DE3420615A1

DE3420615A1 - Pumpe, insbesondere hubkolbenpumpe

Info

Publication number: DE3420615A1
Application number: DE19843420615
Authority: DE
Inventors: Amnon F. Estado Miranda Vadasz
Original assignee: Intevep SA
Current assignee: Intevep SA
Priority date: 1983-06-06
Filing date: 1984-06-02
Publication date: 1984-12-06
Also published as: FR2546979A1; GB8413144D0; GB2142119B; GB2142119A; FR2546979B1; US4516479A; CA1208076A

Description

..ϊ "Pumpe, irisbescfndere Hubkolbenpumpe

Die Erfindung betrifft eine Pumpe, insbesondere eine Hubkolbenpumpe, zum Fördern von Flüssigkeiten mit hohem Gehalt an Schwebstoffen (suspended solids) und/

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oder erhöhten Temperaturen, die gegebenenfalls korrosiv sind.

Wenn bestimmte Flüssigkeiten gepumpt werden, z. B. schwere Rohöle mit hohem Gehalt an Schwebstoffen, entsteht das Problem des Verschleißes zwischen Kolben und Zylinder der Pumpe. Der Verschleiß entsteht durch jene Schwebepartikel im gepumpten Fluid, welche eine größere Härte aufweisen als die zur Herstellung verschiedener Purapenteile verwendeten Metalle. Diese harten Schwebepartikel finden beispielsweise ihren Weg durch den Spalt zwischen dem Kolben sowie der Zylinder-

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wand der Pumpe und beschädigen Kolben und Zylinderwand aufgrund der Partikelhärte.in Bezug auf die Härte der zur Herstellung der Pumpenteile verwendeten Metalle. Die entstehenden Mängel und der Verschleiß der Pumpenteile werden noch erhöht, wenn .die gepumpten Flüssigkeiten korrosiv sind und/oder erhöhte Temperaturen aufweisen. Der Verschleiß am Kolben und an der Zylinderwand resultiert in. dem Passieren des gepumpten Fluids zwischen dem Kolben und der Zylinderwand der Pumpe, was zu ,einem Verlust-des' volumetrischen Wirkungsgrades führt.

In dem Bemühen, die Probleme des Verschleißes hinsichtlich Hubkolbenpumpen zu lösen, welche zum Fördern von Flüssigkeiten mit einem hohen Gehalt an Schwebestoffen verwendet werden, wurde beim Stand der Technik vorgeschlagen, auswechselbare Metalleinlagen für den Pumpenzylinder zu verwenden, die 'man leicht einfügen und nach Verschleiß ersetzen kann.

Eine typische Vorrichtung der oben beschriebenen Art offenbart die US-PS 1,528,097 (Cooper) mit einer auswechselbaren Pumpenzylinderbüchse aus einem verhältnismäßig preisgünstigen Material mit einem Metallbelag. Die Büchse ist so eingepaßt, daß sie im Pumpenzylinder leicht austauschbar ist, wenn der Metallbelag abgenützt wurde. Wenn diese Vorrichtung zwar auch ein leichtes Austauschen des Zylinderbelags ermöglicht, beseitigt sie jedoch weder die Verschleißprobleme am Zylinder noch jene am Arbeitskolben.

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Der Stand der Technik bietet rait der US-PS 3,938,814 (Cromwell) auch eine verschleißfeste Legierungsschicht auf Lagerteilen in einer Kolbenpumpe an. Vorgeschlagen wurde zudem das Aufspritzen einer verschleißfesten Schicht aus keramischem Material, auf die Laufseite einer auf dem Rad einer drehenden Maschine verwendeten Dichtung.

Obwohl dieser Stand der Technik lehrt, verschleißfeste Überzugsschichten auf Arbeitsflächen von Pumpen aufzutragen, schafft er keinen Mechanismus zur Verhinderung des Verschleißes bei Hubkolbenpumpen, die zum Pumpen von Flüssigkeiten mit einem hohen Gehalt an Schwebestoffen eingesetzt werden, und zur gleichzeitigen Unterbindung einer Ansammlung dieser Schwebestoffe zwischen Kolben und Zylinderwand. Auch ist bisher^- alternativ — nicht vorgesehen, daß die Schwebestoffe pulverisiert und sämtliche Stoffe, die vielleicht in jenem Bereich verbleiben, beseitigt werden.

Ausgehend von diesem Stand der Technik haben sich die Erfinder die Aufgabe gestellt, eine Hubkolbenpumpe zu schaffen, die zum Pumpen von Flüssigkeiten mit einem hohen Gehalt an verhältnismäßig harten Schwebestoffen verwendet wird, und bei der sowohl der Kolben als auch die Zylinderwand äußerst verschleißfest sind. Die Berührungsflächen von Kolben und Zylinderwand sind eng verbunden, um zu verhindern, daß sich die Schwebestoffe zwischen Kolben und Zylinderwand ansiedeln. Darüberhinaus soll mit vorliegender Erfindung eine äußerst verschleißfeste Hubkolbenpumpe zum Pumpen von Flüssigkeiten mit einem hohen Gehalt an harten Schwebepartikeln geschaffen werden.

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Für die gesehene Aufgabenstellung ist es von vordringlicher Bedeutung, eine Hubkolbenpumpe zu schaffen, bei welcher der Metallkolben mit einer äußeren Hülse versehen ist, die aus einem verschleißfesten Material besteht und die in einer Zylinderhülse aus demselben verschleißfesten Material gleitend angeordnet ist. Auch sollen bei dieser Hubkolbenpumpe die Berührungsflächen des Kolbens und des Zylinders eng verbunden sein.

Zur Lösung dieser Aufgabe führen eine erste zylindrische Hülse auf der Außenfläche des Kolbens und eine zweite Zylinderhülse auf der Innenseite des Zylinders, wobei die Hülse und die Zylinderhülse jeweils aus einem harten keramischen Werkstoff bestehen, so daß die zwischen die Hülse und die Zylinderhülse gelangenden Schwebepartikel während der Bewegung des Kolbens im Zylinder pulversiert werden. Dabei soll die Härte des keramischen Werkstoffes mehr als 9 auf der Mho-Skala betragen.

- </ Die Hülse des Kolbens und die Zylinderhülse sind¹ also aus einem Material gefertigt, das sich durch eine Härte von mehr als 9 auf der Mho-Skala auszeichnet; diese Härte reicht aus, um sämtliche in der gepumpten Flüssigkeit befindlichen Partikel zu pulverisieren. Auch sind sowohl die Hülse als auch die Zylinderhülse korrosionsbeständig.

Mit dem Erfindungsgegenstand werden die vorstehend umrissene Aufgabe und die daraus resultierenden Vorteile ohne weiteres erreicht.

⁺) Fußnote; Mho-Skala = Mohssche Skala für Mineralhärten

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In kurzer Zusammenfassung betrifft die vorliegende Erfindung eine Hubkolbenpumpe zum Pumpen von Flüssigkeiten mit einem hohen Gehalt an Schwebepartikeln. Der Metallkolben der Pumpe ist erfindungsgemäß an der Kolbenaußenfläche mit einer Hülse versehen, welche aus einem harten, keramischen Werkstoff einer Härte von mehr als 9 auf der Mho-Skala besteht. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung handelt es sich bei dem keramischen Material vorzugsweise um Aluminiumoxyd- oder Zirkonnitratkeramik. Die Hülse ist auf der Außenfläche des Kolbens angebracht, vorzugsweise durch Preßsitz, könnte jedoch auch geklebt oder aber durch ein Gewinde in der richtigen Position gehalten werden.

Der Zylinder der Kolbenpumpe hat an seiner Innenfläche eine Zylinderhülse, die aus dem gleichen harten, keramischen Material besteht und bevorzugt durch Preßpassung dem Zylinder angefügt ist¹. Auch kann sie in ihm auf irgendeine andere der oben beschriebenen Weise gesichert sein. Die Oberflächen der Hülsen an der Aussenfläche des Kolbens einerseits und der innenfläche des Zylinders anderseits sind hoch poliert (polished), um zwischen Kolben und Zylinderwand eine dichtende Berührungsfläche zu ermöglichen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das harte keramische Material — vorzugsweise Aluminiumoxyd- oder Zirkonnitratkeramik — mit seiner Härte von mehr als 9 auf der Mho-Skala, nicht anfällig für Schäden durch die Schwebstoffe in der gepumpten Flüssigkeit. Da das keramische Material nur mit Fluorwasserstoffgas reagiert, ist das Fördern korrosiver Flüssigkeiten ohne

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Nachteile für die Arbeitsteile der Pumpe möglich.

Da äie harten, keramischen Hülsen hoch poliert werden können, bildet zudem die Berührungsfläche zwischen der Hülse des Kolbens und der Zylinderhülse eine Dichtung, die verhindert, daß jegliche Schwebepartikel an der Berührungsfläche zwischen Hülse und Zylinderhülse steckenbleiben. Sollten doch Schwebepartikel an der Berührungsfläche zwischen der Kolbenhülse und der Zylinderwandhülse verbleiben, werden die Partikel aufgrund der größeren Härte des keramischen Materials pulversisiert, und so Schäden an den Arbeitsteilen der Pumpe verhindert.

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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Pumpvorrichtung, die in der einzigen Figur der Zeichnung in schematischem Längsschnitt dargestellt und auf welche die Erfindung nicht beschränkt ist.

Die Pumpvorrichtung ist in einer Bohrung zu einem öllager 10 angeordnet, das über ein Ventil 14 mit einem Pumpenzylinder 12 in Verbindung steht, innerhalb dessen ein reziprok bewegbarer Kolben 16 mit einem Ventil 18 angebracht ist. Im oberen Bereich jenes Pumpenzylinders 12 befindet sich ein Auslaßventil 20, durch welches das öl zu einem Speicher gelangt.

Beim Aufwärtshub des Kolbens 16 wird vom öllager 10 über Einlaßventil 14 öl in eine untere Kammer 22 des Pumpenzylinders 12 gezogen. Bei der Abwärtsbewegung des Kolbens 16 wird das öl durch Ventil 18 des KoI-bens 16 in eine obere Kammer 24 des Pump©nzylinders 12 geführt und beim nächsten Aufwärtshub des Kolbens 16 von der oberen Kammer 24 des Pumpenzylinders 12 durch das Auslaßventil 20 gefördert, während gleichzeitig weiteres öl durch das Einlaßventil 14 in die untere Kammer 22 des Zylinders 12 gezogen wird.

Der Kolben 16 ist erfindungsgemäß an seiner Außenfläche mit einer zylinderischen Hülse 26 versehen, die vorzugsweise im Preßsitz die gesamte Außenfläche des Kolbens 16 bedeckt. Wie bereits erwähnt, könnte

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jene Hülse 26 auch an ihrem Platz festgeklebt oder durch eine mit Gewinde versehene Vorrichtung in der richtigen Position gehalten sein,

Ebenfalls ist die Wandung des Pumpenzylinders 12 mit einer in ihm angebrachten Zylinderhülse 28 versehen. Diese Hülsen 26 und 28 sind nach der vorliegenden Erfindung aus einem harten, keramischen Werkstoff geformt, dessen Härte mehr als neun auf der Mho-Skala beträgt, vorzugsweise aus einer Aluminiumoxyd- oder Zirkonnitratkeramik (zirconium nitrate ceramic). Die Berührungsflächen der Hülsen aus dem harten, keramischen Werkstoff sind hoch poliert (polished), um eine dauerhafte Dichtung zwischen Kolben. 16 und Pumpenzylinder 12 zu bilden.

Durch die vorliegende Erfindung wird der Ver.schleißzwischen den arbeitenden Teilen und der Kolbenpumpe im wesentlichen beseitigt. Zudem werden dank der Beschaffenheit und Härte der keramischen Hülsen 26, 28 sämtliche Schwebepartikel, die sich an der Berührungsfläche zwischen Hülse 26 des Kolbens 16 und der Zylinderhülse 28 befinden, pulverisiert, ohne die aneinanderliegenden Flächen von Hülse 26 oder Zylinderbüchse.28 zu beschädigen. Da zudem das keramische Material nur mit Fluorwasserstoffgas (hydrogen fluoride gas) reagiert, können korrosive Flüssigkeiten, welche Metalle angreifen, leicht gepumpt werden. Außer den vorstehenden Vorteilen können im Falle einer Beschädigung der Hülse 26 oder der Zylinderhülse 28 diese zu minimalen Kosten leicht ersetzt werden.

Claims

PATENTANWALT DIPL-ING. HIEBSCH ■ D - 77 SINGEN, den 28. 5. 1 984 OHZUD

A.Z. AUS-155 · Blatt - A

PATENTANSPRÜCHE

1. Pumpe, insbesondere Hubkolbenpumpe, zum Fördern
von Flüssigkeiten mit hohem Gehalt an Schwebepartikeln mit einem zumindest einen Fluideinlaß

und einen Fluidauslaß aufweisenden Zylinder sowie einen darin laufenden Kolben zum Pumpen der Flüssigkeit vom Fluideinlaß zum Fluidauslaß,

gekennzeichnet durch

eine erste zylindrische Hülse (26) auf der Außenfläche des Kolbens (16) und eine zweite Zylinderhülse (28) auf der Innenseite des Zylinders (12), wobei die Hülse und die Zylinderhülse aus einem
harten keramischen Werkstoff bestehen, so daß
die zwischen die Hülse und die Zylinderhülse gelangenden Schwebepartikel während der Bewegung des Kolbens im Zylinder pulverisiert werden-;

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Härte des keramischen Werkstoffes mehr als 9 auf der Mho-Skala beträgt.

3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der harte keramische Werkstoff aus der
Gruppe von Aluminiumoxyd- und Zirkonnitratkeramik genommen ist.

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A. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Berührungsflächen von Hülse (26) und Zylinderhülse (28) hoch poliert sind, so daß eine dichtende Berührungsfläche zwischen Kolben (16) und Zylinder (12) besteht.

5. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis A, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (26) und/oder die Zylinderhülse (28) am Kolben (16) bzw. im Zylinder (12) auswechselbar angebracht sind/ist.