CZ9331U1 - Přídavné zařízení pro plynulou regulaci průtoku, zejména víceplunžrových čerpadel - Google Patents

Description

Technické řešení se týká přídavného zařízení pro plynulou regulaci průtoku, zejména víceplunžrových a vícepístových čerpadel, a to bezeztrátovou regulaci průtoku při konstantním výtlačném tlaku a jeho řízení při spolupráci několika paralelně zapojených čerpadel.

Dosavadní stav techniky

V současné době je možno plynulou regulaci průtoku víceplunžrových nebo vícepístových čerpadel realizovat pomocí tyristorové regulace otáček, jejíž použití je velmi obtížné anebo vůbec nerealizovatelné v případě elektrického rozvodu o napětí 6 kV. Další možností je plynulá změna zdvihu pístu či plunžru pomocí specielní konstrukce hnacího mechanismu, která se používá především u méně výkonných olejových axiálních pístových čerpadel se šikmou deskou. Pro čerpadla na vodu je velmi obtížné takový hnací mechanismus aplikovat a zejména pro větší přenášený výkon je to prakticky nereálné.

Další možností plynulé regulace průtoku je ovlivňováním pracovního cyklu plunžrového či pístového čerpadla. Je známé řešení dle CZ PV 3511-95, kde k činnému prostoru pístového čerpadla je připojen nejméně jeden regulační píst opatřený na jedné straně pevným a na druhé straně nastavitelným dorazem. Různým nastavením dorazu lze pak měnit průtok čerpadla. Nevýhodou tohoto řešení je, že při dorazu regulačního pístu na doraz dochází k náhlé změně průtoku čerpadla a tím ke vzniku pulzací. Další nevýhodou pak je, že použití této konstrukce u pístových čerpadel na vodu je technicky značně náročné. Je rovněž známo provedení dle CZ 233876 s pneumatickým propojením jednotlivých činných prostorů vícepístových čerpadel, které je velmi technicky obtížné z hlediska těsnění plynu. Pomocné válce zde musí být umístěny v horní části činného prostoru, což způsobuje jeho zavzdušňování.

Podstata technického řešení

Uvedené nevýhody odstraňuje do značné míry přídavné zařízení pro plynulou regulaci průtoku, zejména víceplunžrových čerpadel s fázově posunutými pracovními zdvihy plunžrů, kde v hydraulickém tělese čerpadla jsou vytvořeny alespoň dva činné prostoty s navazujícími vývrty, ve kterých jsou vytvořeny a zabudovány plunžr, sací a výtlačný ventilový uzel apístek, jehož pracovní prostor je přes přepouštěcí kanál propojen s plynovým akumulátorem. Podstata řešení spočívá v tom, že každý pracovní prostor pístku je přes přepouštěcí kanál propojen s plynovým akumulátorem hydraulicky.

Další podstatou řešení je, že k jednomu anebo více paralelně zapojeným plynovým akumulátorům jsou paralelně připojeny kompresor a plynový odpouštěcí ventil, které jsou napojené na řídicí jednotku, vybavenou tlakovými snímači pro snímání tlaku před a za akumulátorem.

Také je podstatou řešení, že s jedním plynovým akumulátorem jsou hydraulicky propojeny pracovní prostory pístku dvou a více víceplunžrových čerpadel, přičemž před plynovým akumulátorem jsou paralelně připojeny pomocné čerpadlo a hydraulický odpouštěcí ventil, které jsou napojeny na řídicí jednotku vybavenou tlakovými snímači.

Výhodou tohoto řešení je, že přídavné zařízení pro zajištění spojité a bezeztrátové regulace průtoku víceplunžrových a vícepístových čerpadel je technicky velmi snadno proveditelné, nevyžaduje speciální řešení hydraulického dílu čerpadla a dá se napojit na všechny typy čerpadel výše uvedených druhů.

-1 CZ 9331 U1

Přehled obrázků na výkresech

Konkrétní příklad konstrukce přídavného zařízení je schematicky znázorněn na připojených výkresech, kde obr. 1 je podélný řez jedním válcem víceplunžrového čerpadla s připojeným plynovým akumulátorem a obr. 2 je zjednodušené schéma konstrukce z obr. 1. Na obr. 3 je znázorněno alternativní provedení přídavného zařízení dovybaveného řídící jednotkou a doplňkovými komponenty pro použití v libovolných úrovních provozovaného výtlačného tlaku podle připojení návazné technologie a obr. 4 je charakteristika P - Q čerpadla z obr. 3. Obr. 5 znázorňuje schéma paralelního zapojení tří víceplunžrových čerpadel s předmětným přídavným zařízením, obr. 6 součtovou charakteristiku P - Q tří čerpadel z obr. 5 a na obr. 7 je alternativní zapojení tří čerpadel s použitím pouze jednoho společného plynového akumulátoru.

Příklady provedení technického řešení

Základní hydraulický díl víceplunžrového či vícepístového čerpadla pro připojení přídavného zařízení pro regulaci jeho průtoku je tvořen základním hydraulickým tělesem 1, výtlačným tělesem 2 a víkem 3, které jsou vzájemně rozebíratelně spojeny, například sešroubovány.

V hydraulickém tělese I jsou vytvořeny činné prostory 101, na každý z nich navazují příslušné vývrty, v nichž jsou vytvořeny a zabudovány vodící pouzdro 51 s plunžrem 5, sací ventilový uzel 6, výtlačný ventilový uzel 7 a pístek 8, uložený ve výměnném pouzdru 9. Za každým sacím ventilovým uzlem 6 je v hydraulickém tělese I vytvořen sací kanál 11 a za každým výtlačným ventilovým uzlem 7 ve výtlačném tělese 2 výtlačný kanál 10. Ve víku 3 je pak vytvořen přepouštěcí kanál 13, propojující jednak každý pracovní prostor 14 pístku 8, který je ohraničený pouzdrem 9, s plynovým akumulátorem 4 napojeným kvíku 3, a jednak vzájemně pracovní prostory 14 pístků 8 s jednotlivými pracovními prostory 101 plunžrů 5. Pracovní prostory L4 a přepouštěcí kanál 13 jsou pak naplněny kapalinou, s výhodou vodou.

Před spuštěním víceplunžrového čerpadla se zařízením pro plynulou regulaci průtoku je nutno nejdříve naplnit pracovní prostory 14 pístků 8 a přepouštěcí kanál 13 vodou a dále akumulátor 4 plynem na hodnotu plnícího tlaku p₀. Plnící tlak p₀ akumulátoru 4 je volen s ohledem na požadovaný konstantní provozní tlak g víceplunžrového čerpadla. Plnící tlak po akumulátoru představuje zlomový bod na charakteristice P - O čerpadla, charakterizovaný hodnotou p₀ a jmenovitým průtokem Q_č, přičemž provozní bod čerpadla odpovídající zlomovému bodu charakteristiky p₀ závisí na tlaku akumulátoru 4, jak je patrné z obr. 4. Pro tlak g v připojeném neznázoměném potrubí, jehož hodnota je vyšší než g_Oi pak dochází k prudkému snižování průtoku, například když odporová charakteristika R výtlačného potrubního řadu prochází souřadnicemi p₀ aQ_ž. Provozní body na charakteristice P - O víceplunžrového čerpadla pak vyplývají ze skutečné odporové charakteristiky Rs výtlačného řadu:

- je-li Rs < R ......čerpadlo se chová jako standardní plunžrové čerpadlo a průtok Q čerpadla odpovídá Qe a výtlačný tlak p < p₀

- je-li Rs>R ...... jeu čerpadla regulován průtok Q při konstatntním výtlačném tlaku a průtok čerpadla Q < Q_s a výtlačný tlak p = p₀.

Tohoto efektu je dosaženo právě hydraulickým propojením činných prostorů 101 jednotlivých plunžrů 5 pro tlak p > p₀, který je daný tlakem plynu v akumulátoru 4. Je-li R_s > R, dochází při výtlačném zdvihu po dosažení tlaku p₀ v činném prostoru 101 k mechanickému pohybu pístku 8 v pracovním prostoru 14. V sací fázi je pak čerpané médium tlakem plynu vytlačováno z pracovního prostoru 14 pístku 8 do činného prostoru 101. Přemísťování čerpaného média do pracovních prostorů 14 pístků 8 se navenek projevuje snížením průtoku Q čerpadla.

V případě, že je víceplunžrové čerpadlo vybavené zařízením pro regulaci průtoku nutno provozovat při libovolných tlakových úrovních tak, jak to vyžaduje navazující technologie, a to až do tlaku odpovídajícího PN systému. V tomto případě, znázorněném na obr. 3, je základní verzi zařízení nutno dovybavit kompresorem 15 a plynovým odpouštěcím ventilem 16, připojenými

-2CZ 9331 U1 k plynovému akumulátoru 4 a napojenými na řídicí jednotku 18, která je vybavena tlakovými snímači 17 pro snímání tlaku před a za akumulátorem 4. Řídicí jednotka 18 podle zadaného algoritmu, popřípadě podle požadavků obsluhy nebo podle informací z návazné technologie, nastaví požadovanou hodnotu plnícího tlaku p₀ akumulátoru 4 a tím vlastně provozní tlakovou úroveň, při které bude víceplunžrové čerpadlo se zařízením pro regulaci průtoku Q provozováno. Řídicí jednotka 18 současně umožní diagnostikovat poruchové stavy systému plynulé regulace průtoku.

V případě požadavku na paralelní spolupráci několika víceplunžrových nebo vícepístových čerpadel vybavených daným zařízením je nutno vnitřní prostory plynových akumulátorů 4 ío vzájemně propojit, jak je to pro tři čerpadla se stejným jmenovitým průtokem Qu znázorněno na obr. 5. Tímto propojením je zaručena stejná hodnota plnicího tlaku po u všech čerpadel a rovnoměrné rozložení celkového průtoku Q_c odebíraného návaznou technologií mezi průtoky Qi_č mezi jednotlivá čerpadla, jak je znázorněno na součtové charakteristice P - Q dle obr. 6. Stejného výsledku je možno dosáhnout rovněž vzájemným propojením činných prostorů 101 všech čerpadel a připojením pouze jednoho společného akumulátoru 4, když kompresor 15 je pak nahrazen pomocným čerpadlem 19 a plynový odpouštěcí ventil 16 nahrazen hydraulickým odpouštěcím ventilem 20, jak je znázorněno na obr. 7.

Popsané provedení není jediným nožným řešením zařízení ale standardní vakový plynový akumulátor 4 je možno nahradit tlakovou nádobou s volnou hladinou kapaliny a vzduchu nebo pístový akumulátorem.

Průmyslová využitelnost '

Víceplunžrová nebo vícepístová čerpadla opatřená zařízením pro plynulou regulaci průtoku lze použít ve velmi širokém okruhu aplikací, kde je požadován různý průtok čerpadla při konstantním výtlačném tlaku, jako je tdmu například při ostřiku okují bram různých velikostí, v systémech dotěžováníropy, v systémech čerpání vody do uhelných pilířů apod.

Claims (3)

NÁROKY NA OCHRANU

1. Přídavné zařízení pro plynulou regulaci průtoku, zejména víceplunžrových čerpadel s fázově posunutými pracovními zdvihy plunžrů, kde v hydraulickém tělese čerpadla jsou vytvořeny alespoň dva činné prostory s navazujícími vývrty, ve kterých jsou vytvořeny a zabudovány

30 plunžr, sací a výtlačný ventilový uzel a pístek, jehož pracovní prostor je přes přepouštěcí kanál propojen splynovým akumulátorem, vyznačující se tím, že každý pracovní prostor (14) pístku (8) je přes přepouštěcí kanál (13) propojen s plynovým akumulátorem (4) hydraulicky.

2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že kjednomu anebo více

35 paralelně zapojeným plynovým akumulátorům (4) jsou paralelně připojeny kompresor (15) a plynový odpouštěcí ventil (16), které jsou napojené na řídicí jednotku (18), vybavenou tlakovými snímači (17) pro snímání tlaku před a za akumulátorem (4).

3. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, žes jedním plynovým akumulátorem (4) jsou hydraulicky propojeny pracovní prostory (14) pístků (8) dvou a více víceplunžro40 vých čerpadel, přičemž před plynovým akumulátorem (4) jsou paralelně připojeny pomocné čerpadlo (19) a hydraulický odpouštěcí ventil (20), které jsou napojeny na řídicí jednotku (18) vybavenou tlakovými snímači (17).