DE2631218A1

DE2631218A1 - High pressure plunger pump - has piston positioned on side of hollow plunger bore facing away from gas chamber

Info

Publication number: DE2631218A1
Application number: DE19762631218
Authority: DE
Inventors: Paul Hammelmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-07-12
Filing date: 1976-07-12
Publication date: 1978-01-19

Abstract

Plunger pump with the plunger unit formed a hollow plunger (10) fitted in inner chamber with a gas spring with a separating element under pressure from an operating medium on that side facing away from the gas chamber. The separating element has a movable bearing in relation to the plunger. The separating element is formed as a piston equipped with a central conical pin which fits into an excess flow bore leading to the pump chamber which the piston is in start position.

Description

Plungerpumpe Plunger pump

Die Erfindung bezieht sich auf eine Plungerpumpe, vorzugsweise auf eine Hochdruckplungerpumpe, die mit einem oder mit mehreren Plungern ausgerüstet sein kann.The invention relates to a plunger pump, preferably to a high pressure plunger pump equipped with one or more plungers can be.

Im Betrieb von Plungerpumpen besteht die Gefahr der Hohlsogbildung im Fördermedium, aus der sich Kavitationsschläge ergeben können, die häufig eine Beschädigung oder eine Zerstörung von Pumpenteilen nach sich ziehen.When operating plunger pumps, there is a risk of cavitation in the pumped medium, which can result in cavitation impacts, which often result in a Damage or destruction of pump parts result.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Plungerpumpe so zu gestalten, daß sie gegen Kavitationsschläge oder sonstige übermäßige Beanspruchungen durch das Fördermedium geschützt ist.The invention is based on the object of providing a plunger pump in such a way design that they against cavitation impacts or other excessive loads is protected by the pumped medium.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Plunger als Hohlplunger ausgebildet ist und in seinem Innenraum eine Gasfeder mit einem an der dem Gasraum abgewandten Seite vom Fördermedium beaufschlagten Trennkörper aufweist, der gegenüber dem Plunger bewegbar gelagert ist.This object is achieved according to the invention in that the plunger is designed as a hollow plunger and in its interior a gas spring with a on the side facing away from the gas space, the separating body acted upon by the pumped medium has, which is movably mounted relative to the plunger.

Durch die Wahl des Gasdruckes in der Gasfeder kann das Ansprechen der Trennkörpers unter dem Einfluß des Druckes des Fördermediums festgelegt werden. Die Gasfeder kann somit so ausgelegt werden, daß der Trennkörper schon bei einem erhöhten Druck im Fördermedium anspricht und die Gasfeder diesen übermäßigen Druck oder Druckstoß elastisch federnd aufnimmt. Hierdurch wird eine Bes*Edigung der Pumpenteile vermieden.By choosing the gas pressure in the gas spring, the response can be the separating body can be fixed under the influence of the pressure of the pumped medium. The gas spring can thus be designed so that the separator is already at one increased pressure in the pumped medium responds and the gas spring reacts to this excessive pressure or resiliently absorbs pressure surge. This will improve the pump parts avoided.

Es kommt hinzu, daß jede konventionell gebaute Plungerpumpe durch den Einbau des erfindungsgemäßen Plungers je nach gewählter Vorspannung der Gasfeder in eine Pumpe mit druckabhängig sich ändernder Fördermenge umgebaut werden kann, wobei gleichzeitig ein Kavitationsschutz gegeben ist.In addition, any conventionally built plunger pump through the installation of the plunger according to the invention depending on the selected bias of the gas spring can be converted into a pump with a flow rate that changes depending on the pressure, with cavitation protection at the same time.

Die Pumpe fördert nach dem genannten Umbau die volle theoretische Fördermenge so lange, bis sich in ihrem Pumpenraum durch steigende Widerstände ein Drucgaufbaut, der den Gasdruck in der Federkammer übersteigt. Steigt der Arbeitsdruck über den Gasdruck hinaus an, so wird das Gas in der Federkammer so lange komprimiert, bis in der Gasfeder der Systemdruck erreicht ist. Je nach der Auslegung der Federkammer wird beim Ansprechen des Trennkörpers der Federkammer und seiner Bewegung entgegen dem Druck der Federkammer keine Fördermenge oder nur eine geringe Fördermenge über das Druckventil der Pumpe gefördert.After the modification mentioned, the pump delivers the full theoretical value Delivery rate until it is in your pump chamber due to increasing resistances Pressure builds up that exceeds the gas pressure in the spring chamber. If the work pressure increases beyond the gas pressure, the gas in the spring chamber is compressed for as long as until the system pressure is reached in the gas spring. Depending on the design of the spring chamber counteracts the spring chamber and its movement when the separating body responds the pressure of the spring chamber no delivery rate or only a small delivery rate the pressure valve of the pump promoted.

Eine derartige Hochdruckpumpentt veränderbarer Fördermenge kann beim Zufahren von Pressen, beim Spannen von Schutzschilden gegen das Hangende, beim Recken des Ausbaues und der Abbaumaschinen im Bergbau eingesetzt werden. Hierbei sind Leerphasen zu überbrücken, in denen die Hubzylinder gefüllt werden müssen, wobiei zunächst nur Reibungswiderstände zu überbrücken sind. Zur Erzielung kurzer Taktzeiten ist eine große Förderleistung für diese Phase notwendig.Such a high-pressure pumpentt variable delivery rate can with Closing presses, when tensioning protective shields against the hanging wall, when stretching the expansion and mining machines are used in mining. Here are empty phases to bridge in which the lifting cylinders must be filled, wherebyi first only to bridge frictional resistance are. To achieve short Cycle times, a large delivery rate is necessary for this phase.

Nach einem Schnellhub erfolgt der Druckaufbau bis zum geforderten Haltedruck, im Strebausbau, z.B. von 400 bis 500 bar, für einen längeren Zeitraum, in dem nur geringe Fördermengen hohen Druckes verlangt werden.After a quick stroke, the pressure builds up to the required level Holding pressure, in longwall mining, e.g. from 400 to 500 bar, for a longer period, in which only small delivery rates of high pressure are required.

Die während des Förderns der Pumpe mit reduzierter Fördermenge im Bereich der Federkammer gespeicherte Energie wird beim Rückhub des Plungers durch Entspannen des Gaspolsters an die Kurbelwelle wieder abgegeben und entlastet die Torsionskräfte in der Kurbelwelle.During the pumping of the pump with reduced flow rate in The energy stored in the area of the spring chamber is released during the return stroke of the plunger Relaxation of the gas cushion is released back to the crankshaft and relieves the load Torsional forces in the crankshaft.

Dadurch, daß in dem Pumpenraum über die Gasfeder bei einem Teil des Rückhubes des Plungers ein erhöhter Druck aufrechterhalten wird, wird das Saugventil zunächst geschlossen gehalten und erst im letzten Teil des Rückhubes des Plungers geöffnet. Es wird somit nur eine geringe neue Fördermenge angesaugt.The fact that in the pump chamber via the gas spring at part of the The return stroke of the plunger, if an increased pressure is maintained, the suction valve is activated initially held closed and only in the last part of the return stroke of the plunger opened. Only a small amount of new delivery is thus sucked in.

Die erfindungsgemäße Konstruktion zeichnet sich durch eine erhebliche Energieeinsparung aus.The construction according to the invention is characterized by a considerable Energy saving.

Bei einem Förderstrom von 130 1/min. und einem Förderdruck von maximal 450 bar ist eine Antriebsleistung von ca. 150 PS erforderlich. Bei einem angenommenen Gasfederdruck von 150 bar können z.B. zwei Drittel des Pumpenhubes für die Vorspannung des Gasdruckes auf 450 bar verwandt werden, so daß nur während eines Drittels des Förderhubes gegen einen Druck von 450 Bar gefördert wird. Die in der Federkammer gespeicherte Energie wird im sich anschliessenden Rückhub des Plungers an die Kurbelwelle zurückgegeben.With a flow rate of 130 1 / min. and a delivery pressure of maximum 450 bar, a drive power of approx. 150 HP is required. With an accepted A gas spring pressure of 150 bar can e.g. use two thirds of the pump stroke for the preload of the gas pressure to 450 bar, so that only during a third of the Delivery stroke is promoted against a pressure of 450 bar. The one in the spring chamber Stored energy is used in the subsequent return stroke of the plunger to the crankshaft returned.

Die Anordnung einer Gasfeder im Hohlplunger ist ferner bei den Hochdruckplungerpumpen vorteilhaft, die mit einem hülsenartigen Saugventilkörper ausgerüstet sind, der schwimmend auf dem Hohlplunger gelagert ist. Bei steigendem Betriebsdruck erfährt der Saugventilkörper, der gleichzeitig den Druckraum beim Förderhub der Pumpe bildet, eine dem Elastizitätsmodul entsprechende Aufweitung, welche die Leckrate vergrößert. Durch eine Abstimmung der Wandstärken des Saugventilkörpers und des Hohlplungers und durch eine geeignete Materialauswahl ist es möglich, das Passungsspiel zwischen diesen beiden Bauelementen für den gesamten Druckbereich optimal zu halten.The arrangement of a gas spring in the hollow plunger is also used in high pressure plunger pumps advantageous, which are equipped with a sleeve-like suction valve body that is floating on the hollow plunger. Experienced when the operating pressure rises the suction valve body, which at the same time forms the pressure chamber during the delivery stroke of the pump, an expansion corresponding to the modulus of elasticity, which increases the leakage rate. By matching the wall thicknesses of the suction valve body and the hollow plunger and by choosing a suitable material, it is possible to reduce the fit clearance between to keep these two components optimal for the entire printing area.

Die Formel für Spaltverluste bei Ringquerschnitten enthält einen Faktor für die Spaltgröße in dritter Potenz. Xndert sich die Spaltgröße um drei Einheiten, so nehmen die Spaltverluste 27fach zu. Eine Druckänderung geht in die Formel für die Spaltverluste bei Ringquerschnitten nur als einfacher Faktor ein.The formula for gap losses in ring cross-sections contains a factor for the gap size in the third power. If the gap size changes by three units, so the gap losses increase 27 times. A change in pressure goes into the formula for the gap losses in ring cross-sections only as a simple factor.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden beschrieben.An embodiment of the invention is shown in the drawing and is described below.

Es zeigen: Fig. 1 eine Plungerpumpe im Längsschnitt, Fig. 2 den Plunger nach der Fig. 1 in vergrößertem Maßstab.There are shown: FIG. 1 a plunger pump in longitudinal section, FIG. 2 the plunger according to FIG. 1 on an enlarged scale.

Die Plungerpumpe nach der Fig. 1 weist ein Pumpengehäuse 1 und einen Pumpenkopf 2 auf, die in einer Ebene 3 untereinander durch nicht dargestellte Schrauben o.dgl. verbunden sind. Der Pumpenkopf 2 enthält das Druckventil 4, das in der Längsachse 5 angeordnet ist und die Uberströmöffnung zu einem Sammelraum 6 steuert.The plunger pump according to FIG. 1 has a pump housing 1 and a Pump head 2, which is in a plane 3 with each other by screws, not shown or the like. are connected. The pump head 2 contains the pressure valve 4, which is shown in the The longitudinal axis 5 is arranged and controls the overflow opening to a collecting space 6.

Das Pumpengehäuse 1 enthält einen Saugraum 7, dem über Kanäle 8 und 9 das zu fördernde Medium zugeführt wird. Dieser Saugraum 7 umschliesst einen hülsenartigen Saugbventilkörper 9, der schwimmend auf einem Hohlplunger 10 gelagert ist. Der Saugventilkörper 9 ist aus der in der Fig. 1 aufgezeigten Stellung entgegen der Wirkung einer Feder 11 bewegbar, die sich mit einem Ende an dem Pumpengehäuse und mit dem anderen Ende an dem Saugventilkörper abstützt. Der Saugventilkörper 9 weist ein konisches vorderes Ende 12 auf, so daß der Saugventilkörper beim Druckhub des Plungers auf die Fläche 3 des Pumpenkopfes 2 gedrückt wird und den Arbeitsraum der Pumpe bildet.The pump housing 1 contains a suction chamber 7, which via channels 8 and 9 the medium to be conveyed is supplied. This suction space 7 encloses a sleeve-like one Suction valve body 9, which is floatingly mounted on a hollow plunger 10. The suction valve body 9 is from the position shown in FIG. 1 against the action of a spring 11 movable, one end to the pump housing and the other end supported on the suction valve body. The suction valve body 9 has a conical front End 12 so that the suction valve body hits the surface during the pressure stroke of the plunger 3 of the pump head 2 is pressed and forms the working space of the pump.

Der Hohlplunger 10 ist mit einer Gasfeder ausgerüstet und enthält eine Federkammer 13, in der ein bestimmter Gasdruck aufgebaut wird. Das Gas wird in die Federkammer 13 über ein Füllventil 14 eingeführt. Gegenüber dem Druckraum der Pumpe ist die Federkammer durch einen Kolben 15 begrenzt, der gleitbar im Plunger gelagert ist und einen konischen Zapfen 16 am vorderen Ende aufweist, der in der Ausgangslage des Kolbens in eine zum Pumpenraum führende Überströmbohrung 17 eingreift. In dem Ausführungsbeispiel ist die Bohrung 17 in einer Scheibe 18 angeordnet, die als Gewindehülse ausgebildet ist und mit ihrem Aussengewinde in die Gewindebohrung des Plungers 10 eingeschraubt wird. Die Gewindehülse 18 weist am vorderen Ende einen Ringflansch 19 auf und ist flüssigkeitsdicht im Hohlplunger angeordnet. Die Flüssigkeitsdichtigkeit wird durch Dichtringe 20,21 erzielt, die am vorderen und hinteren Ende der Gewindebohrung des Hohlplungers vorgesehen sind. Durch den Dichtungsring 20 wird in der Ausgangsstellung des Kolbens 15 ein Austreten von Gas aus der Federkammer unterbunden.The hollow plunger 10 is equipped with a gas spring and contains a spring chamber 13 in which a certain gas pressure is built up. The gas will introduced into the spring chamber 13 via a filling valve 14. Opposite the printing room The spring chamber of the pump is delimited by a piston 15 which is slidable in the plunger is mounted and has a conical pin 16 at the front end, which is in the Starting position of the piston engages in an overflow hole 17 leading to the pump chamber. In the exemplary embodiment, the bore 17 is arranged in a disk 18 which is designed as a threaded sleeve and with its external thread into the threaded hole of the plunger 10 is screwed. The threaded sleeve 18 has a at the front end Annular flange 19 and is arranged in a liquid-tight manner in the hollow plunger. The liquid tightness is achieved by sealing rings 20,21, which are at the front and rear ends of the threaded hole of the hollow plunger are provided. The sealing ring 20 is in the starting position of the piston 15 prevents gas from escaping from the spring chamber.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 1 wird bei erhöhtem Arbeitsdruck der Gasdruck in der Federkammer 13 durch Zurückfahren des Kolbens 15 erhöht. Bei einer entsprechenden Materialwahl für den Hohlplunger und einer entsprechenden Ausbildung seiner Wandungsstärke kann hierdurch eine Aufweitung des Hohlplungers erreicht werden, durch die die Aufweitung des Ventilkörpers 9 unter dem erhöhten Arbeitsdruck kompensiert wird.In the embodiment according to FIG. 1, the working pressure is increased the gas pressure in the spring chamber 13 is increased by retracting the piston 15. at a corresponding choice of material for the hollow plunger and a corresponding training Due to its wall thickness, the hollow plunger can be widened, which compensates for the expansion of the valve body 9 under the increased working pressure will.

Hierdurch können der Ringspalt zwischen dem Hohlplunger und dem Ventilkörper 9 und somit die Spaltverluste klein gehalten werden.This allows the annular gap between the hollow plunger and the valve body 9 and thus the gap losses can be kept small.

Der erfindungsgemäße Hohlplunger kann bei Plungerpumpen beliebKiger Art eingesetzt werden.The hollow plunger according to the invention can be used with plunger pumps as desired Kind be used.

Claims

Claims.

Plunger pump, characterized in that the plunger is a hollow plunger (10) is formed and in its interior (13) a gas spring with one on the the side facing away from the gas space has the separating body (15) acted upon by the conveying medium, which is movably mounted with respect to the plunger.

2. Plunger pump according to claim 1, characterized in that the separating body is designed as a piston (15).

3. Plunger pump according to claim 2, characterized in that the piston (15) is equipped with a central, conical pin (16) which is in the starting position of the piston engages in an overflow bore (17) leading to the pump chamber.

4. Plunger pump according to claim 3, characterized in that the overflow bore (17) is provided in a disc (18) inserted into the pump head.

5. Plunger pump according to claim 4, characterized in that the disc (18) designed as a threaded sleeve and sealing rings at the front and rear ends (20,21) is fixed on the plunger in a liquid-tight manner.

6. Plunger pump according to one of the preceding claims 1 to 5, characterized characterized in that at the rear end of the plunger in the area of the fixing means a filling valve (14) for the gas spring is arranged opposite the crosshead.

7. Plunger pump according to one of the preceding claims, characterized in that that on the hollow plunger equipped with a gas spring a sleeve-like suction valve body (9) is floating.