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Hydraulisch angetriebene Hochdruck-Kolbenpumpe
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Beschreibung Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulisch angetriebene
Hochdruck-Kolbenpumpe zur Förderung von z. B. heißen oder kalten Fördermedien mit
Feststoffpartikeln, wie z. B. einer Kohlenmaische. Für einen großtechnischen Einsatz
z. B. bei einer Anlage zur Gewinnung von Ut aus Kohle sind bisher keine Kolbenpumpen
bekannt, die den dort erforderlichen hohen Drücken insbesondere auch bei den Ausführungsgrößen
gewachsen sind.
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Die wesentlichen Probleme bei den bisher bekannten Kolbenpumpen bestehen
darin, daß die Kolbenabdichtungen zur Atmosphäre hin nicht ausreichend sind und
es immer wieder zu Leckagen nach außen hin kommt. Es ist zwar bekannt, an den Abdichtungsstellen
mit zusätzlichem Spülöl zu arbeiten, das dann in erheblichem Umfang an den Abdichtungsstellen
austritt und in der Reoel aufgefangen wird, der Bedarf an Spülöl ist aber dabei
unverhältnismäßig groß.
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Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine geeignete Hochdruck-Kolbenpumpe
vorzuschlagen, bei der diese Abdichtungsprobleme nicht bestehen und der Einsatz
von Spülöl wesentlich verringert*und die auf den verschiedensten Gebieten, insbesondere
der Kokereitechnik, anwendbar ist.
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*wird bzw. wegfallen kann*
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß
durch die Merkmale des Hauptanspruches gelöst, die Unteransprüche 2 bis 4 sind zweckmäßige
Ausführungsformen dazu, während die Ansprüche 5 und 6 sich auf Verfahren zum Betrieb
der Vorrichtung beziehen.
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Die erfindungsgemäße hydraulische Hochdruck-Kolbenpumpe besteht also
im wesentlichen aus einem Pumpenzylinder, einem Doppel kolben und Ein- und Austrittsventilen.
Der Zylinder ist aufgeteilt in zwei Förderräume und zwei Hydraulikräume. Damit wird
erreicht, daß kein-e hin- und hergehenden Teile direkt mit der Atmosphäre in Verbindung
stehen. Die Gleitlager liegen im Hydraulikraum und der gesamte Pumpenzylinder ist
auf halber Länge geteilt. Der erforderliche Hydraulikdruck wird durch eine herkömmliche
Hydraulikpumpe erzeugt. Veraleicht man den Doppel kolben mit einem sonst üblichen
Kolben mit Kurbelantrieb, so hat der Doppel kolben praktisch keinen Leerhub. Dadurch
erreicht man mit einer wesentlich kleineren Einheit und relativ niedriger Kolbengeschwindigkeit
größere Fördermengen als bei Kolbenpumpen mit Kurbelantrieb oder bei Differentialplungerpumpen.
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Die erfindungsgemäße hydraulisch angetriebene Hochdruck-Kolbenpumpe
unterscheidet sich von den bisher eingesetzten Maschinen im wesentTichen durch folgendes:
a) Es ist keine Kolbenabdichtung zur Atmosphäre hin vorhanden und dadurch tritt
keine Stopfbuchsenleckaoe nach außen auf.
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Bei den bisher bekannten Kolbenpumpen wird üblicherweise das zu fördernde
mit Feststoffen beladene Fördermedium direkt vom Kolben verdichtet. Dabei entsteht
die Gefahr, daß das Fördermedium durch die Abdichtung zwischen Kolben und Pumpenzylinder
austritt und insbesondere wegen der vorhandenen Feststoffpartikel die Dichtung sehr
schnell zerstört wird. Ein Ausweg ist die Aufgabe eines eigenen
Spülöles
auf die Abdichtung des Kolbens gegenüber dem Pumpenzylinder mit einem höheren Druck
als im Förderraum herrscht. Hierbei ist die Stopfbuchsenleckage zur Atmosphäre hin
erheblich. Erfindungsgemäß treten lediglich geringe Mengen an Hydraulikflüssigkeit
am Umfang der Kolben von den Hydraulikräumen in die Förderräume über.
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b) Es sind nur ein oder höchstens drei Lagerstellen im Vergleich zu
sonst mindestens sieben bei vergleichbarer Förderkapazität vorhanden.
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c) Es ist keine Kurbelwelle erforderlich.
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d) Die neue Pumpe besitzt ein wesentlich kleineres Schadraumverhältnis
gegenüber Pumpen mit hydraulischem Gestänge und hat dadurch einen besseren volumetrischen
Wirkungsgrad.
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e) Es ist. keine direkte Kühlung trforderlich. Außerdem'hat die erfindungsgemäße
Pumpe f) einen geringen Spülölbedarf, g) weniger Verschleißteile, h) geringeres
Gewicht (60 % weniger), i) geringeren Platzbedarf, j) geringere Anschaffungskosten
sowie k) kürzere Reparaturzeiten (wartungsfreundl icher) Um die mechanische Belastung
auf die Stirnwände des Pumpenzylinders durch den sich hin- und herbewegenden Doppel
kolben möglichst gering zu ha.lten, wird erfindungsgemäß insbesondere vorgeschlagen,
daß der Doppelkolben an den Stirnwänden des Pumpenzylinders magnetisch oder mechanisch
rechtzeitig abgebremst
wird. Gleichzeitig wird die Beaufschlagung
der Hydraulikräume mit Hydraulikflüssigkeit über die Ein- und Austrittsventile entsprechend
automatisch gesteuert.
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Da in den Hydraulikräumen gegenüber den benachbarten Förderräumen
immer ein gewisser Ueberdruck besteht, aufgrund dessen der Kolben bewegt w,rd,dringt
wünschenswerter Weise immer etwas Hydraulikflüssigkeit an den Kolbenringdichtungen
in die Förderräume ein. Dieser Obertritt an Hydraulikflüssigkeit wird erfindungsgemäß
dadurch in wünschenswertem Rahmen gehalten, daß am Umfang der Kolben einstellbare,
radial nach außen gerichtete Bohrungen zur Aufgabe definierter Mengen an Hydraulikflüssigkeit
als Spülmittel fUr die Kolbenringdichtungen angedichtet sind. Dieser kontrollierte
Obertritt an Hydraulikflüssigkeit verhindert vor allem, daß von dem Fördermedium
sich Feststoffpartikel an den Kolbenringdichtungen festsetzen.
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Die Hochdruck-Kolbenpumpe ist gemäß den Ansprüchen 5 und 6 insbesondere
auf Bedienungsmaschinen an Horizontalkammerverkokungsofenbatterien, die entlang
der Ofenbatterie parallel verfahrbar sind und zur Säuberung der Dichtflächen an
Koksofentüren und -rahmen Hochdruckdüsen für Reinigungsflüssigkeit besitzen, verwendbar.
Aus der DE-PS 32 36 151 ist dazu eine Hochdruckpumpe bekannt, die aus zwei hydraulisch
betätigten Differentialplungerpumpen besteht, die parallel geschaltet und auf alternierenden
Betrieb eingestellt sind. Abgesehen davon, daß dabei zwei Pumpen erforderlich sind,
besteht bei den dort vorgesehenen Pumpen ebenfalls das eingangs geschilderte Problem
der Kolbenabdichtungen zur Atmosphäre hin. Hier findet die erfindungsgemäß vorgeschlagene
Hochdruck-Kolbenpumpe ein besonders vorteilhaftes Anwendungsgebiet, denn sie benötigt
erheblich geringeren Platz für die Installierung auf den Bedienungsmaschinen. Das
ist insbesondere für die Nachrüstung vorhandener Maschinen ein großer Vorteil.
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Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren 1 und 2 beispielsweise
näher erläutert.
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Figur 1 zeigt die schematische Zeichnung einer hydraulisch betriebenen
Hochdruckpumpe.
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Figur 2 zeigt ein Verfahrensschema zur Anwendung der Pumpe auf einer
Hochdruckwasserreiniguna an Koksofentüren.
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Beschreibung über die Funktion der hydraulisch angetriebenen Kolbenpumpe
Der erforderliche Hydraulikdruck der Hydraulikflüssigkeit wird von einer herkömmlichen
Hydraulikpumpe erzeugt. Eine saubere, von Feststoffen freie Hydraulikflüssigkeit
läßt sich mit einer herkömmlichen Hydraulikpumpe deswegen erzeugen, weil die Kolbendichtungen
weniger stark beansprucht werden.
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Bei der Arbeitsweise der erfindungsgemäßen hydraulischen Kolbenpumpe
sind folgende Vorgänge zu unterscheiden: 1. Eintrittsventil (lOb) und Austrittsventil
(lla) für Hydraulikflüssigkeit öffnen sich gleichzeitig.
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2. .Eintrittsventil (10a) und Austrittsventil (alb) für Hydraulikflüssigkeit
schließen sich gleichzeitig. Bedingt durch Vorgang 1 und 2 tritt Hydraulikflüssigkeit
in den Hydraulikraum (7b) ein und a.us dem Hydraulikraum (7a) aus.
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3. Der Kolben (5b) bewegt sich in Richtung der Stirnwand (13b), während
sich gleichzeitig der Kolben (5a) von der Stirnwand (13a) wegbewegt. Gleichzeitig
öffnen sich das Austrittsventil (9b) und das Eintrittsventil (8a) für das Fördermedium.
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4. Das Eintrittsventil (8b) und das Austrittsventil (9a) für das Fördermedium
werden geschlossen. Bedingt durch Vorgang 3 und 4 tritt Fördermedium in den Förderraum
(6a) ein und aus dem Förderraum (6b) aus.
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In der Figur 1 ist ein Schnitt durch eine hydraulisch angetriebene
Doppelkolbenpumpe dargestellt. Der Pumpenzylinder (1) ist durch die Stirnwände (13a)
und (13b), in- denen sich die Ein- und Austrittsventile (8a, 8b, 9a, 9b) für das
Fördermedium befinden, begrenzt. Auf halber Länge des Pumpenzylinders (1) sind die
beiden Hydraulikräume (7a) und (7b) durch die Trennwand (2) unterbrochen. Die beiden
Kolben (.5a) und (5b) sind über eine Kolbenstange (3) miteinander verbunden, die
in Gleitlagern (4) sowohl ia der Trennwand (2) als auch in zusätzlichen Lagerträgern
(14) geführt ist. Die Lagerträger (14) sind in einem gewissen Abstand parallel zur
Trennwand (2) angeordnet und besitzen Durchtrittsöffnungen (15) für die Hydraulikflüssigkeit.
Im Bereich zwischen der Trennwand (2) und den Lagerträgern (14) befinden sich die
Ein- und Austrittsöffnungen (10a, 10b, 1Ta, llb) für die Hydraulikflüssigkeit in
dem zylindrischen Ma.ntel des Pumpenzylinders. Die Kolben (5a) und (5b) besitzen
an ihrem Umfang Kolbenringdichtungen (12a) und (12b) zur Abdichtung der Hydraulikräume
(7a, 7b) gegenüber den äußeren Förderräumen (6a, 6b). Zur Verbesserung der Gleitfähigkeit
der Kolbenringdichtungen an der Innenwand des Pumpenzylinders sind in den Kolben
(5a) und (5b) einstellbare Bohrungen (16) angeordnet, die in radial nach außen gerichteten
Uffnungen die Hydraulikflüssigkeit als Spülflüssigkeit am Umfang der Kolben austreten-
la.ssen.
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Die in der Figur 2 schem.atisch dargestellte Hochdruckwasserreinigung
dient zur Reinigung der Dichtschneide an Koksofentüren und des Spaltes zwischen
Steinstopfenhalter und Dichtschneide.
In der Figur 2 sind diese
zu reinigenden Dichtflächen an der Koksofentür mit dem rechteckigen Rahmen (35)
angedeutet. Die Hochdruckdüsen (36) und (37) werden dabei mittels geeigneter Trägerschlitten
an den Dichtflächen entlana verfahren und sie sind über die flexiblen- Wasserzuleitungen
(38) und (39) mit der Druckseite der Hochdruck-Kolbenpumpe (1) verbunden. Die Reinigung
der Dichtflächen (35) erfolgt wechselseitig, wobei die Trägerschlitten mit Hochdruckdüsen
(36) und (37) zunächst z. B. in Pfeilrichtung, im Uhrzeigersinn, um den halben Rahmen
(35) bewegt werden und dabei die Düse (36) beaufschlagt wird. Anschließend wird
die Drehrichtung umgekehrt und die Düse (37) wird bei ihrem Weg von oben nach unten
beaufschlagt. Die wechselseitige Beaufschlagung der beiden Hochdruckdüsen erfolgt
mit Hilfe des Umschaltventiles (33). Mit Hilfe der Ventile (31) und (32) werden
die Zu- und Abführungen zur Saug- und Druckseite der Hochdruckkolbenpumpe umgeschaltet.
Der Zu- und Ablauf der Hydraulikflüssigkeit zur Hochdruck-Kolbenpumpe wird mit Hilfe
des Umschaltventiles (19) bewirkt.
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Der Betrieb der Pumpe geschieht dabei wie folgt: Zur Bewegung der
Kolbenstange (3) na.ch li.nks wird Hydraulikflüssigkeit mit einem Druck von 100
bis 16.0 bar aus dem Druckspeicher (20) über die Zuführungsleitungen (26) und (25)
in den Hydraulikraum (17b) gepumpt. Gleichzeitig läuft die Hydraulikflüssigkeit
aus dem Hydraulikraum (17a) über die Leitungen (24) und (27) in den Speicher für
Hydraulikflüssigkeit (23) zurück.
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Während dieser Bewegung der Kolbenstange (3) nach links vergrößert
sich der Förderraum (18a) und es wird dabei aus dem Wassertank (34) über die Leitungen
(43) und (48) Wasser angesogen, gleichzeitig verkleinert sich der Förderraum (18b)
und das Wasser wird mit einem Druck von ca. 300 bis 500 bar über die Leitungen (46),
(41) und (40) zu einer Hochdruckdüse (36) oder (37) geführt.*Die Leitungen (45)
und (47) sind hierbei *Bei diesem Anwendungsbereich sind die in der Figur 1 dargestellten
Spülbohrungen (16) geschlossen.*
abgesperrt. Bei Umkehrung der
Bewegungsrichtung der Kolbenstange (3) werden die Strömungsrichtungen in den Leitungen
(24) und (25) umgekehrt. Die Leitungen (46) und (48) werden abgesperrt, während
die Leitungen (45) und (47) geöffnet werden. Ober die Leitungen (47), (42) und (40)
gelangt das Hochdruckwasser zu den Düsen und über die Leitungen (44) und (45) wird
das Wasser angesogen.
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Ergänzend zu der Anordnung der Zuleitung des Hochdruckwassers zu den
Hochdruckdüsen ist in Figur 2 ein die zu reinigenden Dichtflächen (35) umgebender
Absaugkanal (49) dargestellt, über den die anfallenden Flüssigkeits-, Nebel- und
Schmutzpartikel abgesaugt werden. Ober die Leitung (50) gelangt das Absaugegemisch
in den Wasser- und Feststoffabscheider (51), wobei die abgeschiedenen Feststoffe
sich am Boden absetzen und das Wasser über die Leitung (56), das Absperrventil (57),
die Pumpe (58) und die Leitung (59) zum Abwasserbehälter (60) gefördert wird. Etwaige
Wasserrückstände und Feststoffe, die nicht von der die Hochdruckdüsen umgebenden
Absaugehaube aufgefangen und über den Absaugekanal (49) abgeführt werden, werden
in einer unterhalb der gesamten Türreinigung angeordneten Auffangwanne gesammelt
und gelangen über das Absperrventil (63) und die Leitung (62) ebenfalls in den Abwasserbehälter
(60).
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Während der Wasser- und Feststoffabscheider (51) und die zugehörigen
Pumpen und Gebläse zweckmäßigerweise auf dem jeweiligen Bedienungswagen angeordnet
sind, kann der Abwasserbehälter (60) auch an geeigneter Stelle, z. B. an den Batterieköpfen,
angeordnet sein.
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Bezugszeichenliste (1) Pumpenzylinder (2) Trennwand (3) Kolbenstange
(4) Gleitlager (5a, 5b) Kolben (6a, 6b) Förderraum (7a, 7b) Hydraulikraum (8a, 8b)
Eintrittsventil für Fördermedium (9a, 9b ? Austrittsventil für Fördermedium (10a,
lOb) Eintrittsventil für Hydraulikflüssigkeit (lla, llb) Austrittsventil für Hydraulikflüssigkeit
(12a, 12b) Kolbenringdichtungen zwischen Förderraum (6) und Hydraulikraum (7) (13a,
13b) Stirnwände des Pumpenzylinders (14) Lagerträger mit Durchtrittsöffnungen (15)
(15) Durchtrittsöffnungen für Hydraulikflüssigkeit (16) Bohrungen für die Spülflüssigkeit
(17a, 17b) Hydraulikraum (18a, 1Sb) Förderraum (19) Umschaltventile für Hydraulikflüssigkeit
(20) Druckspeicher für Hydraulikflüssigkeit (21) Pumpe (22) Antriebsmotor für Pumpe
(23) Speicher für Hydraulikflüssigkeit (24) Leitung für Hydraulikflüssigkeit (25)
Leitung für Hydraulikflüssigkeit (26) Zuführungsleitung für Hydraulikflüssigkeit
(27) Rückführungsleitung für Hydraulikflüssigkeit (28) Rückla.uf vom Druckspeicher
(29) Druckanzeige (30) Regelventil (31) - (33) Umschaltventile für Reinigungsflüssigkeit
(34) Vorratstank für Reinigungsflüssigkeit (drucklos) (35) Dichtfläche an Koksofentür
(36)
- (37) Hochdruckdüsen (38) - (48) Leitungen für Reinigungsflüssigkeit (49) Absaugekanal
(50) Leitung (51) Wasser- und Feststoffabscheider (52) Abluftleitung (53) Gebläse
(54) Leitung zum Schalldämpfer (55) Schalldämpfer (56) Flüssigkeitsleitung (57)
Absperrventil (58) Pumpe (59) Wasserleitung (60) Abwasserbehälter (61) Auffangwanne
unter (35) (62) Abflußleituno (63) Absperrventil