DE1274445B

DE1274445B - Diaphragm pump for pumping pure liquids or liquids containing solids

Info

Publication number: DE1274445B
Application number: DEF29101A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Helmut Gerstenberg; Dipl-Ing Karl Hanke; Dr Eberhard Prinz; Richard Walburg
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1959-08-05
Filing date: 1959-08-05
Publication date: 1968-08-01

Description

Membranpumpe zum Fördern von reinen oder Feststoffe enthaltenden Flüssigkeiten Die Erfindung betrifft eine Membranpumpe zum Fördern von reinen oder Feststoffe enthaltenden Flüssigkeiten mit mechanisch oder hydromechanisch angetriebener Membran, die in unbelastetem Zustand glatt und eben ist.Diaphragm pump for pumping pure liquids or liquids containing solids The invention relates to a diaphragm pump for conveying pure or solids containing liquids with mechanically or hydromechanically driven membrane, which is smooth and level when unloaded.

Zur Förderung solcher Medien, die aus chemischen Gründen mit anderen Stoffen nicht in Berührung kommen dürfen, werden Membranpumpen verwendet, weil bei diesen Pumpen ein Eindringen von Fremdstoffen ins Fördermedium aus der Pumpe sicher vermieden wird. Ein völliger Absehluß des Fördermediums ist nur so lange gewährleistet, als die Membran nicht defekt ist. Deshalb kommt allen Maßnahmen, durch die eine längere Lebensdauer und die Vermeidung von Unterbrechungen durch Ablagerungen von Feststoff vor der Membran und an den Ventilen gewährleistet wird, vor allem in der chemischen und Nahrungsmittelindustrie eine wesentliche technische Bedeutung zu.To promote such media, for chemical reasons with others Substances must not come into contact, diaphragm pumps are used because with these pumps prevent foreign matter from penetrating into the pumped medium from the pump is avoided. A complete shutdown of the pumped medium is only guaranteed as long as than the membrane is not defective. That is why all measures come through the one longer service life and the avoidance of interruptions due to deposits of Solid in front of the membrane and on the valves is guaranteed, especially in the chemical and food industries are of major technical importance.

Es ist bekannt, die Membran mit einer Kolbenstange mechanisch zu verbinden und so die Bewegung auf das Fördermedium zu übertragen; dabei wird jedoch infolge der zentralen Einspannung eine ungleichmäßige Durchbiegung der Membran und ungleichmäßige Spannungsverteilung in der Membran hervorgerufen. Ferner ist bekannt, zwischen Kolben und Membran ein Flüssigkeitspolster zur Kraftübertragung zu benutzen, so daß auf die gesamte Membranfläche ein konstanter Flüssigkeitsdruck wirkt.It is known to mechanically connect the membrane to a piston rod and so to transfer the movement to the conveying medium; however, this will result the central restraint results in uneven deflection of the membrane and uneven Caused stress distribution in the membrane. It is also known between pistons and membrane to use a liquid cushion for power transmission, so that on a constant liquid pressure acts on the entire membrane surface.

Herstellungsmäßig unvermeidbare Schwankungen der Membrandicke führen dabei trotzdem zu ungleichmäßiger Durchbiegung und Spannungsverteilung.Manufacture-wise unavoidable fluctuations in the membrane thickness lead it still leads to uneven deflection and stress distribution.

Es sind weiterhin konstruktive Maßnahmen bekannt, die es ermöglichen, der Membran eine gewünschte Durchbiegung zu geben, indem die Kraftübertragung durch mehrere ineinander gleitende und schrittweise vom Kolben von innen nach außen mitgenommene Rohre (Hohlzylinder) erfolgt, die von außen an die Membran drücken. Dabei findet eine Abstützung der Membran auf einer Anzahl von Kreisen verschiedener Durchmesser entsprechend der Anzahl der Hohlzylinder statt, dazwischen kann die Membran noch etwas ausweichen, was zu örtlichen überbeanspruchungen führt.There are also constructive measures known that make it possible to give the diaphragm a desired deflection by transmitting the force through it several sliding into one another and gradually taken along by the piston from the inside to the outside Tubes (hollow cylinders) are made, which press against the membrane from the outside. Thereby finds a support of the membrane on a number of circles of different diameters depending on the number of hollow cylinders, the membrane can still be in between evade something, which leads to local overstressing.

Beim Pumpen von Suspensionen mit hohem Feststoffgehalt und hoher Absetzgeschwindigkeit der Teilchen, bedingt durch große Teilchen und/oder durch einen großen Dichteunterschied zwischen Feststoff und Flüssigkeit und/oder geringe Viskosität der Flüssigkeit, wurde beobachtet, daß sich während des Pumpvorganges Feststoffe zwischen der Membran, die in solchen Fällen in vertikaler Ebene angeordnet ist, und dem Pumpenkopf absetzen, das Saugventil verstopfen und die Membran an den von Feststoff verstopften Stellen an einer Auslenkung gehindert wird. Dadurch tritt neben unregelmäßiger Förderung infolge Ventilverstopfung eine örtliche überstreckung der Membran in Höhe des abgesetzten Feststoffes und dessen allmähliche Verdichtung ein. Die Membran reißt frühzeitig, weil sie an dieser Stelle infolge scharfer Richtungsänderung der Durchbiegung sehr ungünstig beansprucht wird. Die Gefahr des Absetzens von Feststoffteilchen aus der Suspension ist bei Membranpumpen größer als bei Kolbenpumpen, da bei Membranpumpen wegen des kleinen zulässigen Hubes und des sich daraus ergebenden großen Membrandurchmessers die Strömungsgeschwindigkeit des geförderten Mediums vor der Membran geringer ist.When pumping suspensions with a high solids content and high settling speed of the particles, due to large particles and / or a large difference in density between solid and liquid and / or low viscosity of the liquid, it was observed that during the pumping process, solids between the membrane, which in such cases is arranged in a vertical plane and set down on the pump head, clog the suction valve and the membrane at the points clogged with solids is prevented from being deflected. This occurs alongside irregular promotion as a result of valve clogging, a local overstretching of the membrane at the level of the deposed Solid and its gradual compression. The membrane tears prematurely, because at this point, as a result of a sharp change in direction, the deflection very much is used unfavorably. The risk of solid particles settling out of the Suspension is greater in diaphragm pumps than in piston pumps, because diaphragm pumps because of the small permissible stroke and the resulting large diaphragm diameter the flow velocity of the conveyed medium in front of the membrane is lower.

Es ist also wichtig, die Strömungsgeschwindigkeit des Fördermediums in dem Raum zwischen Pumpenkopf und Membran zu erhöhen. Wird der Pumpenkopf so ausgebildet, daß sich die Membran am Ende des Förderhubes in der Form der errechneten Durchbiegung anlegt, so ist zwar zunächst die Banspruchung der Membran günstig, die Strömungsgeschwindigkeit groß und der schädliche Raum klein, aber das Absetzen von Feststoff kann trotz der erhöhten Strömungsgeschwindigkeit nicht vermieden werden, weil sich eine bevorzugte Strömung auf dem kürzesten Verbindungsweg zwischen Saug- und Druckventil einstellt, an anderen Stellen aber Sedimentation des Feststoffes erfolgt. Es hat sich gezeigt, daß auch durch das bekannte radiale Anbringen von Nuten, Rillen, Kanälen oder Leitungen für Membranverdichter Feststoffabsetzungen, z. B. beim Pumpen von Suspensionen, nicht ausgeschaltet werden können, die zum baldigen Membranbruch führen. Das Fördermedium strömt beim Förderhub, besonders gegen dessen Ende zu, vorwiegend durch die Nuten usw., ohne daß an der gesamten Membranfläche eine turbulente Strömung erzeugt wird, welche die Feststoffablagerung vermeiden würde. Außerdem erfährt die Membran an jenen Stellen, an denen sie bei Ende des Förderhubes nicht unterstützt wird, nämlich wo sich die Nuten usw. befinden, örtlich _eine zu baldigem Bruch führende unzulässige Beanspruchung.So it is important to check the flow rate of the pumped medium in the space between the pump head and the diaphragm. If the pump head is designed in such a way that the membrane is in the form of the calculated deflection at the end of the delivery stroke is applied, the stress on the membrane is initially favorable, the flow velocity large and the harmful space small, but the settling of solid matter can despite the increased flow velocity cannot be avoided because it is a preferred one Adjusts the flow on the shortest connection path between the suction and discharge valve, at other points, however, sedimentation of the solid takes place. It it has been shown that the well-known radial application of grooves, grooves, Channels or lines for membrane compressors solid deposits, z. B. when pumping of suspensions, which can not be turned off, leading to an early rupture of the diaphragm to lead. The pumped medium flows during the delivery stroke, especially towards its end, mainly through the grooves, etc., without a turbulent one on the entire membrane surface Flow is generated, which would avoid the solid deposit. aside from that the membrane experiences at those points where it is not at the end of the delivery stroke is supported, namely where the grooves etc. are, locally _one too soon Breakage leading to impermissible stress.

Weiter hat sich gezeigt, daß auch bei in vertikaler Ebene stehender Membran selbst dann eine Feststoffablagerung nicht vermieden werden kann, wenn die Eintrittsöffnung des vom Saugventil kommenden Kanals an die tiefste Stelle der inneren Pumpenkopfwölbung und die Austrittsöffnung des Kanals zum Druckventil an die höchste Stelle der inneren Pumpenkopfwölbung verlegt wird. Auch das Anbringen einer größeren Zahl von Eintritts- bzw. Austrittsöffnungen, welche etwa in einer oder mehreren Reihen über den vertikalen Durchmesser des Pumpenkopfes verteilt sind, verhindert nicht die Feststoffabsetzungen, weil durch die Vergrößerung der Gesamtquerschnittsfläche dieser Öffnungen die Strömungsgeschwindigkeit verkleinert und die Sedimentation des Feststoffes damit begünstigt wird. Es ergibt sich andererseits eine größere Anzahl von Stellen, an denen die Membran nicht unterstützt ist und daher örtliche überbeanspruchung erfährt, so daß besonders bei höheren Gegendrücken die Membran über diesen Kanalöffnungen bricht.It has also been shown that even when standing in a vertical plane Membrane even then a solid deposit cannot be avoided if the Inlet opening of the channel coming from the suction valve at the lowest point of the inner one Pump head arch and the outlet opening of the channel to the pressure valve at the highest Position of the inner pump head arch. Also attaching a larger one Number of inlet or outlet openings, which approximately in one or more Rows are distributed over the vertical diameter of the pump head not the solid deposits because of the increase in the total cross-sectional area these openings reduce the flow velocity and the sedimentation of the solid is thus favored. On the other hand, there is a greater one Number of places where the membrane is unsupported and therefore local undergoes excessive stress, so that the membrane is especially at higher back pressures breaks over these duct openings.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Membranpumpe der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der die rechnungsmäßige Durchbiegungslinie der Membran eingehalten wird und bei der Feststoffabsetzungen im Förderraum vermieden werden. - -Diese Aufgabe wird. erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Membran- und Pumpenkopfiiuienfläche bei Totlage der Membran eine Vielzahl kleiner narben-oder zylinderförmiger oder unregelmäßig geformter Hohlräume abschließen.The invention is therefore based on the object of a diaphragm pump of the type mentioned at the outset, in which the calculated deflection line the membrane is adhered to and avoided in the solid deposits in the pumping chamber will. - -This task will. according to the invention solved in that membrane and When the membrane is dead, there are a large number of small scars or scars on the pump head complete cylindrical or irregularly shaped cavities.

Die Membranpumpe gemäß der Erfindung kann verschiedene Ausgestaltungen erfahren, die eine besonders vorteilhafte Betriebsweise ermöglichen. Beispielsweise können die Hohlräume in Löchern oder unregelmäßigen Durchbrechungen einer an der Pumpenkopfinnenfläche oder an der Membran anliegenden Folie oder .eines Gewebes bestehen. Ferner kann der enge Kanal vom Saugventil zum Hubraum eine zur Erzielung eines scharfen Strahles geeignete enge Mündung aufweisen, die tangential zu der eine Vielzahl kleiner narben- oder zylinderförmiger oder unregelmäßig geformter Hohlräume enthaltenden Pumpenkopfinnenfläche oder zu der der Membran anliegenden Folie gerichtet ist. Hierbei kann man die Ausgestaltung auch so treffen, daß die Mündung in mehrere Kanäle aufgeteilt ist.The diaphragm pump according to the invention can have various designs experience, which allow a particularly advantageous mode of operation. For example The cavities can be in holes or irregular openings one at the The inner surface of the pump head or the foil or fabric that is in contact with the membrane exist. Furthermore, the narrow channel from the suction valve to the displacement can be used to achieve one of a sharp beam have suitable narrow mouth tangential to the a multitude of small scar-shaped or cylindrical or irregularly shaped ones Pump head inner surface containing cavities or against that of the membrane Foil is directed. Here you can make the design so that the Muzzle is divided into several channels.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Membranpumpe sichert nicht nur die Einhaltung der rechnungsmäßigen Durchbiegungslinie der Membran, eine größere Strömungsgeschwindigkeit und einen kleinen schädlichen Raum, sie vermeidet auch das Festsaugen der Membran am Pumpenkopf und unzulässige Membranbeanspruchungen an Nuten usw.; ein besonderer Vorteil besteht darin, daß eine über die gesamte Membranfläche wirksame Turbulenz der Strömung gesichert ist, welche die zu baldigem Membranbruch führenden Feststoffabsetzungen unmöglich macht.The diaphragm pump proposed according to the invention not only secures compliance with the calculated deflection line of the membrane, a larger one Flow velocity and a small harmful space, it also avoids the suction of the membrane on the pump head and impermissible membrane stresses on grooves, etc .; a particular advantage is that one over the entire membrane surface effective turbulence of the flow is ensured, which leads to the early rupture of the diaphragm makes leading solid deposits impossible.

In den A b b. 1 bis 3 a sind Ausführungsbeispiele für Membranpumpen gemäß der Erfindung wiedergegeben.In the A b b. 1 to 3 a are exemplary embodiments for diaphragm pumps reproduced according to the invention.

A b b. 1 bis 2b zeigen Schnitte, die senkrecht zur Membran gerichtet sind; A b b. 3 und 3 a stellen Schnitte in der Membranebene dar.A b b. 1 to 2b show sections that are directed perpendicular to the membrane are; A b b. 3 and 3a represent sections in the membrane plane.

Der Kolben 1 wirkt auf die Membran 2 über eine Hilfsflüssigkeit, die über Kanal 3 eingefüllt werden kann und den Raum 4 ausfüllt. Am Ende des Hubes werden von Membran und Pumpenkopfinnenfläche eine Vielzahl kleiner Hohlräume abgeschlossen. Die Hohlräume können in Aussparungen 7 der Pumpenkopfinnenfläche 13 (s.Abb.1a) bestehen; sie können aber auch, was konstruktiv und bearbeitungstechnisch besonders einfach zu lösen ist, in Löchern oder unregelmäßigen Durchbrechungen .einer an der Pumpenkopfinnenfläche oder an der Membran befestigten bzw. anliegenden Folie oder eines Gewebes bestehen (s. A b b. 1, 1 b, 2 a und 2 b, darin mit 6, 8, 9, 10 und 11 bezeichnet).The piston 1 acts on the membrane 2 via an auxiliary liquid, which can be filled in via channel 3 and fills the space 4. At the end of the stroke, a large number of small cavities are closed off by the membrane and the inner surface of the pump head. The cavities can exist in recesses 7 in the inner surface of the pump head 13 (see Fig.1a); They can, however, also be in the form of holes or irregular openings in a film or fabric attached to or adjacent to the inner surface of the pump head or the membrane, which is particularly easy to solve in terms of construction and processing technology (see A b b. 1, 1 b, 2 a and 2 b, therein labeled 6, 8, 9, 10 and 11).

Dadurch wird erreicht, daß die Membran in Totlage, wo sie die größte Auslenkung erfährt, an einer aufgelösten bzw. unterbrochenen Fläche abgestützt ist, die nach der errechneten Durchbiegung der Membran geformt sein kann. Der sogenannte schädliche Raum ist in eine Vielzahl von kleinen Teilräumen aufgelöst. Die Bildung von Kanälen, die bevorzugt durchströmt werden, ist unterbunden. Die kurz vor Erreichen der Totlage herrschende Turbulenz verhütet Ansatzbildungen an der verbleibenden Auflagefläche. Dabei setzen sich auch in den Hohlräumen keine Ablagerungen fest, die Hohlräume werden vielmehr bei jedem Saughub vom einströmenden Fördergut freigespült.This ensures that the membrane is in dead position, where it is the largest Undergoes deflection, is supported on a dissolved or interrupted surface, which can be shaped according to the calculated deflection of the membrane. The so-called harmful space is broken down into a multitude of small sub-spaces. The education channels through which flow is preferred is prevented. The one just before reaching The turbulence prevailing in the dead center prevents the remaining one from forming Support surface. There are no deposits in the cavities either, rather, the cavities are flushed clear of the inflowing conveyed material with each suction stroke.

Bei Fördergut mit besonders starker Ablagerungsneigung könnte nach längerer Betriebszeit eine Ablagerung in der Nähe der meist kreisringförmigen Membraneinspannung vorkommen. Um auch diesem Umstand Rechnung zu tragen, kann eine Ausführung gemäß A b b. 3 gewählt werden, bei der der enge Kanal vom Saugventil zum Hubraum eine zur Erzielung eines scharfen Strahles geeignete Mündung aufweist, die tangential zur Einspannung der Membran gerichtet ist. Dadurch wird unter Vermeidung einer Kanalbildung eine bevorzugte Besprühung dieses Bereichs erzielt.In the case of conveyed goods with a particularly strong tendency to deposit longer operating times, a deposit near the mostly circular membrane restraint occurrence. In order to take this fact into account, an execution according to A b b. 3 can be selected in which the narrow channel from the suction valve to the displacement has a has suitable mouth to achieve a sharp beam, the tangential for clamping the membrane is directed. This will avoid channeling a preferential spraying of this area is achieved.

Die Mündung des Saugkanals 12 in den Hubraum kann zum gleichen Zweck auch aufgeteilt werden (Ab b. 3 a). Dabei ist es jedoch unzweckmäßig, eine größere Zahl von Einmündungen vorzusehen, weil damit die Wirkung beschränkt und der zur Erzielung scharfer Strahlen erforderliche Druckverlust nicht mehr tragbar wäre.The opening of the suction channel 12 into the cubic capacity can also be divided for the same purpose (from b. 3 a). However, it is inexpedient to provide a larger number of junctions because this would limit the effect and the pressure loss required to achieve sharp jets would no longer be acceptable.

Mit der erfindungsgemäßen Pumpe werden beispielsweise folgende zwei Suspensionen gepumpt: 1. Eine Suspension, bestehend aus Aluminiumpulver und Dieselöl, mit einem Feststoffgehalt von 180 g/1000 g Flüssigkeit, wobei die Teilchengröße des Feststoffes zwischen 0,5 und 60 [, liegt, wird mittels einer erfindungsgemäß ausgebildeten Membranpumpe gegen einen Druck von 150 atü im Dauerversuch dosiert, ohne daß sich Feststoffe vor der Membran ablagern. Die dosierte Menge beträgt in diesem Beispiel 201 Suspension pro Stunde.With the pump according to the invention, for example, the following two Pumped suspensions: 1. A suspension consisting of aluminum powder and diesel oil, with a solids content of 180 g / 1000 g liquid, the particle size being of the solid is between 0.5 and 60 [, is by means of an inventive trained diaphragm pump against a pressure of 150 atmospheres in a long-term test dosed without solids being deposited in front of the membrane. The dosed amount is in this example 201 suspensions per hour.

2. An Stelle des Aluminiumpulvers wird TiCL, mit Teilchengrößen von 5 bis 60 [t und Agglomeraten bis 500 R unter sonst gleichen Bedingungen, wie unter 1 angegeben, bis 8 atü dosiert.2. Instead of aluminum powder, TiCL, with particle sizes of 5 to 60 [t and agglomerates up to 500 R under otherwise the same conditions as under 1 indicated, dosed up to 8 atm.

Claims

Claims: 1. Diaphragm pump for pumping pure or solids containing liquids with mechanically or hydromechanically driven membrane, which is smooth and even in the unloaded state, characterized in that membrane (2) and inner surface of the pump head (13) after the end of the pressure stroke when the Membrane a multitude of small, scar-shaped or cylindrical or irregularly shaped ones Complete the cavities (7).

2. Diaphragm pump according to claim 1, characterized in that that the cavities in holes or irregular openings on the inner surface of the pump head (13) or film or fabric (6, 8, 9, 10, 11) resting on the membrane exist.

3. Diaphragm pump according to claim 1 and 2, characterized in that from Suction valve to the displacement tangential to which a large number of small scars or cylindrical or irregularly shaped hollow spaces (7) containing pump head inner surface (13) a narrow channel (12) with a suitable one for achieving a sharp beam narrow mouth (14) is directed.

4. Diaphragm pump according to claim 3, characterized in that that the mouth (14) is divided into several channels (15). Considered Publications: German patents No. 953 489, 805 006, 585 298, 170 219, 77 531; French Patent No. 1138 802; British Patent Specification No. 797 840, 780 773, 749 551, 100 600; U.S. Patent Nos. 2,653,552, 2,413,851.