabei Kolbenpumpen zur Anwendung, welche nach verschiedenen bekannten Verfahren arbeiten, beispielsweise solche, bei welchen im Zylinderraum durch die Kolbenbewegung ein Unterdruck erzeugt und nach dem Öffnen eines Ventiles das zu fördernde Material in den Zylinderraum einströmt und beim Ausstosshub vom Kolben aus dem Zylinder herausgedrückt wird.
Bei derartigen Pumpen ist jedoch von Nachteil, dass bei der Bearbeitung der Ventile und der Kolbendichtungen eine sehr hohe Genauigkeit erforderlich ist, um den notwendigen Unterdruck im Zylinder zu erzeugen. Diese genaue Bearbeitung ist sehr kostenintensiv und bedingt eine Verteuerung und einen komplizierten Aufbau der Pumpe.
Weiterhin werden Pumpen verwendet, bei welchen das zu fördernde Material vom Kolben über Einlassventile direkt angesaugt und durch Auslassventile ausgestossen und somit weiter befördert wird.
Diese Konstruktionen bedingen jedoch eine aufwendige und komplizierte Ventilsteuerung und ergeben weiterhin den Nachteil, dass durch Rückstände oder agressive Stoffe in den zu fördernden Materialien die Ventile angegriffen und nach relativ kurzer Zeit unbrauchbar werden und ersetzt werden müssen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kolbenpumpe mit einer Ventilanordnung zu schaffen, welche weitgehend wartungs- und störungsfrei arbeitet und bei welcher die Antriebs- und Steuerelemente auf ein Minimum beschränkt werden können, d. h. lediglich zum Antrieb und zur Steuerung der Kolbenbewegung erforderlich sind.
Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Ventilanordnung einen zwischen einem Ansaug- und einem Ausstoss-Stutzen angeordneten Druckraum aufweist, dass im Ansaugstutzen sowie im Ausstoss Stutzen jeweils eine Kugel freibeweglich angeordnet ist, deren Hub einerseits durch die Dichtfläche eines im Ansaugbzw. im Ausstoss-Stutzen vorgesehenen, ringförmigen Kugelsitzes und andererseits durch am Umfang des Ansaug- bzw.
Ausstoss-Stutzens gleichmässig verteilte Begrenzungsstützen so begrenzt ist, dass die Kugeln beim Ansaughub des Kolbens in den Druckraum hineinragen.
Der Vorteil der erfindungsgemässen Ausbildung ist insbesondere darin zu erblicken, dass durch die Kombination einer Kolbenpumpe mit einem als doppelt wirkenden Rückschlagventil ausgebildeten Kugelventil, welches aus zwei freibeweglichen Kugeln gebildet wird, d. h. je eine Kugel für den Ansaug- und Ausstoss-Stutzen, eine besondere Steuerung für die Kugelbewegung nicht notwendig ist, und weiterhin, dass durch die Anordnung von ringförmigen Kugelsitzen, welche als Abdichtung dienen und Begrenzungsstützen, welche die Kugelbewegung einmal gegenüber dem Druckraum und zum anderen gegenüber dem Ausstoss-Stutzen begrenzen, ein praktisch wartungsfreier Betrieb gewährleistet wird.
Durch die Anordnung der Kugeln in der Weise, dass diese beim Ansaughub des Kolbens in den Druckraum hineinragen, d. h. über eine gedachte Verlängerungslinie der Zylinderwand hinausgehend, wird verhindert, dass insbesondere grössere Materialmengen im Druckraum zurückbleiben und sowohl beim Ansaughub als auch beim Ausstossen derartige Restmengen die freie Kugelbewegung im Ventil beeinflussen könnten.
Durch am Umfang des Ansaug- und Ausstoss-Stutzens gleichmässig verteilten Begrenzungsstützen wird eine strömungsgünstige Auslegung der beiden Schächte ermöglicht, wodurch eine Behinderung beim Ansaugen und beim Ausstossen zwischen den Begrenzungsstützen und den Schachtwänden vermieden wird. Dadurch ist es weiterhin möglich, das Ventil auf die spezifischen Bedingungen auszulegen, ohne dass grosse konstruktive Änderungen vorgenommen werden müssen.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn am Ansaug- und am Ausstoss-Schacht Reinigungsöffnungen vorgesehen werden.
Dadurch wird auf einfache Weise eine Reinigung des gesamten Ventiles, d. h. des Druckraumes, der Kugeln und der Kugelsitze sowie der Begrenzungsstützen von anhaftendem Material ermöglicht, und es können die Ventilsitze und die Kugeln selbst auf Korrosion, welche durch agressive Stoffe verursacht worden sein könnte, überprüft und erforderli chenfalls ausgewechselt werden.
In der Figur ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes vereinfacht dargestellt, in welcher mit 1 ein Zylinder bezeichnet ist, in welchem ein an einer Kolbenstange 2 befestigter Kolben 3 mit Dichtringen 3' axial hinund herbewegbar angeordnet ist. Am hinteren Ende des Zylinders 1 ist an einem Druckspeicher o, welcher von der Kolbenstange 2 durchdrungen wird, ein Führungsrohr 5 für die Kolbenstange 2 vorgesehen, an welches wiederum eine Antriebsvorrichtung 6 anschliesst. Die Kolbenstange 2 ist im Druckspeicher 4 in einem Führungslager 7 geführt und weist einen Anschlag 8 auf. Das vordere Ende des Zylinders 1 ist durch eine Ventilanordnung 9 abgeschlossen, welche aus einem Druckraum 10, einem Ansaug- 14 und einem Ausstoss Stutzen 15, zwei Kugeln 11, 11' mit ringförmigen Kugelsitzen 12, 12' und Begrenzungsstützen 13, 13' gebildet wird.
Die Kugelsitz 12, 12' dienen einerseits als Dichtungen und andererseits als Hubbegrenzung der Kugeln 11, 11' gegenüber dem Druckraum 10 bzw. dem Ansaugstutzen 14, während die Begrenzungsstützen 13, 13' den Hub der Kugeln 11, 11' in Richtung des Druckraumes 10, bzw. des Ausstoss-Stutzens 15 begrenzen. Der ringförmige Kugelsitz 12 und die Begrenzungsstützen 13' sind so angeordnet, dass beim Aufliegen der Kugeln 11, 11' auf denselben die Kugeln 11, 11' über eine gedachte (in der Zeichnung strichlierte) Verlängerungslinie 17 der Innenwand des Zylinders 1 in den Druckraum 10 hineinragen. An der dem Zylinder 1 abgekehrten Seite der Ventilanordnung 9 sind seitlich am Ansaug-Schacht 14 und am Ausstoss-Schacht 15 Reinigungsöffnungen 18 vorgesehen.
Die Wirkungsweise der erfindungsgemässen Kolbenpumpe ist folgende:
Der Kolben 3 wird durch die Antriebsvorrichtung 6 aus der in der Zeichnung dargestellten Lage zum hinteren Ende des Zylinders 1, d. h. nach rechts bewegt. Durch die Ansaugbewegung des Kolbens 3, welcher gegenüber der Zylinderwand mittels der Dichtringe 3' abgedichtet ist, werden beide Kugeln 11, 11' in Richtung des Druckraumes 10 bewegt, wodurch sich die Kugel 11, welche den Ausstoss-Stutzen 15 gegenüber dem Druckraum 10 abschliesst, auf die Dichtfläche des ringförmigen Kugelsitzes 12 legt und damit den Druckraum 10 gegenüber dem Ausstoss-Stutzen 15 abdichtet.
Gleichzeitig wird die Kugel 11' angehoben und stützt sich an den Begrenzungsstützen 13' ab, wodurch der Ansaug-Stutzen 14 freigegeben wird und Material in den Zylinder eingesaugt werden kann. Nach Erreichen des hinteren Totpunktes des Kolbens 3 wird dieser durch die Antriebsvorrichtung 6 in entgegengesetzter Richtung nach vorn (in der Zeichnung nach links) bewegt und schiebt das vor ihm im Zylinder 1 befindliche Material ebenfalls nach links. Durch den dadurch entstehenden Druck wird die Kugel 11 von der Dichtfläche des ringförmigen Kugelsitzes 12 abgehoben und gegen die Begrenzungsstützen 13 gedrückt, wodurch der Ausstoss-Stutzen 15 freigegeben wird. Gleichzeitig wird die Kugel 11' auf die Dichtfläche des Kugelsitzes 12 gedrückt und dichtet damit den Ansaug-Stutzen 14 gegenüber dem Druckraum 10 ab.
Durch den Druckspeicher 4 wird der Raum hinter dem Kolben 3 mit Druckflüssigkeit versehen. Diese Druckflüssigkeit steht unter einem geringeren Druck als der Arbeitsdruck des Kolbens 3 gegenüber dem zu fördernden Material ist. Durch die Druckflüssigkeit wird vermieden, dass bei einer eventuellen Undichtigkeit oder einem Klemmen einer der Kugeln 11, 11' der Kolben 3 mit dem auf seiner Stirnseite einwirkenden Druck zum hinteren Totpunkt geschleudert wird und dadurch Brüche der Kolbenstange 2 oder des Zylinders 1 auftreten können.
Bei einer mehrzylindrigen, vorzugsweise Nebeneinander Anordnung von zwei oder mehreren Zylindern kann die Kolbenpumpe so gesteuert werden, dass sich entweder ein Zylinder im hinteren und der zweite Zylinder im vorderen Totpunkt befindet, bzw. kann eine intermittierende Steuerung erfolgen, d. h. die Kolben aller Zylinder werden so in Axialrichtung bewegt, dass niemals alle Kolben zur gleichen Zeit in einem der Totpunkte stehen.
The present invention relates to a piston pump for pumping heavily fluid substances, which has at least one cylinder with a piston which can be axially reciprocated therein and which is connected to a piston rod on which a drive device acts, the cylinder having at an end opposite the piston rod a valve assembly is provided. Various types of pumps are used in companies in which predominantly heavy-bodied substances have to be conveyed, such as in the sugar industry and paper mills, as well as in wastewater treatment where the cleaned sewage sludge has to be transported.
Mainly piston pumps are used which work according to various known methods, for example those in which a negative pressure is generated in the cylinder chamber by the piston movement and, after a valve is opened, the material to be conveyed flows into the cylinder chamber and is pressed out of the cylinder by the piston during the ejection stroke becomes.
The disadvantage of such pumps, however, is that very high accuracy is required when machining the valves and the piston seals in order to generate the necessary negative pressure in the cylinder. This precise processing is very costly and makes the pump more expensive and complex.
In addition, pumps are used in which the material to be conveyed is sucked in directly from the piston via inlet valves and expelled through outlet valves and thus conveyed further.
However, these constructions require an expensive and complicated valve control and also result in the disadvantage that the valves are attacked by residues or aggressive substances in the materials to be conveyed and become unusable after a relatively short time and have to be replaced.
The object of the present invention is to create a piston pump with a valve arrangement which operates largely maintenance-free and trouble-free and in which the drive and control elements can be limited to a minimum, i.e. H. are only required to drive and control the piston movement.
The above-mentioned object is achieved according to the invention in that the valve arrangement has a pressure chamber arranged between an intake and an exhaust nozzle, a ball being freely movable in the intake and in the exhaust nozzle. provided in the discharge nozzle, annular ball seat and on the other hand by on the circumference of the suction or
Discharge nozzle is evenly distributed limiting supports so limited that the balls protrude into the pressure chamber on the suction stroke of the piston.
The advantage of the design according to the invention is to be seen in particular in the fact that the combination of a piston pump with a ball valve designed as a double-acting check valve, which is formed from two freely movable balls, i.e. H. One ball each for the suction and discharge nozzle, a special control for the ball movement is not necessary, and further that by the arrangement of annular ball seats, which serve as a seal and limiting supports, which the ball movement on the one hand to the pressure chamber and on the other limit compared to the discharge nozzle, a practically maintenance-free operation is guaranteed.
By arranging the balls in such a way that they protrude into the pressure chamber during the suction stroke of the piston, i. H. Going beyond an imaginary extension line of the cylinder wall, it is prevented that, in particular, larger amounts of material remain in the pressure chamber and that such residual amounts could influence the free ball movement in the valve both during the intake stroke and during the discharge.
Boundary supports that are evenly distributed around the circumference of the intake and discharge nozzles enable the two shafts to be designed in a flow-favorable manner, thereby avoiding an obstruction during suction and discharge between the boundary supports and the duct walls. As a result, it is still possible to design the valve for the specific conditions without major design changes having to be made.
It is also advantageous if cleaning openings are provided on the suction and discharge chutes.
This makes it easy to clean the entire valve, i. H. of the pressure chamber, the balls and the ball seats as well as the limiting supports of adhering material, and the valve seats and the balls themselves can be checked for corrosion, which could have been caused by aggressive substances, and replaced if necessary.
In the figure, an exemplary embodiment of the subject matter of the invention is shown in a simplified manner, in which 1 denotes a cylinder in which a piston 3 fastened to a piston rod 2 with sealing rings 3 'is arranged axially to and fro. At the rear end of the cylinder 1, on a pressure accumulator o, which is penetrated by the piston rod 2, a guide tube 5 for the piston rod 2 is provided, to which a drive device 6 is in turn connected. The piston rod 2 is guided in a guide bearing 7 in the pressure accumulator 4 and has a stop 8. The front end of the cylinder 1 is closed by a valve arrangement 9, which is formed from a pressure chamber 10, an intake 14 and an exhaust nozzle 15, two balls 11, 11 'with annular ball seats 12, 12' and limiting supports 13, 13 ' .
The ball seats 12, 12 'serve on the one hand as seals and on the other hand to limit the stroke of the balls 11, 11' with respect to the pressure chamber 10 or the intake port 14, while the limiting supports 13, 13 'reduce the stroke of the balls 11, 11' in the direction of the pressure chamber 10 , or of the discharge nozzle 15. The annular ball seat 12 and the limiting supports 13 'are arranged in such a way that when the balls 11, 11' rest on the balls 11, 11 'via an imaginary extension line 17 (dashed in the drawing) of the inner wall of the cylinder 1 into the pressure chamber 10 protrude. On the side of the valve arrangement 9 facing away from the cylinder 1, cleaning openings 18 are provided laterally on the intake duct 14 and on the discharge duct 15.
The operation of the piston pump according to the invention is as follows:
The piston 3 is moved by the drive device 6 from the position shown in the drawing to the rear end of the cylinder 1, i. H. moved to the right. As a result of the suction movement of the piston 3, which is sealed against the cylinder wall by means of the sealing rings 3 ', both balls 11, 11' are moved in the direction of the pressure chamber 10, whereby the ball 11, which closes the ejection nozzle 15 against the pressure chamber 10, moves , places on the sealing surface of the annular ball seat 12 and thus seals the pressure chamber 10 against the discharge nozzle 15.
At the same time, the ball 11 'is raised and is supported on the limiting supports 13', whereby the suction nozzle 14 is released and material can be sucked into the cylinder. After reaching the rear dead center of the piston 3, it is moved forward in the opposite direction by the drive device 6 (to the left in the drawing) and also pushes the material in front of it in the cylinder 1 to the left. Due to the resulting pressure, the ball 11 is lifted from the sealing surface of the annular ball seat 12 and pressed against the limiting supports 13, whereby the discharge nozzle 15 is released. At the same time, the ball 11 ′ is pressed onto the sealing surface of the ball seat 12 and thus seals the suction nozzle 14 from the pressure chamber 10.
The space behind the piston 3 is provided with hydraulic fluid by the pressure accumulator 4. This pressure fluid is under a lower pressure than the working pressure of the piston 3 with respect to the material to be conveyed. The hydraulic fluid prevents the piston 3 from being thrown to the rear dead center with the pressure acting on its end face in the event of a leak or a jamming of one of the balls 11, 11 ', which could result in the piston rod 2 or cylinder 1 breaking.
In the case of a multi-cylinder, preferably side-by-side arrangement of two or more cylinders, the piston pump can be controlled so that either one cylinder is in the rear and the second cylinder is in the front dead center, or intermittent control can take place, i.e. H. the pistons of all cylinders are moved in the axial direction so that never all pistons are in one of the dead centers at the same time.