CZ253495A3

CZ253495A3 - Piston pump

Info

Publication number: CZ253495A3
Application number: CZ952534A
Authority: CZ
Inventors: Friedrich Schwald; Josef Schwall
Original assignee: Friedrich Schwald; Josef Schwall
Priority date: 1993-05-02
Filing date: 1994-05-02
Publication date: 1996-10-16
Also published as: PL173575B1; DE59401274D1; PL311302A1; ATE146258T1; EP0697066A1; WO1994025757A1; DE4314132A1; EP0697066B1

Description

Pístové čerpadlo ι στ

CjO tn

Obl.ast techniky,

Předložený vynález se týká pístového čerpadla a zejména pístového čerpadla pro čerpání viskózních médií, jako je malta, beton, mazaniny, barvy a omítky, jak minerální struktury, tak disperzních omítek a podobně.

Pístové čerpadlo podle vynálezu je dále popisováno s ohledem na své použití jako čerpadlo malty. Je však třeba poukázat na to, že provedení podle vynálezu může být použito také pro čerpadla, která jsou uvažována pro čerpání jiných médi í.

Dosavadní_stav , teghn,i.Jk,y

Čerpadla malty se používají proto, aby se malta, jako je cementová malta, betonová stříkaná malta, základní omítková malta, izolační omítková malta, požárně ochranná malta a podobně dopravovala z prvního místa, na které je malta dodávána, popřípadě kde se vyrábí, prostřednictvím potrubí na maltu na druhé místo, kde je malta například stříkána na stěnu. Typické známé čerpadlo malty načerpá cca

20-50 1/min a má čerpací tlak až 40 bar. K dopravě na místo použití se používá hadicové a/nebo trubkové potrubí.

Ve stavu techniky je známé takové čerpadlo malty vytvořené jako dvojité pístové čerpadlo se dvěma vedle sebe ležícími vodorovně uspořádanými válci. Pohon těchto čerpadel se uskutečňuje pomocí elektromotoru nebo spalovacího motoru, jehož otáčky jsou přenášeny hnacím ustrojím na rotující pohonný hřídel. Na pohonném hřídeli jsou uvažovány dvě vzájemně o 1S0 stupňů přesazené pohonné vačky, které během tlakového zdvihu pohybují písty pomocí pístnic ve směru čerpání. Zpětného pohybu pístu při sacím zdvihu se dosahuje zpětnou pružinou vytvořenou jako šroubovitá pružina.

Tato známá pístová čerpadla mají tu nevýhodu, že jsou poměrně nákladně konstruována, mají velký konstrukční objem a zejména vysokou hmotnost. Další nevýhodou je to, že pružiny mohou na základě svých charakteristik, zejména při vysokých hodnotách tření, způsobovat poruchy v provozu.

Úkolem předloženého vynálezu je proto vytvoření spolehlivě pracujícího pístového čerpadla, zejména pro čerpání viskózních médií, která jsou kompaktně konstruována a která mají poměrně malou hmotnost.

Podstata vynálezu

Tento úkol je řešen podle vynálezu předmětem nároku 1.

Výhodná další provedení jsou předmětem závislých nároků.

U pístového čerpadla podle vynálezu se k převedení otáčivého pohybu pohonného zařízení na vratný pohyb pístu nepoužívá, jako u stavu techniky, dvojice vačka-zdvihátko, nýbrž zvláštním způsobem vytvořená a uložená ojnice.

Na pohonném hřídeli, který je poháněn vhodným motorem pomocí hnacího ústrojí, je uspořádán kruhový excentrický kotouč, na kterém je otočně uložena ojnice. Druhý konec ojnice je spojen s pístnicí pístu čerpadla a je veden vodicím zařízením podél (-fiktivní) osy válce čerpadla.

Tato konstrukce má tu výhodu, že přenos síly mezi excentrickým kotoučem (který má relativně velký průměr) a ojnicí se dosahuje poměrně malým tlakem, takže je jednak značně redukováno opotřebení, a jednak může být konstrukce vytvořena velmi kompaktně. Pružinová zařízení a tak dále, požadovaná ve stavu techniky, mohou zcela odpadnout.

Protože pístnice je vedena ve vodicím zařízení, nepůsobí na píst žádné stranové síly vyplývající z pohonu.

Píst a pístnice proto nepotřebují být dimenzovány více, než u stavu techniky.

Otočného uložení ojnice na excentrickém kotouči se dosahuje zejména prostřednictvím valivého ložiska. To ulehčuje konstrukci, protože taková valivá ložiska jsou k dostání jako standardní konstrukční prvky, a to mimo jiné také umožňuje přenášet ojnicí vysoké a nejvyšší točivé momenty. Jako valivé ložisko se zejména používá radiální kuličkové ložisko, jehlové ložisko nebo cylindrické válečkové ložisko.

Alternativně může místo valivého ložiska ale najít uplatnění i kluzné ložisko.

Podle výhodného dalšího provedení vynálezu je vodicí zařízení vytvořeno tak, že mezi pístnicí a ojnicí je uvažován spojovací čep, jehož (fiktivní) osa je uspořádána kolmo k ose válce, a který je veden ve vodicích drážkách.

Výhodně jsou na čepech nasazena valivá ložiska, jejichž vnější průměr je nepatrně menší než výška vodicí drážky, takže vnější kroužek se muže odval ovát na příslušné stěně vodicí drážky.

Tímto provedením se vytvoří kompaktní, jednoduché a velmi spolehlivé pístové čerpadlo, které se hodí k přenášení vysokých a nejvyšších točivých momentů.

Pístové čerpadlo podle vynálezu může být konstruováno s různým počtem válců. Pri použití jako čerpadla malty je výhodné zejména dvouválcové čerpadlo, protože je zde ve spojení s elastickými vlastnostmi obvykle používané čerpací hadice docíleno poměrně rovnoměrného proudu objemu.

Konstrukce válce, pístu a ventilových zařízení jsou ve stavu techniky známé a nepotřebují zde být blíže vysvětlovány. Je třeba pouze poukázat na to, že při použití jako čerpadla malty se obvykle používá kotoučový píst, na kterém je upevněna těsnicí manžeta, která je vytvořena z kůže, gumy nebo podobného materiálu. Čerpadlo je provedeno zejména jako jednoduché zdvihové čerpadlo, to znamená, že materiál je tlačen do čerpacího potrubí jen při pohybu pístu pohonným hřídelem směrem ven.

'U příkladu provedení pístového čerpadla podle vynálezu, které, jak bylo výše popsáno, je zkonstruováno ze dvou válcových pístových čerpadel malty, by mohla být hmotnost vůči ve stavu techniky známým, vačkami poháněným pístovým čerpadlům zmenšena o více než polovinu. Z toho vyplývá nejen značná úspora materiálu, nýbrž také podstatné zjednodušení ovládání a dopravy příslušných čerpadel. Nad to malá hmotnost také umožňuje připojení tohoto čerpadla malty bezprostředně na výpust sila obvyklého sila na omítkovou maltu.

Přitom se při pokusech ukázalo,' že navzdory hnacímu točivému momentu 750 Nm (měřeno na pohonném hřídeli) nedochází k žádnému znatelnému opotřebení na přenosovém zařízení.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je nyní dále popsán na základě příkladů provedení znázorněných zjednodušeným způsobem na připojených výkresech, které znázorňují na obr. 1 boční pohled na pístově čerpadlo podle vynálezu, na obr. 2 půdorysný pohled na příklad provedení podle obr. 1 bez pohonného motoru, na obr. 3 znázornění příkladu provedení podle obr. 1 v částečném řezu, na obr. 4 půdorysný pohled na vodicí zařízení u příkladu provedení podle obr. 1 a obr. 2, a na obr. 5 boční pohled na vodicí zařízení podle obr. 4.

Příklady provedení_vynálezu

Obr. 1 az obr. 5 znázorňují zjednodušeným způsobem příklad provedení předloženého vynálezu. Tímto příkladem provedení je dvouválcové čerpadlo malty, které má skříň 1_, ve které jsou uspořádány písty jakož i přenosové zařízení.

Oba válce Z, á jsou (v provozní poloze zařízení) uspořádány vedle sebe vodorovně a mají vždy (-fiktivní) osu válce á, popřípadě ZV obou válcích je vždy uspořádán píst 2L, který je vytvořen jako kotoučový píst, a který je spojen s pístnicí 2.. (Fiktivní) osa válce válcové pístnice 2 se shoduje s osou válce 6., popřípadě ZNa kotoučových pístech je připevněna těsnicí manžeta, která je přitlačována prostřednictvím rozpěrného kroužku na stěnu válce. Dále jsou uvažována ventilová zařízení pro řízení sacího a tlakového zdvihu a přetlakové bezpečnostní zařízení. Protože jsou však dříve uvedená zařízení vesměs známa ve stavu techniky, nejsou tyto části ani znázorněny, ani jednotlivě vysvětleny.

Ve skříni 1 je uložen pohonný hřídel 12 v ložiscích 13.

IA, která jsou vytvořena zejména jako valivá ložiska.

Na pohonném hřídeli 12 je připevněn první excentrický kotouč 15 a druhý excentrický kotouč 1Δ. Oba excentrické kotouče jsou vytvořeny jako kruhové kotouče, a jsou upevněny na pohonném hřídeli 12 takovým způsobem, že mezi (-fiktivní) osou otáčení 22. pohonného hřídele 12 a středovým bodem 21 excentrických kotoučů vyplývá excentricita ε. Oba excentrické kotouče jsou vůči sobě přesazeny o úhel 1S0 stupňů.

Na excentrických kotoučích je vždy připevněna ojnice 24, 25., přičemž obě ojnice mají kruhové vybrání 2Z, jak je to vidět na obr. 1. Spojení mezi ojnicemi 24, 25 a excentrickými kotouči 15, Ιώ. nastává tak, že se ojnice může i při vysokém zatížení lehce otáčet proti oběma excentrickým kotoučům.

Této otáčivosti může být dosaženo použitím kluzného ložiska, které umožňuje zejména hydrodynamické nebo hydrostatické nebo smíšeně hydrodynamické/hydrostatické uložení ojnice na excentrickém kotouči. Dále je možné vytvořit dvojice vzájemného tření excentrický kotouč/vrtání ojnice tak, že se dosáhne nižšího třecího koeficientu a nižšího opotřebení. To může kupříkladu nastat tím, že jeden z dvojice vzájemného tření je zhotoven z vhodného materiálu, výhodně z ložiskové bronze, nebo je vrstvou tohoto materiálu potažen. Dále může být také použita vrstva snižující tření, jako například teflonová vrstva.

Výhodné je dále uložení prostřednictvím valivého ložiska, jak je to znázorněna na obr. 3. Pro tento případ je na excentrický kotouč (znázorněn je excentrický kotouč 17) nalisován vnitřní kroužek' 31 valivého ložiska 3J2.· Vnější kroužek 32 tohoto valivého ložiska je salisován do vrtání ojnice 25.. Protože spojení mezi excentrickým kotoučem a ojnicí je zatěžováno jen radiálně, nikoliv vsak axiálně, jsou přítlačné síly postačující, aby zajistily bezpečné spojení mezi excentrickým kotoučem a ojnicí. Kdyby to vsak mělo v jednotlivém případě způsobovat problémy, je také možné uvazovat odpovídající upevňovací zařízení, kupříkladu příslušně vytvořené vzpěrné pojistné kroužky, aby se zabránilo axiálnímu posuvu jednotlivých částí vůči sobě.

Jako valivé ložisko bylo u příkladu provedení zvoleno radiální kuličkové ložisko, protože toto může absorbovat axiální síly a může tedy spolehlivě zabránit axiálnímu posuvu jednotlivých částí vůči sobě. Místo radiálního kuličkového ložiska může být ale také použito jehlové ložisko, cylindrické válečkové ložisko, nebo při vysokých namáháních i naklápěcí válečkové ložisko.

Excentrické kotouče musí být pevně uspořádány na pohonném hřídeli 12. Toho může být dosaženo zalícovaným perem, které je uspořádáno v drážce v pohonném hřídeli a které zasahuje do odpovídající drážky v excentrickém kotouči. Se zalícovaným perem může být ale také použito (ve stavu techniky známého) jiného spojení hřídel-náboj, kupříkladu klínového ozubení, V zájmu jednoduché konstrukce je také možné excentr ické kotouče na pohonném hřídeli pevné přivařit, přičemž by vsak potom musela být učiněna opatření.

aby se pohonný hřídel 12 5 ložisky 12. a 1_4 mohl ještě vestavět do skříně 1_.

Jak	vyplývá	ze znáz	ornění	podle obr. 1, je	osa
pohonného	hřídele	12 vůči	podéln ým	osám 6., L válců 2,	4. ve
výšce přesazena,	při čemž	toto přesazení (srovnej obr.	1)

odpovídá vzdálenosti tl.· Toto přesazení má výhody vzhledem na prostorový tvar, protože čerpadlo tak může být konstrukčně zhotovováno vesměs ploché.

Dále má tento tvar tu výhodu, že přenos síly z ojnice na pístnici během tlakového zdvihu nastává v příznivějším úhlu, takže podíl příčné síly směrované kolmo k ose válce je menší.

Vedení ojnice vodicím zařízením je nyní v jednotlivostech popisováno ve vztahu na obr. 4 a obr. 5.

Ojnice je ve své přední, od excentrického kotouče odvrácené oblasti opatřena vrtáním, ve kterém je pohyblivě veden čep 41. Pístnice 2 je ve své přední oblasti vytvořena vidlicovitě a je rovněž opatřena vrtáním 45, do kterého je čep 42 pevně nalisován. Čep 42 je přes pístnici 2 směrem k oběma stranám prodloužen a nese na svých příslušných koncích 41a, 41b valivé ložisko 45, popřípadě 46. Valivá ložiska 42, 42 mají vždy vnitřní kroužek, který je pevně nalisován na čepech 4_1, jakož i vnější kroužek. Jako valivá tělesa se používají zejména kuličky, je však ale také možné použití cylindrických válečků, naklápěcích válečků nebo jehel. Dále je také výhodné použití kluzných ložisek.

Po obou stranách každé ojnice je vždy uspořádána horní vodicí dráha 5J2L a spodní vodicí dráha 52, 52· Tyto vodicí dráhy tvoří v podstatě rovnou dosedací plochu, na které se může vnější kroužek valivých ložisek 42, 46 odvalovat.

<7

K tomu je požadováno, aby byl odstup a (vis obr. 5) horních vodicích drah od spodních vodicích drah alespoň nepatrně větší, než je vnější průměr valivého ložiska 45. 46.

Délka 1_ vodicích drah je vyměřena tak, aby valivá ložiska 45, 46 během celkového zdvihu pístu dosedaly na příslušných vodicích drahách.

U příkladu provedení podle obr. 5 je uvažována deska

56, která je upevněna paralelně s rovinou ojnice 54 ve skříni, přičemž u dvojitého pístového čerpadla, podle zde vysvětlovaného příkladu provedení, jsou žádoucí celkem čtyři desky. V každé desce je uvažována štěrbina 5S.> jejíž délka L a výška a odpovídá dříve probíraným kriteriím.

Místo takové štěrbiny mohou být ale vodicí dráhy vytvořeny i jiným způsobem, kupříkladu pomocí příslušně tvarovaného železa tvaru písmene U a tak dále.

Je třeba poukázat na to, že podepření příčných sil, vznikajících pohybem pístu, pomocí valivého ložiska, je výhodnou -formou vynálezu. Je však také možné absorbovat příčné síly pomocí jiných podélných vedení, kupříkladu kluzným vedením nebo podobně.

Příklad provedení znázorněný ve vztahu na obr. 1 až obr. 5 je uvažován proto, aby pracoval s otáčkami 50 min”¹ a čerpaným objemem od 20 do 40 1/min. Při tomto dimenzování je žádoucí hnací točivý moment až cca 700 Nm. Podle typu provedení a případu použití jsou ale také možné jiné hodnoty.

K pohonu se používá elektromotor, spalovací motor, zejména dieselový motor nebo pneumaticky pcnáněný motor (kupříkladu v prostředí ohroženém explozí), jehož výstupní otáčky, jestliže je to žádoucí, jsou vhodným převodem redukovány na vstupní otáčky. Aby se čerpaný objem pístového čerpadla přizpůsobil příslušným pracovním podmínkám, múze být náhon vytvořen s měnitelnými otáčkami. Pro změnu otáček existuje více možností:

První možnost spočívá v tom, ze se odpovídajícím způsobem ovlivňují výstupní otáčky motoru. Toho múze být u elektromotoru plynule dosaženo změnou -frekvence, u stejnosměrného stroje změnou budicího napětí. Stupňovitá změna otáček může být u elektromotoru dosažena i přepojením pólů.

U spalovacího motoru může být pro regulaci otáček zasaženo bezprostředně do přívodu paliva.

L) všech uvedených typů motorů se může změna otáček takě uskutečňovat pomocí převodovky tím, že jsou ozubená kala spolu přiváděna různým způsobem do záběru, popřípadě jsou pohyblivě nebo pevně spojována s hřídelem, aby se dosáhlo různých převodových poměrů. Dále je takě možná změna převodu plynule měnitelným převodovým poměrem (přestavovací převod), jak ve spolupůsobení s elektromotorem, tak se spalovacím motorem.

U jednoho velmi jednoduchého dalšího příkladu provedení vynálezu je ke změně otáček uvažováno, že se pohonný hřídel nepřidělá přírubou přímo na motor, jak je to naznačeno na obr. 2 pohonným hřídelem a tam znázorněným zalícovaným perem, nýbrž na pohonný hřídel jsou nasazeny dvě nebo více řemenic s různým průměrem, a na pohonném hřídeli motoru jsou uvažovány odpovídající řemenice. Otáčky mohou být potom měněny jednoduchým způsobem tím, že se řemen přesunuje z jedné řemenice na druhou. Kromě toho může být také použit odpovídající řetězový náhon.

Aby se doprava a ovládání pístového čerpadla ulehčily, múze být skříň opatřena koly, takže pístové čerpadlo může být kupříkladu zavěšeno na tažné vozidlo, popřípadě jednoduchým způsobem nasunuto.

Dále je možné uvažovat na skříni pístového čerpadla přídržné zařízení, s kterým může být pístové čerpadlo uspořádáno bezprostředně u výpusti zásobníku hotové malty, kupříkladu sila. Toto umožňuje racionální čerpání malty k příslušnému místu použití.

Zastupuje:

'TU' 1Γ34 -

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Pístové čerpadlo, zejména pro čerpání viskózních médií, jako malty, betonu, mazanin, barev, minerálních omítek, disperzních omítek a podobně, s alespoň jedním válcem, jedním pístem, který je uspořádán posuvně ve válci, jedním pohonným zařízením, které má rotující pohonný hřídel a je opatřen zařízením, aby se otáčivý pohyb tohoto pohonného hřídele převáděl na vratný pohyb pístu, vyznačující se tím, ze zařízení pro přeměnu otáčivého pohybu na vratný pohyb zahrnuje kruhový excentrický kotouč (15, 16), který je excentricky nasazen na pohonném hřídeli a s ním rotuje, jakož i ojnici (24), na jejímž prvním konci je uvažováno vrtání (28), s kterým je ojnice otočně uložena na excentrickém kotouči (15, 16), a jejíž druhý konec je spojen s pístnicí (9) pístu (8), a vodicí zařízení (45, 46, 56), kterým je tento druhý konec ojnice veden ve směru paralelním s podélnou osou <6,

7) válce (3, 4).
2. Pístové čerpadlo podle nároku 1, vyznačující se tím, že otáčivého uložení mezi excentrickým kotoučem (15, 16) a vrtáním (27) ojnice (24) je dosaženo prostřednictvím valivého ložiska (30).

Pístové čerpadlo podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že ojnice (24) a pístnice (?) jsou spojeny prostřednictvím čepu (41),

- 13 přičemž buď ojnice (24) nebo pístnice (9) jsou ve spojovací oblasti vytvořeny tak, že jedna část vidlicovitě obklopuje druhou.
4. Pístové čerpadlo podle nároku 2 nebo 3, vyznačující se tím, že čep má (fiktivní) podélnou osu, která je uspořádána kolmo k (fiktivní) ose (6, 7) válce, a že je uvažována alespoň jedna spodní a jedna horní vodicí dráha, kterou je čep během vratného pohybu pístnice veden.

Pístové čerpadlo podle nároku 4, vyznačující se tím, že oba konce čepu (41) jsou vedeny horní a spodní vodicí drahou.

Pístové čerpadlo podle nároku 5, vyznačující se tím,žena čepu je uvažováno valivé ložisko (45, 46), kroužek se v závislosti na směru pohybu spodní nebo horní vodicí dráze.

obou koncích jehož vnější odvaluje na

7.

Pístové čerpadlo podle nároku 5, vyznačující se tím, že vedení čepu je vytvořeno jako kluzné vedení.

Pístové čerpadlo podle jednoho z nároků 4 až <5, vyznačující se tím, že vodicí dráhy jsou vytvořeny jako drážky, které jsou uspořádány v deskách, které jsou upevněny kolmo k (fiktivní) podélné ose čepu (41) ve skříni (1) pístového čerpadla.
9. Pístové čerpadlo podle nejméně jednoho 2 nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že píst je vytvořen jako kotoučový píst, a že je uvažováno těsnicí zařízení, zejména těsnicí manžeta, která utěsňuje píst vůči válci.
10. Pístové čerpadlo podle nejméně jednoho z nároků 1 až 9, vyznačující se tím, že jsou uvažovány dva paralelně vůči sobě uspořádané válce, a na pohonném hřídeli jsou uvažovány dva vůči sobě přesazené excentrické kotouče, které jsou vždy spojeny pomocí ojnice s'písty ve válcích.
11. Pístové čerpadlo podle nároku 10, vyznačující tím, že válce (v provozní poloze) jsou uspořádány vodorovně.
12. Pístové čerpadlo podle nejméně jednoho z nároků 1 až 11, vyznačující se tím, žepohonný hřídel je spojen přes převod s elektromotorem, spalovacím motorem nebo pneumaticky poháněným motorem.
13. Pístové čerpadlo podle nároku 12, vyznačující se tím, že je uvažováno zařízení, aby se daly řídit a/nebo regulovat otáčky motoru.

Pístové čerpadlo podle nároku vyznačující se

12 nebo 1 tím, e převodem je

- 15 převodovka, pomocí které může být ve stupních měněn přenos otáčivého pohybu z motoru na pohonný hřídel.
15. Pístové čerpadlo podle nároku 12 nebo 13, vyznačující se tím, že převodem je převod s plynule měnitelným převodovým poměrem.
16. Pístové čerpadlo podle nejméně jednoho z nároků 1 až

15, vyznačující se tím, že na skříni (1) pístového čerpadla jsou uspořádána alespoň dvě kola.
17. Pístové čerpadlo podle nejméně jednoho z nároků 1 až

16, vyznačující se tím, že je uvažováno přídržné zařízení, kterým je pístové čerpadlo bezprostředně upevnitelné u výpusti zásobníkové nádrže, jako je kupříkladu silo, kontejner a podobně.

IS. Použití pístového čerpadla podle nejméně jednoho z nároků 1 až 17 k čerpání malty, zejména malty na omítky a/nebo barev a/nebo mazanin.
19. Použití pístového čerpadla podle nejméně jednoho z nároků 1 až 17 k čerpání hotové malty, která je odebírána z nádrže, kupříkladu sila.

Zastupuje: