DE202008006766U1 - Doppelkolbenpumpe für Biogasanlagen - Google Patents

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    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B15/00Pumps adapted to handle specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts
    • F04B15/02Pumps adapted to handle specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts the fluids being viscous or non-homogeneous
    • F04B15/023Pumps adapted to handle specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts the fluids being viscous or non-homogeneous supply of fluid to the pump by gravity through a hopper, e.g. without intake valve

Abstract

Doppelkolbenpumpe für Biogasanlagen, die eine Schmier- und Montagekammer aufweist, an die zwei Zylinder angeschlossen sind, in denen jeweils ein Kolben geführt ist, und die Zylinder mit einer Ansaugkammer verbunden sind, in der ein Schieber zum abwechselnden Öffnen und Schließen der Zylinder vorgesehen ist, an dem ein Anschluss für eine Leitung zur Verbindung mit einem Reaktor angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (6) mit einer Sollbruchstelle versehen ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Doppelkolbenpumpe für Biogasanlagen, die eine Schmier- und Montagekammer aufweist, an die zwei Zylinder angeschlossen sind, in denen jeweils ein Kolben geführt ist, und die Zylinder mit einer Ansaugkammer verbunden sind, in der ein Schieber zum abwechselnden Öffnen und Schließen der Zylinder vorgesehen ist, an dem ein Anschluss für eine Leitung zur Verbindung mit einem Reaktor angeordnet ist.
  • Biogasanlagen dienen zur Erzeugung von Biogas aus Biomasse. Das gewonnene Gas wird überwiegend zur Strom- und Wärmeerzeugung in einem angeschlossenen Kraftwerk genutzt. Ebenso kann das gewonnene Biogas als Kraftstoff für gasbetriebene Fahrzeuge dienen. Zur Gewinnung des Biogases werden verschiedene Rohstoffe wie beispielsweise Bioabfall oder Gülle in einen Reaktor eingebracht. Die Einbringung in den Reaktor erfolgt mit Hilfe von Pumpen.
  • Zur Einbringung der Rohstoffe in den Reaktor finden üblicherweise Drehkolben- oder Schneckenverdränger-Pumpen Anwendung. Diese Pumpen beinhalten den Nachteil, dass sie zur Förderung von Trockensubstraten, die eine Trockenmasse von mehr als 10% aufweisen, kaum geeignet sind. Aufgrund des hohen Trockenmasseanteils neigen die bekannten Pumpen zur Verstopfung. Zudem sind die eingesetzten Pumpen aufgrund ihrer rotierenden Teile empfindlich gegen Feststoffe, die sich in dem zu fördernden Material befinden. Insbesondere bei der Beförderung von Abfällen sind solche Fremdkörper wie beispielsweise Steine, Sand, Futterreste, Knochen oder dergleichen nicht zu vermeiden. Die bekannten Pumpen weisen daher einen sehr großen Verschleiß auf, der bis zum Ausfall der Pumpen reichen kann, wodurch einerseits die Betriebssicherheit, andererseits die Lebensdauer der Pumpen deutlich reduziert ist. Zudem ist mit den bekannten Pumpen nur ein relativ geringes Druckniveau erreichbar, was die Beförderung von Trockenmasse zusätzlich erschwert.
  • Zur Erreichung höherer Drücke sind beispielsweise Doppelkolbenpumpen bekannt. Diese weisen zwei Zylinder auf, in denen jeweils ein Kolben verfahrbar angeordnet ist. Durch ein auf die Verfahrenbewegung der Kolben abgestimmtes Öffnen und Schließen der Zylinder, ist ein Ansaugen und Ausstoßen des zu befördernden Mediums möglich. Solche Doppelkolbenpumpen finden beispielsweise Anwendung im Betonbau beziehungsweise in Flüssigfütterungsanlagen.
  • Die einfache Übernahme der bekannte Doppelkolbenpumpen in Biogasanlagen, bei denen Trockenmasse befördert wird, ist nicht möglich und zwar aus folgendem Grund: Sowohl im Betonbau als auch bei Flüssigfütterungsanlagen weist das zu befördernde Medium einen hohen Wasseranteil auf. Infolgedessen lässt sich das Medium relativ leicht fördern. Dies ist bei Trockenmasse nicht der Fall; unter dem Einfluss der Druckpumpen erreicht die Trockenmasse eine sehr hohe Festigkeit, so dass zur Beförderung der Trockenmasse sehr hohe Drücke erforderlich sind, die lediglich mit Doppelkolbenpumpen erreichbar sind. Allerdings ist im Falle einer Funktionsstörung und eines damit einhergehenden Rückstaus der Trockenmasse die Gefahr eines Berstens der Leitung gegeben. In diesem Fall würde eine weitere Förderung von Trockenmasse zu einer Verstopfung der gesamten Anlage einschließlich der Doppelkolbenpumpe führen. Da die Trockenmasse außerordentlich verdichtet ist, ist eine Beseitigung der Verstopfung dann nur mit außerordentlich hohem Aufwand und damit mit außerordentlich hohen Kosten möglich.
  • Zur Beseitigung dieses Nachteils liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Doppelkolbenpumpe für Biogasanlagen zu schaffen, bei der eine Störung des Förderprozesses zu einer gezielten Unterbrechung des Förderprozesses führt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Leitung mit einer Solbruchstelle versehen ist.
  • Mit der Erfindung ist eine Doppelkolbenpumpe für Biogasanlagen geschaffen, bei der eine Störung des Förderprozesses zu einer gezielten Unterbrechung des Förderprozesses führt. Die Sollbruchstelle in der Leitung hat im Falle einer Störung im Förderprozess eine definierte Zerstörung der Leitung zur Folge, die. ein Signal auslöst, welches unmittelbar den Fördervorgang unterbricht. Auf diese Weise ist die weitere Tätigkeit der Pumpe unterbunden, so dass eine weitere Komprimierung des Trockenmaterials und damit eine endgültige Verstopfung des Systems vermieden ist.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist die Leitung von einem Schlauch gebildet. Die Verwendung eines Schlauchs als Leitung bietet den Vorteil, dass hierdurch eine Beweglichkeit geschaffen ist, die die Beweglichkeit des Schiebers ohne aufwendige Verwendung von Gelenken im Leitungssystem ermöglicht. Gleichzeitig kann durch die Dimensionierung des Schlauches die Sollbruchstelle realisiert sein. Durch die Auswahl unterschiedlicher Materialien sowie unter schiedlicher Abmessungen des Schlauches kann eine Abstimmung auf den Auslösezeitpunkt im Falle einer Betriebsstörung frei erfolgen.
  • In anderer Weiterbildung der Erfindung ist der Schlauch bereichsweise von einer Manschette umgeben. Die Manschette führt zu einer Erhöhung der Stabilität des Schlauches gegen Durchbiegung. Aufgrund der Bewegung des Schiebers ist es erforderlich, den Schlauch auf die maximal erforderliche Länge zur Verbindung mit dem übrigen Leitungssystem auszulegen. Beim Verfahren des Schiebers von einer geschlossenen Zylinderposition in die geschlossene Position des benachbarten Zylinders erfolgt eine Änderung des Abstands zum übrigen Leitungssystem, was bei Verkürzung des Abstandes zu einem Durchhängen des Schlauches führen kann. Ein solches Durchhängen würde sich negativ auf die Fördereigenschaften der Pumpe auswirken. Zur Vermeidung dieses Nachteils ist die Manschette um den Schlauch vorgesehen.
  • In Ausgestaltung der Erfindung ist die Ansaugkammer mit einem Steinfang versehen. Der Steinfang bietet die Möglichkeit, Feststoffe, die sich in der Trockenmasse befinden, zu sammeln um eine Beförderung der Feststoffe in den Reaktor zu vermeiden. Dadurch ist die Qualität der in den Reaktor gelangenden Trockenmasse zusätzlich erhöht.
  • Andere Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen angegeben. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend im Einzelnen beschrieben. Es zeigen:
  • 1 die Ansicht der schematischen Darstellung einer Doppelkolbenpumpe;
  • 2 die Draufsicht auf die in 1 dargestellte Doppelkolbenpumpe;
  • 3 die Seitenansicht von rechts auf die in 1 dargestellte Doppelkolbenpumpe;
  • 4 die Seitenansicht von links auf die in 1 dargestellte Doppelkolbenpumpe;
  • 5 den Schnitt entlang der Linie A-A in 2;
  • 6 den Schnitt entlang der Linie B-B in 2 und
  • 7 die perspektivische Darstellung der in 1 dargestellten Doppelkolbenpumpe.
  • Die als Ausführungsbeispiel gewählte Doppelkolbenpumpe für Biogasanlagen weist eine Schmier- und Montagekammer 1 auf. An die Kammer 1 sind zwei Zylinder 2, 3 angeschlossen, die mit einer Ansaugkammer 4 verbunden sind. In der Ansaugkammer 4 ist ein Schieber 5 vorgesehen, an dem ein Anschluss für eine Leitung 6 zur Verbindung mit einem – nicht dargestellten – Reaktor angeordnet ist. Zudem ist eine Sensorik vorgesehen, die kontinuierlich den Betriebszustand der Doppelkolbenpumpe ermittelt, wobei insbesondere die Zylinder, das Druckniveau, die Position des Schiebers usw. überwacht werden.
  • Die Schmier- und Montagekammer 1 ist im Betriebszustand der Doppelkolbenpumpe mit Öl angefüllt. Das Öl dient zur Schmierung der gesamten Pumpe und erhöht die Betriebssicherheit. Durch Ablassen des in der Kammer 1 befindlichen Öls kann diese als Montagekammer verwendet werden, um beispielsweise Reparaturen an der Pumpe durchführen zu können.
  • Die Zylinder 2, 3 sind einerseits an die Kammer 1, andererseits an die Ansaugkammer 4 angeflanscht. In den Zylindern 2, 3 sind Kolben 21 und 31 geführt. Die Kolben 21 und 31 sind über eine gemeinsame Steuerung steuerbar und arbeiten gegenläufig. Dies hat zur Folge, dass der Kolben 21 sich in seiner maximalen Ausstoßposition befindet, wenn der Kolben 31 in seiner äußersten Ansaugposition ist und umgekehrt. Hierdurch ist ein quasi-kontinuierlicher Pumpvorgang erzielt.
  • Die Ansaugkammer 4 ist mit einem Zulauf 41 versehen, über den die Trockenmasse in die Ansaugkammer 4 eingebracht wird. Die Kammer 4 weist im Bodenbereich eine trichterförmige Ausbildung aus, die als Steinfang 42 dient. Im Bereich des Steinfangs 42 ist eine Entnahmeöffnung 43 vorgesehen, die eine Reinigung des Steinfangs 42 ermöglicht. Zudem ist die Kammer 4 mit Öffnungen 44 und 45 versehen, die der Verbindung mit den Zylindern 2 und 3 dienen. Zudem ist die Kammer 4 mit einer Auslassöffnung 46 versehen, die der Verbindung mit dem Reaktor dient.
  • Der Schieber 5 ist im Bereich der Öffnungen 44 und 45 der Ansaugkammer 4 angeordnet. Im Ausführungsbeispiel ist der Schieber 5 vertikal verfahrbar. Der Schieber 5 ist mit einem Durchtritt 51 versehen, dessen Durchmesser im Wesentlichen dem Durchmesser der Zylinder 2 und 3 entspricht. Der Schieber 5 weist einen Anschlussflansch 52 zur Verbindung mit der Leitung 6 auf. Der Schieber 5 ist hydraulisch betätigt und ist mit der Bewegung der Kolben 21 und 31 getaktet.
  • Die Leitung 6 bildet die Verbindung zwischen dem Schieber 5 sowie der Auslassöffnung 46 der Kammer 4. Die Leitung 6 ist an dem Anschlussflansch 52 des Schiebers 5 befestigt. Sie ist von einem Schlauch gebildet, der bereichsweise von einer Manschette 61 umgeben ist. Auf der dem Schieber 5 abgewandten Seite ist die Leitung 6 im Bereich der Auslassöffnung 46 über einen Flansch 62 im Bereich der Auslassöffnung 46 befestigt. Die Leitung 6 ist mit einer Sollbruchstelle versehen. Im Ausführungsbeispiel ist die Sollbruchstelle von dem Schlauch selbst gebildet. Dies ist in einfacher Weise durch die Dimensionierung des Schlauchs möglich, da durch die Auswahl des Schlauchmaterials sowie der Wandstärke des Schlauchs die Belastbarkeit des Schlauchs variierbar ist und damit verschiedene Auslösezeitpunkte im Falle einer Betriebsstörung realisierbar sind. In Abwandlung des Ausführungsbeispiels kann die Sollbruchstelle auch von einer Kerbung des Schlauchs oder einer Perforation gebildet sein.
  • Die erfindungsgemäße Doppelkolbenpumpe ermöglicht die Beförderung von Trockenmasse in Biogasanlagen. Durch den Zulauf 41 wird die Ansaugkammer 4 mit Trockenmasse angefüllt, so dass diese vollständig verfüllt ist. Im Ausgangszustand ist der Schieber 5 vor dem Zylinder 3 angeordnet. Gleichzeitig befindet sich der Kolben 21 in seiner Ansaugposition. Bei Arbeitsbeginn fährt der Kolben 21 entlang des Zylinders 2 in Richtung der Schmier- und Montagekammer 1 und saugt dabei Trockenmasse aus der Ansaugkammer 4 an. Sobald der Kolben 21 seine äußerste Position erreicht hat, fährt der Schieber 5 hydraulisch in Richtung der Öffnung 44 im Bereich des Zylinders 2 und gibt damit die Öffnung 45 im Bereich des Zylinders frei. Sobald der Durchtritt 51 des Schiebers 5 koaxial zum Zylinder 2 angeordnet ist, wird der Kolben 21 entlang des Zylinders 2 in Richtung der Ansaugkammer 4 verfahren. Dabei drückt der Kolben 21 die in den Zylinder angesaugte Trockenmasse durch die Öffnung 44 sowie den Durchtritt 51 in die als Schlauch ausgebildete Leitung 6. Die Trockenmasse durchströmt dabei die Leitung 6 und tritt aus dieser durch die Auslassöffnung 46 in Richtung des Reaktors aus. Gleichzeitig mit diesem Vorgang fährt der Kolben 31 entlang des Zylinders 3 in seine äußerste Position und saugt dabei Trockenmasse aus der Ansaugkammer 4 in den Zylinder 3. Sobald der Kolben 21 seine äußerste Position im Bereich des Schiebers 5 erreicht hat, hat auch der Kolben 31 seine äußerste Position in der Nähe der Kammer 1 erreicht. In diesem Moment wird der Schieber 5 aus seiner Position vor dem Zylinder 2 in die Position vor dem Zylinder 3 verfahren. Der vorbeschriebene Vorgang beginnt dann von neuem, indem der Kolben 21 wieder in Richtung der Kammer 1 verfährt und dabei Trockenmasse aus der Ansaugkammer 4 ansaugt; gleichzeitig drückt der Kolben 31 das in dem Zylinder 3 befindliche Trockenmaterial durch die Öffnung 45 und den Durchtritt 51 in die Leitung 6 und damit in Richtung des Reaktors.
  • Durch das Vorsehen einer Sollbruchstelle im Bereich der Leitung 6 ist ein zuverlässiger Schutz gegen Beschädigungen bereitgestellt. In dem Moment, in dem das Druckniveau aufgrund einer Betriebsstörung auf der Druckseite ein bestimmtes Maß übersteigt, bricht die Leitung 6 im Bereich der Sollbruchstelle. Dabei ist die Sollbruchstelle bevorzugt durch die Verwendung eines Schlauches als Leitung 6 hervorgerufen. Die Verwendung des Schlauches hat einerseits den Vorteil, dass ein hohes Maß an Beweglichkeit der Leitung 6 hervorgerufen ist, um den Bewegungen des Schiebers 5 Rechnung zu tragen; gleichzeitig kann durch die Auslegung des Schlauches in einfacher Weise die Sollbruchstelle generiert werden, so dass bei Überschreiten des vorbestimmten Druckniveaus der Schlauch platzt, was sogleich ein Signal auslöst, welches von der Sensorik erfasst wird und zu einem Abschalten der Pumpe führt. Dadurch sind ungewollte Verstopfungen des Leitungssystems verhindert, so dass die Betriebsstörung beseitigt werden kann, ohne vorher das Leitungssystem von dem zu stark komprimierten Trockenmaterial befreien zu müssen. Gleichzeitig verhindert die die Schlauch bereichsweise umgebende Manschette 61 ein Durchbiegen des Schlauches, was zu einer negativen Beeinträchtigung der Durchlässigkeit des Schlauches führen würde. Das Vorsehen des Steinfangs 42 hat zudem zur Folge, dass schwere Inhaltsstoffe wie beispielsweise Steine, Knochen, Futterreste oder dergleichen sich am Boden der Ansaugkammer 4 absetzen und somit nicht den Reaktor gelangen.

Claims (5)

  1. Doppelkolbenpumpe für Biogasanlagen, die eine Schmier- und Montagekammer aufweist, an die zwei Zylinder angeschlossen sind, in denen jeweils ein Kolben geführt ist, und die Zylinder mit einer Ansaugkammer verbunden sind, in der ein Schieber zum abwechselnden Öffnen und Schließen der Zylinder vorgesehen ist, an dem ein Anschluss für eine Leitung zur Verbindung mit einem Reaktor angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (6) mit einer Sollbruchstelle versehen ist.
  2. Doppelkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (6) von einem Schlauch gebildet ist.
  3. Doppelkolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlauch bereichsweise von einer Manschette (61) umgeben ist.
  4. Doppelkolbenpumpe nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sensorik vorgesehen ist.
  5. Doppelkolbenpumpe nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansaugkammer (4) mit einem Steinfang (42) versehen ist.
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DE202008008060U1 (de) 2008-06-18 2008-10-02 Leifert, Rudolf Doppelkolbenpumpe

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