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KOLBENSANDPUMPE
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Die Erfindung betrifft eine Kolbensandpumpe mit bekannt em Kolbenstangenantrieb.
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Die Beförderung im Mittel- und Hochdruckbereich der Trüben von großer
Feststoffkonzentrat ion und erosiven Eigenschaften bedeutet in der ganzen Welt,
insbesondere in der Bergbau- und Chemieindustrie ein großes Problem. Die sich im
Betrieb aneinander reibenden, sich mit der Trübe berührenden Pumpenbestandteile
sind einem großen Verschleiß
ausgesetzt, und haben deshalb eine
kurze Lebensdauer.
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Bei den bekannten Kolbensandpumpen berührt sich die Trübe unmittelbar
mit dem Kolben, der Innenfläche des Zylinders, der Kolbenstange und dem Dichtungsmaterial
der Stopfbüchse der Kolbenstange. Diese Bestandteile müssen nach kürzerer oder längerer
Betriebsdauer ausgewechselt werden, was kostspielig ist und den Arbeitsaufwand erhöht,
weiterhin müssen bei kontinuierlichem Betrieb Reservepumpen bereitstehen.
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Dieser Nachteil wird mit den wohlbekannten, zur Beförderung von Hochdrucktrüben
angewendeten Memhranpumpen beseitigt, die aber außerordentlich kostspielig sind
und die Lebensdauer der Membrane ist sehr begrenzt.
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Neuerdings werden Sandpumpen mit Druckbehälter angewendet, die auf
folgende Weise arbeiten: eine Niederdruckpumpe drückt Trübe in den unteren Teil
der ersten Einheit von drei parallel gekoppelten Druckbehältern. Wenn das Trübeniveau
den gegebenen Wert erreicht, schaltet sich die Niederdrucktrübeleitung auf die folgende
Einheit, wobei die Hochdruckhilfsflüssigkeitspumpe Hilfsflüssigkeit in den oberen
Teil der ersten Einheit drückt, welche Hilfsflüssigkeit auf hohem Druck die in dem
unteren Teil der Einheit befindliche Trübe hinausdrückt. Wenn auch der zweite Druckbehälter
mit Niederdrucktrübe gefüllt ist, schaltet sich die Hochdruckhilfsflüssigkeit auf
diesen und die Niederdrucktrübeleitung schaltet sich auf den dritten Druckbehälter.
Dieser Vorgang wiederholt sich zyklisch so daß auf diese Weise Trübe auf hohem Druck
kontinuierlich befördert werden kann.
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Für die praktische Verwendung des Prinzips sind mehrere Ausführungen
bekannt. Die in dem Druckbehälter befindliche Trübe kann mit einer als ein Kolben
wirkenden Scheibe von der Hilfsflüssigkeit getrennt werden, doch es ist auch eine
Ausführung bekannt, bei welcher sich die zwei Flüssigkeiten unmittelbar berühren.
Bei dieser Ausführung
ist die Hilfsflüssigkeit im allgemeinen Öl.
Dies kann nur bei Technologien angewendet werden, wo ein Teil des ÖIs in die Trübe
hineinkommen mag, ohne dort Schwierigkeiten zu verursachen. Die Sandlumpen mit Druckbehälter
sind zum alternativen Öffnen und Schließen der Ventile mit einer komplizierten Automatik
versehen.
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Die Aufgabe der Erfindung ist die Weiterentwicklung der Kolbensandpumpe
in solcher Richtung, daß die Trübe nicht mit sich aneinander reibenden Bestandteilen
in Berührung kommt, mit diesen kann bloß die von festen Suspensionen freie Hilfsflüssigkeit
in unmittelbare Berührung kommen, und die Hilfsflüssigkeit muß so gewählt werden,
daß sie einerseits keine erosive Wirkung aufweist, und andererseits - wenn aus der
Hilfsflüssigkeit eine Menge von einigen Prozenten in die Trübe gelangt - dort nützlich
oder neutral sein soll. Als derartige Hilfsflüssigkeit kann im Falle von Flugasche
oder Schmant Wasser, bei der Trübe der Tonerde industrie Aufschlußlauge angewendet
werden.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Kolbensan-dpumpe mit bekanntem
Kolbenstangenantrieb angewendet, die aneinander unmittelbar angeschlossene Trübe
zylinder und Flüssigkeitszylinder mit gemeinsamer Achse aufweist, wobei der Durchmesser
des Flüssigkeitszylinders größer ist als der Durchmesser des rübezylinders, und
in dem Trabezylinder ein mit Spalt eingepaßter Trübekolben und in dem Flüssigkeitszylinder
ein dichtend eingepaßter Flüssigkeitskolben angeordnet sind, wobei der Trübekolben
und der Flüssigkeitskolben auf einer gemeinsamen Kolbenstange voneinander in einer
Entfernung, die mindestens dem Kolbenhub entspricht, angeordnet sind, und der Flüssigkeitszylinder
in seinem dem Trübe zylinder zugewandten Totraum ein der 11ilf sflüssigkeitsleitung
angeschlossenes Flüssigkeitssaugventil und der Träbezylinder in seinem vom Flüssigkeitszylinder
abgewandten Totraum ein der Trübesaugleitung angeschlossenes Trübesaugventil und
ein der Trübedruckleitung
angeschlossenes Trübedruckventil aufweist.
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Bei einer vorteilhaften Ausführung ist auf einer Kolbenstange an
beiden Seiten des Flissigkeitskolbens je ein Trübekolben angeordnet und dem Flissigkeitskolben,
sowie den beiden Trübekolben ist ein oben ausführlich beschrie bener Zylinder zugeordnet.
Die erfindungsgemaße Trübepumpe kann als doppelte oder dreifache Pumpe oder dgl.
ausgebildet sein. Alle Ausführungen können derart ergänzt werden, daß auf der der
TrCibe zugewandten Seite der Stopfbüchse der Kolbenstange eine sich der Kolbenstange
mit Spalt anpassende Schutzglocke auf dem Zylinderboden befestigt ist. Der Raum
unter der Schutzglocke wird durch einen Kanal oder durch eine eitung mit dem Druckraum
des Fliissigkeitszylinders verbunden, und in dem Kanal oder in der beitung wird
ein sich in Hichtung des Trübe zylinders öffnendes Druckventil angeordnet, welches
ermöglicht, daß infolge des Druckes der Hilfsfl-üssigkeit diese unter die Schutzglocke
gelangt, bz. ein Teil der Hilfsflüssigkeit von dort durch den zwischen der Schutzglocke
und der Kolbenstange vorhandenen Spalt in den Trüberaum hineindringt.
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Die Erfindung wird anhand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert
In den zugehörigen Zeichnungen zeigen: Fig. 1 eine einfache Sandpumpe mit einem
Zylinder, schematisch, im Längsschnitt.
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Fig. 2 eine doppelte Ausführung der Sandpumpe mit einem Zylinder,
schematisch, im Längsschnitt.
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Fig. 3 eine Sandpumpe mit zwei Zylindern, schematisch, im Längsschnitt.
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In Fig. 1 ist dem Flüssigkeitszylinder 1 ein Trübezylinder 2 mit
kleinerer Zylinderbohrung angeschlossen.
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Auf einer gemeinsamen Kolbenstange 3 sind ein Flüssigkeitskolben 4
und ein Trübekolben 5 in einer Entfernung, die größer als der Kolbenhub ist, angeordnet.
Der nützliche uerschnitt des Trübekolbens 5 ist kleiner als der des
Flüssigkeitskolbens
4. Zwischen dem Trübekolben 5 und der inneren Fläche des Trübezylinders 2 ist ein
Spalt 18 dort handen. Dem Flüssigkeitszylinder 1 schließen sich ein Flüssigkeitssaugventil
6 und dem Trübe zylinder 2 ein Trübesaugventil 7 und ein Trübedruckventil 8 an.
Die Kolbenstange 3 durchdringt den Zylinderkopf 9 des Trübezylin ders 2. Eine Stopfbüchse
10 sichert die Dichtung im Zylinderkopf 9. Dem inneren Tei.L des Zylinderkopfes
9 schließt sich dicht eine Schutzglocke 11 an, in welcher eine Öffnung 12 zum Durchtritt
der Kolb nstange 3 vorhanden ist. Die Öffnung 12 ist größer als der kuerschnftt
der Kolbenstange 3, wodurch sich zwischen der Kolbenstange 3 und der Schutzglocke
11 ein Spalt 17 bildet. In dem Zylinderkopf 9 ist eine Öffnung 13, welche durch
eine Leitung 14 mit einer Öffnung 15 im Flüssigkeitszylinder 1 verbunden ist. In
der zeitung 14 ist ein Druckventil 16 angeordnet.
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Die beschriebene einfache Sandpumpe mit einem Zylinder arbeitet wie
folgt: der Zylinderraum zwischen dem Flüssigkeitskolben 4 und dem Trübekolben 5
ist mit Hilfsflüssigkeit aufgefüllt. Beim Saughub gelangt die Trübe durch das Trübesaugventil
7 in den dem Trübesaugventil 7 zugewandten Zylinderraum des Trübe zylinders 2. Gleichzeitig
gelangt Hilfsflüssigkeit durch das Flüssigkeitssaugventil 6 in den zwischen dem
Flüssigkeitskolben 4 und dem Trübekolben 5 vorhandenen Zylinderraum. Die enge dieser
Hilfsflüssigkeit je Hub ist nahezu dem Produkt des Hubes und der Differenz des nützlichen
çuerschnittes des Flüssigkeitskolbens 4 und des Trübekolbens 5 gleich, vorausgesetzt,
daß aer Druck der bei dem Flüssigkeitssaugventil 6 einströmenden Hilfsflüssigkeit
größer ist als der Druck der beim Trübesaugventil 7 einströmenden Trübe. Beim Druckhub
tritt die Trübe durch das Trübedruckventil 8 aus, wobei die beim Saughub eingesaugte
Ki:lfsflüssigkeit einerseits durch den auf dem Umfang des Trübekolbens 5 vorhandenen
Spalt 18 in den dem Trübesaugventil 7 zugewandten Zylinderraum des Trübezylinders
2
gelangt, andererseits durch die Öffnung 15, die Leitung 14, die Oeffnung 13 und
das Druckventil 16 in den unter der Schutzglocke vorhandenen Raum gelangt, von wo
die Hilfsflüssigkeit durch den Spalt 17 wiederum in den dem Trübesaugventil 7 zugewandten
Zylinderraum des Trübezylinders 2 fließt. Während des Druckhubes verhindert die
durch den Spalt 18 durchströmende nilfsfliissigkeit das Eindringen der Trübe zwischen
dem Trübekolben 5 und der inneren Fläche des Trübe zylinders 2, und die durch den
Spalt 17 durchströmende Hilfsflüssigkeit verhindert das Eindringen der Trübe unter
die Schutzglocke 11 bzw. zu der Stopfbüchse 10. Unter solchen Umständen sind der
Trübe zylinder 2, der Trübekolben 5, die Kolbenstange 3 und die Stopfbüchse 10 gegen
die erosive Wirkung der Trübe geschützt.
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Die in Fig. 2 dargestellte doppelte Trübepumpe ist auf der linken
Hälfte mit der in Fig. 1 dargestellten Trübepumpe identisch ausgebildet, wobei die
rechte Hälfte auf die linke Hälfte symmetrisch ist. Auf der Kolbenstange 3a sind
drei Kolben angeordnet: der Trabekolben 5, der Flüssigkeitskolben 4 und ein Trübekolben
5a. Von den Kolben ist nur der Flüssigkeitskolben 4 von doppelter Wirkung, welcher
die Hilfsflüssigkeit bei jedem Hub auf der einen Seite einsaugt und auf der anderen
Seite hinausdrückt.
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Der Trübekolben 5 saugt die Trübe bei dem Hub in Richtung der Pumpehmitte
ein und drückt die Trübe bei dem Hub in entgegengesetzter Richtung wieder aus. Ebenso
arbeitet der Trübekolben 5a, doch mit dem vorherigen wechselnd. Eine doTpeltwirkende
Pumpe fördert die Trübe gleichmäßiger als eine einfache Pumpe.
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Fig. 3 stellt eine doppelte Trbepumpe mit zwei Zylindern dar. Unter
zwei Zylindern sind zwei parallele Zylinderreihen 1a, 2, 2a zu verstehen. Die Kurbelarme
der beiden Kolbenstangen 3a sind um 900 voneinander verkeilt, d.h. wenn die eine
Kolbenreihe z. B. in der Endlänge ist, befindet sich die andere in der Mittellage
Um die
Figur einfacher zu machen, wurden in Fig. 3 die Leitung
14 und die dazugehörenden Teile nicht dargestellt.
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Die in Fig. 2 und 3 dargestellte Sandpumpe arbeitet derart, daß auf
beiden Seiten des Flüssigkeitskolbens 4 eine von festen Suspensionen freie Hilfsflüssigkeit
vorhanden ist. Die Trübe gelangt beim Saughub durch das Triibesaugventil 7 (und
7a) in den zwischen dem Trübekolben 5 (5a) und dem Zylinderkopf 9 (9a) vorhandenen
Zylinderraum. Im Betrieb dringt die Kilfsflüssigkeit während des Druckhubes des
Trübekolbens 5 (5a) durch die Spalte 18 (18a) und 17 (17a) durch, und verhindert
damit, daß zwischen den Trübekolben 5 (5a), Trübezylinder 2 (2a), sowie zwischen
die Kolbenstange 3a und die Stopfbüchse 10 (10a) Trübe gelangt.
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Die Spalte 17 (17a) und 18 (18a), weiterhin das Druckventil 16 sind
so dimensioniert, daß nur minimale Hilfsflüssigkeit in die Trübe gelangt und gleichzeitig
keine Trübe zwischen die aufeinandergleitenden Flächen eindringen kann.
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Die erfindungsgemäße Sandpumpe kann vorteilhaft in der Bergbauindustrie,
Chemieindustrie, Erdölindustrie'und überall angewendet werden, wo eine Trübe von
großer Geschwindigkeit mit hohem Druck befördert werden soll.
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L e e r s e i t e