DE2710778C3

DE2710778C3 - Dichtungseinrichtung für den Tauchkolben einer Hochdruckpumpe

Info

Publication number: DE2710778C3
Application number: DE2710778A
Authority: DE
Inventors: Tatyana Petrovna Obninsk Kaluschskoi Oblasti Chrustaleva; Jury Alekseevitsch Ufa Dudin; Anatoly Nikolaevitsch Grakov; Oleg Ivanovitsch Grebennik; Vladimir Lvovitsch Murmansk Luzker; Valery Nikolaevitsch Nowosibirsk Makarov; Viktor Michailovitsch Nowosibirsk Ogolichin
Original assignee: SPECIALNOE KONSTRUKTORSKOE BJURO GIDROIMPULSNOJ TECHNIKI SIBIRSKOGO OTDELENIJA AKADEMII NAUK SSR NOWOSIBIRSK (SOWJETUNION)
Current assignee: SPECIALNOE KONSTRUKTORSKOE BJURO GIDROIMPULSNOJ TECHNIKI SIBIRSKOGO OTDELENIJA AKADEMII NAUK SSR NOWOSIBIRSK (SOWJETUNION)
Priority date: 1977-03-11
Filing date: 1977-03-11
Publication date: 1980-11-27
Also published as: DE2710778B2; DE2710778A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Dichtungseinrichtung für den Tauchkolben einer Hochdruckpumpe, mit einem Zylinder und dem hierin befindlichen Tauchkolben, der eine Kammer begrenzt, einem Trennelement, das verschiebbar in der Kammer angeordnet ist und die Kammer in zwei voneinander isolierte Hohlräume trennt, deren einer mit einer Fördermittelquelle und dem Verbraucher über Rückschlagventile und deren anderer mit einer Abdichtungsmittelquelle niedrigen Druckes einerseits über ein Rückschlagventil, andererseits durch eine Spaltdichtung in Gestalt eines ringförmigen Spaltes in Verbindung steht, der zwischen dem Tauchkolben und dem Zylinder gebildet ist. Eine solche Dichtungseinrichtung ist aus der schweizerischen Patentschrift 5 71 161 bekannt.

Hochdruckpumpen der vorliegend betrachteten Art finden unter anderem Anwendung zur Erzeugung von Hochgeschwindigkeitsflüssigkeitsstrahlen niedriger Viskosität, wobei diese zum Schneiden und Maßbearbeiten von Werkstücken, zum Schneiden und Zerstören von Gesteinen sowiie monolithischen Bauwerken, zum Reinigen verschiedener metallurgischer und chemischer Anlagen und Werkzeuge dienen. Insbesondere können sie dienen zum Putzen von Gußstücken und Entfernen hochfester Gießereiformmassen, beispielsweise zum Entfernen der Kernformmasse aus dem Inneren von hohlen Turbinenschaufeln. Die Hohlräume von solchen während des Betriebes gekühlten Turbinenschaufeln haben große Länge, geringe Durchgangsquerschnitte und eine komplizierte Konfiguration und sind somit schwer zu reinigen.

Die Erzeugung von Hochgeschwindigkeitsflüssigkeitsstrahlen erfordert sehr hohe Drücke, deren Abdichtung durch bewegliche Berührungsdichtungen in üblichen Pumpen hohe Kontaktd.'ücke des Reibpaares Tauchkolben—Berührungsdichtung voraussetzt, was wiederum beträchtliche Reibungsverluste zur Folge hat, die vollständig in Wärme umgewandelt werden. Die damit einhergehende beträchtliche Erwärmung der Pumpenteile führt wiederum zum Fressen und Verklemmen der beweglichen Teile und zur Zerstörung der Berührungsdichtung.

Diese Nachteile sind bei einer Abdichtungseinrichtung der eingangs genannten Art weitgehend vermieden, wo der Hochdruck durch das Trennelement in Gestalt einer schwimmend angeordneten Ringdichtung aufgenommen wird, welche rückseitig vom Abdichtungsmitteldruck beaufschlagt ist Auch wird durch das Rückschlagventil im Abdichtungsmittelkreislauf eine Zirkulation desselben bewirkt, was eine gute Kühlung zur Folge hat

Nachteilig ist bei dieser bekannten Ausbildung aber doch die noch an beiden Zylinderflächen der trennenden Ringdichtung auftretende Reibung, welche zu einem entsprechenden Druckgefälle zwischen Fördermittel und Abdichtungsmittel führt und entsprechend eine geringe Empfindlichkeit des Trennelements zur Folge hat Außerdem kann es — insbesondere wenn die axiale Erstreckung der trennenden Ringdichtung im Interesse einer kompakten Bauweise der Pumpe zu kurz ist — zu Verkantungen und damit zu Betriebsstörungen kommen.

Die erwähnte Reibung führt immer noch zu einer entsprechenden Erwärmung der sich bewegenden Teile und dabei steht nur wenig Wärmeübergangsfläche zur Verfügung, über die das Abdichtungsmittel seine Wärme an das Fördermittel abgeben könnte. Durch die Erwärmung können sich einerseits die Passungen nachteilig ändern und andererseits die Viskosität des Abdichtungsmittels stark abnehmen, was zu Leckverlusten desselben führen kann. Diese wiederum haben eine Verringerung des Wirkungsgrades der Pumpe zur Folge.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Dichtungseinrichtung für den Tauchkolben einer Hochdruckpumpe, die niedrige Reibungsverluste, hohe Betriebszuverlässigkeit, lange Lebensdauer, geringe Erwärmung und gute Kühlung des Abdichtungsmittels gewährleistet.

Ausgehend von der eingangs genannten Ausbildung wird zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß das Trennelement als elastische Schlauchmembran mit einer den Tauchkolben umfassenden Hülse ausgeführt ist, wobei die Schlauchmembran die Hülse umfaßt und jeweils an ihren Enden auf der Hülse befestigt ist, wobei die Hülse durchgehende radiale Bohrungen aufweist.

Bei einer solchen Ausbildung führt das Trennelement gegenüber dem Zylinder keine oder keine wesentlichen Bewegungen aus, so daß nur noch eine Reibstelle zwischen dem Trennelement und dem Tauchkolben vorhanden ist. Dadurch ist die Reibung, die mit dieser verbundenen Verluste und damit wiederum die Erwärmung verringert. Die Anordnung ist insofern sehr empfindlich, als der Druckausgleich zwischen Fördermittel und Abdichtungsmittel nicht mehr durch eine reibungsbehaftete Bewegung einer Ringdichtung zustandekommt, sondern durch die elastische Verformung der Schlauchmembran und dadurch praktisch kein

Druckgefälle mehr zwischen den beiden Medien auftritt

Da die Hülse des Trennelements nur an ihren Enden auf jeweils einer kurzen Erstreckung mit dem Zylinder bzw. dem Tauchkolben Berührung hat, wird sie sich im Betrieb selbst einstellen und die Gefahr eines Verkantens ist ausgeschlossen.

Die zylindrischen Trennflächen zwischen den beiden Medien sind verhältnismäßig groß und entsprechend gut ist der Wärmeübergang zwischen diesen, so daß es zu einer guten Kühlung des Abdichtungsmittels kommt Dadurch nimmt dessen Viskosität nicht zu sehr ab. Dies wiederum verringert die Leckverluste des Abdichiungsmittels.

Vorteilhafterweise dient als Abdichtungsmittelquelle niedrigen Druckes ein an sich bekannter hypropneumatischer Speicher, in dem die Energie während des Druckhubes durch das Einströmen des Abdichiungsmittels aus dem Hohlraum mit dem Abdichtungsmittel durch die Spaltendichtung gespeichert und während des Saughubes zum Nachfüllen des Hohlraumes mit dem Abdichtungsmittel über ein Rückschlagventil wieder abgegeben wird. Dadurch ergibt sich eine einfache Pumpenkonstruktion ohne zusätzliche Hilfsaggregate und eine vereinfachte Steuerung der Pumpe.

Eine gemäß der Erfindung ausgeführte Hochdruckpumpe in einfach wirkender Drillingsbauweise mit einem Tauchkolbendurchmesser von 40 mm und einem Tauchkolbenhub von 200 mm erzeugt bei 153 Doppelhüben der Tauchkolben in der Minute einen Druck von 2000 kp/cm² und unter Berücksichtigung der Kompressibilität des Fördermittels eine Fördermenge -von 1,71/sek. Das Fördermittel ist Wasser oder eine Emulsion mit einem Saugdruck von 8,7 kp/cm². Als Abdichtungsmittel dient schweres Mineralöl mit einem Druck im hydropneumatischen Speicher von 25 kp/cm². Die Hochdruckpumpe hat ohne Getriebe und Motor eine Länge von 2500 mm, eine Breite von 1135 mm und eine Höhe von 1100 mm. Zum Antrieb der Tauchkolben wird der Antriebsteil einer serienmäßig hergestellten Pumpe verwendet.

Die Erfindung wird nachfolgend durch die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigt

F i g. 1 schematisch den Aufbau und die Schaltung einer Hochdruckpumpe der vorliegend betrachteten Gattung;

F i g. 2 die Ausbildung des Trennelements in schnittbildlicher Darstellung.

Die Hochdruckpumpe hat einen Zylinder 1, in den ein Tauchkolben 2 ragt. Die Zylinderkammer ist durch ein zwischen deren Innenwand und dem Tauchkolben 2 angeordnetes Trennelement 3 in zwei Hohlräume A und B unterteilt. In F i g. 1 ist das Trennelement 3 schematisch als Ringdichtung mit Dichtungsringen 4 angedeutet, wie sie etwa der gattungsgemäßen Ausbildung entspricht.

Der Hohlraum A ist einerseits durch einen radialen Kanal 5 im Zylinder 1 über ein Rückschlagventil 6 mit der Druckleitung einer Abdichtungsmittelquelle 17 und andererseits durch eine Spaltdichtung 8 in Gestalt eines ringförmigen Spaltes, der zwi=r^k°n dem Tauchkolben 2 und dem Zylinder 1 gebildet «ι, uuu durch einen radialen Kanal 9 im Zylinder 1 mit der Saugleitung der Abdichtungsmittelquelle 17 verbunden.

Zum Vermeiden von Abdichtungsflüssigkeitsverlusten in die Atmosphäre isl am Austritt des Tauchkolbens 2 aus dem Zylinder 1 eine Dichtung 10 angebracht.

Der Hohlraum B der Zylinderkammer ist durch einen Kanal 11 über ein Rückschlagventil 12 mit einer Fördermittelquelle 13 sowie durch einen Kanal 14 über ein Rückschlagventil 15 mit dem Verbraucher (nicht abgebildet) verbunden.

Bei der Ausführung gemäß F ι g. 1 bewegt sich im Betrieb das Trennelement 3 im Gegentakt zum Tauchkolben 2. Bei dessen Saughub bewegt es sich zum Hohlraum B mit dem Fördermittel und ist dabei durch einen Anschlag 16 begrenzt, der in Form einer Abstufung der Zylinderkammer ausgeführt ist

Bei der Bewegung des Tauchkolbens, die dem Druckhub entspricht wird das Rückschlagventil 12 und das Rückschlagventil 6 geschlossen, und nach Erreichen des erforderlichen Druckes des im Hohlraum B vorhandenen Fördermittels öffnet sich das Rückschlagventil 15 und das Fördermittel strömt zum Verbraucher.

Der Druck des im Hohlraum B befindlichen Fördermittels wird über das Trennelement 3 in den Hohlraum A mit dem Abdichtungsmittel übertragen, wobei ein gewisses Druckgefälle lediglich durch die Trägheit des Trennelementes 3 und die Reibung der Berührungsdichtungen 4 bedingt ist

Unter der Wirkung des den Förderdruck nahezu erreichenden Druckes des Abdichtungsmittels im Hohlraum .4 strömt dieses durch die Spaltdichtung 8, den radialen Kanal 9 im Zylinder 1 in die Saugleitung der Abdicht'jngsmittelquelle 17. Hierbei verschiebt sich das Trennelement 3 aufgrund der Kompressibilität der beteiligten Medien in der der Bewegung des Tauchkolbens 2 entgegengesetzten Richtung.

Bei der Bewegung des Tauchkolbens 2, die dem Saughub entspricht, schließt sich das Rückschlagventil

15 und die Rückschlagventile 12 und 6 öffnen sich. Das Fördermittel füllt den Hohlraum B. Dadurch, daß der Druck der Abdichtungsmittelquelle 17 größer als der Druck der Fördermittelquelle 13 ist, wird das Trennelement 3 in Richtung zum Hohlraum ßbis zum Anschlag

16 verschoben, wodurch es in die Ausgangsstellung zurückkehrt. Im folgenden wiederholt sich der Zyklus.

Die Abdichtungsmittelquelle 17 ist vorliegend ein hydropneumatischer Speicher, der während des Druckhubes Energie speichert und diese beim Saughub wieder abgibt. Dies geschieht dadurch, daß während des Druckhubes das Abdichtungsmittel aus dem Hohlraum A durch die Spaltdichtung 8 und den radialen Kanal 9 in den hydropneumatischen Speicher 17 einströmt, wobei das in diesem befindliche Gaspolster komprimiert wird und sich der Druck im Speicher erhöht. Während des Saughubes kehrt das eingeströmte Volumen an Abdichtungsmittel aus dem hydropneumatischen Speicher 17 durch das Rückschlagventil 6 und den Kanal in den Hohlraum A zurück.

Die vorliegend vorgeschlagene Ausbildung des Trennelementes 3 ist im einzelnen in F i g. 2 dargestellt.

Das Trennelement ist in Gestalt einer elastischen Schlauchmembran 21 ausgeführt. Diese ist an ihren Enden mit Hilfe von Ringen 22 an einer Hülse 23 befestigt, die einen Anschlag darstellt, der funktionsmäßig mit der Schulterabstufung 16 in Fig. 1 vergleichbar ist. Die Hülse 23 besitzt durchgehende radiale Bohrungen 24, ei.ie feststehende Dichtung 25 und eine bewegliche Dichtung 26. An der Stirnseite der Hülse 23 sind Nuten 27 ausgeführt, weiche die Verbindung des Hohlraumes A mit dem darin enthaltenen Abdichtungsmittel mit der Spaltdichtung 8 gewährleisten. Die Anzahl der Bohrungen 24 ist mit Hinsicht auf die Gewährleistung eines minimalen Widerstandes des Fördermittels gewählt.

Während des Druckhubes dringt das Fördermittel aus dem Hohlraum B durch die radialen Bohrungen 24 in der Hülse 23 unter die Schlauchmembran 21 und dehnt diese entsprechend der im Hohlraum A und in der Abdichtungsmittelquelle 17 stattfindenden Kompression.

Da der Abdichtungsmitteldruck höher als der Druck der Fördermittelquelle 13 ist, kehrt während des Saughubes die Schlauchmembran 21 in die Ausgangsstellung bis zum Anschlag zurück, d. h. sie legt sich wieder an die Außenfläche der Hülse 23 an. Der Hohlraum A wird mit dem Abdichtungsmittel nachgefüllt. Im weiteren wiederholt sich der Zyklus.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Dichtungseinrichtung für einen Tauchkolben einer Hochdruckpumpe, mit einem Zylinder und dem hierin befindlichen Tauchkolben, der eine Kammer begrenzt, einem Trennelement, das verschiebbar in der Kammer angeordnet ist und die Kammer in zwei voneinander isolierte Hohlräume trennt, deren einer mit einer Fördermittelquelle und dem Verbraucher über Rückschlagventile und deren anderer mit einer AbdichtungsmittelqueHe niedrigen Druckes einerseits über ein Rückschlagventil, andererseits durch eine Spaltdichtung in Gestalt eines ringförmigen Spaltes in Verbindung steht, der zwischen dem Tauchkolben und dem Zylinder gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennelement als elastische Schlauchmembran (2i) mit einer den Tauchkolben (2) umfassenden Hülse (23) ausgeführt ist, wobei die Schlauchmembran die Hülse umfaßt und jeweils an ihren Enden auf der Hülse befestigt ist und wobei die Hülse durchgehende radiale Bohrungen (24) aufweist

2. Dichtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Abdichtungsmittelquelle niedrigen Druckes ein an sich bekannter hydropneumatischer Speicher (17) verwendet ist, in dem die Energie während des Druckhubes durch das Einströmen des Abdichtungsmittels aus dem Hohlraum (A) mit dem Abdichtungsmittel durch die Spaltendichtung (8) gespeichert und während des Saughubes zum Nachfüllen des Hohlraumes (A) mit dem Abdichtungsmittel über ein Rückschlagventil (6) wieder abgegeben wird.