DE19542015B4

DE19542015B4 - Druckbetriebene Pumpe

Info

Publication number: DE19542015B4
Application number: DE19542015A
Authority: DE
Inventors: Dean Jeffrey Cheltenham Stephens
Original assignee: Spirax Sarco Ltd
Current assignee: Spirax Sarco Ltd
Priority date: 1995-07-03
Filing date: 1995-11-10
Publication date: 2006-03-09
Anticipated expiration: 2015-11-11
Also published as: FR2736401B1; GB2302916A; BE1011000A4; JPH0914145A; GB2302917B; US5941691A; GB2302917A; GB9526146D0; GB2302916B; KR970006881A; FR2736401A1; GB9513528D0; DE19542015A1

Abstract

Pumpe zum Pumpen von Kondensat eines Dampfkreislaufes, betrieben durch Dampf mit Überdruck, umfassend eine Druckkammer (2), die einen Einlass (4) und einen Auslass (6) für die zu pumpende Flüssigkeit aufweist, sowie ein Einlassventil (14) und ein Auslassventil (16) für ein unter Druck stehendes Fluid hat, wobei
das Einlassventil (14) und das Auslassventil (16) jeweils einen Ventilsitz (62, 64) und ein in dichten Kontakt mit dem Ventilsitz (62, 64) bringbares und in die entgegengesetzte Richtung verschiebbares Ventilglied (18, 20) umfassen, die Ventilglieder (18, 20) von einem Schwimmer (22) gesteuert werden, der in der Druckkammer (2) angeordnet ist,
der Schwimmer (22) mit einem federgespannten Sprungwerk (24), das einen Ventilbetätigungsmechanismus enthält, der auf die Ventilglieder (18, 20) einwirkt und der bewegbar ist zwischen einer ersten stabilen Stellung, in der das Einlassventil (14) und das Auslassventil (16) geschlossen ist, und einer zweiter stabilen Stellung, in der das Einlassventil (14) geschlossen und das...

Description

Die Erfindung betrifft eine Pumpe, die mit einem unter Druck stehenden Fluid betrieben wird. Rückschlagventile regeln den Flüssigkeitsstrom von und zur Pumpkammer. Der Pumpvorgang erfolgt durch geregeltes Einlassen eines unter Druck stehenden Gases, z. B. von Dampf oder Preßluft, in die Pumpkammer. Das Einlassen des Druckgases und das anschließende Entlüften der Kammer werden über einen in der Pumpkammer angeordneten Schwimmer gesteuert, welcher über ein federgespanntes Sprungwerk auf die Ein- und Auslaßventile wirkt. Das Sprungwerk umfaßt eine Ventilbetätigungsvorrichtung zum Öffnen und Schließen der Ventile. Wie bei Ventilbetätigungen üblich, besitzt die Verbindung zum Ventil ein Spiel, so daß das Ventil, wenn es geschlossen ist, glatt und unbeeinträchtigt von anderen Teilen der Gruppe am Ventilsitz aufliegt. In der Vergangenheit hielt man dieses Spiel möglichst klein, damit kein Verlust an Bewegung in der Ventilbetätigungsgruppe auftritt.

Das Einlaßventil der druckbetriebenen Pumpe wird, wenn es geschlossen ist, in Stellung gehalten durch den Druckunterschied, der zwischen dem Druckgas, beispielsweise dem Dampf, und dem Inneren der Pumpkammer besteht. Deshalb braucht es ist eine große Kraft, um das Einlaßventil zu öffnen; diese Kraft stellt die Feder des Sprungwerks.

Die Größe der Ein- und Auslaßventile bestimmt entscheidend die Fördermenge der druckbetriebenen Pumpe. Für eine große Fördermenge sind große Ventile erforderlich. Deren Größe ist aber begrenzt durch die Kraft, die der Betätigungsmechanismus mit dem Schwimmer und dem Sprungwerk auf die Ventile ausüben kann.

Ein Beispiel einer Vorrichtung zum Pumpen von Flüssigkeit mit Hilfe von unter Druck tehendem Dampf ist in der US 5141405 A beschrieben.

Es ist eine der Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Pumpe anzugeben, welche mit einem unter Druck stehenden Fluid betrieben wird und eine große Fördermenge ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Pumpe nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den Unteransprüchen angegeben.

Unter "erheblich beabstandet" wird hier ein Abstand verstanden, der zuläßt, daß die Ventilbetätigungseinrichtung nach Verlassen der stabilen Stellung – bei der sich das Ventilglied in der geschlossenen Stellung befindet – eine solche Beschleunigung aufnehmen kann, daß die kinetische Energie der Ventilbetätigungseinrichtung, wenn deren Stoßfläche auf das Ventilglied trifft, einen deutlichen Beitrag leistet zur Kraft in Öffnungsrichtung des Ventilglieds.
Die kinetische Energie der Ventilbetätigungseinrichtung im Moment des Stosses der Stoßfläche auf das Ventilglied ist bevorzugt größer als 25% der gesamten potentiellen Energie, welche die Feder oder die Federn des Sprungwerks freisetzen können, wenn das Ventilbetätigungsglied aus der Gleichgewichtsstellung zwischen den beiden stabilen Stellungen übergeht in die andere stabile Stellung – entsprechend der offenen Stellung des jeweiligen Ventilglieds. Die kinetische Energie im Moment des Stosses ist besonders bevorzugt größer als 50% der gesamten potentiellen Energie.
Oder anders gesehen, der Abstand zwischen der Stoßfläche und dem zugehörigen Ventilglied in der jeweiligen stabilen Stellung ist mehr als 25% und bevorzugt mehr als 45% der Gesamtversetzung der Stoßfläche zur Ventilbetätigungsvorrichtung, d. h. der Bewegung der Ventilbetätigungsvorrichtung zwischen den beiden stabilen Stellungen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist dieser Abstand einstellbar. Der Abstand zwischen der Stoßfläche und dem jeweiligen Ventilglied kann in der druckbetriebenen Pumpe gemäß der Erfindung 4 Millimeter sein; die Gesamtstrecke der Stoßflächenbezwegung kann 8,5 meter betragen.
Der erhebliche Abstand liegt bevorzugt zwischen dem Ventilglied des Einlaßventils und der zugehörigen Stoßfläche der Ventilbetätigungsvorrichtung. In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein erheblicher Abstand sowohl zum Ventilglied des Einlaßventils als auch zum Ventilglied des Auslaßventils gegeben.
Bei mindestens einem der beiden Ventile (Einlaßventil und Auslaßventil) kann dann die Öffnungsbewegung des Ventilteils weg von der jeweiligen Stoßfläche und zum Ventilsitz hin verlaufen. In einem solchen Fall hat das Ventilglied einen länglichen Ventilschaft. Die Stoßfläche auf dem Ventilglied kann dann die Stirnfläche des Ventilschafts sein.
Die Öffnungsbewegung des anderen Ventils, beispielsweise des Auslaßventils, verläuft dann weg vom jeweiligen Ventilsitz und hin zur Stoßfläche. Die Stoßfläche auf der Ventilbetätigungsvorrichtung liegt dann auf einem Betätigungsabschnitt, der durch einen Schlitz im Ventilglied geht; beim Öffnen des Ventils greift er in ein Ende des Schlitzes ein. Eine Feder kann das Ventilglied gegen das Betätigungsbauteil in einer Richtung vorspannen, daß die Stoßfläche des Ventilglieds mit der Stoßfläche am Ende des Schlitzes eingreift.
Es können Anschläge zum Anhalten der Ventilbetätigungseinrichtung in den beiden stabilen Stellungen bereitgestellt sein. In einer weiteren Ausführungsform sind die Anschläge unabhängig von den Ventilbauteilen bereitgestellt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Ventilbetätigungseinrichtung für die Bewegung zwischen den beiden stabilen Stellungen auf einem Träger montiert, und die Anschläge sind auf dem Träger bereitgestellt.
Ein weiterer Aspekt betrifft eine druckbetriebene Pumpe, umfassend eine Druckkammer, die einen Einlaß und einen Auslaß für die zu pumpende Flüssigkeit aufweist und ein Einlaßventil sowie ein Auslaßventil für eine unter Druck stehendes Fluid hat, wobei das Einlaßventil und das Auslaßventil jeweils einen Ventilsitz und ein Ventilglied umfassen, das Ventilglied so verschiebbar ist, daß es am Ventilsitz abdichtend anliegt bzw. sich vom Ventilsitz löst, die Ventilglieder von einem Schwimmer gesteuert werden, der in der Druckkammer angeordnet ist, der Schwimmer funktionell mit einem federgespannten Sprungwerk verbunden ist, das einen Ventilbetätigungsmechanismus enthält, der auf die Ventilglieder wirkt und der bewegbar ist zwischen einer ersten stabilen Stellung, in der das Einlaßventil offen und das Auslaßventil geschlossen ist, und einer zweiten stabilen Stellung, in der das Einlaßventil geschlossen und das Auslaßventil geöffnet ist, und die Ventilbetätigungseinrichtung für das Verschieben zwischen der ersten und der zweiten stabilen Stellung auf einem mit Anschlägen versehenen Träger montiert ist, die zum Anhalten der Bewegung der Ventilbetätigungseinrichtung in der ersten und der zweiten stabilen Stellung geeignet sind.
Die Erfindung wird nun zur besseren Darstellung und um zu zeigen, wie sie ausgeführt werden kann, an Beispielen und mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:
1A und 1B die druckbetriebene Pumpe in zwei Betriebszuständen;
2 in Vergrößerung ein Teil der Ventilbetätigungsgruppe der Pumpe nach 1A und 1B; und
3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in 2.
Die Abbildungen zeigen eine Kondensatpumpe, die man üblicherweise verwendet, um in einem Dampfsystem das Kondensat zum Kessel zurückzuführen. Die Pumpe umfaßt eine Pumpkammer 2 mit einem Kondensateinlaß 4 und einem Kondensatauslaß 6. Die Rückschlagventile 8 und 10 sorgen dafür, daß der Fluß durch die Pumpkammer 2 nur in Richtung des Pfeils A erfolgt.
Die Kammer 2 hat eine Kappe 12 mit einem Dampfeinlaß 14 und einem Auslaß 16. Die Durchlässe sind mit einem Einlaßventilglied 18 und einem Auslaßventilglied 20 verschließbar. Ein Schwimmer 22 betätigt die Ventilglieder 18 und 20 über ein Sprungwerk 24. Es wird nun der Betrieb beschrieben. In der in 1A gezeigten Stellung ist der Durchgang 14 für den Dampfeinlaß verschlossen und der Auslaßdurchgang 16 offen. Das unter vergleichsweise niedrigem Druck stehende Kondensat tritt durch den Einlaß 4 und das Rückschlagventil 8 in die Pumpkammer 2 ein. Der Schwimmer 22 steigt. Erreicht er den Höchststand, springt das Sprungwerk 24 aus der stabilen Stellung von 1A in die entgegengesetzte Stellung, 1B. Hierdurch werden die Ventilglieder 18 und 20 zugleich betätigt und nach oben bewegt; der Dampfeinlaßdurchgang 14 wird geöffnet und der Auslaßdurchgang 16 geschlossen. Es wird ein unter Druck stehender Dampf in die Pumpkammer 2 zugelassen, der das gesammelte Kondensat hinter das Rückschlagventil 10 und durch den Auslaß 6 abführt. Der Schwimmer 22 sinkt wieder ab, und das Sprungwerk 24 springt in die alte Stellung, 1A, zurück. Die Abfolge kann von neuem beginnen.
Der Schwimmer 22 hat einen Schwimmerarm 25, über den er drehbar am Halterungsarm 26, der von der Kappe 12 herunterkommt, befestigt ist. Der Schwimmerarm 25 ist über ein Zwischenglied 28 drehbar verbunden mit einem geschlitzten Verbindungsglied 30 des Sprungwerks 24. Siehe 2 und 3. Das geschlitzte Verbindungsglied 30 ist um eine Kipphebelwelle 32 drehbar montiert. Zwei an der Kappe 12 befestigte Halterungen 34 tragen die Kipphebelwelle 32. Die Ventilbetätigungseinrichtung in der Form eines Hebels 36 ist ebenfalls um die Kipphebelwelle 32 drehbar, und zwar unabhängig von dem geschlitzten Hebel 30. Zwischen einem Zapfenpaar 39 auf dem Hebel 36 und einer Spindel 40, die im Schlitz 42 des Verbindungsglieds 30 läuft, erstreckt sich ein Zugfedernpaar 38. Ein Paar Hebel 41, die um die Kipphebelwelle 32 drehbar sind, haltern die Spindel 40. An beiden Enden des Schlitzes 42 befinden sich Einstellschrauben 44.
Der Ventilbetätigungshebel 36 trägt zwei Betätigungsstifte 46 und 48. Der Betätigungsstift 46 ist so angeordnet, daß er Ventilschaft 50 des Ventilglieds 18 angreift. Der Betätigungsstift 48 ist in einem Schlitz 52 des Ventilglieds 20 aufgenommen. In einer Bohrung, die im Ventilglied 20 ausgebildet ist, ist eine Feder 54 aufgenommen. Die Feder 54 spannt das Ventilglied 20 relativ zum Betätigungsstift 48 vor, um den Angriff zwischen der unteren Fläche des Betätigungsstifts 48, die eine Stoßfläche bildet, und einer Einstellschraube 56 aufrechtzuerhalten.
Zwischen dem Betätigungsstift 46 und dem Ende des Ventilschafts 50 des Ventilglieds 18 besteht ein Abstand a, siehe 2 und 3. Ein ähnlicher Abstand (nicht dargestellt) besteht zwischen dem Betätigungsstift 48 und der Einstellschraube 56, wenn das Ventilglied 20 geschlossen ist.
Auf den Haltern 34 sind obere und untere Anschläge 58 und 60 bereitgestellt. Sie sind für einen Eingriff mit dem Ventilbetätigungshebel 36 passend angeordnet.
Die Ventilsitze 62 und 64 sind bereitgestellt für die Ventilglieder 18 und _20.
In der in 2 und 3 gezeigten Stellung liegt das Ventilglied 18 an dem Sitz 62 dichtend an. Dagegen drückt der Betätigungsstift 48 das Ventilglied 20 von seinem Sitz 64 weg. Die Kondensatpumpe befindet sich somit in der in 1A gezeigten Betriebsstellung. Die Pumpkammer 2 kann mit Kondensat gefüllt werden. Luft oder Dampf, die sich in der Pumpkammer 2 befinden, werden über den Auslaßdurchgang 16 abgeführt.
Steigt der Kondensatpegel in der Pumpkammer 2, so dreht sich das geschlitzte Verbindungsglied 30 im Uhrzeigersinn um die Kipphebelwelle 32, siehe 3. Dies bewirkt schließlich, daß die rechte Einstellschraube 44 (3) an der Spindel 40 angreift. Bei der nachfolgenden Drehung des geschlitzten Verbindungsglieds 30 wird die Spindel 40 mitgenommen, und die Federn 38 werden gedehnt. Die Anschläge 60 widerstehen aber der Spannung, die die Federn 38 auf den Ventilbetätigungshebel 36 ausüben.
Die Spindel 40 kreuzt schließlich die gedachte Ebene X, auf der die Achse der Kipphebelwelle 32 und die Achsen der Zapfen 39 liegen. Die Zapfen 39 verbinden die Federn 38 mit dem Ventilbetätigungshebel 36. Geschieht dies, so bewirken die Federn 38, daß sich der Ventilbetätigungshebel 36 rasch gegen den Uhrzeigersinn dreht, 3. Der Ventilbetätigungshebel 36 wird also nicht mehr im Uhrzeigersinn vorgespannt. Bei Durchlaufen des Abstands a nimmt der Ventilbetätigungshebel 36 dann kinetische Energie auf. Der Betätigungsstift 46 trifft dadurch mit beträchtlicher Kraft auf den Ventilschaft 50 und hilft so beim Abheben des Ventilglieds 18 vom Sitz 62 durch die noch vorhandenen potentielle Energie in den Federn 38. Das Abheben erfolgt also gegen den Dampfdruck im oberen Teil des Durchgangs 14.
Zugleich bewirkt diese Bewegung des Ventilbetätigungshebels 36, daß der Betätigungsstift 48 angehoben wird. Das Ventilglied 20 wird über die Feder 54 angehoben und mit dem Sitz 64 in Kontakt gebracht. Das Ventilglied 20 wird dichtend angelegt und verschließt den Auslaßdurchgang 16. Am Ende des Hubsstößt der Ventilbetätigungshebel 36 an die Anschläge 58 an, und die Kraft der Feder 54 hält das Ventilglied 20 gegen den Sitz 64. In diesem Zustand ist die untere Fläche des Stifts 48 über das Ende der Einstellschraube 56 angehoben, so daß zwischen der oberen Fläche des Stifts 46 und dem unteren Ende des Schafts 50 ein dem Abstand a entsprechender Abstand verbleibt.
Sinkt der Schwimmer, so bewirkt er schließlich, daß das geschlitzte Verbindungsglied 30 die Spindel 40 in der entgegensetzen Richtung dreht. Der Ventilbetätigungshebel 36 kehrt hierdurch schließlich wieder in die in 3 gezeigte Stellung zurück. Dadurch trifft der Betätigungsstift 48 auf den Einstellstift 56, und das Ventilglied 20 wird vom Sitz 64 abgehoben. Die entsprechende Abwärtsbewegung des Betätigungsstifts 46 hingegen erlaubt es dem Ventilglied 18, wieder an den Ventilsitz 62 anzugreifen und dort dichtend anzuliegen.
Durch die Einstellschraube 56 und die entsprechende Einstellschraube 66 am unteren Ende des Ventilschafts 50 kann der Abstand zwischen den Ventilgliedern 18 und 20 und den Betätigungsstiften 46 und 48 eingestellt werden. Dies dient zur Einstellung der am besten geeigneten Öffnungskraft auf die Ventilglieder 18 und 20, d. h., wenn der Ventilbetätigungshebel 36 zwischen den beiden stabilen Endstellungen, bestimmt von Anschlägen 58 und 60, bewegt wird. Weil der Ventilbetätigungshebel 36 an den Anschlägen 58 und 60 anliegt, sind die Ventilglieder 18 und 20, werden sie geschlossen und gegen ihre entsprechenden Ventilsitze 62 und 64 gedrückt, nicht der Kraft von den Federn 38 ausgesetzt. Deshalb sind die Ventilglieder 18, 20 und die Ventilsitze 62, 64 beim Schließen keinen großen Stoßkräften ausgesetzt. Dies mindert den Verschleiß der Sitzflächen.

Claims

Pumpe zum Pumpen von Kondensat eines Dampfkreislaufes, betrieben durch Dampf mit Überdruck, umfassend eine Druckkammer (2), die einen Einlass (4) und einen Auslass (6) für die zu pumpende Flüssigkeit aufweist, sowie ein Einlassventil (14) und ein Auslassventil (16) für ein unter Druck stehendes Fluid hat, wobei das Einlassventil (14) und das Auslassventil (16) jeweils einen Ventilsitz (62, 64) und ein in dichten Kontakt mit dem Ventilsitz (62, 64) bringbares und in die entgegengesetzte Richtung verschiebbares Ventilglied (18, 20) umfassen, die Ventilglieder (18, 20) von einem Schwimmer (22) gesteuert werden, der in der Druckkammer (2) angeordnet ist, der Schwimmer (22) mit einem federgespannten Sprungwerk (24), das einen Ventilbetätigungsmechanismus enthält, der auf die Ventilglieder (18, 20) einwirkt und der bewegbar ist zwischen einer ersten stabilen Stellung, in der das Einlassventil (14) und das Auslassventil (16) geschlossen ist, und einer zweiter stabilen Stellung, in der das Einlassventil (14) geschlossen und das Auslassventil (16) offen ist, wobei der Ventilbetätigungsmechanismus einen Ventilbetätigungshebel (36) mit daran befestigten Ventilbetätigungsgliedern (46, 48) hat, die Ventilbetätigungsglieder jeweils eine Stoßfläche haben, die an dem jeweiligen Ventilglied (18, 20) angreift, um das jeweilige Ventilglied (18, 20) aus der geschlossenen Stellung in die geöffnete Stellung zu verschieben, und mindestens eine der Stoßflächen erheblichen Abstand (a) von dem jeweiligen Ventilglied (18, 20) hat, wenn sich dieses Ventilglied (18, 20) in der geschlossenen Stellung befindet und das Ventilbetätigungsglied (46, 48) in der jeweiligen stabilen Stellung ist.
Pumpe nach Anspruch 1, bei der der erhebliche Abstand (a) zwischen der Stoßfläche und dem jeweiligen Ventilglied (18, 20) die Eigenschaft hat, dass im Stoßzeitpunkt zwischen der Stoßfläche und dem jeweiligen Ventilglied (18, 20) die kinetische Energie der Ventilbetätigungsvorrichtung mindestens 25% der gesamten potentiellen Energie beträgt, die die Federvorrichtung (38) des Sprungwerks 24 zwischen einer Gleichgewichtsstellung (x) des Sprungwerks (24) und der stabilen Stellung freisetzen kann, die dem Öffnen des jeweiligen Ventils (14, 16) entspricht.
Pumpe nach Anspruch 2, bei der der erhebliche Abstand (a) die Eigenschaft hat, dass die kinetische Energie im Augenblick des Stoßes zwischen der Stoßfläche und dem jeweiligen, Ventilglied (18, 29) mindestens 50% der gesamten potentiellen Energie beträgt, die die Federvorrichtung (38) freisetzen kann.
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der erheblich Abstand (a) zwischen der Stoßfläche und dem jeweiligen Ventilglied (18, 20) mindestens 25% der Gesamtverschiebung der Stoßfläche der Ventilbetätigungsvorrichtung (46, 48) zwischen den stabilen Stellungen beträgt.
Pumpe nach Anspruch 5, bei der der erhebliche Abstand (a) mindestens 45% der Gesamtverschiebung beträgt.
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der erhebliche Abstand (a) zwischen den Stoßflächen und dem jeweiligen Ventilglied (18, 20) einstellbar ist.
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der erhebliche Abstand (a) zwischen dem Ventilglied (18) des Einlassventils (14) und der jeweiligen fläche bereitgestellt ist.
Pumpe nach Anspruch 7, bei der der erhebliche Abstand (a) zwischen den Ventilgliedern (18, 20) sowohl des Einlassventils (14) als auch des Auslassventils (16) und den jeweiligen Flächen bereitgestellt ist.
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der erhebliche Abstand (a) zu null wird, wenn sich die jeweilige fläche in Richtung hin zum Ventilsitz (62, 64) des jeweiligen Ventils (14, 16) bewegt.
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der erhebliche Abstand (a) zu null wird, wenn sich die jeweilige fläche in die Richtung weg vom Ventilsitz (62, 64) des jeweiligen Ventils (14, 16) bewegt.
Pumpe nach Anspruch 10, bei der das Ventilglied (20) mit einem Schlitz (52) versehen ist, in den hinein sich ein Stift (48) erstreckt, der mit der Stoßfläche versehen ist.
Pumpe nach Anspruch 11, bei der eine Feder (54) zwischen dem Ventilglied (29) und dem Stift (48) wirkt, um die Stoßlächen gegeneinander vorzuspannen.
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der Anschläge (58, 60) bereitgestellt sind, geeignet zum Anhalten der Bewegung des Ventilbetätigungshebels 36 den stabilen Stellungen, und zwar unabhängig von den Ventilgliedern (18, 20).
Pumpe nach Anspruch 13, bei der der Ventilbetätigungshebel 36 im eine Achse (32) schwenkbar auf einem Träger (34) montiert ist und die Anschläge (58, 60) auf dem Träger (34) bereitgestellt sind.