DE2444740C3 - Vorrichtung für die Steuerung des Konzentratstromes in Energierückgewinnungs-Aggregaten zum Einsatz in die nach der umgekehrten Osmose arbeitenden Trennanlagen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Steuerung des Konzentratstromes in Energierückgewinnungs-Aggregaten zum Einsatz in die nach der umgekehrten Osmose arbeitenden Trennanlagen.

Energierückgewinnungs-Aggregate und ihre Steuerungen haben den Zweck, über eine Senkung der Energiekosten beim Betrieb der Trennanlagen die Gestehungskosten des gewünschten Trennprodukts zu senken.

Trennverfahren mit Energie-Rückgewinnung bzw. Trennanlagen mit Energierückgewinnungs-Aggregaten sind bekannt. Bei der Energie-Rückgewinnung wird dem Konzentratstrom durch arbeitsleistende Entspannung Energie entzogen und diese dem frischen Produktstrom wieder zugeführt.

So wird von C. Y. Cheng, S. W. Cheng und L. S. Fan, AICHE-Joumal 13, 1967, 438, eine Vorrichtung zur Energie-Rückgewinnung diskutiert. Diese Vorrichtung, dort »flow work exchanger« genannt, die sich aus einer Anordnung zur Druckübertragung (»displacement vessel«) und aus deren Steuerung, bestehend aus vier Ventilen und zwei Pumpen, zusammensetzt, überträgt Druckenergie vom Konzentratstrom auf einen Teil des Produktstromes.

Es ist weiterhin eine Vorrichtung für die Rückgewinnung von Strömungsenergie zum Einsatz in die nach der umgekehrten Osmose arbeitenden Trennaniagen (P 2442 740.5) bekannt, die aus einer Plungerpumpe mit doppeltwirkendem Stufenkolben besteht. Ein Teil des Stufenkolbens ist der den Produktstrom komprimierende Arbeits-, der andere der vom Konzentratstrom antreibend beaufschlagte Antriebskolben. Die Steuerung des Konzentrat- bzw. Produktstromes erfolgt über insgesamt vier Ventile, wobei zwei Ventile zu einem Doppelventil zusamme»! gefaßt sind.

Die bisher aus der Literatur bekannten Energierückgewinnungs-Aggregate haben dem Nachteil, daß ihre Steuerungen aufwendig sind, Die von Fan und Mitarbeitern vorgeschlagene Lösung erfordert beispielsweise für einen »flow work exchanger« vier Ventile und zwei zusätzliche Pumpen. Das in der Patentanmeldung P 2442 740-5 vorgestellte Energierückgewinnungs-Aggregat kommt zwar mit einem Minimum an Steuerungselementen aus, die Steuerung des Antriebszylinder-Austrittskanals über ein translatorisch arbeitendes z. B. über Nocken gesteuertes Ventil ist allerdings verbssserungsfähig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine als Energierückgewinnungs-Aggregat in bekannter Weise arbeitende doppeltwirkende Drei-Plunger-Pumpe eine Steuerung zu schaffen, mit deren Hilfe in einfachster Weise der Konzentratstrom so gesteuert werden kann, daß mit ihm die Antriebskolben im Antriebszylinder der Pumpe treibend beaufschlagt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Steuerkolben, der von der K urbelwelle der Drei-Plunger-Pumpe unmittelbar angetrieben wird und mi» Steuerkolben-Kanälen für die drei Antriebszylinder versehen ist, in einem Gehäuse drehbar gelagert ist. Die Steuerkolben-Kanäle sind 120° gegeneinander versetzt und haben jeweils eine Öffnung an den Stirnseiten des Steuerkolbens. Eine weitere Öffnung mündet in die entsprechende Ringkammer des Gehäuses. Die gesteuerte Verbindung zwischen Steuerkolben-Kanal und Eintritts- bzw. Austrittskammer erfolgt über eine Einlaß- bzw. Auslaß-Steuerscheibe mit nierenförmiger Einlaß- bzw. Auslaßöffnung. Einlaß- und Auslaß-Steuerscheibe arbeiten durch ihre konstruktive Ausbildung und Materialbeschaffenheit auf den Stirnflächen des Steuerkolbens wie Gleitringe. Die Dichtkräfte resultieren aus der Druckdifferenz im Konzentrat zwischen Eintritts- und Austrittskammer Die Abdichtung der Ringkammern gegeneinander in Verbindung mit dem sich drehenden Steuerkolben erfolgt durch Dichtringe. Die Einlaß- bzw. Auslaß-Steuerscheibe ist im Gehäuse fest montiert und mit einem Dichtring gegen dieses abgedichtet. Der durch den einzigen Konzentrat-Eintritt in die Eintrittskammer des Gehäuses eintretende, unter hohem Druck stehende Konzentratstrom wird nun über die Einlaß-Steuerscheibe in Verbindung mit dem im Steuerkolben befindlichen Steuerkolben-Kanal auf die einzelnen Antriebszylinder der Drei-Plunger-Pumpe verteilt und treibt in diesen den Antriebskolben an. Beim Ausschiebehub decken sich jeweils die Steuerkolben-Kanäle und die nierenförmige Auslaßöffnung der Auslaß-Steuerscheibe, »0 daß der entspannte Konzentratstrom von dein AntriebszyÜndem über die Gehäusebohrungen in due Ringkammer ond von da aus durch die Steuerkolben-Kanäle und die Auslaläöffnung der Auslaß-Steuerscheibe in die Austrittskammer des Gehäuses gelangen kann. Der aus den drei Antriebszylindern in der Austrittskammer gesammelte Konzentratstrom verläßt über den einzigen Konzentrat-Austritt das Gehäuse.

Der mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, daß die Steuerung des Konzentratstromes für die drei Antriebszylinder der Drei-Plunger-Pumpe über einen einzigen drehbaren Steuerkolben ohne weitere bewegliche Teile erfolgt.

Wirkungsweise und Ausführung der Erfindung sollen nachstehend an Hand der vier Figuren der Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 die Wirkungsweise der Vorrichtung für die Steuerung des Konzentratstroaies,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Vorrichtung für die Steuerung des Konzentratstromes,

Fig. 3 einen Schnitt B-C durch die Einlaß-Steuerscheiöe der Vorrichtung für die Steuerung des Konzentratstromes,

Fig. 4 einen Schnitt G-Hdurch den Steuerkolben der Vorrichtung für die Steuerung des Konzentratstromes.

In Fig. 1 ist die Wirkungsweise der Vorrichtung für die Steuerung des Konzentratstromes dargestellt Sie wird von der Kurbelwelle der Drei-Plunger-Pumpe unmittelbar über die Antriebskraft fangetrieben. Über den Konzentrat-Eintritt El gelanj-t das Konzentrat in das Gehäuse I und wird von hier über die Gehäusebohrungen Γ, ΙΓ und IH' auf die Antriebszylinder I, II und III der Drei-Plunger-Pumpe so verteilt, daß die Antriebskolben treibend beaufschlagt werden. Beim Ausschieben des Konzentrats aus den Antriebszylindern I, II und 111 fließt dieses über die Bohrungen Γ, ΙΓ und III* in das Gehäuse 1 zurück, wird in diesem gesammelt und fließt aus dem Konzentrat-Austritt A 2 ab. Produktseitig saugen die Antriebszylinder der Drei-Plunger-Pumpe in bekannter Weise über den Eintritt £1 an und schieben das Produkt ur.ter hohem Druck über den Austritt A 1 aus.

In Fig. 2 ist die Vorrichtung für die Steuerung des Konzentratstromes schematisch dargestellt. Das Konzentrat gelangt über den Konzentrat-Eintritt El in die Eintrittskammer 1 α des Gehäuses 1. Das Gehäuse 1 besteht weiterhin aus drei Ringkammern 1 ft, 1 c und 1 d mit ihren Gehäusebohrungen ΙΙΓ, ΙΓ und Γ und einer Austrittskammer 1 e mit ihrem Konzentrat-Austritt Al. Im Gehäuse 1 ist der Steuerkolben 2, an dessen Stirnseiten sich die zu Gleitringen ausgebildeten Einlaß-Steuerscheibe 3 und Auslaß-Steuerscheibe 4 anpressen, drehbar gelagert. Der Steuerkolben 2 ist mit Steuerkolben-Kanälen la, Ib und Ic versehen, die unter 120° gegeneinander versetzt sind und in die entsprechende Ringkarnmer I b, I c bzw. 1 d münden. Die Stcuerkolben-Kanale 2a, Ib und 2 c haben jeweils eine Öffnung zu den Stirnseiten des Steuerkolbens 2. Einlaß- und Auslaß-Steuerscheibe 3 und 4 sind mit einer nierenförmigen Einlaß- bzw. Auslaßöffnung 3 a bzw. 4 a versehen. Die stirnseitigen Öffnungen der Steuerkolben-Kanäle la. Ib bzw. Ic im Steuerkf-lben 2 sind zusammen mit der nierenförmigen Finlaß- bzw. Auslaßöffnung der Steuerscheiben auf einem Teilkreisdurchmesser angeordnet. Die Ringkammern 1 b, 1 c und 1 d sind gegeneinander in Verbindung mit dem Steuerkolben 2 durch Dichtringe f b und Sr gedichtet Die im Gehäuse 1 fest montierte Einlaß- bzw. Auslaß-Steuerscheibe 3 b/w 4 ist gegen dieses durch den Dichtring 5 a bzw. 5 d gedichtet. Die Abdichtung des Steuerkolbens 2 im Gehäusedurchtritt 1/übernimmt Dichtung 5 e.

In den Fig. 3 bzw. 4 ist der Schnitt B-C bzw. G-H durch die Einlaß-Steuerscheibe 3 bzw. den Steuerkolben 2 dargestellt Die Länge der nierenförmigen Einlaß- bzw. Auslaßöffnung 3 α bzw. 4 α auf dem Lochkreis-Durchmesser ist so gewählt, daß der Steuerkolben-Kanal 2 a, 2 b oder 2 c zur Austrittskammer 1 e erst dann durch die Auslaßöffnung Aa der Auslaß-Steuerscheibe 4 geöffnet wird, wenn sich dieser nicht mehr mit der Einlaßöffnung 3 σ der Einlaß-Steuerscheibe 3 deckt

In der in Fig. 2 dargestellten Steuerkolben-Stellung strömt Konzentrat über den Konzentrat-Eintritt El in die Eintrittskammer 1 α des Gehäuses 1, gelangt über die nierenförmige Einlaßöffnung 3 α der Einlaß-Steuerscheibe 3 in den Steuerkolben-Kanal la, in die Ringkammer 1 b und aus dieser über die Gehäusebohrung ΙΙΓ in den Antriebszylinder III der Drei-Plunger-Pumpe. Hier wird der Antriebskolben treibend bis zu seinem oberen Totpunkt beaufschlagt. In den Antriebszylindern II bzw. 1 erfolgt gerade das Ausschieben des Konzentratstromes über die Gehäusebohrungen ΙΓ bzw. Γ in die Ringkammern 1 cbzw. 1 d des Gehäuses 1. Von da aus gelangt das Konzentrat über die Steuerkolben-Kanäle Ib bzw. 2c, die nierenförmige Auslaßöffnung 4 α der Auslaß-Steuerscheibe 4 in die Austrittskammer 1 e und weiter über den Konzentrat-Austritt A1 aus dem Gehäuse 1 heraus. Sobald der Kolben im Antriebszylinder III der Drei-Plunger-Pumpe den oberen Totpunkt erreicht hat, wird der Steuerkolben-Kanal la zur Eintrittskammer la über die Einlaß-Steuerscheibe 3 verschlossen. Das Ausschieben des Konzentrats erfolgt durch die Gehäusebohrung ΙΙΓ in die Ringkammer 1 b, von da aus durch den Steuerkolben-Kanal la über die Auslaßöffnung Aa der Auslaß-Steuerscheibe 4 in die Austrittskammer 1 e und weiter durch den Konzentrat-Austritt A 2 aus dem Gehäuse 1 heraus. Der Steuerkolben-Kanal la wird mit der nierenförmigen Auslaßöffnung 4 a in der Auslaß-Steuerscheibe 4 erst dann zur Deckung gebracht, wenn sich der Steuerkolben-Kanal 2a und die Einlaßöffnung 3 a der Einlaß-Steuerscheibe 3 nicht mehr überlappen. Das Beschicken des Antriebszylinders Il bzw. I mit Konzentrat erfolgt über den entsprechenden Steuerkolben-Kanal 2 b bzw. 2 c in Verbindung mit der nierenförmigen Einlaßöffnung 3 a der Einlaß-Steuerscheibe 3. Das Ausschieben des Konzentrats aus dem Antriebszylinder II bzw. I erfolgt durch die Gehäusebohrung ΙΓ bzw. Γ in die Ringkammer 1 c bzw. 1 d, von da aus durch den Steuerkolben-Kanal lh bzw. Ic und die Auslaßöffnung 4 a der Auslaß-Steuerscheibe 4 in die AustrittskuiTimer 1 e und weiter durch die Konzentrat-Λ ustrittsbohrung .12 aus dem Gehäuse 1 heraus.

Hierzu ?. Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorrichtung für die Steuerung des Konzentratstromes in Energierückgewinnungs-Aggregaten zum Einsatz in die nach der umgekehrten Osmose arbeitenden Trennanlagen, wobei das Energierückgewinnungs-Aggregat beispielsweise aus einer Drei-Plunger-Pumpe mit doppeltwirkendem Stufenkolben besteht, mit dem Arbeitskolben für das Ansaugen und Komprimieren des Produktstromes und mit dem Antriebsiolben für die arbeitsleistende Entspannung des zur energetischen Nutzung anstehenden Konzentratstromes, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilung des Konzcntratstromes auf die Antriebszylinder und die Sammlung des Konzentratstromes von den Antriebszylindern des Energierückgewinnungs-Aggregates durch einen drehbar im Gehäuse (1) gelagerten und über die Kurbelwelle des Energierückgewinnungs- io. Aggregates direkt angetriebenen Steuerkolben (2) mit seinen Steuerkolben-Kanälen (2 α, 2 b, 2 c; erfolgt, wobei diese eine ständige Verbindung am Umfang des Steuerkolbens (2) zu den Ringkammern (Ib, ic, Id) mit den Gehäusebohrungen (Hl', II', Γ) und eine gesteuerte Verbindung zu der Eintritts- bzw. Austrittskammer (1 α) bzw. (Ϊ e) über die als Gleitring ausgebildete und mit einer nierenförmigen Einlaß- bzw. Auslaßöffnung (3 a) bzw. (4 a) versehene Einlaß- bzw. Auslaß-Steuerscheibe (3) bzw. (4) besitzen.