DE3704588C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet des Pumpen-, Kompressoren- und Motorenbaus, insbesondere auf ein hydraulisches System für Membranmaschinen.

Die Erfindung kann in hydraulisch angetriebenen Membran­ maschinen angewendet werden, die mindestens zwei Membran­ einheiten enthalten.

Die Wirksamkeit bei der Verwendung der vorliegenden Erfindung nimmt proportional mit der Vergrößerung der Anzahl der Membraneinheiten in der Maschine zu.

Beim Betrieb von Membranmaschinen (Kompressoren, Pumpen oder Motoren) entstehen in deren hydraulischen Systemen Leckverluste an Treibflüssigkeit, die durch Spielräume zwischen dem Hydraulikzylinder und dem Kolben sowie durch die Temperatur- bzw. Montagespiele in Kolbendichtungen bedingt sind. Wenn diese Leckverluste nicht kompensiert werden, verringert sich die Menge der Treibflüssigkeit im Zylinder.

Da die Membran der Maschine infolge der zyklischen Beauf­ schlagung mit der Treibflüssigkeit schwingt, wird deren Schwingungsamplitude mit der Verringerung der Menge der Treibflüssigkeit im Hydraulikzylinder kleiner. Nach Ablauf einer kurzen Zeit, wenn sich die Flüssigkeitsmenge im Hydraulikzylinder auf einen bestimmten Wert verringert hat, wirkt die Flüssigkeit nicht mehr auf die Membran ein, die Membran schwingt nicht und die Förderung des fluiden Mediums durch die Maschine an den Verbraucher hört auf.

Die bevorzugte Lösung dieses Problems stellt eine Konstruktion des hydraulischen Systems für die Maschine vom Membrantyp dar, in der die Kompensation der Leckverluste der Treibflüssigkeit vorgesehen wird. Durch eine derartige Ausführung des hydraulischen Systems wird die Fördermenge des durch die Membranmaschine an den Verbraucher geförderten fluiden Mediums nicht beeinflußt.

Bekannt ist ein hydraulisches System für Membranmaschinen (siehe S. M. Altukhov und V. A. Rumyantsev "Membranye kompressory" Membrankompressoren, 1967, "Mashinostroenie", Moskau, S. 93, Abb. 59), das ein mit einer Kompensationspumpe hydraulisch verbundenes Gehäuse sowie Membraneinheiten enthält, von denen jede einen Hydraulikzylinder einschließt, der mit einem Flüssigkeitsdruckbegrenzer in hydraulischer Verbindung steht. In diesem hydraulischen System werden die Leckverluste der Treibflüssigkeit mittels einer Kompensa­ tionspumpe kompensiert, durch die sie aus dem Gehäuse angesaugt und dem Hydraulikzylinder zugeführt wird. Der Pumpenplunger ist mit der Kurbelwelle der Membranmaschine derart kinematisch verbunden, daß der Arbeitsvorgang in der Kompensationspumpe mit einer Frequenz erfolgt, die mit der Frequenz des Arbeitsvorgangs in der Membranmaschine selbst übereinstimmt.

Die Menge der Flüssigkeit, die dem Hydraulikzylinder durch die Kompensationspumpe pro Arbeitshub zugeführt wird, überschreitet dabei die Leckmenge pro Arbeitshub der Membranmaschine.

Durch diesen absichtlich erzeugten Überschuß der Treibflüssigkeit im Hydraulikzylinder wird ein dichtes Anliegen der Membran an die Fläche, die ihre Bewegung in der Arbeitskammer der Membranmaschine begrenzt, sowie eine vollständige Verdrängung des fluiden Mediums aus der genannten Arbeitskammer begünstigt. Am Ende jedes Arbeitshubs der Membranmaschine wird die überschüssige Treibflüssigkeit ins Maschinengehäuse über den Flüssigkeitsdruckbegrenzer transportiert, der bei einem bestimmten Druck der Treibflüssigkeit im Hydraulikzylinder öffnet, welcher den maximalen Druck des fluiden Mediums überschreitet.

Bei einer derartigen Ausführung des hydraulischen Systems ist es jedoch erforderlich, jede Einheit mit individuellen Umwälzsystemen für die Treibflüssigkeit auszurüsten, die unabhängig arbeiten und über separate Kompensationspumpen verfügen. Dabei geht die Energie der Arbeitsflüssigkeit, die im Hydraulikzylinder komprimiert ist und über den Druckbegrenzer ins Gehäuse abtransportiert wird, verloren und wird in Wärme umgewandelt.

Dadurch wird die Konstruktion des hydraulischen Systems komplizierter, seine Masse vergrößert, die Wirtschaftlichkeit und Betriebszuverlässigkeit verringert und der Bedienungskomfort verschlechtert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein solches hydraulisches System für eine Membranmaschine zu schaffen, bei dem die Konstruktion vereinfacht, die Masse vermindert, die Wirtschaftlichkeit und Betriebszuverlässigkeit erhöht und der Bedienungskomfort verbessert wird.

Diese Aufgabe wurde durch Schaffung eines hydraulischen Systems für eine Membranmaschine gelöst, das ein Gehäuse, welches mit einer Kompensationspumpe verbunden ist, sowie Membraneinheiten enthält, von denen jede einen Hydraulik­ zylinder besitzt, der mit einem Flüssigkeitsbegrenzer in Verbindung steht, in dem erfindungsgemäß die Membranein­ heiten derart hintereinandergeschaltet sind, daß der Druckbegrenzer der vorgeordneten Membraneinheit mit dem Hydraulikzylinder der nachgeordneten Membraneinheit verbunden ist, wobei die Kompensationspumpe mit dem Hydraulikzylinder der in Strömungsrichtung der Flüssigkeit ersten Membraneinheit und der Druckbegrenzer der letzten Membraneinheit mit dem Gehäuse verbunden ist.

In dem erfindungsgemäßen hydraulischen System werden die Leckverluste der Treibflüssigkeit mittels nur einer Kompensationspumpe kompensiert, die die Treibflüssigkeit nur dem Hydraulikzylinder der in Strömungsrichtung der Flüssigkeit ersten Membraneinheit zuführt. In den übrigen hintereinandergeschalteten Membraneinheiten werden die Leckverluste der Treibflüssigkeit durch Abführung der überschüssigen Flüssigkeit aus dem Hydraulikzylinder über den Druckbegrenzer jeder vorgeordneten Membraneinheit in die in Strömungsrichtung der Flüssigkeit nachgeordnete Membraneinheit und nicht ins Gehäuse kompensiert. Bei einer derartigen Ausführung des hydraulischen Systems wird die Energie der im Hydraulikzylinder komprimierten überschüssigen Treibflüssigkeit für den Transport dieses Überschusses zum Hydraulikzylinder jeder nachgeordneten Membraneinheit verbraucht.

Durch diese Ausführung des hydraulischen Systems wird dessen Konstruktion vereinfacht, die Masse vermindert, die Wirtschaftlichkeit und Betriebszuverlässigkeit erhöht und der Bedienungskomfort verbessert.

Vorzugsweise werden die Membraneinheiten im hydraulischen System einer mehrstufigen Membranmaschine mit Druckver­ minderung von einer Einheit zur anderen hintereinanderge­ schaltet, wobei die Kompensationspumpe mit dem Hydraulik­ zylinder der Membraneinheit maximalen Drucks und das Gehäuse mit dem Druckbegrenzer der Membraneinheit minimalen Drucks verbunden wird.

Durch eine solche Ausführung des hydraulischen Systems wird die Überlastung der Membraneinheiten durch einen zu hohen den für die Kompression des fluiden Mediums erforderlichen Wert überschreitenden Druck verhindert sowie die Leistungsaufnahme der Membranmaschine verringert.

Es sei bemerkt, daß infolge der einfachen Konstruktion des erfindungsgemäßen hydraulischen Systems keine technologische Vorarbeit für dessen Einführung bei der Herstellung von Membranmaschinen erforderlich ist. Das gilt ebenfalls für im Betrieb befindliche Maschinen.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf eine Zeichnung erläutert, in der das erfindungsgemäße hydraulische System für eine aus zwei Einheiten bestehende einstufige Membranmaschine dargestellt ist.

Das hydraulische System für eine Membranmaschine enthält ein Gehäuse 1, das über eine Rohrleitung 2 mit einer Kompensationspumpe 3 verbunden ist, sowie Membraneinheiten 4 und 5, von denen jede einen Hydraulikzylinder 6, 7 einschließt, der über Rohrleitungen 8, 9 mit einem Druckbegrenzer 10, 11 der Arbeitsflüssigkeit in Verbindung steht. Die Membraneinheiten 4 und 5 sind derart hintereinandergeschaltet, daß der Druckbegrenzer 10 der vorgeordneten Membraneinheit 4 über eine Rohrleitung 12 mit dem Hydraulikzylinder 7 der nachgeordneten Membraneinheit 5 verbunden ist, wobei die Kompensa­ tionspumpe 3 über eine Rohrleitung 13 mit dem Hydraulik­ zylinder 6 der in Strömungsrichtung der Flüssigkeit ersten Membraneinheit 4 und der Druckbegrenzer 11 der nachgeschalteten Membraneinheit 5 über eine Rohrleitung 14 mit dem Gehäuse 1 verbunden ist.

Gemäß der Zeichnung sind die Membraneinheiten 4 und 5 im hydraulischen System einer mehrstufigen Membranmaschine unter Druckverminderung von der Membraneinheit 4 zur Membraneinheit 5 hintereinandergeschaltet. Dabei ist die Kompensationspumpe 3 mit dem Hydraulikzylinder 6 der Membraneinheit 4 maximalen Drucks und das Gehäuse 1 mit dem Druckbegrenzer 11 der Membraneinheit 5 minimalen Drucks verbunden.

Wenn das hydraulische System der mehrstufigen Membranmaschine mehrere Membraneinheiten in jeder Stufe enthält, werden vorerst die Membraneinheiten der Stufe maximalen Drucks auf die oben dargestellte Weise unterein­ ander verbunden, dann wird der Druckbegrenzer der in Strömungsrichtung der Flüssigkeit letzten Membraneinheit dieser Stufe mit der in Strömungsrichtung der Flüssigkeit ersten Membraneinheit der nächsten Stufe geringeren Drucks verbunden. Die Membraneinheiten der Stufe geringeren Drucks werden untereinander verbunden und so weiter. Dabei wird die Kompensationspumpe mit dem Hydraulikzylinder der in Strömungsrichtung der Flüssigkeit ersten Membraneinheit in der Stufe maximalen Drucks verbunden, und das Gehäuse wird mit dem Druckbegrenzer der in Strömungsrichtung der Flüssigkeit letzten Membraneinheit der Stufe minimalen Drucks verbunden.

Die Hydraulikzylinder 6 und 7 sind mit Kolben 15 und 16 mit einem Kurbeltrieb 17 versehen; der Plunger 18 der Kompensationspumpe 3 ist mit einem Antriebsexzenter 19 ausgestattet. Der Exzenter 19 ist mit dem Kurbeltrieb 17 verbunden. Der Antrieb der Kolben 15 und 16 sowie des Plungers 18 kann auf eine andere Weise erfolgen, was für die Realisierung der Erfindung nicht wesentlich ist.

Die Membraneinheiten 4 und 5 für eine Membranmaschine sind ebenfalls mit Membranen 20 und 21 versehen, die zwischen Oberplatten 22 und 23 eingespannt sind, durch die der Hub der Membranen 20 und 21 begrenzt wird. In den Platten 22 und 23 sind Einlaßventile 24 und 25 sowie Auslaßventile 26 und 27 für das fluide Medium eingebaut. Jede Membran 20 und 21 bildet mit der jeweiligen Platte 22 und 23 Arbeitsräume 28 und 29.

Bei der Kompression des flüssigen Mediums auf hohe Drücke kann das hydraulische System mit einem Zwischenkühler 30 für die Treibflüssigkeit versehen werden, der in der Rohrleitung 12 eingebaut ist.

Das hydraulische System einer Membranmaschine funktioniert folgenderweise.

Die Kolben 15 und 16, die durch den Kurbeltrieb 17 getrieben werden, vollführen eine hin- und hergehende Bewegung in den Hydraulikzylindern 6 und 7 und wirken auf die Treibflüssigkeit ein. Die Membranen 20 und 21 werden in den Membraneinheiten 4 und 5 unter der Wirkung der Treibflüssigkeit verformt und vollführen eine alternierende Durchbiegung relativ zu deren Einspannebene. Infolge der Verformung der Membranen 20 und 21 verändert sich das Volumen der Arbeitsräume 28 und 29, in die das fluide Medium über die Ventile 24 und 25 eingelassen, in diesen komprimiert und aus diesen über die Ventile 26 und 27 ausgelassen wird.

Der Plunger 18 der Kompensationspumpe 3 vollführt unter der Wirkung des Exzenters 19 ähnliche Bewegungen wie die Kolben 15 und 16 der Hydraulikzylinder 6 und 7. Dadurch wird die Treibflüssigkeit aus dem Gehäuse 1 über die Rohrleitung 2 in die Pumpe 3 zyklisch eingesaugt und dem Hydraulikzylinder 6 über die Rohrleitung 13 zugeführt. Bei einer mehrstufigen Ausführung der Membranmaschine soll der Hydraulikzylinder 6 zur Einheit mit maximalem Druck gehören.

Wie bereits erwähnt, ist die dem Hydraulikzylinder 6 durch die Pumpe zugeführte Flüssigkeitsmenge größer als die Leckverluste bei diesem Hydraulikzylinder. Infolgedessen setzt die Bewegung der Membran 20 aus und sie stützt sich gegen die Oberplatte 22, bevor der Kolben 15 den oberen Totpunkt erreicht hat. Aus diesem Grunde steigt der Druck im Hydraulikzylinder 6 bei der Weiterbewegung des Kolbens 15 zum oberen Totpunkt sehr schnell an und erreicht einen Wert, bei dem der Druckbegrenzer 10 öffnet. Die überschüssige Flüssigkeit wird über die Rohrleitung 8, den Druckbegrenzer 10 und die Rohrleitung 12 mit dem Zwischenkühler 30 in den Hydraulikzylinder 7 der Membraneinheit 5 transportiert. In der Membraneinheit 5 läuft ein ähnlicher Vorgang wie in der Membraneinheit 4 ab, wonach die überschüssige Flüssigkeit über die Rohrleitung 9, den offenen Druckbegrenzer 11 und die Rohrleitung 14 ins Gehäuse 1 zurückströmt. Dann wiederholen sich alle Vorgänge.

Es ist anzumerken, daß die Förderleistung der Kompensa­ tionspumpe 3 nicht weniger als die Gesamtleckverluste in sämtlichen Einheiten des hydraulischen Systems und die Menge der überschüssigen Flüssigkeit betragen soll, die für den Hydraulikzylinder der Einheit mit dem maximalen Arbeitsvolumen erforderlich ist.

Claims (2)

1. Hydraulisches System für eine Membranmaschine, das ein Gehäuse (1), welches mit einer Kompensationspumpe (3) verbunden ist, und Membraneinheiten (4, 5) enthält, von denen jede einen Hydraulikzylinder (6, 7) besitzt, der mit einem Flüssigkeitsdruckbegrenzer (10, 11) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Membraneinheiten (4, 5) derart hintereinander­ geschaltet sind, daß der Druckbegrenzer (10) der vor­ geordneten Membraneinheit (4) mit dem Hydraulikzylinder (7) der nachgeordneten Membraneinheit (5) verbunden ist, wobei die Kompensationspumpe (3) mit dem Hydraulik­ zylinder (6) der in Strömungsrichtung der Flüssigkeit ersten Membraneinheit (4) und der Druckbegrenzer (11) der letzten Membraneinheit (5) mit dem Gehäuse (1) verbunden ist.

2. Hydraulisches System für eine mehrstufige Membranmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membraneinheiten (4, 5) mit Druckverminderung von der ersten Einheit (4) zur letzten Einheit (5) hinterein­ andergeschaltet sind, wobei die Kompensationspumpe (3) mit dem Hydraulikzylinder (6) der Membraneinheit (4) maximalen Drucks und das Gehäuse (1) mit dem Druckbe­ grenzer (11) der Membraneinheit (5) minimalen Drucks verbunden ist.