DE3021851C2

DE3021851C2 - Hochdruckkolbenpumpe

Info

Publication number: DE3021851C2
Application number: DE3021851A
Authority: DE
Inventors: W. Prof. Dr.-Ing. Dettinger; Hugo Dipl.-Ing. 7432 Urach Fries
Original assignee: Pumpenfabrik Urach GmbH
Current assignee: Pumpenfabrik Urach GmbH
Priority date: 1980-06-11
Filing date: 1980-06-11
Publication date: 1984-04-12
Also published as: DE3021851A1; US4527957A; JPS5726284A

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochdruckkolbenpumpe für aggressive und/oder abrasive und gegebenenfalls heiße Fördermedien, mit einem vom Saugventil zum Druckventil führenden Ventildurchgangsraum, einem hiervon getrennten Arbeitsraum des Kolbens und einem den Ventildurchgangsraum mit dem Arbeitsraum des Kolbens verbindenden Pendelraum, in den ein Sperrmediun eiübringbar ist, welches die Hubarbeit des Kolbens auf das Fördermedium überträgt und das Fördermedium von Kolben, insbesondere dessen Dichtungen, fernhält.

Bei auf dem Markt erhältlichen derartigen Pumpen wird der Pendelraum durch eine einen vertikalen Abschnitt aufweisende relativ lange Rohrleitung gebildet, die den Ventildurchgangsraum mit dem Arbeitsraum des Kolbens verbindet. Lange Rohrleitungen sind jedoch bei hohen Drücken und insbesondere bei hohen Druckwechselbelastungen aufgrund ihrer »Atembewegung°n« bei Druckänderungen unerwünscht, da ein verhältnismäßig großer Anteil der Kolbenarbeit allein zur Kompensation der Volumenänderung der Leitung bei Druck- und Saugnub der Pumpe verlorengeht. Außerdem können vor allem bei schnell laufenden Pumpen unerwünschte Schwingungen, gegebenenfalls sogar Resonanzen, auftreten.

Bei einer aus der DE-AS 11 93 368 bekannten Pumpe ist der Pendelraum separat von einem den Ventildurchgangsraum aufnehmenden Gehäuseteil in einem Gehäuscblock als U-förmige, großvolumige Kammer angeordnet, für die im Hinblick auf Druck- und Druekwechselbelastungcn prinzipiell die gleichen Schwierigkeiten wie bei langen Leitungen bestehen. Darüber hinaus besteht bei Förderung von Schlämmen od. dgl. die Gefahr, daß sich feste Schlammbestandteilc am Boden des U-förrnigen Pendelraumes absetzen. Zwar kann der Pendelraum gegebenenfalls durch eine an seinem Boden angeordnete Ablaßöffnung entleert und gereinigt werden, jedoch ist dazu ein Stillsetzen der Pumpe unumgänglich notwendig.

Die US-PS 32 ^Λ\ 496 zeigt eine Pumpe zur Förderung von Schlämmen, bei der der Pendelraum als separater Behälter zwischen dem Kolbenarbeitsraum und dem Vcniildurchgungsraum angeordnet ist und die Verbindung dieses Behälters mit dem VentiiduRhgarifsraiim und dem Kolbenarbeitsraum über L'esmider'e R"hrlc;-tungen erfolgt. Auch diese Anordnung .st !i:i iiuhe Drucke weniger geeignet, weil mit \ ct'L'leii ii'>u ci^c starken >-Alembew eirunden·· des den l-'cndeivaiin;

bildenden Behälters gerechnet werden muß.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine Pumpe der eingangs genannten Gattung mit besonders einfacher und räumlich günstiger, gleichwohl an hohe Drucksowie Druckwechselbelastungen angepaßter Konstruktion zu schaffen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der vertikal angeordnete Pendelraum und der Ventildurdigangsraum konzentrisch zueinander als Teile einer gemeinsamen Kammer angeordnet sind, indem dieselbe durch mindestens ein in die Kammer hineinragendes Rohr in den das Rohr umschließenden Fendelraum und den mit diesem am freien Ende des Rohres in offener Verbindung stehenden, durch das Rohr verlaufenden Ventildurchgangsraum unterteilt ist, und daß der Arbeitsraum des Kolbens mit vertikalem Abstand von der offenen Verbindung — d. h. oberhalb der offenen Verbindung bei im Vergleich zum Sperrmedium dichterem Fördermedium, bzw. unterhalb der offenen Verbindung bei im Vergleich zum Fördermedium dichterem Sperrmedium — an den Pendelraum anschließt.

Bei der Erfindung genügt also eine einzige druckfeste Kammer, die mittels mindestens eines Rohres in zueinander konzentrische Bereiche unterteilt ist, weiche ihrerseits den Ventildurchgangsraum bzw. den Pendelraum bilden. Aufgrund dieser Bauweise besitzen die einseitig vom Druck belasteten Wände des Pumpenblockes eine im Vergleich zum Kammervolumen geringe Fläche. Das Rohr ist keinen nennenswerten Druckbeanspruchungen ausgesetzt, da die auf seine Innenseite und seine Außenseite wirkenden Druckkräfte sich im wesentlichen kompensieren; dynamische Effekte, die sich aufgrund der endlichen Ausbreitungsgeschwindigkeit von Druckwellen ergeben, können hier vernachlässigt werden. Hinzu kommt, daß die Kammer weitestgeherd glattflächig und unzerklüftet mit einer zur Aufnahme hoher Druckkräfte geeigneten Form ausgebildet werden kann, wobei die Anordnung des Rohres zu keiner nennenswerten Veränderung der Stabilität der Kammer führen kann. Im übrigen ermöglicht die Erfindung eine kompakte Bauweise, die hohe Wechseibeanspruchungen und Temperaturbelastungen zuläßt und unempfindlich gegenüber Vibrationsschwingungen ist.

Die Erfindung laßt es vorteilhafterweise in einfacher Weise zu, die Kammer in einem einstückigen Gehäuseblock anzuordnen, so daß eine besonders druckfeste Bauweise möglich wird.

Die Anordnung des Rohres läßt sich in einfacher Weise vornehmen, indem dasselbe in eine obere Öffnung eines die Kammer umfassenden Gehäuseblokkes eingesetzt und gegen den Pendelraum abgedichtet wird.

Das Rohr kann durch ein auf den Gehäuseblock aufgesetztes bzw. in den Gehäuseblock eingesetztes Ventilgehäuse des Saug- oder Druckver.tiles bzw. ein zu einem dieser Ventile führendes Leitungsteil axial gesichert und gegebenenfalls gegen den Pendelraum abgedichtet werden.

Bei zum Ausgasen neigenden Fördermedien ist es /weckmäüig. wenn der Ventildurchgangsraum labyrinthartig über einen an seinem oberen Ende mit dem oberen Bereich des Ventildurchgangsraunies und an seinem unteren linde mit dem unteren Bereich des > Pendelraumes in offener Verbindung stehenden Vcrbindungs- oder' F.nimisehungsraum verbunden ist. Bei dieser Anordnung wird verhindert, daß sich im Fördermedium bildende Dampf- oder Gasblasen in den Pendelraum gelangen und aufgrund ihrer Kompressibilität die Kolbenarbeit wirkungslos machen können. Vielmehr sammeln sich die Gasblasen in der Nähe des Druckventiles, so daß sie beim Druckhub des Kolbens aus dem Ventildurchgangsraum durch das Druckventil in die Druckleitung verdrängt werden.

Der Verbindungs- oder Entmischungsraum läßt sich als Ringraum konzentrisch zwischen dem Ventildurchgangsraum und dem Pendelraum anordnen. Dazu können Ventildurchgangsraum und Verbindungs- oder Entmischungsraum durch zwei entgegengesetzt offene Rohre gebildet werden, von denen das sich von oben her erstreckende und nach unten zum Pendelraum offene Rohr das andere sich von unten her erstreckende und nach oben offene Rohr für den Vemildurchgangsraum mit Abstand konzentrisch übergreift und den Pendelraum nach innen begrenzt.

Trotz der labyrinthartigen Aufteilung der Kammer läßt sich diese Konstruktion einfach ausführen, indem die entgegengesetzt offenen Rohre durch eine obere und eine untere Öffnung eines die Kammer umfassenden Gehäuseblockes, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung von Dichtungen, eingesetzt werden. Durch Ventilgehäuseteile des Saug- und/oder Druckventiles und/oder durch zu diesen Ventilen führende Leitungsteile lassen sich die Rohre in einfacher Weise axial sichern.

Alle vorgenannten Ausführungsformen zeichnen sich dadurch aus, daß Saugventil und Druckventil etwa axial bzw. koaxial zum Ventildurchgangsraum an dessen unterem und dessen oberem Ende im Bereich einer unteren und einer oberen öffnung der Kammer bzw. des Gehäuseblockes angeordnet werden können, so daß die Kammer einen geradlinigen Förderweg für das Fördermedium bietet und die Gefahr von Wirbelbildungen oder Zusammenballungen fester Bestandteile des Fördermediums stark verringert ist. Darüber hinaus werden auch Ablagerungen fester Bestandteile von gegebenenfalls geförderten Schlämmen weitestgehend vermieden.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 ein Schnittbild einer ersten Ausführungsform,

F i g. 2 ein Schnittbild einer zweiten Ausführungsform mit Entmischungskammer und die

F i g. 3 und 4 Beispiele für Ventilanordnungen.

Gemäß Fig. 1 bewegt sich in einem Pumpenzylinder 1 ein Kolben 2 entsprechend dem Doppelpfeil χ im Druckhub nach rechts und im Saughub nach links und vergrößert bzw. verkleinen dementsprechend das Volumen eines Pumpenarbeitsrai:mes3.

Der Pumpenzylinder 1 ist an einem Gehäuseblock 4 angeschraubt, welcher eine zylindrische Kammer 5 umfaßt, die eine obere Öffnung 6 und eine untere Öffnung 7 besitzt, wobei die Kammer 5 und die Öffnungen 6 und 7 gleichachsig zueinander angeordnet sind. Über eine in den oberen Bereich der Kammer 5 mündende Querbohrung 8 sind Pumpenarbeitsraum und Kammer 5 miteinander verbunden.

An der unteren Öffnung 7 ist ein die Kammer 5 mit ,.■■ner Saugleitung 9 verbindendes Saugventil 10 angeordnet, an die obere öffnung 6 schließt ein Druckventil 11 an. welches zu einer Druckleitung 12 führt.

Die Ventile 11 und 12 besitzen jeweils zweiteilige Ventilgehäuse, die jeweils aus einem den Ventilsitz aufnehmenden Ventilsitzteil 13 und einem eine Ventil-

kugel 14 führenden Käfigteil 15 bestehen. Die Ventile 10 und 11 können wie dargestellt, identisch ausgebildet sein, wobei ihre Gehäuse mittels identischer, die Saugleitung 9 bzw. die Druckleitung 12 aufnehmender Andruckkörper 16 und nur schematisch dargestellter Spannbolzen 17 mit dem Gehäuseblock 4 verspannt sind.

In die obere öffnung 6 ist ein nach unten offenes Rohr 18 eingesetzt, welches in axialer Richtung nach oben durch das Ventilsitzteil 13 des Druckventiles 11 und in axialer Richtung nach unten durch einen am Rohr 18 angeordneten Bund 19 gesichert ist, welcher von einer die obere öffnung 6 erweiternden Ringstufe 20 im Gehäuseblock 4 aufgenommen wird.

Das Rohr 18 unterteilt die Kammer 5 in einen Ventildurchgangsraum 21 und einen diesen konzentrisch umschließenden Pendelraum 22.

Dieser Pendelraum ist im Betrieb der Pumpe mit einem Sperrmedium gefüllt, welches weder den Kolben 2 noch dessen Dichtungen 23 angreift. Dieses Sperrmedium kann über eine zwischen den Dichtungen 23 des Kolbens 2 mündende Zuführleitung 24, in der ein Rückschlagventil 25 angeordnet ist, an den Dichtungen 23 vorbei in den Pumpenarbeitsraum 3 und von dort in den Pendelraum 22 gebracht werden. Leckverluste des Sperrmediums werden durch entsprechende Nachfuhr, beispielsweise während des Saughubes des Kolbens 2, ausgeglichen.

Bei hochbelasteten Pumpen kann der Pumpenzylinder 1 eine Zwangskühlung mit einer schraubenförmigen, zwischen einem Kühlmitteleinlaß 26 und einem Kühlmittelauslaß 27 angeordneten Kühlleitung 28 aufweisen.

Die Pumpe arbeitet in der folgenden Weise:

Das im Pumpenarbeitsraum 3 und im Pendelraum 22 befindliche Sperrmedium überträgt die Arbeit des Kolbens 2 auf das im Ventildurchgangsraum 21 befindliche Fördermedium. Während des Saughubes der Pumpe fließt das Fördermedium durch das Saugventil 10 in den Pendelraum 22, wobei die Grenzschicht zwischen dem Sperrmedium und dem Fördermedium am Ende des Saughubes etwa bei einem oberen Niveau 29 und am Ende des Druckhubes etwa bei einem unteren Niveau 30 dicht oberhalb der unteren Öffnung des Rohres 18 innerhalb des Pendelraumes 22 liegt. Die Grenzschicht zwischen den beiden Medien oszilliert also entsprechend der Bewegung des Kolbens 2 zwischen den Niveaus 29 und 30, wie durch den Doppelpfeil y angezeigt ist. Im Rohr 18 befindet sich dauernd Fördermedium (z. B. Kohlebrei).

Im Druckhub des Kolbens 2 wird das aus dem Pendelraum 22 verdrängte Volumen des Fördermediums durch das Druckventil 11 in die Druckleitung 12 gefördert.

Das Fördermedium durchsetzt also den Ventildurchgangsraum 21 in Richtung der Pfeile z.

Die in Fig. 2 stark schematisiert dargestellte abgewandelte Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform nach F i g. 1 im wesentlichen dadurch, daß in die untere öffnung 7 der Kammer 5 ein nach oben offenes Rohr 31 eingesetzt ist, welches in das in die obere Öffnung 6 der Kammer 5 eingesetzte Rohr 18 hineinragt, so daß zwischen diesen beiden Rohren ein ringförmiger Entmischungsraum 32 gebildet wird
Aufgrund dieser Anordnung läßt sich erreichen, daß der gesamte Pendelraum 22 dauernd, sowohl während des Druck- als auch während des Saughubes, vom Sperrmedium ausgefüllt ist und die Grenzschicht zwischen dem Sperrmedium und dem Fördermedium entsprechend dem Doppelpfeil y innerhalb des Entnischungsraumes 32 oszilliert. Sollten sich im Fördermedium Dampf- oder Gasblasen bilden, so sammeln sich diese aufgrund ihrer geringen Dichte unterhalb des Druckventiles 11 und werden beim nachfolgenden

ίο Druckhub in die Druckleitung 12 gefördert. Die Gefahr einer Gas- oder Dampfansammlung im Pendelraum 22 wird somit vermieden.

Bei den Ausführungsformen nach den Fig. 1 und 2 besitzen die unmittelbar über bzw. unter der Kammer 5 angeordneten Ventile 10 und 11 Ventilkugeln 14, welche allein aufgrund ihres Gewichtes bestrebt sind, sich auf ihre jeweiligen Ventilsitze aufzulegen. Aufgrund dieser Anordnung der Ventile 10 und 11 wird das Fördermedium entsprechend den Pfeilen ζ von unten nach oben durch den Ventildurchgangsraum 21 geführt.

Gemäß F i g. 3 können die Ventile 10 und 11 auch mit U-förmigen Verbindungsleitungen 33 mit der Kammer 5 verbunden sein, wobei das Saugventil 10 mit der oberen öffnung 6 und das Druckventil 11 mit der unteren

öffnung 7 der Kammer 5 verbunden sind. Bei dieser Bauart durchströmt das Fördermedium den Ventildurchgangsraum 21 von oben nach unten entsprechend dem Pfeil W, gleichzeitig lassen sich wiederum allein durch das Gewicht der Ventilkörper in Schließrichtung beaufschlagte Ventile verwenden, welche bei zu Ablagerungen neigenden Fördermedien vorteilhaft sind, da keine im Fördermedium befindliche Ventilfedern angeordnet werden müssen.

Eine Strömungsrichtung entspricht dem Pfeil W von oben nach unten und ist dann vorteilhaft, wenn Schlämme mit zum Absinken neigenden Feststoffen verpumpt werden sollen, da die natürliche Senkbewegung die Feststoffe zwangsläufig in Förderrichtung zum Druckventil führt.

Wenn die Anordnung von Ventilfedern 34 möglich ist, kann eine von oben nach unten durch den Ventildurchgangsraum führende Förderrichtung auch bei unmittelbar auf bzw. unter dem Gehäuseblock 4 angeordneten Ventilen 10 und 11 erreicht werden, wie F i g. 4 zeigt.

Eine den Fig.3 und 4 entsprechende Ventilanordnung kann auch bei einer Ausführungsform nach Fi g. 2 vorgesehen sein.

Bei den dargestellten Pumpen wurde davon ausgegangen, daß die vom Pendelraum 22 bzw. von der Kammer 5 seitswärts zum Pumpenarbeitsraum 3 führende Querbohrung 8 oberhalb der unteren öffnung des den Pendelraum 22 innerhalb der Kammer 5 abtrennenden Rohres 18 angeordnet ist. Diese Anordnung ist immer dann richtig, wenn das Fördermedium bzw. seine aggressiven Bestandteile od. dgl. eine höhere Dichte als das Sperrmedium aufweisen. Weist jedoch das Sperrmedium eine höhere Dichte als das Fördermedium bzw. dessen Bestandteile auf, kann unter Umständen die Gefahr bestehen, daß Teile des Fördermediums das Sperrmedium durchdringen und in die Arbeitskammer 3 gelangen. Da in diesem Falle das Fördermedium infolge seiner geringeren Dichte auf dem Sperrmedium schwimmen kann, ist eine umgekehrte Anordnung der Pumpe unter Vertauschung von Unten und Oben zweckmäßig.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hochdruckkolbenpumpe für aggressive und/ oder abrasive und gegebenenfalls heiße Fördermedien, mil einem vom Saugventil zum Druckventil führenden Ventildurchgangsraum, einem hiervon getrennten Arbeitsraum des Kolbens und einem der, Ventildurchgangsraum mit dem Arbeitsraum des Kolbens verbindenden Pendelraum, in den ein Sperrmedium einbringbar ist, welches die Hubarbeit des Kolbens auf das Fördermedium überträgt und das Fördermedium vom Kolben, insbesondere dessen Dichtungen,fernhält, dadurch gekennzeichnet, daß der vertikal angeordnete Pendelraum (22) und der Ventildurchgangsraum (21) konzentrisch zueinander als Teile einer gemeinsamen Kammer (5) angeordnet sind, indem dieselbe durch mindestens ein in die Kammer (5) hineinragendes Rohr (18) in den das Rohr (18) umschließenden Pendelraum (22) und den mit diesem am freien Ende des Rohres (18) in offener Verbindung stehenden, durch das Rohr (18) verlaufenden Ventildurchgangsraum (21) unterteilt ist, und daß der Arbeitsraum (3) des Kolbens (2) mit vertikalem Abstand von der offenen Verbindung — d. h. oberhalb der offenen Verbindung bei im Vergleich zum Sperrmedium dichterem Fördermedium, bzw. unterhalb der offenen Verbindung bei im Vergleich zum Fördermedium dichterem Sperrmedium — an den Pendelraum (22) anschließt.

2. Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (5) in einem vorzugsweise einstückigen Gehäuseblock (4) angeordnet ist.

3. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das den Pendelraum (22/ abtrennende Rohr (18) in eine obere Öffnung eines die Kammer (5) umfassenden Gehäuseblockes (4) eingesetzt und gegen den Pendelraum (22) abgedichtet ist.

4. Kolbenpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (18) durch ein auf den Gehäuseblock (4) aufgesetztes bzw. in den Gehäuscblock eingesetztes Venlilgehäuseteil (13) des Saugoder Druckventils (10, 11) bzw. ein zu einem dieser Ventile (10, 11) führendes Leitungsteil (33) axial gesichert und gegebenenfalls gegen den Pendelraum (22) abgedichtet ist.

5. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis

4. dadurch gekennzeichnet, daß der Vcntildurchgangsraum (21) labyrinthartig über einen an seinem oberen Ende mit dem oberen Bereich des Ventildurchgangsraumes (21) und an seinem unteren Ende mit dem unteren Bereich des Pcndelraumes (22) in offener Verbindung stehenden Verbindungs- oder Entmischungsraum (32) verbunden ist (F i g. 2).

6. Kolbenpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungs- oder Entmischungsraum (32) als Ringrauni konzentrisch zwischen dem Ventildurchgangsraum (21) und dem bo Pendelraum (22) angeordnet ist.

7. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 5 oder 6. dadurch gekenn/eichnet, daß Ventildurchgangsraum (21) und Verbindungs- oder Entniischungsraum (32) durch zwei entgegengesetzt h^r> offene Rohre (18, 31) gebildet werden, von denen das sich von oben her erstreckende nach unten zum Pendelraum (22) offene Rohr (18) das andere sich von unten her erstreckende nach oben offene Rohr (31) für den Ventildurchgangsraum (21) mit Abstand konzentrisch übergreift und den Pendelraum (22) nach innen begrenzt.

8. Kolbenpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die entgegengesetzt offenen Rohre (18,31) durch eine obere und untere Öffnung (6,7) des die Kammer (5) umfassenden Gehäuseblokkes (4), gegebenenfalls unter Zwischenschaltung von Dichtungen, eingesetzt sind.

9. Kolbenpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die entgegengesetzt offenen Rohre (18, 31) durch Ventilgehäuseteile des Saug- und/oder Druckventiles (10, 11) und/oder durch zu diesen Ventilen führende Leitungsteile axial gesichert sind (Fi g. 2).