DE2834966C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochdruckkolbenpumpe gemäß der durch den Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Gattung.

Bei einer aus der DE-OS 22 58 819 bekannten Hochdruckkolben­ pumpe dieser Art ist der Hilfskolben in dem Arbeitszylinder für eine von dem Hauptkolben unabhängige Beweglichkeit rela­ tiv zu einer mit der Zylinderbohrung ausgebildeten Anschlag­ schulter angeordnet, an welche der Hilfskolben unter dem wäh­ rend des Rückwärtshubs des Hauptkolbens in der Pumpenkammer vorherrschenden Druck des Förderfluids seinen Anschlag erfährt. Mit dieser für den Hilfskolben bezweckten Erreichbarkeit einer Anschlagstellung an einer solchen Anschlagschulter der Zylin­ derbohrung wird dabei eine Zuleitung des Arbeitsfluids für eine dann wieder vollständige Füllung der Druckkammer immer dann ermöglicht, wenn es im Betrieb der Pumpe an der Spalt­ dichtung ihres Hauptkolbens trotz der damit vorgenommenen Abdichtung der Druckkammer zu einer Leckageableitung kommt. Die für den Hilfskolben vorgegebene Anschlagstellung ist da­ bei auch noch unter dem Aspekt notwendig, daß seine von dem Hauptkolben unabhängige Beweglichkeit die Vorgabe eines ge­ genüber dem Minimaldruck des Arbeitsfluids größeren Einlaß­ druckes für das Förderfluid erfordert, was damit für die be­ kannte Pumpe auch gleichzeitig den Nachteil erkennen läßt, daß es bei einer insoweit also kritischen Annäherung des für das Förderfluid maßgeblichen Einlaßdruckes an den Minimal­ druck des Arbeitsfluids und erst recht bei dessen evtl. Un­ terschreitung mittels der bekannten Pumpe überhaupt nicht möglich ist, das Förderfluid auf den angestrebten, gegenüber seinem Einlaßdruck beispielsweise um einen zehnfachen Wert erhöhten Förderdruck zu bringen. Im Rückwärtshub des Haupt­ kolbens kann dann nämlich nicht die dafür erforderliche An­ schlagstellung des Hilfskolbens erreicht werden, so daß im­ mer dann, wenn im Betrieb der Pumpe der Einlaßdruck des För­ derfluids gleich oder kleiner als der Minimaldruck des Arbeits­ fluids werden sollte, keine Förderung des Förderfluids unter dem für die Pumpe konzipierten Förderdruck stattfindet.

Aus der US-PS 17 73 057 ist daneben eine Kolbenpumpe be­ kannt, bei welcher zwei in einem gemeinsamen Arbeitszylin­ der angeordnete Kolben durch ein flexibles Kabel miteinan­ der verbunden sind, um für die Kolben eine Tandemanordnung zu erhalten, die im Rückwärtshub jede Verlustmenge des För­ derfluids automatisch ausgleichen kann, die während des Ar­ beitshubes der Tandemanordnung aus einer zwischen ihren bei­ den Kolben ausgebildeten Druckkammer über eine Leckageablei­ tung des einen Kolbens abgeführt werden sollte. Die Druckkam­ mer ist dafür über ein Einlaß-Rückschlagventil direkt an die Förderleitung der Pumpe angeschlossen, so daß im Rückwärts­ hub der Tandemanordnung über dieses Ventil das Förderfluid solange aus der an der Stirnseite des einen Kolbens ausge­ bildeten Pumpenkammer über die Förderleitung auch in diese Druckkammer angesaugt werden kann, bis das im Arbeitshub als Folge einer Leckageableitung schlaff gewordene Kabel wieder gespannt ist, um dann eine synchrone Bewegung der beiden Kolben und eine Beendigung der Ansaugung des Förder­ fluids auch in die Druckkammer zu erhalten, so daß beim näch­ sten Arbeitshub der Tandemanordnung wieder die unveränderte Menge des Förderfluids aus der Pumpenkammer über die Förder­ leitung gefördert werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hochdruckkol­ benpumpe der angegebenen Gattung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 derart auszubilden, daß damit eine Förde­ rung des Förderfluids unter einem gegenüber seinem Einlaß­ druck vielfach höheren Förderdruck auch dann sicher gestellt werden kann, wenn der Einlaßdruck einen gegenüber dem Mini­ maldruck des Arbeitsfluids angenähert gleichen oder kleineren Wert annehmen sollte. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß ge­ löst mit den Merkmalen gemäß dem Kennzeichen des Patentan­ spruches 1, zu dem die Merkmale des Patentanspruches 2 auch im Umfang der durch den Patentanspruch 3 gekennzeichneten Verwendung der erfindungsgemäßen Hochdruckkolbenpumpe eine zweckmäßge Ausbildung ergeben.

Wenn mittels der erfindungsgemäßen Hochdruckkolbenpumpe ein Förderfluid wie beispielsweise Wasser oder auch Aufschlämmun­ gen mit einem Förderdruck von etwa 3000 bis 4000 bar und mehr gefördert werden sollen, dann wird dafür das Arbeits­ fluid, bei dem es sich in aller Regel um ein Hydrauliköl handelt, unter einem Minimaldruck von etwa 30 bar in die Druckkammer der Pumpe zugeleitet. Wenn nun bei diesem Mini­ maldruck des Arbeitsdruckes die Zuleitung des Förderfluids in die Pumpenkammer abweichend von der in aller Regel geüb­ ten Zuleitung unter einem höheren Einlaßdruck von beispiels­ weise 50 bar mit einem gegenüber diesem Minimaldruck glei­ chen oder sogar kleineren Einlaßdruck stattfinden sollte, dann wird dabei durch die bei der erfindungsgemäßen Hoch­ druckkolbenpumpe vorgesehene Totgangverbindung zwischen dem Hauptkolben und dem Hilfskolben im Rückwärtshub des Hauptkol­ bens der Hilfskolben in seine Anschlagstellung mitgeschleppt, so daß dann bei merstmaligen Füllvorgang der Pumpenkammer das Förderfluid ohne jede Behinderung in die Pumpenkammer zuge­ leitet werden kann. Die für die beiden Kolben vorgesehene Totgangverbindung ergibt andererseits den Vorteil, daß beim Auftreten einer Leckageableitung an der Spaltdichtung des Hauptkolbens die Verlustmenge des Arbeitsfluids bei jedem Rückwärtshub des Hauptkolbens automatisch ausgeglichen wer­ den kann, wobei dieser Ausgleich während des Zeitintervalls stattfindet, in welchem der Hilfskolben bei diesem Mit­ schleppvorgang in seine Anschlagstellung gebracht wird. Weil bei derartigen Hochdruckkolbenpumpen die maßgebliche Druckkammer an sich durch die Spaltdichtung des Hauptkolbens gegen eine Leckageableitung ohne weiteres sehr wirksam ab­ gedichtet werden kann, reicht es insoweit aus, den Totgang der Verbindung zwischen den beiden Kolben mit einem Bruch­ teil des für den Hauptkolben vorgesehenen Hubes zu bemessen, um damit dann bei jeder auftretenden Leckageableitung des Arbeitsfluids eine sofortige Anpassung für eine kontinuier­ liche Druckerhöhung des Förderfluids zu erhalten. Die er­ findungsgemäße Hochdruckkolbenpumpe eignet sich daher auch im besonderen Maße zur Verwendung bei Unterwasser-Säube­ rungsarbeiten, die beispielsweise an küstenfernen Bohrin­ seln periodisch vorgenommen werden müssen, wobei dann mit einem Strahldruck des Seewassers von häufig mehr als 4000 bar mit der Vorgabe gearbeitet wird, daß sich dessen Ein­ laßdruck auch unter den Minimaldruck des Arbeitsfluids er­ niedrigen kann, der dabei dann auf beispielsweise 300 bar eingestellt wird.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Hochdruckkol­ benpumpe ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Schema­ darstellung der Hochdruckkolbenpumpe,

Fig. 2 eine Schemadarstellung einer Tandem­ anordnung zweier Pumpen, für die eine von der Pumpe gemäß Fig. 1 abweichende Antriebsart vorgesehen ist, und

Fig. 3 eine Schemadarstellung einer Bohrin­ sel zur näheren Erläuterung der be­ vorzugten Verwendungsmöglichkeit der Hochdruckkolbenpumpe für Unterwasser- Säuberungsarbeiten.

Gemäß der Darstellung in Fig. 1 ist die Hochdruckkolbenpumpe 10 mit einem Hauptkolben 11 und einem Hilfskolben 12 gebildet, die beide in einem gemeinsamen Arbeitszylinder 13 angeordnet sind. Der Hauptkolben 11 ist an dem offenen Ende 10 A der Zy­ linderbohrung mit einer Spaltdichtung 14 versehen, die gemein­ sam mit einer Ringdichtung 15 des Hilfskolbens 12 eine zwi­ schen den beiden Kolben ausgebildete Druckkammer 16 abdichtet. Durch die Ringdichtung 15 des Hilfskolbens 12 wird andererseits auch eine an der Stirnseite des Hilfskolbens im Zusammenwir­ ken mit dem geschlossenen Ende 10 B der Zylinderbohrung aus­ gebildete Pumpenkammer 17 gegen die Druckkammer 16 abgedich­ tet.

An die Pumpenkammer 17 ist eine Leitung 18 für die Zuleitung eines Fluids angeschlossen, das mittels der Pumpe unter einem gegenüber seinem Einlaßdruck vielfach höheren Förderdruck ge­ fördert werden soll. Das Förderfluid wird dafür in diese Pum­ penkammer 17 über eine Zuleitung 19 A beispielsweise unter einem Einlaßdruck von etwa 30 bar zugeleitet, wenn seine För­ derung über eine Ableitung 19 B unter einem Förderdruck bis etwa 3000 bar erfolgen soll. Die Zu- und Ableitung des För­ derfluids wird dabei unter Vermittlung zweier Rückschlagven­ tile 20 A und 20 B vorgenommen. Um das Förderfluid, bei dem es sich um Wasser oder auch um Aufschlämmungen handeln kann, auf den vorerwähnten Förderdruck zu bringen, wird andererseits in die Druckkammer 16 ein Arbeitsfluid mit einer gegenüber dem Förderfluid höheren Viskosität zugeleitet, wobei die Zuleitung über eine in dem Hauptkolben 11 ausgebildete Bohrung 21 und ein Einlaß-Rückschlagventil 22 vorgenommen wird. Die Zuleitung des Arbeitsfluids, bei dem es sich in der Regel um ein mittels eines Anschlußschlauches 23 herangeführtes Hydrauliköl handelt, wird dann unter einem Minimaldruck von beispielsweise ebenfalls etwa 30 bar vorgenommen. Im Antrieb der Pumpe, der beispiels­ weise mit einem Kurbelantrieb mit einer auf einer Welle 24 an­ geordneten Antriebskurbel und einem mit dem Hauptkolben 11 verbundenen Antriebspleuel 25 ausgebildet sein kann, ergibt daher das in der Druckkammer 16 befindliche Arbeitsfluid ein Druckglied, das an der durch den Hilfskolben 12 vermittelten Druckerhöhung des in der Pumpenkammer 17 befindlichen Förder­ fluids mitwirkt, wobei zu beiden Seiten der Ringdichtung 15 ständig eine synchrone Drucksteigerung bis zum Erreichen des maßgeblichen Förderdruckes auftritt, unter welchem dann das Förderfluid über das Auslaßventil 20 B abgeführt wird.

Der Hauptkolben 11 ist nun mit dem Hilfskolben 12 noch über eine Totgangverbindung 26 verbunden. Diese Totgangverbindung ist mit einem Achszapfen 27 des Hauptkolbens 11 sowie einer an dem Hilfskolben 12 als Aufnahme für ein vergrößertes Kopf­ teil 28 dieses Achszapfens vorgesehenen Aussparung 29 gebil­ det, die dabei gleichzeitig eine mit dem Kopfteil 28 zusam­ menwirkende Anschlagschulter 30 aufweist. Während im Arbeits­ hub des Hauptkolbens 11 damit über das Kopfteil 28 des Achs­ zapfens 27 auch eine direkte mechanische Druckeinwirkung auf den Hilfskolben 12 ausgeübt werden kann, wird mit diesem Zu­ sammenwirken des Kopfteils 28 mit der Anschlagschulter 30 an­ dererseits ein im Rückwärtshub des Hauptkolbens wirksamer An­ schlag für den Hilfskolben 12 vorgesehen, womit dessen Mit­ schleppen auch dann sicher gestellt wird, wenn der Druck des Förderfluids in der Pumpenkammer 17 kleiner als der Minimal­ druck des Arbeitsfluids in der Druckkammer 16 ausfallen sollte. Mit der Totgangverbindung 26 wird andererseits sicher gestellt, daß beim Auftreten einer Leckageableitung an der Spaltdich­ tung 14 des Hauptkolbens 11 dann während dessen Rückwärtshub die Menge des Arbeitsfluids in der Druckkammer 16 unabhän­ gig von der momentanen Druckhöhe des Förderfluids in der Pum­ penkammer 17 sofort wieder ergänzt werden kann, indem dann neues Arbeitsfluid über das Einlaßventil 22 in die Druckkam­ mer 16 zugleitet wird.

In Fig. 2 ist eine Tandemanordnung mit zwei Hochdruckkolben­ pumpen 31 A und 31 B gezeigt, die eine prinzipiell gleiche Aus­ bildung wie die anhand der Fig. 1 beschriebene Hochdruckkolben­ pumpe haben und daher auch mit ihren entsprechenden Anschluß­ leitungen 18 an die jeweilige Pumpenkammer für einen Anschluß an eine gemeinsame Förderleitung 19 G für das Förderfluid ge­ zeigt sind. Die beiden Pumpen weisen einen mit einer Phasen­ verschiebung von 180° arbeitenden Hydraulikantrieb auf, der mit zwei doppeltwirkenden Druckzylindern 34 A und 34 B gebil­ det ist, von denen die Kolbenstangen 32 A, 32 B des jeweiligen Kolbens 33 A, 33 B mit dem jeweiligen Hauptkolben der beiden Pumpen 31 A, 31 B starr verbunden sind. Die beiden Druckzylin­ der 34 A, 34 B sind an ein gemeinsames Ventil 37 angeschlossen, das die Zuleitung des Arbeitsfluids aus einer Einlaßleitung 35 abwechselnd an die beiden Druckkammern jedes Druckzylin­ ders sowie synchron die ebenfalls abwechselnde Rückleitung des Arbeitsfluids hin zu einer Auslaßleitung 36 steuert, wo­ für das Ventil 37 mit den beiden Druckkammern jedes Druck­ zylinders über zwei entsprechende Anschlußleitungen 38 A, 39 A und 38 B, 39 B verbunden ist. Mit einem solchen phasenverschobe­ nen Antrieb zweier Pumpen kann damit eine Unterbrechung bei der Förderung der Förderfluids verhindert werden, die anderseits bei Verwendung nur einer Pumpe während jedes Rückwärtshubes des Hauptkolbens auftritt.

In Fig. 3 ist schließlich noch für eine bevorzugte Verwendung der Hochdruckkolbenpumpe eine Bohrinsel 40 schematisch ge­ zeigt, die für eine küstenferne Errichtung ein auf Stützen 43 ruhendes Obergefüge 41 mit einer Arbeitsplattform 42 auf­ weist. Auf der Arbeitsplattform 42 ist ein Dieselmotor 44 zum Antrieb einer Hydraulikpumpe 45 angeordnet, die über Zu- und Rücklaufleitungen 35 und 36 mit zwei doppeltwirken­ den Druckzylindern 34 entsprechend der Tandemanordnung ge­ mäß Fig. 2 zur entsprechenden Versorgung zweier Hochdruck­ kolbenpumpen 31 verbunden ist. Mit der gemeinsamen Förder­ leitung 19 C dieser beiden Pumpen können damit Unterwasser- Säuberungsarbeiten an den Ständern 43 vorgenommen werden, bei denen mit dem Seewasser 47 an einer Auslaßdüse der För­ derleitung 19 C ein Strahldruck von beispielsweise bis zu 4000 bar und mehr erzeugt wird, wobei es dann wenig kritisch ist, unter welchem Einlaßdruck das Seewasser abwechselnd in die Pumpenkammer der beiden Hochdruckkolbenpumpen 31 zuge­ leitet wird, wenn das Arbeitsfluid dafür über die an den Ständern 43 mittels Halterungen 46 gehaltenen Leitungen 35 und 36 mit einem Minimaldruck von dabei dann etwa 300 bar zugleitet wird.

Claims (3)

1. Hochdruckkolbenpumpe, mit einem Hauptkolben und einem Hilfs­ kolben, die in einem gemeinsamen Arbeitszylinder angeordnet sind, der eine zwischen den beiden Kolben ausgebildete, durch eine Spaltdichtung des Hauptkolbens gegen eine Leckageablei­ tung abgedichtete Druckkammer für ein über ein Einlaß-Rück­ schlagventil unter einem Minimaldruck zugeleitetes Arbeits­ fluid und eine an der Stirnseite des Hilfskolbens ausgebildete Pumpenkammer für ein gegenüber dem Arbeitsfluid weniger visko­ ses Förderfluid aufweist, das über ein Einlaß-Rückschlagventil mit einem gegenüber dem Minimaldruck des Arbeitsfluids unter­ schiedlichen Einlaßdruck in die durch eine Ringdichtung des Hilfskolbens gegen die Druckkammer abgedichtete Pumpenkammer zugleitet und über ein Auslaßventil mit einem vielfach höheren Förderdruck abgeleitet wird, wobei für den Hilfskolben ein im Rückwärtshub des Hauptkolbens wirksamer Anschlag vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (27, 28, 29, 30) an einer zwischen dem Hauptkolben (11) und dem Hilfskolben (12) vorgesehenen Totgangverbindung (26) ausgebildet ist.

2. Hochdruckkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Totgangverbin­ dung (26) mit einem ein vergrößertes Kopfteil (28) aufweisen­ den Achszapfen (27) des Hauptkolbens (11) und einer an dem Hilfskolben (12) als Aufnahme für das Kopfteil (28) vorgesehe­ nen Aussparung (29) gebildet ist, die eine mit dem Kopf­ teil (28) zusammenwirkende Anschlagschulter (30) aufweist.

3. Verwendung einer Hochdruckkolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2 für Unterwasser-Säuberungsarbeiten, bei denen mit Seewasser ein Strahldruck von bis zu 4000 bar und mehr erzeugt wird.