DE3135726A1

DE3135726A1 - High-pressure piston pump

Info

Publication number: DE3135726A1
Application number: DE19813135726
Authority: DE
Inventors: Ernst 6230 Frankfurt Scraback
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-09-09
Filing date: 1981-09-09
Publication date: 1982-04-22

Abstract

The invention relates to a high-pressure piston pump which has a pump piston which penetrates the pump cylinder outwards on the drive side, and wear-resistant running faces of piston and cylinder. The pump is sealed, in a simple manner and without further sealing measures, against leakage losses at the point where the pump piston emerges, by virtue of the pump piston (5) having a piston clearance in the cylinder bore of in the range from approximately 0.005 to 0.01 mm and, with a guide length (17) in the bore at the internal end position of the piston of at least approximately 300 mm, having a travel of approximately from 500 to 1000 mm, and by virtue of the pump piston (5) itself consisting of a hard metal. <IMAGE>

Description

Hochdruck-Kolbenpumpe High pressure piston pump

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochdruck-Kolbenpumpe gemäß der Gattung des Patentanspruchs 1. The invention relates to a high pressure piston pump according to FIG Genre of claim 1.

Bei solchen unter Hochdruck und Höchstdruck arbeitenden Kolbenpumpen hat man bisher der Abdichtung des Pumpenzylinders an der Herausführungsstelle des Pumpenkolbens eine besondere Aufmerksamkeit zuwenden müssen, damit dort möglichst keine Leckverluste an zu pumpender Flüssigkeit auftreten können. Zu dieser Abdichtung sind Stopfbuchsabdichtungen bekannt, die an der Herausführungsstelle des Pumpenkolbens in einem gegenüber dem Kolbendurchmesser vergrößerten Ringraum des Pumpenzylinders ein geeignetes Packungsmaterial aufweisen, welches durch eine an der dortigen Stirnseite des Pumpenzylinders befindliche sogen. With such piston pumps working under high pressure and maximum pressure one has so far the sealing of the pump cylinder at the lead-out point of the Special attention must be paid to the pump piston so that there as possible no leakage of the liquid to be pumped can occur. To this seal Stuffing box seals are known, which are at the lead-out point of the pump piston in an annular space of the pump cylinder that is larger than the piston diameter have a suitable packing material, which by one on the front side there of the pump cylinder located so-called.

Stopfbuchsbrille in diesen Ringraum unter gleichzeitiger radialer Anpressung an den Pumpenkolben hineingedrückt wird. Indessen bedürfen solche Stopfbuchsabdichtungen oder ähnliche andere Dichtanordnungen einer ständigen Wartung und wiederholten Nachspannung, bis von Zeit zu Zeit ein vollständiges Erneuern der Stopfbuchspackung, verbunden mit einer vorübergehenden Stillsetzung der Pumpe, erforderlich wird.Stuffing box gland in this annulus with simultaneous radial Is pressed against the pump piston. However, such stuffing box seals are required or similar other sealing arrangements of constant maintenance and repeated tensioning, up to a complete renewal of the stuffing box packing from time to time with a temporary shutdown of the pump.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die betroffenen Hochdruckpumpen so zu vervollkommnen, daß an der Herausführungsstelle des Pumpenkolbens möglichst keine Leckverluste mehr zu befürchten sind und trotzdem dort keine Stopfbuchsführungen oder anderen besonderen Abdichtaufwendungen mehr erforderlich sind Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 wiedergegebenen Merkmale gelöst. The invention is based on the object of the high-pressure pumps concerned to be perfected in such a way that at the lead-out point of the pump piston If possible, no more leakage losses are to be feared and nevertheless there are no gland guides or other special sealing expenses are required The object is according to the invention by the characterizing part of the claim 1 reproduced features solved.

Es hat sich überraschend gezeigt; daß bei einer so ausgabildeten Hochdruck-Kolbenpumpe die während des Druckhubes zur Verfügung stehende Zeit nicht dazu ausreicht, daß sich der zu Beginn des Förderhubes an der Stirnseite des Pumpenkolbens aufbauende Förderdruck während eines anschließendenm, mit einer üblichen Hubgeschwindigkeit folgenden Förderhubes bis zur antriebsseitigen Herausführung des Pumpenkolbens aus dem Pumpenzylinder fortpflanzen kann. Das vorgesehene kleine Arbeitsspiel des Pumpenkolbens im Pumpenzylinder und die sich während des Föderhubes schnell vergrößernde Länge des zum Pumpenkolben konzentrischen Spaltraumes bewirken, daß in den den Pumpenkolben konzentrisch umgebenden Spaltraum gelangte Flüssigkeit nicht bis zur herausführungsstelle des Pumpenkolbens aus dem Pumpenzylinder gelangen kann. Da der beim anschließenden Saughub wirksame Unterdruck zugleich im Sinne einer Zurücksaugung der im Ringspalt befindlichen Flüssigkeit wirkt, bleibt der Ringspalt im Bereich der Herausführungsstelle des Pumpenkolbens aus dem Pumpenzylinder auch bei einem Dauerbetrieb der Hochdruckpumpe praktisch trocken. Trotzdem gewährleisten die gegen Verschleiß widerstandsfähigen Lauf flächen von Kolben und Zylinder daß beim Betrieb der Pumpe kein sogen. Fressen des Pumpenkolbens befürchtet zu werden braucht. It turned out surprisingly; that with one so trained The high-pressure piston pump does not have the time available during the pressure stroke this is sufficient that the at the beginning of the delivery stroke on the face of the pump piston building-up delivery pressure during a subsequent m, with a normal lifting speed following delivery stroke until the pump piston is led out on the drive side can propagate the pump cylinder. The intended small working cycle of the pump piston in the pump cylinder and the length which increases rapidly during the conveyor stroke of the gap space concentric to the pump piston cause the pump piston The liquid did not reach the concentrically surrounding gap space of the pump piston can get out of the pump cylinder. Since the subsequent Suction stroke effective negative pressure at the same time in the sense of sucking back the in the annular gap If the liquid is active, the annular gap remains in the area of the lead-out point of the pump piston from the pump cylinder even with continuous operation of the high pressure pump practically dry. Nevertheless, they guarantee that they are resistant to wear and tear Running surfaces of the piston and cylinder that no so-called when the pump is in operation. Wolf down of the pump piston needs to be feared.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Advantageous refinements of the invention are set out in the subclaims marked.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht: es zeigen: Fig. 1 die Hochdruck-Kolbenpumpe in einer schematisch gehaltenen Draufsicht; Fig. 2 den rechten Pumpenzylinder der Pumpe gemäß Fig. 1 mit darin aufgeführtem Pumpenkolben in einem gegenüber Fig. 1 stark vergrößerten Teillängsschnitt. The invention is illustrated, for example, in the drawing: show it: Fig. 1 shows the high pressure piston pump in a schematic held plan view; FIG. 2 shows the right pump cylinder of the pump according to FIG. 1 with the pump piston listed therein in a greatly enlarged compared to FIG. 1 Partial longitudinal section.

Die in Fig. 1 dargestellte Hochdruck-Kolbenpumpe ist als Doppelkolbenpumpe mit einem hydraulischen Antrieb ausgebildet, wie es beispielsweise durch die DE-GM 7 213 588 bekannt ist. Auf einem Gestell 1 ist eine hydraulisch antreibbare doppeltwirkende Hochdruck-Kolbenpumpe 2 angeordnet, die in einem mittleren Hydraulikzylinder 3 einen hin- und herverschiebbaren Antriebskolben 4 aufweist, von dem gegenüberliegend je ein Pumpenkolben 5a bzw. 5b ausgeht, der den Hydraulikzylinder 3 nach außen in jeweils einen Pumpenzylinder 6a bzw. 6b hinein durchsetzt. Jeder Pumpenzylinder 6a bzw. 6b steht an seinem freien Ende über eine T-Verzweigung 7a bzw. 7b mit je einem Saugventil 8a bzw. The high pressure piston pump shown in Fig. 1 is a double piston pump designed with a hydraulic drive, as for example by the DE-GM 7 213 588 is known. On a frame 1 is a hydraulically driven double-acting High pressure piston pump 2 arranged in a central hydraulic cylinder 3 a has reciprocating drive piston 4, each of which is opposite a pump piston 5a or 5b goes out, which the hydraulic cylinder 3 to the outside in each case a pump cylinder 6a or 6b penetrated into it. Each pump cylinder 6a resp. 6b stands at its free end via a T-branch 7a or 7b, each with a suction valve 8a or

8b und einem Druckventil 9a bzw. 9b in Verbindung. Überdies sind beide Saugventile 8a und 8b über eine weitere T-Verzweigung 10 an einen Sauganschluß 11 und beide Druckventile 9a und 9b über eine entsprechende T-Verzweigung 12 an einen Druckanschluß 13 der Pumpe angeschlossen. Von den beiderseits des Antriebskolbens 4 befindlichen beiden Zylinderräumen des Hydraulikzylinders 3 geht je eine Rohrleitung 14 bzw. 15 aus und beide Rohrleitungen 14 und 15 sind in bekannter, nicht dargestellter Weise an ein Pumpenaggregat angeschlossen, von welchem aus ein geeignetes Medium, beispielsweise öl, dem Hydraulikzylinder 3 abwechselnd einerseits und anderseits des Antriebskolbens 4 unter Druck zugeführt wird, während das Medium zugleich anderseits des Antriebskolbens 4 aus dem dortigen Zylinderraum abgeführt wird. Durch den hin- und hergehenden Antrieb des Antriebskolbens 4 werden die Pumpenkolben 5a und 5b betätigt und bei jedem Kolbenhub das zu fördernde Medium durch den Sauganschluß 11 einerseits bzw. anderseits angesaugt und durch den Druckanschluß 13 anderseits bzw. einerseits unter hohem Druck ausgestoßen.8b and a pressure valve 9a or 9b in connection. Moreover, both are Suction valves 8a and 8b via a further T-branch 10 to a suction connection 11 and both pressure valves 9a and 9b via a corresponding T-branch 12 to one Pressure connection 13 of the pump connected. From either side of the drive piston 4 located two cylinder chambers of the hydraulic cylinder 3 is each a pipe 14 and 15 and both pipes 14 and 15 are known, not shown Connected to a pump unit, from which a suitable medium, for example oil, the hydraulic cylinder 3 alternately on the one hand and on the other hand of the drive piston 4 is supplied under pressure, while the medium at the same time on the other hand of the drive piston 4 is discharged from the cylinder space there. Through the and the forward drive of the drive piston 4 are the pump pistons 5a and 5b actuated and with each piston stroke the medium to be pumped through the suction connection 11 on the one hand or on the other hand sucked and through the pressure connection 13 on the other hand or on the one hand ejected under high pressure.

Das zum wechselweisen Antrieb des Antriebskolbens 4 erforderli- che Drucköl-Antriebsaggregat kann beispielsweise in nicht besonn ders dargestellter Weise innerhalb des Gestells 1 angeordnet sein.The required for alternately driving the drive piston 4 che Pressurized oil drive unit can, for example, not shown in special Be arranged within the frame 1 in a manner.

Gemäß Fig. 2 ist der rechte Pumpenkolben 5b im zugeordneten Pumpenzylinder 6b mittels einer Zylinderbuchse 16b geführt. Da der linke Pumpenzylinder 6a nebst Pumpenkolben 5a in allen konstruktiven Einzelheiten dem rechten Pumpenzylinder 6b nebst Pumpenkolben 5b entspricht, genügt es, wenn nachstehend anhand der Fig. 2 lediglich der rechte Pumpenzylinder 6b nebst Pumpenkolben-Sb weiter beschrieben wird. According to FIG. 2, the right pump piston 5b is in the associated pump cylinder 6b guided by means of a cylinder liner 16b. Since the left pump cylinder 6a together with Pump piston 5a corresponds to the right pump cylinder 6b in all structural details in addition to the pump piston 5b, it is sufficient if below with reference to FIG only the right pump cylinder 6b together with the pump piston Sb is further described will.

Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel bestehen sowohl der Pumpenkolben 5b als auch die Zylinderbuchse 16b aus einem Hartmetall und der Pumpenkolben 5b weist in der Zylinderbuchse 16b ein Kolbenspiel von 0,01 mm auf. Dabei beträgt die FUhrungslänge 17 des in seiner inneren Endlage befindlichen Pumpenkolbens 5b etwa 450 mm, während der Hub 18 700 mm beträgt. Bei einem Kolbendurchmesser 19 von 42 mm ergibt sich damit bei Zugrundelegung einer mittleren Hubgeschwindigkeit des Pumpenkolbens 5b von 0,5 m/sec eine Förderleistung von 20 1/min Die Wandstärke 20 des Pumpenzylinders 6b beträgt etwa das Dreifache der Wandstärke 21 der Zylinderbuchse 16b. In einem die Förderendstellung des Pumpenkolbens 5b überragenden Teil weist der Pumpenzylinder 6b eine weitere, an die Zylinderbuchse 16b anschließende Buchse 22b auf, deren Länge 23 etwa ein Viertel der Hublänge des Pumpenkolbens 6b beträgt. Außerdem weist die Buchse 22b neben einem gegenüber ihrer Länge nur kurzen obere gangsteil 24 mit einer zunächst der Zylinderbuchse 16b gleichenden lichten Weite über ihre ganze weitere Länge eine lichte Weite 25 auf, die nur etwa ein Drittel des Kolbendurchmessers 19 beträgt. Der von der Buchse 22b eingeschlossene Raum bildet damit eine an-den Hubraum der Kolbenpumpe anschließende Pumpenkammer, an die außen über einen (nicht dargestellten) Anschluß= stutzen gemäß Fig. 1 die T-Verzweigung 7b anschließt. Während die außen mit dem Pumpenzylinder 6b bündig abschließende Buchse 22b gemäß Fig. 2 in den Pumpenzylinder 6b eingeschweißt ist, durchsetzt die Zylinderbuchse 16b den Pumpenzylinder 6b anderseits der Buchse 22b etwas nach außen und ist von dort her mittels einer vor ihr äußeres Ende greifenden und auf den Pumpenzylinder 6b aufgeschraubten Überwurfmutter 26 in den Pumpenzylinder 6b hinein gegen die Buchse 22b vorgespannt und dadurch zugleich im Pumpenzylinder 6b festgehalten. According to the illustrated embodiment, there are both the pump piston 5b as well as the cylinder liner 16b made of a hard metal and the pump piston 5b has a piston clearance of 0.01 mm in the cylinder liner 16b. The Guide length 17 of the pump piston 5b located in its inner end position approximately 450 mm, while the stroke 18 is 700 mm. With a piston diameter 19 of 42 mm is thus obtained on the basis of an average stroke speed of the pump piston 5b of 0.5 m / sec a delivery rate of 20 1 / min The wall thickness 20 of the pump cylinder 6b is approximately three times the wall thickness 21 of the cylinder liner 16b. In one the end of delivery position of the pump piston 5b protruding part has the pump cylinder 6b has a further socket 22b adjoining the cylinder liner 16b, the length of which 23 is about a quarter of the stroke length of the pump piston 6b. In addition, the Socket 22b in addition to an upper passage part 24 with a short only compared to its length initially the cylinder liner 16b equal clearance over all of its other Length a clear width 25, which is only about a third of the piston diameter 19 is. The space enclosed by the socket 22b thus forms one another Displacement of the piston pump adjoining the pump chamber, to which a (not shown) connection = connector according to FIG. 1 connects the T-junction 7b. While the on the outside flush with the pump cylinder 6b socket 22b according to FIG. 2 in the pump cylinder 6b is welded in, the cylinder liner 16b penetrates the pump cylinder 6b on the other hand of the socket 22b slightly to the outside and is from there by means of a Union nut gripping in front of its outer end and screwed onto the pump cylinder 6b 26 biased into the pump cylinder 6b against the bushing 22b and thereby at the same time held in the pump cylinder 6b.

Das Kolbenspiel könnte auch bis zu dem engeren Spiel von etwa 0,005 mm verkleinert werden. Ebenso könnte der Förderhub des Pumpenkolbens 5b etwa 500 bis 1000 mm betragen. The piston play could also be down to the tighter play of about 0.005 mm. The delivery stroke of the pump piston 5b could also be approximately 500 up to 1000 mm.

Abweichend von dem dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiel könnte außerdem das Verhältnis Durchmesser:Hub jedes Pumpenkolbens 5a bzw. 5b auch im Bereich von 1:15 bis 1:30 liegen. Ebenso könnte die Hubgeschwindigkeit jedes Pumpenkolbens 5a bzw. 5b statt genau 0,5 m/sec zu betragen lediglich im Bereich einer solchen Geschwindigkeit liegen. Weiterhin könnte statt der Zylinderbuchse 16b als Zylinderlauffläche lediglich eine im Schleudergußverfahren aufgebrachte Hartmetall-Auskleidung des Pumpenzylinders 6b vorgesehen sein. Schließlich stellt auch die dargestellte Ausbildung der Hochdruck-Kolbenpumpe als hydraulisch antreibbare Doppelkolbenpumpe lediglich eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung dar, weil der übergroße Kolbenhub gegenüber einem Kurbelantrieb vorteilhafter durch den beschriebenen hydraulischen Antrieb erzeugt wird, der seinerseits besonders vorteilhaft zu einem Doppelkolbenantrieb ausgestaltet wird. Indessen umfaßt die vorliegende Erfindung auch schon jede Hochdruck-Kolbenpumpe der beispielsweise in Fig. 2 dargestellten Ausführung ganz unabhängig davon, auf welche Weise der Pumpenkolben angetrieben wird. Entscheidend ist, daß bei den erfindungsgemäß eingehaltenen FUhrungs- und Hublängen sowie Passungen des Pumpenkolbens im Pumpenzylinder sowie bei einer Ausbildung der Zylinderlauffläche und des Pumpenkolbens aus einem Hartmetall selbst bei höchsten Förderdrücken an der antriebsseitigen Heraus führung des Pumpenkolbens aus dem Pumpenzylinder bzw. der Kolbenbuchse keinerlei Stopfbuchsabdichtung erforderlich ist und trotzdem an dieser Stelle mit keinerlei nen nenswertem Leckverlust gerechnet zu werden braucht Die guten Laufeigenschaften ohne die Gefahr eines Fressens des Pumpenkolbens im Pumpenzylinder können in Abweichung von dem beschriebenen Ausführungsbeispiel auch durch den Einsatz einer Zylinderbuchse aus Siliciumcarbid erzielt werden die auch aus mehreren axial aufeinanderfolgenden Teilen zusammen gesetzt sein kann. Es hat sich überraschend gezeigte 22ß sich das bisher nur fUr feuerfeste Auskleidungen Übliche und gegenüber Hartmetall wesentlich billigere Siliciumcarbid auch sehr vor teilhaft zu Zylinderbuchsen verarbeiten läßt Patentansprüche L e e r s e i t e Deviating from the illustrated and described embodiment could also be the diameter: stroke ratio of each pump piston 5a or 5b range from 1:15 to 1:30. Likewise, the lifting speed could be any Pump piston 5a or 5b instead of being exactly 0.5 m / sec only in the area at such a speed. Furthermore, instead of the cylinder liner 16b, only one applied by the centrifugal casting process as the cylinder running surface Hard metal lining of the pump cylinder 6b may be provided. Finally poses also the illustrated design of the high-pressure piston pump as a hydraulically drivable Double piston pump is only a preferred embodiment of the invention because the oversized piston stroke compared to a crank drive is more advantageous due to the one described hydraulic drive is generated, which in turn is particularly advantageous to a Double piston drive is designed. Meanwhile, the present invention encompasses every high-pressure piston pump of the type shown, for example, in FIG. 2 Execution completely independent of the way in which the pump piston is driven will. It is crucial that in the case of the guide and Stroke lengths and fits of the pump piston in the pump cylinder as well as in a training the cylinder running surface and the pump piston from one hard metal even at the highest delivery pressures on the drive-side out of the pump piston No stuffing box seal is required from the pump cylinder or the piston bushing is and yet at this point no significant leakage loss is expected The good running properties without the risk of seizing the In a departure from the exemplary embodiment described, pump pistons in the pump cylinder can can also be achieved by using a cylinder liner made of silicon carbide can also be composed of several axially successive parts. It has surprisingly been found that so far only for refractory linings Conventional silicon carbide, which is much cheaper than hard metal, is also very popular Partly process to cylinder liners can claims L. e e r e i t e

Claims

Claims 1. High pressure piston pump with one of the pump cylinders Pump pistons penetrating outward on the drive side and with anti-wear protection Resistant running surfaces of pistons and cylinders, which are not included n s e i c h n e t 8 that the pump piston (5) is in the cylinder bore (cylinder liner 16) a Koîbensplay in the range from about 0 to 0.01 mm and with a guide length (17) in the same with its inner end position of at least about 300 mm a stroke of about 500 to 1000 mm, and that the pump piston (5) itself consists of a Carbide is made.

2. Piston pump according to claim 1, characterized in that the Ratio diameter: stroke of your pump piston (5) in the range from 1:15 to 1:30 lies.

3. Piston pump according to claims 1 and 2, characterized in that that the diameter: stroke ratio of your pump piston (5) is about 1:17.

4. Piston pump according to one of the preceding claims, characterized in that that their piston stroke (18) is about 700 mm.

5. Piston pump according to one of the preceding claims, characterized in that that the guide length (17) of the piston located in its inner end position is approximately 450 mm.

6. Piston pump according to one of the preceding claims, characterized in that that they for an average stroke speed of their pump piston (5) in the range of 0.5 m / sec.

7. Piston pump according to one of the preceding claims, characterized in that that the pump piston (5) in a lining applied by centrifugal casting of the pump cylinder (6) is guided.

8. Piston pump according to one of claims 1 to 6, characterized in that that the pump piston (5) in a cylinder liner inserted into the pump cylinder (6) (16) and the wall thickness (20) of the pump cylinder (6) is about three times the wall thickness (21) of the cylinder liner (16).

9. Piston pump according to claim 8, characterized in that the cylinder liner (16) in front of the pump piston (5) through a bushing (22) with one inside it Width (25) reduced to about a third of the piston diameter (19) pump chamber is extended.

10. Piston pump according to claim 9, characterized in that the bushing (22) a length about a quarter of the stroke (18) of the pump piston (5) having.

11. Piston pump according to claim 9 or 10, characterized in that the socket (22) on the connection side of the pump is flush with the pump cylinder (6) and is welded to the same, and that the cylinder liner (16) the pump cylinder (6) on the other hand, the socket (22) penetrates to the outside and by means of a front of it on the outside Union nut (26) that grips the end and can be screwed onto the pump cylinder (6) is tensioned against the bushing (22).

12. Piston pump according to one of claims 8 to 11, characterized in that that the cylinder liner (16) is made of a hard metal consists.

13. Piston pump according to one of claims 1 to 7, characterized in that that the pump piston (5) in a cylinder liner inserted into the pump cylinder (6) (16) is made of silicon carbide.

14. Piston pump according to claim 13, characterized in that the Cylinder liner (16) composed of several axially consecutive cylinder pieces is.

15. Piston pump according to one of the preceding claims, characterized characterized in that it is a double piston pump with two axially on both sides of one hydraulic drivable middle drive piston (4) adjoining pump piston (5a and 5b) is trained.

16. Piston pump according to claim 15, characterized in that the Suction and pressure lines of the two pump units each to one suction and one Pressure connection (11 or 12) of the pump are combined.