DE3330268C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolbenanordnung für Pumpen oder Verdichter mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Kolbenanordnung mit einem als Schleppventil ausgebildeten Kolben ist aus der deutschen Gebrauchsmusterschrift 17 35 455 bekannt. Bei dieser bekannten Anordnung sind bei dem als Schleppventil ausgebildeten Kolben die beiden Ventilsitze außen an beiden Kolben voneinander abgewandt angeordnet und ist im Ventilkörper ein Strömungsquerschnitt freigelassen. Dieser Strömungsquerschnitt verursacht einen hohen Energieverbrauch für den Pumpenantrieb aufgrund der Reibungsverluste im Querschnitt.

Ausgehend von dieser bekannten Konstruktion liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Energieverbrauch für den Pumpenantrieb wesentlich zu verringern.

Diese Aufgabe wird bei einer Kolbenanordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß durch die in dessen kennzeichnenden Teil enthaltenen Merkmale gelöst.

Mit einer derartigen Kolbenanordnung können alle Arten von Medien gepumpt werden, wie beispielsweise Öl, welches große Gasmengen enthalten kann oder nicht. Hierbei wird eine tatsächliche Pumpkapazität erreicht, welche im wesentlichen der theoretischen maximalen Pumpkapazität entspricht.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung ist vorgesehen, daß ein zweites, beim Förderhub öffnendes Rückschlagventil in Förderrichtung nach dem Kolben im Zylinder vorgesehen ist.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Im folgenden wird eine Kolbenanordnung gemäß der Erfindung anhand einer in der Zeichnung beispielhaft veranschaulichten Ausführungsform näher erläutert. Die Zeichnung zeigt eine skizzenhafte seitliche Schnittansicht der Einzelteile eines in einem Zylinder angeordneten Kolbens, wobei die Förderrichtung von unten nach oben verläuft.

Ein Kolben 2 ist innerhalb eines Zylinders 1 verschiebbar gelagert und weist eine Kolbenstange 3 und einen einfachen Ventilkörper 4 auf.

Der Kolben 2 ist als Schleppventil 5 ausgebildet, welches durch den Ventilkörper 4 und die beiden Ventilsitze 8, 9 am Kolben 2 gebildet wird, mit welchem der Ventilkörper 4 in Eingriff gelangt. Da das Schleppventil 5 auf der Saugseite des Kolbens 2 angeordnet ist, ist das Druckverhältnis innerhalb der Pumpe optimal.

Der freie Raum zwischen der Kolbenstange 3 und dem aus einem zylindrischen Ring bestehenden Kolben 2 stellt den einzigen Faktor dar, durch welchen der Strömungsquerschnitt durch den Kolben 2 begrenzt ist. Es ist daher möglich, den Durchflußquerschnitt im Schleppventil 5 zu optimieren, indem der Raum zwischen dem Ventilkörper 4 und dem Zylinder 1 so dimensioniert wird, daß der Strömungsquerschnitt zwischen dem Ventilkörper 4 und dem Zylinder 1 gleich dem Durchflußquerschnitt zwischen der Kolbenstange 3 und der Innenquerschnittsfläche des Kolbens 2 ist.

Beispielsweise läßt sich dieser Raum zwischen dem Ventilkörper und dem Zylinder dadurch reduzieren, daß die minimale Innenquerschnittsfläche des Kolbens 2 im Bereich des Ventilsitzes 9 reduziert wird, wie dies in der Zeichnung beim Bezugszeichen 10 angedeutet ist.

Im folgenden wird der Betrieb des Kolbens 2 im Anwendungsfall als Pumpe näher erläutert. Hierbei wird die Kolbenstange 3 in senkrechter Richtung auf und ab bewegt, wie dies bei den in der Erdölindustrie verwendeten Pumpen üblich ist. Die folgende Erklärung der Betriebsweise gilt für alle Pumpen oder Verdichter, bei denen das Prinzip positiver Verdrängung angewandt wird. Falls die Kolbenstange 3 in einer von der Senkrechten abweichenden Richtung bewegt wird, müßten lediglich die Schwerkraftkomponenten berücksichtigt werden, welche in der senkrechten Richtung wirken.

Während des Betriebs der Pumpe wird, wenn die Kolbenstange 3 beginnt sich aus der äußersten oberen Stellung nach unten zu bewegen, ein ringförmiges Rückschlagventil 6, welches in Förderrichtung hinter dem Kolben 2 am Zylinder 1 befestigt ist und welches verwendet wird, wenn sich innerhalb des zu pumpenden Mediums ein hoher Gehalt an Gasen und/oder Wasserdampf in gelöster Form befindet, geschlossen, um die Wirkung des Gegendrucks und die Wirkungen der Flüssigkeitssäule oberhalb des Rückschlagventils 6 aufzunehmen. Währenddessen wird der Kolben 2 durch die Kolbenstange 3 mechanisch und durch die Wirkung des Gewichts der verringerten Flüssigkeitssäule zwischen dem Schleppventil 5 und dem Rückschlagventil 6 oder durch die gesamte Flüssigkeitssäule bei Fehlen des Rückschlagventils 6 nach unten bewegt, bis das Ansteigen des Drucks zwischen dem Schleppventil 5 und einem in dem Zylinder 1 auf der Saugseite, d. h. in Förderrichtung vor dem Kolben 2, im Zylinder 1 befestigten Rückschlagventil 7 und primär die Reibung zwischen dem Kolben 2 und dem Zylinder 1 die Bewegung des Kolbens 2 nach unten aufhalten. Wenn der Kolben 2 angehalten wird, wird der Ventilkörper 4, welcher an der Kolbenstange 3 befestigt ist, von seinem Ventilsitz 9 im Kolben 2 getrennt und senkt sich weiter ab, bis letztlich der Kolben 2 über den Ventilkörper 4 und eine Verlängerung 11 des Kolbens 2, an deren Unterende ein weiterer Ventilsitz 8 befestigt ist, in Abwärtsrichtung mitgenommen wird.

Das Öffnen des Schleppventils 5 erfolgt zwangsweise und nicht aufgrund von Druckdifferenzen. Folglich muß das zu fördernde Medium, welches im Zylinder 1 zwischen dem Schleppventil 5 und dem auf der Saugseite vorgesehenen Rückschlagventil 7 befindlich ist, nicht komprimiert werden. Bei der Abwärtsbewegung des Kolbens 2 strömt das Medium durch das Schleppventil 5 und den Innenquerschnitt des Kolbens 2.

Sobald der Kolben 2 seinen unteren Totpunkt erreicht hat und die Kolbenstange 3 beginnt sich nach oben zu bewegen, gelangt der Ventilkörper 5 in Eingriff mit seinem Ventilsitz 9 an dem Kolben 2, wobei das Schleppventil 5 geschlossen wird, sobald die Berührung zwischen dem Ventilkörper 4 und dem Ventilsitz 9 hergestellt ist. Nachdem sich das Schleppventil 5 geschlossen hat, wird die Aufwärtsbewegung auf den Kolben 2 übertragen, wobei sämtliche Vorgänge in einem Zustand erfolgen, in welchem die Relativgeschwindigkeit des Mediums auf beiden Seiten des Kolbens 2 Null ist. Während sich der Kolben 2 nach oben bewegt, wird ein Druckabfall innerhalb des Zylinders 1 zwischen dem Schleppventil 5 und dem Rückschlagventil 7 erzeugt, bis der Druck kleiner ist als der Druck in irgendeinem Behälter oder an irgendeinem Ort, wo die zu fördernden Medien befindlich sind. Zu diesem Zeitpunkt öffnet das Rückschlagventil 7, so daß das Medium aus dem Tank od. dgl. in das Innere des Zylinders 1 strömen kann.

Gleichzeitig wird in den Fällen, in denen das zusätzliche, in Förderrichtung hinter dem Kolben 2 liegende Rückschlagventil 6 verwendet wird, beispielsweise wenn dies der Gehalt an Gasen und/oder Wasserdampf in dem Medium erfordert, das im Inneren des Zylinders zwischen dem Schleppventil 5 und dem Rückschlagventil 6 befindliche Medium komprimiert, bis der Druck in diesem Bereich höher ist als der Gegendruck und gleichzeitig höher als das Gewicht der Flüssigkeitssäule, die auf dem Rückschlagventil 6 lastet, worauf dann dieses Ventil öffnet und das Medium in Förderrichtung strömen kann.

Wenn letztlich der Kolben 2 seinen oberen Totpunkt erreicht und beginnt sich nach unten zu bewegen, schließt das Rückschlagventil 7 und der oben beschriebene Pumpenzyklus wird wiederholt.

Es ist offensichtlich, daß bei der beschriebenen Konstruktion vor Beginn des Saugzyklus des Kolbens 2 die Kolbenstange 3 zunächst den Ventilkörper 4 bewegt, bis dieser mit dem Ventilsitz 9 am Kolben 2 in Eingriff gelangt, wodurch dann das Schleppventil 5 geschlossen wird. Diese Vorgänge erfolgen, während die Relativgeschwindigkeit des Mediums auf beiden Seiten des Schleppventils 5 Null ist, so daß praktisch keine durch das Medium hervorgerufene Erosion an den Einzelheiten des Kolbens erfolgen kann.

Da das Schleppventil 5 in dem Kolben 2 schließt, ehe der Saughub beginnt, beträgt das geförderte Volumen effektiv das Maximalvolumen.

Falls das geförderte Medium einen hohen Gehalt an Gasen und/oder Wasserdämpfen aufweist, sorgt die Tatsache, daß das Schleppventil 5 mechanisch zwangsgeöffnet und nicht durch Druckdifferenzen betätigt ist, dafür, daß es zu keiner Blockierung durch Gase und/oder Wasserdampf kommen kann. Dies ist ebenso von besonderer Bedeutung, wenn das gepumpte Medium Gehalte an schleifernden Materialien enthält, da die mechanisch hervorgerufene Bewegung unter Abwesenheit hoher Drücke erfolgt, so daß der Abrieb aufgrund des schleifenden Materials in dem gepumpten Medium bei einem Minimum gehalten wird.

Claims (3)

1. Kolbenanordnung für Pumpen oder Verdichter, bei der ein im wesentlichen rohrförmig ausgebildeter Kolben in einem Zylinder über eine Kolbenstange bewegbar gelagert und als Schleppventil ausgebildet ist, wobei ein in der Kolbenstange befestigter Ventilkörper zwischen zwei am Kolben angeordneten Ventilsitzen hin- und herbewegbar ist und der Kolben über den Ventilkörper mitgenommen wird, und bei der in Förderrichtung vor dem Kolben ein Rückschlagventil im Zylinder vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ventilsitze (8 9) im Kolben (2) an dessen dem Rückschlagventil (7) zugewandten Ende beiderseits des Ventilkörpers (4) einander axial gegenüberliegend angeordnet sind, daß sowohl zwischen dem Ventilkörper (4) und der Innenwand des Zylinders (1) als auch zwischen dem dem Rückschlagventil (7) nichtliegenden Ventilsitz (8) und der Innenwand des Zylinders (1) je ein Strömungsquerschnitt freigelassen ist, und daß der Strömungsquerschnitt zwischen dem Ventilkörper (4) und der Innenwand des Zylinders (1) im wesentlichen gleich dem Strömungsquerschnitt zwischen einer minimalen Innenquerschnittsfläche des Kolbens (2) und der Kolbenstange (3) ist.

2. Kolbenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites, beim Förderhub öffnendes Rückschlagventil (6) in Förderrichtung nach dem Kolben (2) im Zylinder (1) vorgesehen ist.

3. Kolbenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die minimale Innenquerschnittsfläche des Kolbens (2) im Bereich des dem in Förderrichtung vor dem Kolben (2) vorgesehenen Rückschlagventil (7) abgewandten Ventilsitzes (9) ausgebildet ist.