DE3005608A1

DE3005608A1 - Kolbenpumpe

Info

Publication number: DE3005608A1
Application number: DE19803005608
Authority: DE
Inventors: Helmut 8223 Trostberg Dresler; Ernst 8226 Altenmarkt Turnwald
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1980-02-15
Filing date: 1980-02-15
Publication date: 1981-08-20
Also published as: FR2476235A1; FR2476235B1; CH651110A5; DE3005608C2; US4388051A

Description

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LINDE AKTIENGESELLSCHAFT

(H 1172) H 80/04

Sm/fl 12.2.1980

Kolbenpumpe

Die Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe zur Förderung eines Fluids mit einem einen federbelasteten Ventilteller aufweisenden Saugventil.

Kolbenpumpen werden beispielsweise zur Förderung tiefkalter verflüssigter Gase verwendet, wenngleich ihr Einsatz nicht auf dieses Anwendungsgebiet beschränkt ist. Das Saugventil einer solchen Pumpe enthält einen Ventilteller, der das Ventil durch Federkraft schließt und erst durch den Druck des zu fördernden Fluids öffnet. Eine Kolbenpumpe dieser Art ist in LINDE-Berichte aus Technik und Wissenschaft, 36/1975, Seiten 15 bis 22, beschrieben.

Solange sich der in einem Zylinder hin und herbewegende Kolben der Pumpe vom Ventilteller des Saugventils wegbewegt, ist das Saugventil geöffnet und das zu fördernde Fluid strömt in den Zylinder. Wenn der Kolben seine Bewegungsrichtung umkehrt, erhöht sich der zylinderseitige Druck auf den Ventilteller, der daraufhin das Saugventil schließt, über ein Druckventil wird das Fluid aus dem Zylinder abgegeben, bis der Kolben den anderen Umkehrpunkt erreicht, worauf wie-

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derum der Ventilteller das Saugventil öffnet und Fluid in den Zylinder strömt usw.

Die Feder erfüllt den Zweck, daß das Saugventil umgehend schließt, sobald der Kolben nach Beendigung der Zulaufphase seine Bewegungsrichtung umkehrt. Auf diese Weise wird ein Rückströmen von bereits in den Zylinder gefördertem Fluid in die Zulaufleitung und eine damit verbundene Verringerung der Förderleistung der Kolbenpumpe verhindert. Andererseits entsteht durch die Feder am Saugventil ein unerwünschter Öffnungsdruckverlust. Damit das Saugventil von Beginn der Saugbewegung des Kolbens an ohne Verzögerung öffnet, ist es deshalb erforderlich, daß das zu fördernde Fluid einen erhöhten Druck aufweist. Der Druck wird durch Erhöhung der Zulaufhöhe des Fluids zur Kolbenpumpe erzeugt.

Die Verwirklichung großer Zulaufhöhen ist freilich mit relativ hohen Kosten verbunden, da entweder der zu entleerende Flüssigkeitsbehälter höher gesetzt werden muß oder für die Kolbenpumpe ein tiefer gelegener Maschinenraum zu erstellen ist. Aus Kostengründen sollte daher die erforderliche geodätische Zulaufhöhe (Gesamthaitedruckhöhe) so niedrig wie möglich gehalten werden, was freilich wegen der aus den obengenannten Gründen erforderlichen Feder nur bis zu einem gewissen Grad möglich ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kolbenpumpe der eingangs genannten Art zu entwickeln, die sich durch hohe Förderleistung bei gleichzeitig niedrigen Betriebskosten auszeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ventilteller und der Kolben Bestandteile enthalten, die eine gegen die Federkraft gerichtete magnetische Kraft erzeugen. 35

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Während der Ventilteller durch die Feder in den Ventilsitz gedrückt wird, enthalten erfindungsgemäß Ventilteller und Kolben Bestandteile, die die Federkraft zumindest teilweise kompensieren.
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Auf den Ventilteller wirken dreierlei Kräfte: Die aus dem Druckunterschied zwischen den beiden Seiten des Ventils resultierende Kraft, die Federkraft und die magnetische Kraft. Die Druckkraft hängt von der Zulaufhöhe des zu fördernden Fluids einerseits und von der Bewegungsrichtung des Kolben andererseits ab. Die magnetische Kraft nimmt mit wachsendem Abstand des Kolbens vom Ventilteller ab und ist in der Endstellung des Kolbens bei Beginn der Saugbewegung am größten. Zu diesem Zeitpunkt wird die Öffnungsbewegung des Ventiltellers nicht nur wie bisher durch den Druck des zu fördernden Fluids, sondern zusätzlich durch die magnetische Anziehungskraft zwischen Ventilteller und Kolben gefördert. Dies bringt den Vorteil mit sich, daß das Saugventil nahezu ohne Verzögerung bei Beginn des Ansaugvorgangs öffnet, wodurch die Förderleistung der Pumpe erhöht wird, und daß die Zulaufhöhe verringert werden kann, da die Druckkraft der Flüssigkeit mindestens zum Teil durch die magnetische Kraft ersetzt ist.

Da die Magnetkraft mit wachsender Hubauslenkung des Kolbens abnimmt, werden die übrigen Vorgänge in der Pumpe, insbesondere das rasche Schließen des Saugventils bei Beginn der Druckbewegung des Kolbens, nicht beeinflußt.

Als besonders zweckmäßig erweist es sich, wenn bei einer erfindungsgemäßen Kolbenpumpe der Kolben als Permanentmagnet ausgebildet ist.

In vorteilhafter Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes wird vorgeschlagen, daß der Ventilteller in seinem dem Kolben zugewandten Bereich eine Beschichtung aus ferromagnetischem

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Material enthält.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist die magnetische Kraft bei kleinen Abständen zwischen Ventilteller und Kolben größer als die Federkraft. Dies wird durch eine geeignete Auswahl der Magnetfeldstärke und der Federkonstanten erreicht. "Kleiner Abstand" ist im Verhältnis zur Hubauslenkung des Kolbens zu verstehen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel beschrieben.

Hierbei zeigt die Figur eine erfindungsgemäße Kolbenpumpe.

Die erfindungsgemäße Kolbenpumpe wird zur Förderung eines tiefkalten verflüssigten Gases eingesetzt. Die mit dem kalten Flüssiggas in Berührung kommenden Teile in der Außenwand 1 der Kolbenpumpe sind doppelwandig ausgeführt. Der durch die beiden Wände gebildete Raum ist mit einer Vakuum-Isolation versehen. Auf diese Weise können Verdampfungsverluste in der Kolbenpumpe niedrig gehalten werden.

Im Inneren des Pumpengehäuses ist ein Zylinder 2 angeordnet, der von einem mit der Außenwand 1 verbundenen Zylindergehäuse 3 umgeben ist. In dem Zylinder 2 ist ein Kolben 4 vorgesehen, der durch geeignete, für das Verständnis der " * Erfindung nicht wesentliche Mittel im Zylinder 2 zwischen zwei Endstellungen hin und her bewegt wird.

Der Zylinder 2 ist mit einem Saugventil 5 verschlossen. Das Saugventil 5 setzt sich zusammen aus einem mit dem Zylinder 2 verbundenen Saugventilsitz 6, einem daran befestigten Ventilkörper 7, einer koaxial zum Zylinder angeordneten, fest mit dem Ventilkörper 7 verbundenen Führungshülse 8 und einer in der Führungshülse 8 in axialer Richtung gleitend

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gelagerten Ventilspindel 9, die sich auf ihrer einen Seite bis in den Zylinder erstreckt und dort einen Ventilteller 10 aufweist, der sich innerhalb des Ventilsitzes 6 im Zylinder befindet. Der Außendurchmesser des Ventiltellers 10 ist größer als der Innendurchmesser des Saugventilsitzes 6. Auf der anderen Seite ist eine Begrenzungsscheibe 12 an der Ventilspindel 9 befestigt, die im wesentlichen denselben Durchmesser wie die Führungshülse 8 aufweist.

Die Begrenzungsscheibe 12 dient zur Begrenzung der axialen Auslenkung der Ventilspindel 9 bei öffnen des Saugventils 5. Durch eine Druckfeder 11, die sich einerseits an der Führungshülse 8 und andererseits an der Begrenzungsscheibe 12 abstützt, wird das Saugventil 5 in Schließstellung gebracht, in der der Ventilteller 10 auf dem Saugventilsitz 6 aufliegt.

Die Kolbenpumpe weist eine Zulauföffnung 13 für das zu fördernde Flüssiggas, eine mit einem Druckventil 14 versehene Abführungsöffnung 15 für das auf höheren Druck gepumpte Flüssiggas sowie eine Abgasöffnung 16 zur Abführung von verdampftem Flüssiggas auf.

Erfindungsgemäß ist der Kolben 4 als Permanentmagnet ausgebildet. Der Ventilteller 10 ist an seiner, dem Kolben 4 zugewandten Seite, mit einer Beschichtung aus ferromagnetischem Material versehen. Zwischen Kolben 4 und Ventilteller 10 besteht dadurch eine magnetische Anziehungskraft, die gegen die Kraft der Feder 11 gerichtet ist.

Die erfindungsgemäße Kolbenpumpe funktioniert folgendermaßen:

Aus einem in der Figur nicht dargestellten Behälter soll Flüssiggas gefördert werden. Der Behälter ist mit der Zulauföffnung 13 der Kolbenpumpe verbunden. 35

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Da die Förderung des Flüssiggases in der Regel in der Nähe des Siedepunktes erfolgt, würde bei einer Ansaugbewegung des Kolbens 4 zumindest ein Teil des Flüssiggases verdampfen. Aus diesem Grund ist es erforderlich, daß das zu fördernde Flüssiggas aufgrund seines Eigendrucks in den Zylinder 2 der Kolbenpumpe strömen kann. Deshalb ist der Flüssiggasbehälter oberhalb der Kolbenpumpe angeordnet.

Die magnetische Anziehungskraft zwischen Kolben 4 und Ventilteller 10 nimmt mit kleiner werdendem Abstand zu und ist so bemessen, daß sie größer ist als die Kraft der Feder 11, wenn der Kolben 4 seinen minimalen Abstand zum Ventilteller 10 erreicht hat. Sobald der Kolben 4 seine Saugbewegung beginnt, wird der Ventilteller 10 mit dem Kolben mitgezogen und gibt die Ventilöffnung frei. Die Begrenzungsscheibe 12 begrenzt die maximale Auslenkung der Ventilspindel 9. Das Flüssiggas strömt durch die öffnung des Saugventils in den Zylinder 2. Wenn der Kolben 4 seine äußerste Hubstellung (z.B. 45 mm)erreicht hat und seine Bewegungsrichtung umkehrt, sorgt die Feder 11 dafür, daß das Saugventil 5 verzögerungsfrei schließt. Bei diesem Abstand zwischen Kolben 4 und Ventilteller 10 ist die magnetische Anziehungskraft vernachlässigbar klein.

Der Kolben 4 drückt nun das im Zylinder 2 enthaltene Flüssiggas über das Druckventil 14 in die Ablauföffnung 15.

Durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindungs ist es möglich, die Zulaufhöhe soweit zu verringern, daß der Druck des Flüssiggases gerade noch ausreicht, um den ventilteller 10 gegen die Kraft der Feder 11 geöffnet zu halten. Durch die magnetische Anziehungskraft zwischen Kolben 4 und Ventilteller 10 ist dennoch ein verzögerungsfreies öffnen des Saugventils 5 unmittelbar bei Beginn der Saugbewegung des Kolbens 4 gewährleistet.

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Claims

(H 1172) H 80/04

Fa/fl 12.2.1980

Patentansprüche

Kolbenpumpe zur Förderung eines Fluids mit einem einen federbelasteter Ventilteller aufweisenden Saugventil, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilteller (10) und der Kolben (4) Bestandteile enthalten, die eine gegen die Federkraft gerichtete magnetische Kraft erzeugen. 20
2. Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (4) als Permanentmagnet ausgebildet ist.
3. Kolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilteller (10) in seinem dem Kolben

(4) zugewandten Bereich eine Beschichtung aus ferromagnetischem Material enthält.
4. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Kraft bei kleinen Abständen zwischen Ventilteller (10) und Kolben (4) größer als die Federkraft ist.

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