-
Kolbenpumpenanlage und Verfahren
-
zum Betrieb derselben Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kolbenpumpenanlage
zum Fördern von schlammartigen, granulierten und festen mit Flüssigkeit versetzten
Stoffen, bestehend aus einem oder mehreren, vorzugsweise zwei nebeneinander und
parallel zueinander angeordneten Zylindern mit darin axial hin- und herbewegten
Kolben und Je einem am vorderen Ende jedes Zylinders vorgesehenen Ventil, sowie
einer 81 hinteren, entgegengesetzten Ende angeordneten Antriebs- und Steuervorrichtung,
sowie ein Verfahren zum Betrieb der erfindungsgemässen Kolbenpumpenanlage.
-
Zur Förderung von Abfallstoffen, vorbehandeltem Klärschlamm oder anderen
pastösen Stoffen, wie beispielsweise in
keder Papier- und Zuckerindustrie, werden
neben den allgemein üblichen
Fördervorrichtungen wie Kettenförderern oder Förderbändern, mit welchen diese Stoffe
gefördert werden, neuerdings immer mehr Kolbenpumpen verwendet.
-
Bei diesen bekannten Kolbenpumpen ist das zu fördernde Material mit
Flüssigkeit versetzt, sodass sich eine schlammartige Masse bildet. Im Pumpenzylinder
wird durch den Kolben ein Unterdruck gebildet und nach Öffnen eines Ventiles wird
das Material in den Zylinder eingesaugt.
-
Mit der Bewegung des Kolbens in entgegengesetzter Richtung wird durch
ein Ausstossventil das Material unter hohem Druck in die Rohrleitungen gedrückt.
-
Diese bekannte Anordnung weist den Nachteil auf, dass nur eine stossartige
Beschickung möglich ist, wodurch auch die Rohrleitungen einer ungleichmässigen Druckbelastung
ausgesetzt sind und Undichtigkeiten und Defekte derselben auftreten können.
-
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kolbenpumpenanlage
zu schaffen, bei welcher das zu fördernde Material stossfrei und kontinuierlich
gefördert werden kann, ohne dass Druckstösse in den Rohrleitungen auftreten oder
durch stossweises Fördern in den Verbrennungs-und/oder Vergasungseinrichtungen Verpuffungen
entstehen.
-
Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass
das am vorderen Ende Jedes Zylinders angeordnete Ventil drehbar ausgebildet ist
und einerseits mit einem Ansaugschacht und andererseits mit einem Abführrohr in
Verbindung steht, wobei der Ansaugschacht und das.Abführrohr vorzugsweise senkrecht
zur Zylinderlängsachse stehen und Jedes Ventil einen Ventilkörper mit einer Eintrittsöffnung
und einer Schneidkante, sowie eine ttberdeckungsfläche aufweist, wobei die Eintrittsöffnung
im Ventilkörper als Strömungsverbindung zwischen dem Ansaugschacht und dem Zylinder,
sowie zwischen dem Zylinder und dem Abführrohr ausgebildet ist, und dass am hinteren
Ende der Zylinder zusammen mit der Antriebs- und Steuervorrichtung ein Druckspeicher
für Sperrmittel als Druckkompensation für die Pumpenkolben angeordnet ist.
-
Ferner ist es zweckmässig, wenn die flberdeckungsfläche jedes Ventils
so ausgebildet ist, dass während der Ventildrehbewegung der Ansaugschacht und das
Abführrohr voneinander abgeschlossen sind und der Ventilkörper einen zum bzw. vom
Zylinder weisenden, strömungsgünstigen Kanal aufweist.
-
Der Vorteil der erfindungsgemässen Anordnung ist insbesondere darin
zu erblicken, dass durch die Anordnung eines drehbar ausgebildeten Ventiles am Druckende
(in der Zeichnung links) der Zylinder, wobei der drehbare Teil des Ventils abwechselnd
mit dem Ansaugschacht und dem
Abführrohr in Verbindung steht, insbesondere
bei zweizylindrigen Kolbenpumpen eine kontinuierliche, stossfreie Förderung ermöglicht
wird, da die Drehbewegung des Ventiles so gesteuert werden kann, dass das zu fördernde
Material ohne Unterbrechung von jeweils einem Zylinder in das Abführrohr ausgestossen
wird. Durch die am Ventilkörper angeordnete Schneidkante wird bei der Drehbewegung
des Ventilkörpers das aus dem Zylinder in das Abführrohr übertretende Material glatt
abgeschnitten, sodass beim nächsten Ansaughub kein abgequetschtes Material an den
Zylinderwänden haften bleibt.
-
Durch die Anordnung einer Uberdeckungsfläche am Ventilkörper wird
während der Drehbewegung in Jedem Fall die Ansaugseite, bzw. der Ansaugschacht gegenüber
der Druckseite/Abführrohr geschlossen, wobei die Uberdeckung so ausgebildet ist,
dass niemals auch nur ein Teil des Ansaugschachtes gegenüber dem Abführrohr offen
sein kann. Das Verhältnis des Durchmessers der Öffnung im Ventilkörper zur Ein-
und Austrittsöffnung ist so abgestimmt, dass eine Öffnung beider Kanäle zueinander
in keinem Fall eintreten kann.
-
Die vorteilhafte Ausbildung eines mit der Zu- und Abführrichtung des
zu fördernden Materials übereinstimmenden strömungsgünstigen Kanals im Ventilkörper
vermeidet das Verbleiben von Rückständen im Ventil, wodurch Drehbehinderungen
nicht
auftreten können.
-
Die Anordnung der Antriebs- und Steuervorrichtung am hinteren Ende
der Zylinder, zusammen mit einem Druckspeicher für Sperrmittel ergibt für den Kolbenantrieb
kurze Steuer-und Druckleitungen, sowie für die Steuerung von Sperraittel hinter
die Kolben eine einfache Entlastung der Kolbendichtungen, indem das Sperrmittel
als Druckkompensation auf die Rückseite der Kolben einwirkt.
-
Gemäss einer weiteren vorteilhaften Ausbildung des Erfindungsgegenstandes
kann der Ansaugschacht in einem Winkel zwischen 100 und 1350 zur Zylinderlängsachse
angeordnet sein.
-
Diese Anordnung wird überall dort vorteilhaft sein, wo aus PlatzgrEnden
eine senkrechte Anordnung nicht möglich ist und eine Fliessbeeinträchtigung des
Materials im Hinblick auf den strömungsgünstigen Kanal im Ventilkörper nicht auftreten
darf.
-
Weiterhin ist es besonders günstig, die Schneidkante Jedes Ventilkörpers
sichelförmig auszubilden, wodurch ein glattes Abschneiden des aus dem Zylinder heráusgedrUckten
Materials gewährleistet wird.
-
Der Betrieb der erfindungsgeaässen Kolbenpumpenanlage erfolgt gemäss
der folgenden Verfahrensschritte: a) während sich der Kolben des ersten Zylinders
nach dem
Ansaugen vom Material im hinteren Totpunkt befindet, wird
das Ventil dieses Zylinders so gedreht, dass die bisherige Strömungsverbindung zwischen
dem Ansaugschacht und dem Zylinder auf die Strömungsverbindung Zylinder zu Abführrohr
geschaltet wird, b) gleichzeitig wird der Kolben des zweiten Zylinders in Richtung
des Ventils bewegt, und zwar so weit, dass beim Umschalten des Ventiles des ersten
Zylinders der vordere Totpunkt noch nicht erreicht ist, jedoch der Kolben sich mit
gleicher Geschwindigkeit weiter bewegt, und über den gesamten Hub das im Zylinder
befindliche Material durch das noch auf der Strömungsverbindung Zylinder zu Abführrohr
stehende Ventil ausstösst, c) bei Erreichen des vorderen Totpunktes des Kolbens
des zweiten Zylinders beginnt der Kolben des ersten Zylinders mit dem Ausdrückhub
des in diesem Zylinder befindlichen Materials, wobei das Ventil geöffnet bleibt,
d) das Ventil wird in Strömungsrichtung Ansaugschacht zu Zylinder gedreht und nach
Erreichen der Endstellung des Ventiles wird der Kolben im zweiten Zylinder zum hinteren
Totpunkt bewegt und dabei Material durch den Ansaugschacht angesaugt, e) während
der Drehbewegung der Ventile beider Zylinder wird jeweils das aus einem der Zylinder
austretende
Material während der Schliessbewegung der Ventile von
deren Schneidkanten abgetrennt.
-
Die Steuerung und der Antrieb der erfindungsgemässen Anlage erfolgt
vorzugsweise durch eine an sich bekannte Hochdruck-Hydraulikvorrichtung.
-
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
vereinfacht dargestellt.
-
Es zeigt Fig. 1 eine Seitenansicht der erfindungsgemässen Kolbenpumpenanlage,
Fig. 2 eine Draufsicht der Anlage gemäss Fig. 1, Fig. 3 einen Längsschnitt durch
die Anlage gemäss Fig. 1, Fig. 4 einen Querschnitt durch die Ventile einer aus zwei
Zylindern bestehenden Anlage entlang der Schnittlinie A - A in Fig. 3, Fig. 5 a
u. b Bewegungsdiagramme der Kolben und Ventile einer zweizylindrigen Kolbenpumpenanlage.
-
Gemäss den Fig. 1 und 2 istmit l ein Zylinder einer Kolbenpumpe, vorzugsweise
einer Doppelrohrkolbenpumpe bezeichnet, bei welchem am vorderen Ende, d.h. in der
Zeichnung links, Ventile 2 angeordnet sind. Die Ventile 2 sind als Drehventile ausgebildet
und münden einerseits in je einen Ansaugschacht 3 und Je ein Abführrohr 4, wobei
die beiden Abführrohre 4 in eine Sammelableitung 5 münden können. An die Ventile
2 anschliessendist für Jedes Ventil 2 eine Ventilantriebs- und Steuervorrichtung
6 vorgesehen,
welche mit einem (nicht dargestellten) Hydraulikaggregat
verbunden ist. Am entgegengesetzten Ende der Zylinder 1 ist ein Druckspeicher 7
für die Versorgung mit Sperrmittel 11 des Zylinderraumes hinter den Kolben angeordnet.
-
Der Druckspeicher 7 umschliesst Kolbenstangen 8, an deren äusseren
Enden eine Antriebseinrichtung 9, welche ebenfalls mit dem Hydraulikaggregat verbunden
ist, vorgesehen ist, wobei die Kolbenstangen 8 zwischen dem Druckspeicher 7 und
der Antriebseinrichtung 9 von einem Führungsrohr 12 umschlossen sind. Die komplette
Kolbenpumpenanlage ist auf einen Rahmen 10 montiert.
-
In der Längsschnittdarstellung der Fig. 3 ist der Zylinder wiederum
mit 1 bezeichnet, in welchem ein Kolben 13 mit über den Aussenumfang verteilten
Dichtringen 14 von der über die Antriebsvorrichtung 9 angetriebenen Kolbenstangen
8 in Pfeilrichtung hin- und herbewegt wird. Am Durchtritt der Kolbenstange 8 ist
am hinteren Ende des Druckspeichers 7 eine Führungsbuchse 15 mit Abdichtung und
an der Kolbenstange 8 ein Anschlag 16 zur Begrenzung des Kolbenvorlaufs bzw. Kolbenhubes
angeordnet.
-
Das vordere, in der Zeichnung linke Ende des Zylinders 1 ist durch
das Ventil 2 abgeschlossen, in welchem ein drehbarer Ventilkörper 17 vorgesehen
ist, welcher über die Ventilantriebs- und Steuervorrichtung 6 angetrieben und gesteuert
wird. Am Ventil 2 sind der Ansaugschacht 3 und das Abführrohr 4 so angebracht, dass
die Jeweilige
Strömungsrichtung mit dem im drehbaren Ventilkörper
17 strömungsgunstig ausgebildeten Kanal 18 übereinstimmt.
-
Der Ansaugschacht 3 und das Abführrohr 4 sind am Ventil 2 entsprechend
den Einbaubedingungen angeordnet, d.h. sie können in einem Winkel von 90° zur Zylinderlängsachse
oder/ und zwischen etwa 100 und 1350 zur Zylinderlängsachse befestigt sein. Weiterhin
weist der drehbare Ventilkörper 17 eine Schneidkante 19, welche vorzugsweise sichelförmig
ausgebildet ist auf, sowie eine Überdeckungsfläche 20, durch welche vermieden wird,
dass während des Umschaltens des Ventilkörpers 17 in eine Position entsprechend
der strichlierten Linie 21 der Kanal 18 gleichzeitig den Ansaugschacht 3 und das
Abführrohr 4 ganz oder teilweise gegeneinander geöffnet hält.
-
Die in Fig. 4 entlang der Schnittlinie A - A der Fig. 3 dargestellten
Ventile 2, 2' einer zweizylindrigen Kolbenpumpenanlage zeigen beide eine andere
Stellung der drehbaren Ventilkörper 17, 17'. So ist im linken Ventil 2 der Kanal
18 zum Ansaugschacht 3 geöffnet, während im rechten Ventil 2' der Kanal 18' zum
Abführrohr 4' geöffnet ist. Aus den strichliert gezeichneten Positionen der Ventilkörper
17, 17 in beiden Ventilen 2, 2' ist zu erkennen, dass beim Umschalten beider Ventile
2, 2' beide Uberdeckungsflächen 20, 20' so gross sind, dass selbst ein teilweises,
gleichzeitiges Freigeben der Öffnungen Jedes Kanals 18, 18' zum Ansaugschacht 3
bzw. 3' und zu jedem Abführrohr 4, 4' der Ventile 2, 2' ausgeschlossen
ist.
-
Zur Erläuterung der kontinuierlichen, d.h. stufenlos regelbaren Betriebsweise
des Erfindungsgegenstandes sei das Bewegungsdiagramm in der Fig. 5a betrachtet,
in welchem auf den waagrechten Linien der Bewegungsablauf von Kolben und Ventilen
aufgetragen ist und die senkrechten Linien die Hub- und Ventildrehzeitpunkte begrenzen.
Dabei geben die ersten beiden Linien von oben den vorderen (a) und hinteren (b)
Totpunkt des Kolbens im ersten Zylinder (X) wider, während die dritte und vierte
Linie (c, d) die Druck- bzw. Saugstellung des ersten Ventiles Y zeigt. Die darunter
dargestellten Linien e, f, g, h beziehen sich auf den Kolben des zweiten Zylinders
X1, bzw. auf die entsprechenden Stellungen des Ventiles Y1 des zweiten Zylinders.
-
Der Kolben 13 des ersten Zylinders X bewegt sich vom hinteren Totpunkt
b nach dem Ansaugen von Material zum vorderen Totpunkt, das Ventil Y ist zum Abführrohr
4 hin geöffnet und das Material wird durch den Kanal 18 ausgeschoben. Nunmehr schaltet
das Ventil 2 um, d.h. der Ventilkörper 17 wird so gedreht, dass der Kanal 18 mit
dem Ansaugschacht 3 in Strömungsverbindung steht. Gleichzeitig bewegt sich der Kolben
13 des zweiten Zylinders X1 in Richtung vorderer Totpunkt, jedoch nur bis kurz vor
Erreichen desselben, sodass beim Umschalten des Ventiles Y des ersten Zylinders
noch eine kurze Hubstrecke
zurückzulegen verbleibt, wobei die Kolbengeschwindigkeit
konstant bleibt. Das vor dem Kolben im Zylinder befindliche Material wird durch
das in Strömungsrichtung Zylinder zu Abführrohr 3' stehende Ventil Y1 ausgestossen.
Sobald der Kolben des zweiten Zylinders X1 den vorderen Totpunkt erreicht hat, beginnt
der Kolben des ersten Zylinders X sich in Richtung vorderer Totpunkt zu bewegen
und dabei das im Zylinder X befindliche Material durch das zum Abführrohr 4 geöffnete
Ventil Y auszuschieben.
-
Das Ventil y1 wird auf Strömungsverbindung zum Ansaugschacht 3' gedreht
und bei Erreichen der Endstellung der Drehbewegung bewegt sich der Kolben des zweiten
Zylinders X1 zum hinteren Totpunkt und saugt Material durch den Ansaugschacht 3'
in den Zylinder X1 ein. Dieser Vorgang wiederholt sich kontinuierlich.
-
Bei Jeder Drehbewegung der Ventilkörper 17, 17' (der in den Diagrammen
mit Y und Y1 bezeichneten Ventile 2, 2' wird das aus den Zylindern austretende Material
von den sichelförmig ausgebildeten Schneidkanten 19 der Ventilkörper abgetrennt.
-
Das in der Fig. 5 b dargestellte Bewegungsdiagramm zeigt den Gleichen
Bewegungsablauf wie in Fig. 5 a, jedoch mit dem Unterschied, dass die beiden Kolben
in den Zylindern X und X1, vor Erreichen des vorderen Totpunktes und nach Verlassen
des hinteren Totpunktes eine verringerte End-, bzw. Anfahrgeschwindigkeit aufweisen,
was aus den gekrümmten
Kurven an den Punkten « und d1 ersichtlich
ist.
-
Dadurch wird ein vollkommen stossfreies Ausschieben des Materials
erzielt, und eine Oberbelastung der Sammelableitung 5 weitestgehend verhindert.
-
Der Druckspeicher 7, in welchem eine Druckflüssigkeit unter einem
Druck ansteht, welcher in einem vorbestimmten Verhältnis zum Arbeitsdruck der Kolbenpumpe
steht, ermöglicht einen Druckaufbau im Zylinderraum hinter den Kolben 13, sodass
bei einem Defekt-an den Ventilen 2, 2' oder an den Abführrohren 4, 4' bzw. an der
Sammelableitung vermieden wird, dass die Kolben 13 mit dem vollen Arbeitsdruck in
Richtung hinterer Totpunkt geschleudert werden, sodass ein Bruch der Kolbenstangen
8, bzw. der Zylinder 1, 1' eintreten kann. Es ist ohne &rossen konstruktiven
Aufwand möglich, den Druck im Druckspeicher 7 zusammen mit der Antriebsvorrichtung
9 so zu steuern, dass alternierend in den einzelnen Zylinderräumen hinter den Kolben
13 ein variables Druckgefälle entsteht.
Leerseite