CH651110A5

CH651110A5 - Kolbenpumpe.

Info

Publication number: CH651110A5
Application number: CH858/81A
Authority: CH
Inventors: Helmut Dresler; Ernst Turnwald
Original assignee: Linde Ag
Priority date: 1980-02-15
Filing date: 1981-02-09
Publication date: 1985-08-30
Also published as: FR2476235B1; DE3005608C2; US4388051A; DE3005608A1; FR2476235A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe zur Förderung eines Fluids, mit einem einen federbelasteten Ventilteller aufweisenden Saugventil.

Kolbenpumpen werden beispielsweise zur Förderung tiefkalter verflüssigter Gase verwendet, wenngleich ihr Einsatz nicht auf dieses Anwendungsgebiet beschränkt ist. Das Saugventil einer solchen Pumpe enthält einen Ventilteller, der das Ventil durch Federkraft schliesst und erst durch den Druck des zu fördernden Fluids öffnet. Eine Kolbenpumpe dieser Art ist in LINDE-Berichte aus Technik und Wissenschaft, 36/1975, Seiten 15 bis 22, beschrieben.

Solange sich der in einem Zylinder hin- und herbewegende Kolben der Pumpe vom Ventilteller des Saugventils wegbewegt, ist das Saugventil geöffnet und das zu fördernde Fluid strömt in den Zylinder. Wenn der Kolben seine Bewegungsrichtung umkehrt, erhöht sich der zylinderseitige Druck auf den Ventilteller, der daraufhin das Saugventil schliesst. Über ein Druckventil wird das Fluid aus dem Zylinder abgegeben, bis der Kolben den anderen Umkehrpunkt erreicht, worauf wiederum der Ventilteller das Saugventil öffnet und Fluid in den Zylinder strömt usw.

Die Feder erfüllt den Zweck, dass das Saugventil umgehend schliesst, sobald der Kolben nach Beendigung der Zulaufphase seine Bewegungsrichtung umkehrt. Auf diese Weise wird ein Rückströmen von bereits in den Zylinder gefördertem Fluid in die Zulaufleitung und eine damit verbundene Verringerung der Förderleistung der Kolbenpumpe verhindert. Andererseits entsteht durch die Feder am Saugventil ein unerwünschter Öffnungsdruckverlust. Damit das Saugventil von Beginn der Saugbewegung des Kolbens an ohne Verzögerung öffnet, ist es deshalb erforderlich, dass das zu fördernde Fluid einen erhöhten Druck aufweist. Der Druck wird durch Erhöhung der Zulaufhöhe des Fluids zur Kolbenpumpe erzeugt.

Die Verwirklichung grosser Zulaufhöhen ist freilich mit relativ hohen Kosten verbunden, da entweder der zu entleerende Flüssigkeitsbehälter höher gesetzt werden muss oder für die Kolbenpumpe ein tiefer gelegener Maschinenraum zu erstellen ist. Aus Kostengründen sollte daher die erforderliche geodätische Zulaufhöhe (Gesamthaltedruckhöhe) so niedrig wie möglich gehalten werden, was freilich wegen der aus den obengenannten Gründen erforderlichen Feder nur bis zu einem gewissen Grad möglich ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kolbenpumpe der eingangs genannten Art zu entwickeln, die sich durch hohe Förderleistung bei gleichzeitig niedrigen Betriebskosten auszeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Ventilteller und der Kolben Bestandteile enthalten, die eine gegen die Federkraft gerichtete magnetische Kraft erzeugen.

Während der Ventilteller durch die Feder in den Ventilsitz gedrückt wird, enthalten erfindungsgemäss Ventilteller und Kolben Bestandteile, die die Federkraft zumindest teilweise kompensieren.

Auf den Ventilteller wirken dreierlei Kräfte: Die aus dem Druckunterschied zwischen den beiden Seiten des Ventils resultierende Kraft, die Federkraft und die magnetische Kraft. Die Druckkraft hängt von der Zulaufhöhe des zu fördernden Fluids einerseits und von der Bewegungsrichtung des Kolben andererseits ab. Die magnetische Kraft nimmt mit wachsendem Abstand des Kolbens vom Ventilteller ab und ist in der Endstellung des Kolbens bei Beginn der Saugbewegung am grössten. Zu diesem Zeitpunkt wird die Öffnungsbewegung des Ventiltellers nicht nur wie bisher durch den Druck des zu fördernden Fluids, sondern zusätzlich durch die magnetische Anziehungskraft zwischen Ventilteller und Kolben gefördert. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass das Saugventil nahezu ohne Verzögerung bei Beginn des Ansaugvorgangs öffnet, wodurch die Förderleistung der Pumpe erhöht wird, und dass die Zulaufhöhe verringert werden kann, da die Druckkraft der Flüssigkeit mindestens zum Teil durch die magnetische Kraft ersetzt ist.

Da die Magnetkraft mit wachsender Hubauslenkung des Kolbens abnimmt, werden die übrigen Vorgänge in der Pumpe, insbesondere das rasche Schliessen des Saugventils bei Beginn der Druckbewegung des Kolbens, nicht beeinflusst.

Als besonders zweckmässig erweist es sich, wenn bei einer erfindungsgemässen Kolbenpumpe der Kolben als Permanentmagnet ausgebildet ist.

In vorteilhafter Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes wird vorgeschlagen, dass der Ventilteller in seinem dem Kolben zugewandten Bereich eine Beschichtung aus ferromagnetischem Material enthält.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist die magnetische Kraft bei kleinen Abständen zwischen Ventilteller und Kolben grösser als die Federkraft. Dies wird durch eine geeignete Auswahl der Magnetfeldstärke und der Federkonstanten erreicht. «Kleiner Abstand» ist im Verhältnis zur Hubauslenkung des Kolbens zu verstehen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben.

Hierbei zeigt die Figur eine erfindungsgemässe Kolbenpumpe.

Die erfindungsgemässe Kolbenpumpe wird zur Förderung eines tiefkalten verflüssigten Gases eingesetzt. Die mit dem kalten Füssiggas in Berührung kommenden Teile in der Aussen-wand 1 der Kolbenpumpe sind doppelwandig ausgeführt. Der durch die beiden Wände gebildete Raum ist mit einer Vakuum-Isolation versehen. Auf diese Weise können Verdampfungsverluste in der Kolbenpumpe niedrig gehalten werden.

Im Inneren des Pumpengehäuses ist ein Zylinder 2 angeordnet, der von einem mit der Aussenwand 1 verbundenen Zylindergehäuse 3 umgeben ist. In dem Zylinder 2 ist ein Kolben 4 vorgesehen, der durch geeignete, für das Vertändnis der Erfindung nicht wesentliche Mittel im Zylinder 2 zwischen zwei Endstellungen hin und her bewegt wird.

Der Zylinder 2 ist mit einem Saugventil 5 verschlossen. Das Saugventil 5 setzt sich zusammen aus einem mit dem Zylinder 2 verbundenen Saugventilsitz 6, einem daran befestigten Ventilkörper 7, einer koaxial zum Zylinder angeordneten, fest mit dem Ventilkörper 7 verbundenen Führungshülse 8 und einer in der Führungshülse 8 in axialer Richtung gleitend gelagerten Ventilspindel 9, die sich auf ihrer einen Seite bis in den Zylinder erstreckt und dort einen Ventilteller 10 aufweist, der sich innerhalb des Ventilsitzes 6 im Zylinder befindet. Der Aussendurch-messer des Ventiltellers 10 ist grösser als der Innendurchmesser des Saugventilsitzes 6. Auf der anderen Seite ist eine Begrenzungsscheibe 12 an der Ventilspindel 9 befestigt, die im wesentlichen denselben Durchmesser wie die Führungshülse 8 aufweist.

2

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

651110

Die Begrenzungsscheibe 12 dient zur Begrenzung der axialen Auslenkung der Ventilspindel 9 bei Öffnen des Saugventils 5. Durch eine Druckfeder 11, die sich einerseits an der Führungshülse 8 und andererseits an der Begrenzungsscheibe 12 abstützt, wird das Saugventil 5 in Schliesstellung gebracht, in der der Ventilteller 10 auf dem Saugventilsitz 6 aufliegt.

Die Kolbenpumpe weist eine Zulauföffnung 13 für das zu fördernde Flüssiggas, eine mit einem Druckventil 14 versehene Abführungsöffnung 15 für das auf höherem Druck gepumpte Flüssiggas sowie eine Abgasöffnung 16 zur Abführung von verdampftem Flüssiggas auf.

Erfindungsgemäss ist der Kolben 4 als Permanentmagnet ausgebildet. Der Ventilteller 10 ist an seiner, dem Kolben 4 zugewandten Seite, mit einer Beschichtung aus ferromagnetischem Material versehen. Zwischen Kolben 4 und Ventilteller 10 besteht dadurch eine magnetische Anziehungskraft, die gegen die Kraft der Feder 11 gerichtet ist.

Die erfindungsgemässe Kolbenpumpe funktioniert folgender-massen:

Aus einem in der Figur nicht dargestellten Behälter soll Flüssiggas gefördert werden. Der Behälter ist mit der Zulauföffnung 13 der Kolbenpumpe verbunden.

10

15

20

Da die Förderung des Flüssiggases in der Regel in der Nähe des Siedepunktes erfolgt, würde bei einer Ansaugbewegung des Kolbens 4 zumindest ein Teil des Flüssiggases verdampfen. Aus diesem Grund ist es erforderlich, dass das zu fördernde Flüssiggas aufgrund seines Eigendrucks in den Zylinder 2 der Kolbenpumpe strömen kann. Deshalb ist der Flüssiggasbehälter oberhalb der Kolbenpumpe angeordnet.

Die magnetische Anziehungskraft zwischen Kolben 4 und Ventilteller 10 nimmt mit kleiner werdendem Abstand zu und ist so bemessen, dass sie grösser ist als die Kraft der Feder 11, wenn der Kolben 4 seinen minimalen Abstand zum Ventilteller 10 erreicht hat. Sobald der Kolben 4 seine Saugbewegung beginnt, wird der Ventilteller 10 mit dem Kolben mitgezogen und gibt die Ventilöffnungfrei. Die Begrenzungsscheibe 12begrenzt die maximale Auslenkung der Ventilspindel 9. Das Flüssiggas strömt durch die Öffnung des Saugventils in den Zylinder 2. Wenn der Kolben 4 seine äusserste Hubstellung (z. B. 45 mm) erreicht hat und seine Bewegungsrichtung umkehrt, sorgt die Feder 11 dafür, dass das Saugventil 5 verzögerungsfrei schliesst. Bei diesem Abstand zwischen Kolben 4 und Ventilteller 10 ist die magnetische Anziehungskraft vernachlässigbar klein.

Der Kolben 4 drückt nun das im Zylinder 2 enthaltene Flüssiggas über das Druckventil 14 in die Ablauföffnung 15.

Durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Zulaufhöhe soweit zu verringern, dass der Druck des Flüssiggases gerade noch ausreicht, um den Ventilteller 10 gegen die Kraft der Feder 11 geöffnet zu halten. Durch die magnetische Anziehungskraft zwischen Kolben 4 und Ventilteller 10 ist dennoch ein verzögerungsfreies Öffnen des Saugventils 5 unmittelbar bei Beginn der Saugbewegung des Kolbens 4 gewährleistet.

M

1 Blatt Zeichnungen

Claims

651 110 PATENTANSPRÜCHE

1. Kolbenpumpe zur Förderung eines Fluids, mit einem einen federbelasteten Ventilteller aufweisenden Saugventil, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilteller (10) und der Kolben (4) Bestandteile enthalten, die eine gegen die Federkraft gerichtete magnetische Kraft erzeugen.

2. Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (4) als Permanentmagnet ausgebildet ist.

3. Kolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilteller (10) in seinem dem Kolben (4) zugewandten Bereich eine Beschichtung aus ferromagnetischem Material enthält.

4. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetische Kraft bei kleinen Abständen zwischen Ventilteller (10) und Kolben (4) grösser als die Federkraft ist.