-
| I@,I~;lII@ZYLIi3DER-FL ÜSSIGhEITSPÜMPE |
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Arbeitsmaschinen für Flüssigkeitsförderung,
insbesondere auf mehrzylindrige I'olben- und Plungerpumpen.
-
Es sind Kolben- und Plungerpumpen für FlüssigkeitsförderunG mit mehreren
Zylindern bekannt, bei denen die Fördermenge durch jinderung des Aroeitsrauminhaltes
verstellt wird, indem man jedem llrbeitsraum einen unabhängigen, mit kompressiblem
i,_edium, beispielsweise mit Druckgas erfüllten Schadraum zuschaltet, an dem eine
Druckquelle angeschlossen wird. Das 2ördergut in den Pumpenarbeitsräumen wird vom
Druckmedium im ZJuschaltraum mit einer frei beweglichen Wand, beispielsweise mit
einem Freikolben getrennt, dessen 3eweg-ung während des Saughubs der :-umpe durch
einen hubbegrenzer beschränkt wird.
-
Das Arbeitsorgan derartiber Flüssigkeitspumpen (es kann beispielsweise
iolben sein) wird bekanntlich während des I)aughubs einer zusätzlichen Belasturdurch
den Gasdruck im Zuschaltraum ausgesetzt. Im Extremfall, wenn die Pumpenfördermenge
gleich ,lull eingestellt wird, hat der Lumpenkolben sowohl beim Saug- als auch beim
)ruckhub das volle Druckgefälle des Zuschaltraurnes zu überwinden.
-
Liese zusätzliche Kolbenbelastung ist besonders bei ilochdruckpumpen
für verschmutzte Flüssigkeiten, wie Lehmmörtel, wirksam. Die kann hier einen vorzeitigen
Kolbenausfall
hervorrufen und beeinträchtigt somit die Zuverlässigkeit
der ganzen Anlage.
-
Ein weiterer idachteil, der den meisten im hinsatz befindlichen Hochdruckpumpen
mit mehreren Zylindern eigen ist, besteht in der ungleichförmigen Förderung, die
sich als Druckschwankungen am Pumpenaustritt auswirkt. Die Zuschaltraum-Regelung
jeden P=penarbeitsraunies läL t einen >l eiciiförmigen Förderstrom nur dann erreichen,
wenn gleichzeitig auch das Druckverhältnis des Zuschaltraumes im T'eillastbetrieb
klein gehalten wird.
-
Diese I:ösung eignet sich aber schlecht für Hochdruckpumpen, da die
erforderlichen Zuschaltraumvolumina und somit das Lumpengewicht und die Pumpenabmessungen
hier sehr groß ausfallen.
-
Andererseits begrenzt ein kleiner Zuschaltraum stark den Regelbereich
für die Liefermenge der .lumpe.
-
Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine L:erirzylinderpumpe
zu entwickeln, bei der die 1-unipenarbeitskolben im Teillastbetrieb durch den Gasdruck
im Guschaltraum entlastet werden und daut eine hohe Zuverlässigkeit bei Förderung
von verschmutzten Flüssigkeiten erreichen lassen. Ein weiteres Ziel der brfindung
ist es, eine rumpe zu entwickeln, bei der die Fördermengenverstellung einen gleichfÖriaigen
Förderstrom gewährleistet.
Es ist auch das Ziel der Erfindung, eine
mehrzylindrige i-,umpe zu entwickeln, die bei kleinem Zuschaltraum eine Verstellung
der Fördermenge in einem weiten Bereich zwischen "u11 und @löchstwert zuläßt.
-
In Übereinstimmung mit genannten und anderen Zielen wird nachstehend
eine i:Tehrzylinder-Flüssigkeitspumpe vorgeschlagen, bei der die Fördermenge durch
Zuschaltung vom druckgaserf üllten Raum an jedem Pumpenarbeitsraum verstellt wird,
an dem eine Druckquelle angeschlossen wird, wobei das Fördergut im Pumpenarbeitsraum
und das Druckmedium im Zuschaltraum durch eine frei bewegliche '@dand voneinander
getrennt werden.
-
Lrfindungsgemäß sind die Pumpenzylinder doppeltwirkend und alle Zylinderarbeitsräume
werden mit einem für alle Zylinder gemeinsamen Zuschaltraum verbunden, an dem eine
Druckquelle angeschlossen wird. Dabei wird jeder Arbeitsraum der Pumpe vom Zuschaltraum
durch eine frei bewegliche Brand getrennt.
-
Der gemeinsame Zuschaltraum wird bei einer Ausführungsvariante der
Erfindung in mehrere miteinander verbundene zylinderförmige Einzelräume mit je 2
Trennwänden aufgetrilt. Die Zahl von Zuschaltzylindern muß gleich der Zahl von doppeltwirkenden
Pumpenzylindern sein.
-
lach einer weiteren Ausführungsvariante wird die Zahl
der
Zuschaltzylinder gleich der Anzahl von Arbeitsräumen in den doppelwirkenden Pumpenzylindern
gewählt und in jedem Zuschaltzylinder wird nur eine Trennwand vorgesehen.
-
Die Erfindung ermöglicht es, bei einer Lehrzylinder--I'lüssigkeitspumpe
im Teillastbetrieb den Pumpenarbeitskolben vom Druckunterschied weitgehend zu entlasten,
einen weiten Verstellbereich für die Fördermenge und einen gleichförmigen Förderstrom
an der Druckseite bei verhältnismäßig kleinem Zuschaltraumvolumen zu erreichen.
Sei der erfindungsgemäßen Pumpe wird die Fördermenge ohne Anderung der l>wupenhubzahl
bzw. Zylinderabmessungen verstellt. Darüber hinaus hat diese Pumpe einen höheren
Wirkungsgrad.
-
Die näheren Einzelheiten der Erfindung sind der nii.chstehenden Beschreibung
von einigen Ausführungsbeispielen und den beigefügten Zeichnungen zu entnehmen.
Es zeigt Eig. 'I die erf indurigsgemäße ivvIerirzylinderpumpe in schematischer Darstellung;
fig. 2 eine andere Ausführung für die errindungsgemäße lumpe ; Fig. 3 eine weitere
Ausfützrurgsmöglichkeit I',ir die erf indu% sGemäl e Iyumpe.
-
Die erfindungsgemäße Mehrzylinder-Flüssigkeitspumpe besitzt zwei doppelzwirkende
Zylinder 1 (Fig. 1), deren Arbeitskolben 2 über Kolbenstange 3 von einem Kurbeltrieb
(in der
21eichnung nicht gezeigt) in eine hin- und hergehende Beweung
versetzt wird. Der r.-olben 2 teilt den Zylinder 1 -in zwei Arbeitsräume
4, 5, wobei die beiden mit einem gemeinsamen, kompressiblem Ledium, beispielsweise
mit Gas, erfüllten Zuschaltraum 6 verbunden sind. Am Zuschaltraum 6 ist eine Druckquelle
7 angeschlossen. .Jas in den Zylinderräumen 4, 5 befindliche Fördergut wird
vom Druckgas im Zuschaltraum durch eine frei oewegliehe Wand getrennt, die bei der
Ausführung nach Pi.. 1 ein im Zylinder 9 laufender Freikolben 8 ist.
-
Der Inhalt des Zylinders 9 ist größer als das vom Kolben 2 im Druckhub
verdrängte Volumen oder gleich diesem. Am Boden des Zylinders 9 ist ein Hubbegrenzer
10 vorgesehen, der den Trennkolbenhub beschränkt.
-
Bei einer weiteren Ausführungsvariante (Fig. 2) ist der Zuschaltraum
6 in zwei über Rohr 12 miteinander verbundene Zuschaltzylinder 11 aufgelöst. Jeder
Zuschaltzylinder 11 wird je einem Zylinderraum 4, 5 der Pumpe zugeordnet und besitzt
zwei Trennkolben B. Die Zahl der Zuschaltzylinder ist somit gleich der Pumpenzylinderzahl.
-
Bei einer weiteren Ausführungsvariante der Pumpe wird der gemeinsame
Zuschaltraum bereits in vier über Rohre 14 Uig. 3) miteinander verbundene Zuschaltzylinder
13 unterteilt. Diese Zuschaltzylinder werden an je einen Zylinderraum 4, 5 der Pumpe
angeschlossen und nehmen nur je einen
Trennkolben auf. Die Zahl
von Zuschaltzylindern ist hier also gleich der Zahl von Pumpenzylinderräumen.
-
Bei den zwei letztbeschriebenen Ausführungsvarianten, wo der gemeinsame
Zuschaltraum 6 in zwei (Fig. 2) bzw. vier (Fig. 3) Zuschaltzylinder 11 bzw. 13 aufgelöst
ist, werden die Verbindungsleitungen 12, 14 so bemessen, daß eine freie überströmung
des Druckgases zwischen den einzelnen Zuschaltzylindern gesichert wird, dann nur
in diesem Fälle können gleiche Gasdrücke an den Trennkolben 8 im Teillastbetrieb
erziehlt werden.
-
Die beschriebene Iulehrzylinderpumpe hat folgende rdirkuxgsweis e
.
-
Der Pumpenkolben 2 (Fig. 1) verdrängt im Druckhub aus dem Zflinderraum
4 ein Flüssigkeitsvolumen, das dem Produkt aus Kolbenfläche und holbenhun gleich
ist. Der austretende Flüssigkeitsstrom wird verzweigt. Der eine Teil davon gelangt
über Ventil 15 in die Druckleitung und der andere strömt in den Zylinder 9 ein,
wobei der Trennkolben 8 gegen den Druck im Zuschaltraum verschoben wird. Die vom
Zylinder 9 aufgenommene Flüssigkeitsmenge hängt von dem im gemeinsamen Zuschaltraum
6 herrschenden Druck ab. Ist dieser zu beginn des l'umpendruckhubs höher als der
Flüssigkeitsdruck in der Druckleitung, so bleibt der Trennkolben ü während des ganzen
Druckhubs in seiner äußersten oberen Zage am üubbegrenzer 10 stehen und die Pumpe
erzeugt den maximalen Förderstrom.
:Liegt aber der Druck im Zuschaltraum
unter dem Gegendruck der l=@.unpe, so kommt der Trennkolben in r3ewegung. Dabei
nim:t das Gasvolumen im Zuschaltraum 6 ab und der Gasdruck steigt bis zum üef;endruck
der Pumpe an. Es ergibt sich somit Eine Jylöglichkeit, den Druck am Pumpenaustritt
und die Pumpenförder-Irienge durch Änderung des Gasvordrucks im gemeinsamen Zuschaltraum
6 mit _Iilf e der Druckquelle 7 zu verstellen.
-
Für eine eingestellte Fördermenge bleibt aber das Gasvolumen im Zuschaltraum
praktisch "konstant, da die Kolben t3 in den Zylindern 9, die mit lumpenzylindernräumen
4,5 verbunden sind, sich jeweils in den entgegengesetzten Richtungen bewegen (in
Fig. 1 sind die Bewegungssinne mit Pfeilen angedeutet). Die Geringen Unterschiede
in den Yolbengeschwindigheiten üben keinen merklichen Einfluß auf das Gasvolumen
im Zuschaltraum 6 aus.
-
Der Gasdruck im Zuschaltraum 6 kann also gegenüber dem Voreinstelldruck
bei Verringerung der Fördermenge auch stei-,en, jedoch bleibt er während des Betriebs
bei jeder vorgegebenen Fördermenge praktisch konstant. Dadurch werden eine gleichförmige
Förderung und einen pulsationsfreien Flüssigkeintsstrom an der Druckseite erreicht
und Voraussetzungen zur Verringerung der Zuschaltraumdimensionen geschaffen.
-
1n dem Augenblick, wo der Pumpenkolben nach Vollendung des Druckhubs
im Zylinderraum 4 in seine Totpunktlage kommt, erreichen das Flüssigkeitsvolumen
in dem an diesem Zylinder-.-raum
liegenden Zylinder 9 und der Trennkolbenausschlag
gegenüber der Ausgangslage ihre-maximalen Werte. In diesem Augenblick schließt das
Druckventil 15 und der Arbeitskolben 2 Beginnt seinen Rückhub. Väh.rend dieser
Kolbenbewegung wird die Förderflüssigkeit aus dem Zylinderraum 5 verdrängt, im Zylinderraum
4 wird dagegen Raum freigegeben und mit Flüssigkeit gefüllt, die durch den Gasdruck
im Zuschaltraum aus dem Zylinder 9 verdrängt wird. Die Drücke in den Zylinderräumen
4, 5 bleiben dabei praktisch gleich groß bis zum Augenblick, wo der Trennkolben
S in dem mit Zylinderraum 4 verbundenen Zylinder 9 bei einer Zwischenlage des Lumpenkolbens
2 den Hubbegrenzer 10 erreicht. Von diesem Zeitpunkt an sinkt der Druck im Zylinderraum
4 rasch ab und das Saugventil 17 wird durch den Saug- bzw. Umgebungsdruck geöffnet.
Während der weiteren Kolbenbewegung wird Flüssigkeit aus der Saugleitung 18 in den
Zylinderraum angesaugt.
-
Der Pumpenkolben 2 wird also durch den Druckgas vom Druckunterschied
zwischen Saug- und Druckseite bis zum AuGenblick der Saugventilöffnung entlastet.
-
Darüber hinaus wird auch die Stopfbuchse 19 der F.olbenstange 3 während
des Saughubs an der Antriebsseite vom Druckunterschied entlastet, da der Gasdruck
in dem am Zylinderraum 5 liegenden Zylinder 9, der bei Montage eingestellten Vorspannung
der Stopfbuchse 19 entgegenwirkt. Bei völlig
eingestellter Förderung
und laufender Pumpe werden der Pumpenkolben 2 und die Lolbenstangenstopfbuchse
19 vom Druckunterschied völlig entlastet.
-
Die Ausführungen nach Fig. 2 und 3 haben die gleiche Wirkungsweise.