DE102006027208A1

DE102006027208A1 - Gasbetriebene Membrandosierpumpe

Info

Publication number: DE102006027208A1
Application number: DE102006027208A
Authority: DE
Inventors: Nils Dr. Kohlhase
Original assignee: Lewa GmbH
Current assignee: Lewa GmbH
Priority date: 2006-06-12
Filing date: 2006-06-12
Publication date: 2007-12-13
Also published as: US20080003117A1; CA2591378A1

Abstract

Bei einer Membrandosierpumpe mit gasbetriebenem Antrieb, insbesondere zum Zudosieren von Hilfsstoffen in Gasleitungen (Pipelines), beispielsweise einer Naturgasquelle, mit einem Antriebskopf (11) für die Membrandosierpumpe (1), einer in einem Zylinderraum (12) des Antriebskopfes (11) hin- und herbeweglichen Antriebsstange (13), die ein den Zylinderraum (12) in zwei Kammern (15, 16) trennendes Antriebsteil (14) trägt und in Wirkverbindung mit der Kolbenstange (3) der Membrandosierpumpe (1) steht, einer mit dem Zylinderraum (12) des Antriebskopfes (11) verbundenen Zufuhrleitung (19) für Druckgas aus der Gasleitung (18) und einem Steuerventil (20) zwischen der Gaszufuhrleitung (19) sowie einer Abfuhrleitung (21) für entspanntes Gas zurück in die Gasleitung (18), ist die Anordnung derart getroffen, dass der Antriebskopf (11) der Membrandosierpumpe (1) als einfachwirkender Gasantrieb ausgestaltet ist, derart, dass lediglich die Druckhubseite (15) des Antriebskopfes (11) über das Steuerventil (20) mit der Druckgaszufuhrleitung (19) verbunden ist, während die Saughubseite (16) des Antriebskopfes (11) zu jedem Zeitpunkt mit der Gasabfuhrleitung (21) verbunden ist, und dass auf der Saughubseite des Antriebskopfes (11) eine Feder (17) angeordnet ist, die auf das Antriebsteil (14) in Richtung Saughub einwirkt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Membrandosierpumpe mit gasbetriebenem Antrieb, insbesondere zum Dosieren von Hilfsstoffen in Gasleitungen, beispielsweise einer Naturgasquelle, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Steuern dieses gasbetriebenen Antriebs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
Dosierpumpen mit Gasantrieb sind seit langem bekannt und werden bevorzugt zum Dosieren von Hilfsstoffen, z. B. Korrosionsschutzmitteln, in Gasleitungen (Pipelines) nahe oder an einer Naturgasquelle eingesetzt. Gasquellen sind zum Teil wenig ergiebig und sind verstreut auf entlegene Gebiete verteilt, so dass elektrische Energie zum Antrieb der Dosierpumpe nur mit sehr großem Kostenaufwand zur Verfügung gestellt werden kann. Es wird deshalb bevorzugt das Gas aus der Gasquelle selbst als Druckmedium zum Antrieb der Dosierpumpe verwendet. Bisher wurde jedoch das verwendete Gas meist in die Umgebung abgeblasen, was selbstverständlich aus energiewirtschaftlichen Gründen sowie aus Gründen der Umweltbelastung nicht wünschenswert ist.
Um dies zu vermeiden, ist es schon bekannt ( US 6,694,858 ), als Antrieb für eine oszillierende Verdrängerpumpe einen solchen Gasantrieb vorzusehen, bei dem das aus der Gasleitung entnommene Druckgas mittels eines entsprechenden Steuerventils derart der Verdrängerpumpe zugeführt wird, dass es beidseits abwechselnd auf den Verdrängerkolben aufschlägt bzw. diesen sowohl in Druckhubrichtung als auch in Saughubrichtung betätigt, worauf dann jeweils das Druckgas auf der Niederdruckseite in die Gasleitung zurückgeführt wird.
Zu diesem Zweck ist es notwendig, dass in der Gasleitung ein bestimmter Differenzdruck vorhanden ist, z. B. an einer Verengung der Leitung oder an einer beispielsweise durch eine Messblende geschaffenen Durchflussmessstelle, oder dass der Differenzdruck künstlich durch den Einbau einer Drosselstelle geschaffen wird.
Dieser bekannte Gasantrieb hat jedoch den Nachteil, dass sich die gesamte Konstruktion einschließlich der zugehörigen Steuerung sehr aufwändig gestaltet und dass der Gasverbrauch sehr hoch ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Membrandosierpumpe der gattungsgemäßen Art zur Beseitigung der geschilderten Nachteile derart auszugestalten, dass der Gasantrieb konstruktiv sehr einfach gestaltet ist und nur einen geringen Gasverbrauch aufweist. Außerdem soll ein einfaches Verfahren zur Steuerung eines solchen Antriebs geschaffen werden.
Diese Aufgabe wird durch die Erfindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, den Antriebskopf der Membrandosierpumpe als einfachwirkenden Gasantrieb auszugestalten, und zwar derart, dass lediglich die Druckhubseite des Antriebskopfes über das Steuerventil mit der Druckgaszufuhrleitung verbunden ist, während auf der Saughubseite des Antriebskopfes eine Feder angeordnet ist, die auf das Antriebsteil in Richtung Saughub einwirkt. Zusätzlich ist die Saughubseite des Antriebskopfes zu jedem Zeitpunkt mit der Druckgasabfuhrleitung, d.h. also mit der Stelle niedrigeren Gasdrucks, verbunden. Hierdurch ergibt sich der wesentliche Vorteil, dass der Antrieb unabhängig von der Druckhöhe in der Pipeline betrieben werden kann.
In erfindungsgemäßer Ausgestaltung ist das Steuerventil derart ausgelegt, dass es zur Durchführung des Druckhubes des Antriebskopfes die Druckgaszufuhrleitung zur Druckhubseite des Antriebskopfes öffnet, während es beim Saughub zur Abfuhr des dann entspannten Gases die Öffnung in die Gasabfuhrleitung bewirkt.
Dies bedeutet im Sinn der Erfindung, dass die oszillierende Bewegung des Gasantriebes ganz einfach durch, vorzugsweise mechanisch gesteuertes, Einschalten der Druckgaszufuhr für den Druckhub des Antriebskopfes erfolgt. Demgegenüber wird in konstruktiv außerordentlich einfacher Weise für den Saughub des Antriebskopfes die Federkraft genutzt, wobei dann das auf der Druckhubseite im Zylinderraum des Antriebskopfes befindliche, nunmehr entspannte Gas in die Gasleitung, und zwar auf deren Niederdruckseite zurückgefördert wird.
Als Dosiereinheit gelangt vorzugsweise ein Membranpumpenkopf mit hydraulischem Membranantrieb zur Anwendung. Dies erbringt zwei wesentliche Vorteile, nämlich dahingehend, dass einerseits die Dosierung leckfrei erfolgt und dass andererseits der im Hydrauliköl hin und her bewegte Kolben nahezu reibungsfrei arbeitet.
Es ist deshalb lediglich für den Druckhub des Antriebskopfes und damit auch des Membranpumpenkopfes lediglich ein bestimmter geringer Kraftaufwand zur Überwindung der Federdruckkraft notwendig. Es müssen somit neben dieser Druckkraft praktisch keine Zusatzkräfte berücksichtigt oder überwunden werden, da die Reibungskraft im Verhältnis zur Druckkraft vernachlässigbar gering ist.
Aus diesem Grunde ist es möglich, die Membrandosierpumpe auch dann mittels des erfindungsgemäßen gasbetriebenen Antriebs zu betreiben, wenn in der Gasleitung nur ein sehr geringer Differenzdruck, beispielsweise von weniger als 0,5 bar, herrscht.
Der gasbetriebene Antrieb gemäß der Erfindung nutzt somit die Energie aus dem in der Gasleitung geförderten Gas lediglich für den Druckhub des Antriebskopfes. Demgegenüber erfolgt der Saughub mittels Federkraft. Dadurch ist die Steuerung insgesamt sehr viel einfacher und kostengünstiger aufgebaut als bei dem bekannten doppeltwirkenden Antrieb.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es von Vorteil, wenn der Antriebskopf als Membranantrieb ausgeführt ist, dessen Antriebsteil ein Membranglied ist. Dadurch können die Reibungsverluste auf ein Minimum reduziert werden, so dass der Antrieb mit einem noch geringeren Differenzdruck in der Gasleitung betrieben werden kann.
Das Membranglied des gasbetriebenen Membranantriebs kann eine Einfachmembran, eine Doppelmembran oder eine Rollmembran sein.
Stattdessen ist es auch möglich, als Antriebskopf einen Kolbenantrieb vorzusehen, dessen Antriebsteil ein Kolben ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Steuern des gasbetriebenen Antriebs ist in den Ansprüchen 10 bis 12 näher beschrieben.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen:
1 schematisch im Schnitt eine Membrandosierpumpe mit einem einfach wirkenden Gasantrieb in Form eines Antriebskopfes, der als Membranantrieb mit einer Einfachmembran ausgestaltet ist;
2 eine abgewandelte Ausführungsform mit einem einfachwirkenden Gasantrieb in Form eines Membranantriebs mit einer Doppelmembran und
3 eine weitere abgewandelte Ausführungsform mit einem Gasantrieb in Form eines Kolbenantriebs.
Wie aus 1 ersichtlich, ist eine Membrandosierpumpe 1 vorgesehen, die beim dargestellten Ausführungsbeispiel als Membranpumpe mit hydraulisch wirkendem Membranantrieb ausgestaltet ist. Zu diesem Zweck weist die Membrandosierpumpe 1 eine in einem Pumpenkörper 2 hin- und her bewegliche Kolbenstange 3 auf, die auf einen im Pumpenkörper 2 gebildeten, mit Hydrauliköl gefüllten Arbeitsraum 4 im Sinne eines Druckhubes – in 1 bei der Bewegung nach links – bzw. eines Saughubes – in 1 bei der Bewegung nach rechts – einwirkt.
Der Pumpenkörper 2 ist durch einen Pumpendeckel 5 verschlossen, in dem ein Förderraum 6 zum Fördern eines Dosiermediums über ein Einlassventil 7 sowie ein Auslassventil 8 gebildet ist.
Der Arbeitsraum 4 und der Förderraum 6 sind durch eine Membran 9 getrennt, die zwischen Pumpenkörper 2 sowie Pumpendeckel 5 eingespannt ist und mittels der axial hin- und her beweglichen Kolbenstange 3 über das im Arbeitsraum 4 befindliche Hydrauliköl im Sinne eines Druckhubes sowie Saughubes betätigt wird.
Die Kolbenstange 3 der Membrandosierpumpe 1 wird mechanisch betätigt, und zwar durch einen gasbetriebenen Antrieb 10, der als einfachwirkender Gasantrieb ausgestaltet ist. Zu diesem Zweck ist ein Antriebskopf 11 vorgesehen, der einen Zylinderraum 12 umschließt. In diesem ist eine Antriebsstange 13 hin- und her beweglich, die einerseits mit ihrem aus dem Zylinderraum 12 des Antriebskopfes 11 herausragenden Ende mit der Kolbenstange 3 der Membrandosierpumpe 1 verbunden bzw. hiermit einstückig ist und andererseits an ihrem im Zylinderraum 12 des Antriebskopfes 11 befindlichen Ende ein Antriebsteil 14 in Form einer Einfachmembran trägt. Diese trennt den Zylinderraum 12 des Antriebskopfes 11 in der dargestellten Weise in zwei Kammern, und zwar in eine druckhubseitige Kammer 15 sowie in eine saughubseitige Kammer 16.
In der saughubseitigen Kammer 16 des Antriebskopfes 11 ist auf der Antriebsstange 13 eine Druckfeder 17 angeordnet, die sich einerseits an der Wand des Zylinderraums 12 sowie andererseits an der Einfachmembran 14 bzw. an deren Trägerteil abstützt, so dass dadurch die Einfachmembran 14 in Richtung des Saughubes des Antriebskopfes 11 – nach rechts in 1 – unter Federwirkung steht.
Gleichzeitig steht die saughubseitige Kammer 16 ständig in Verbindung mit der Gasabfuhrleitung 21, so dass in der saughubseitigen Kammer 16 stets der niedrigere Gasdruck P2 wirkt.
Der Druckhub des Antriebskopfes 11 – nach links in 1 – wird durch Druckgas bewirkt, das der Gasleitung 18 (Pipeline), beisp. an oder nahe einer Naturgasquelle an einer Stelle P1 höheren Drucks entnommen und über eine Zufuhrleitung 19 der druckhubseitigen Kammer 15 des Antriebskopfes 11 zugeführt wird.
In der Zufuhrleitung 19 ist außerdem ein Steuerventil 20 vorgesehen, welches das entspannte Gas, nachdem dieses den Druckhub in der druckhubseitigen Kammer 15 ausgeführt hat, über eine Abfuhrleitung 21 zurück in die Hauptgasleitung 18 (Pipeline) führt, und zwar an einer stromabwärts liegenden Stelle P2 niedrigeren Gasdrucks. Hierbei genügt, wie schon dargelegt, ein Differenzdruck zwischen P1 und P2 von weniger als 0,5 bar, um den Antriebskopf 11 zu betreiben, d. h. dessen druckhubseitige Kammer 15 mit Gasdruck im Sinne eines Druckhubes zu beaufschlagen. Der Differenzdruck kann beisp. durch eine Blende 23 in der Pipeline 18 erzeugt werden.
Das Steuerventil 20 ist so ausgelegt, dass es zur Durchführung des Druckhubes des Antriebskopfes 11 – nach links in 1 – die Druckgaszufuhr über die Zufuhrleitung 19 zur Druckhubseite 15 des Antriebskopfes 11 öffnet, während es beim Saughub des Antriebskopfes 11 – nach rechts in 1 – zur Abfuhr des dann entspannten Gases die Öffnung in die Abfuhrleitung 21 bewirkt, so dass das entspannte Gas über diese Abfuhrleitung 21 an der Stelle P2 niedrigeren Gasdrucks in die Hauptgasleitung 18 zurückgeführt wird.
Die Steuerung des Steuerventils 20 erfolgt mechanisch in der dargestellten Weise über ein Gestänge 22, das seinerseits über die jeweilige Axialstellung der Antriebsstange 13 des Antriebskopfes 11 bzw. der Kolbenstange 3 der Membrandosierpumpe 1 betätigbar ist.
Die abgewandelte Ausführungsform gemäß 2 unterscheidet sich von derjenigen gemäß 1 lediglich dadurch, dass anstelle der Einfachmembran 14 des Antriebskopfes 11 eine Doppelmembran 14' vorgesehen ist.
In entsprechender Weise ist bei der Ausführungsform gemäß 3 der Antriebskopf nicht als Membranantrieb ausgestaltet, sondern als Kolbenantrieb, dessen Antriebsteil ein Kolben 14'' ist.
Hinsichtlich vorstehend nicht im Einzelnen näher erläuterter Merkmale der Erfindung wird ausdrücklich auf die Ansprüche sowie die Zeichnung verwiesen.

Claims

Membrandosierpumpe mit gasbetriebenem Antrieb, insbesondere zum Zudosieren von Hilfsstoffen in Gasleitungen (Pipelines), beisp. einer Naturgasquelle, – mit einem Antriebskopf (11) für die Membrandosierpumpe (1), – einer in einem Zylinderraum (12) des Antriebskopfes (11) hin- und her beweglichen Antriebsstange (13), die ein den Zylinderraum (12) in zwei Kammern (15, 16) trennendes Antriebsteil (14) trägt und in Wirkverbindung mit der Kolbenstange (3) der Membrandosierpumpe (1) steht, – einer mit dem Zylinderraum (12) des Antriebskopfes (11) verbundenen Zufuhrleitung (19) für Druckgas aus der Gasleitung (18) und – einem Steuerventil (20) zwischen der Gaszufuhrleitung (19) sowie einer Abfuhrleitung (21) für entspanntes Gas zurück in die Gasleitung (18), dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebskopf (11) der Membrandosierpumpe (1) als einfachwirkender Gasantrieb ausgestaltet ist, derart, dass lediglich die Druckhubseite (15) des Antriebskopfes (11) über das Steuerventil (20) mit der Druckgaszufuhrleitung (19) verbunden ist, während die Saughubseite (16) des Antriebskopfes (11) zu jedem Zeitpunkt mit der Gasabfuhrleitung (21) verbunden ist, und dass auf der Saughubseite (16) des Antriebskopfes (11) eine Feder (17) angeordnet ist, die auf das Antriebsteil (14) in Richtung Saughub einwirkt.
Membrandosierpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (20) derart ausgelegt ist, dass es zur Durchführung des Druckhubes des Antriebskopfes (11) die Druckgaszufuhrleitung (19) zur Druckhubseite (15) des Antriebskopfes öffnet, während es beim Saughub zur Abfuhr des dann entspannten Gases die Öffnung in die Gasabfuhrleitung (21) bewirkt.
Membrandosierpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung des Steuerventils (20) mechanisch über ein Gestänge (22) erfolgt, dass seinerseits über die jeweilige Axialstellung der Kolbenstange (3) der Membrandosierpumpe (1) bzw. der Antriebsstange (13) des Antriebskopfes (11) betätigbar ist.
Membrandosierpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Gasantrieb (10) betätigte Dosierpumpe (1) eine hydraulisch wirkende Membranpumpe ist, deren Kolbenstange (3) mit der Antriebsstange (13) des Antriebskopfes (11) in Wirkverbindung steht bzw. hiermit einstückig ist.
Membrandosierpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebskopf (11) ein Membranantrieb ist, dessen Antriebsteil ein Membranglied (14) ist.
Membrandosierpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Membranglied eine Einfachmembran (14) ist.
Membrandosierpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Membranglied eine Doppelmembran (14') ist.
Membrandosierpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Membranglied eine Rollmembran ist.
Membrandosierpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebskopf (11) ein Kolbenantrieb ist, dessen Antriebsteil ein Kolben (14'') ist.
Verfahren zum Steuern des nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildeten gasbetriebenen Antriebs der Membrandosierpumpe, dadurch gekennzeichnet, dass die oszillierende Bewegung des Antriebskopfes einerseits beim Druckhub durch Beaufschlagung der druckhubseitigen Kammer des Antriebskopfes mit Druckgas sowie andererseits beim Saughub durch Beaufschlagung der saughubseitigen Kammer des Antriebskopfes mit Federkraft durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckhub des Antriebskopfes durch Öffnen der Verbindung zwischen der Druckgaszufuhrleitung bzw. der Stelle der Pipeline höheren Druckes und der druckhubseitigen Kammer des Antriebskopfes eingeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Saughub des Antriebskopfes durch Schließen der Verbindung zwischen der Druckgaszufuhrleitung und der druckhubseitigen Kammer des Antriebskopfes sowie durch Öffnen der Verbindung zwischen dieser Kammer und der Stelle der Pipeline niedrigeren Druckes eingeleitet und sodann mittels der Federkraft durchgeführt wird.