DE69404899T2 - Vorrichtung zur Förderung von Flüssigkeiten mittels einer durch einen hydraulischen Kreislauf betätigte Membranpumpe - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtungen zur Förderung von Flüssigkeiten und insbesondere einer Vorrichtung zum Pumpen von Flüssigkeiten mit einer Membranpumpe, welche von einem Hydraulikkreislauf hin und herbewegt wird, der mit einer Rotationsverdrängerpumpe verbunden ist.
• Bei manchen thermodynamischen Vorrichtungen, wie zum Beispiel einer Absorptionswärmepumpe, insbesondere einer Wasser- Ammoniak-Wärmepumpe, ist die kritischste Komponente der Pumpe die nahezu gesättigte Lösung, welche die Anforderungen Zuverlässigkeit, hoher Saugzug, Fähigkeit des Betriebs mit nahezu gesättigter Flüssigkeit und Fähigkeit des Betriebs unter "trockenen Bedingungen", das heißt ohne zu pumpende Flüssigkeit, erfüllen muß.
• Im gegenwärtigen Stand der Technik sind einige Pumpvorrichtungen, welche die oben aufgelisteten Anforderungen erfüllen sollen, bekannt; in jedem Fall jedoch gibt es eine Menge von Nachteilen aufgrund verschiedener Probleme, wie zum Beispiel der extremen mechanischen Komplexität mit dem Resultat hoher Kosten, der unzureichenden Zuverlässigkeit, der schlechten Kapazität für den "Trockenbetrieb" und der großen Gesamtdimensionen.
• Die Erfindung will eine Vorrichtung des oben erwähnten Typs bereitstellen, welche alle obigen Anforderungen erfüllt und einen zuverlässigen Betrieb und eine leichte Konstruktion mit sich bringt.
• Im US-Patent Nr. 3,357,203 (Briggs) ist eine Pumpe offenbart, welche mit Wasser-Ammoniak-Kühlzyklen arbeitet und allgemein eine Membran aufweist, die hydraulisch mit unter Druck gesetztem Öl betrieben wird, sowie zwei Sperrventile zum Ansaugen und Ausstoßen und einen zylindrischen Tank zum Lagern von Kühlflüssigkeit zum Start.
• Eine sehr ähnliche Pumpe wurde von der ARKLA-Gesellschaft verwendet, welche Kühlabsorptionsmaschinen herstellt. In solch einem Fall ist eine hydraulisch betriebene Membranpumpe mit einem hydraulischen Kreislauf verbunden, der mit einer Rotationspumpe betrieben wird, um in derselben Maschine den Vorteil des Betriebs einer Membranpumpe und einer Drehpumpe zu erzielen, welche, wie bekannt ist, billiger, stark und zuverlässig im Betrieb eines Kolben-Verbindungsstangen-Kurbel- Systems ist, das bei den üblichen Membranpumpen verwendet wird.
• In einer Membranpumpe wird der Pumpbetrieb durch eine starke Membran ausgeübt, welcher den Kopf der Pumpe in zwei Abschnitte teilt, die Kamnier für die Flüssigkeit mit ihren Saug- und Ausstoßventilen und die Kammer für das Öl, so daß der äußere Motor nicht direkt die Flüssigkeit pumpt, sondern eine zwischengeschaltete Hydraulikflüssigkeit mit dem Vorteil eines abgedichteten Kreislaufs für die Flüssigkeit. Bei der von ARKLA verwendeten Pumpe ist die Vorrichtung zum Verbinden des Drehsystems mit dem unidirektionalen Fluß mit der Membranpumpe mit dem hin- und hergehenden Fluß aus einem Drehverteiler gebildet, der nur arbeitet, um die Röhre der Atmosphäre auszusetzen, in der das Öl in den Saughub der Membranpumpe strömt.
• Solch eine Lösung hat jedoch das ernsthafte Problem, daß die Membran der Pumpe für das Saugen der Flüssigkeit, die zu pumpen ist, nur abgesenkt werden kann, falls der Saugdruck höher als der atmosphärische Druck ist (passives Saugen).
• Die US-A-2,843,500 (Harper) offenbart eine Pumpvorrichtung mit einer sich hin- und herbewegenden Membranpumpe und einer Rotationspumpe, die mit der Membranpumpe über einen Verteiler verbunden ist, der die Saug- und Ausstoßhübe zyklisch invertiert, um die Hin- und Herbewegung auf die Membran zu übertragen. Jedoch zeigt der Drehverteiler keine hohe Funktionstüchtigkeit und erreicht keine hohen Betriebsdrucke. Dies kommt vom Mangel an geeigneten Abdichtvorrichtungen und einer automatischen Nachstellvorrichtung, welche zwischen den beweglichen Komponenten des Verteilers installiert ist.
• Zum Überwinden dieser Nachteile ist gemäß der vorliegenden Erfindung eine Pumpvorrichtung geschaffen, und zwar insbesondere für Absorptionswärmepumpen, mit einer Kombination einer Membranpumpe, eines Öllagertanks und einer Rotationspumpe, welche mit einem Drehverteiler verbunden ist, wobei der Drehverteiler aus zwei Metallscheiben für die automatische Trimmeinstellung bzw. Abstandseinstellung des Gebrauchsspiels, vorgesehen durch den Förderdruck der Rotationspumpe, besteht.
• Der Drehverteiler, der mit der Rotationspumpe verbunden ist, nimmt Öl aus dem Tank und liefert es unter Druck unterhalb der Membran, was veranlaßt, das die Flüssigkeit oberhalb der Membran gepumpt wird und saugt es dann zurück zum Tank mit dem resultierenden Saughub der Flüssigkeit oberhalb der Membran.
• Die Verbindung zwischen dem Öltank und dem Saugventil der Rotationspumpe ermöglicht, daß ein Vakuumsaughub vorgesehen wird, so daß die Membranpumpe sogar arbeiten kann, falls die anzusaugende Flüssigkeit unter einem niedrigeren Druck steht als dem Atmosphärendruck wie es der Fall bei einer Flüssigkeit mit einem niedrigen Siedepunkt sein kann.
• Dank der automatischen Abstandseinstellung des Cebrauchsspiels ist diese Pumpvorrichtung in der Lage bei hohem Druck ohne Abdichtprobleme zu arbeiten.
• Die vorliegende Erfindung wird in Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beispielshalber und nicht beschränkend anhand einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
• Es zeigen:
• Fig. 1 und 1a in schematischer Weise den Betrieb der Vorrichtung während der Ausstoß- und Saugtakte der zu pumpenden Flüssigkeit;
• Fig. 2 und 2a die gesamte Anordnung während der oben erwähnten Hübe;
• Fig. 3 ein Detail der Reduzierer-Verteiler-Anordnung in teilweisem Querschnitt entlang einer Axialebene;
• Fig. 4 eine Graphik zum Vergleichen der absorbierten Leistung und der instantalen Strömungsrate einer herkömmlichen alternativen Verbindungsstangen-Kurbel-Pumpe mit denen einer hin- und hergehenden Membranpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung.
• Mit Bezug auf Figur 1 und 1a enthält die Vorrichtung eine Membranpumpe 10, die in den Röhren des Ausstoßes 11 und der Ansaugung 12 der zu pumpenden Flüssigkeit liegt, welche mit dem oberen Raum 13 der Pumpe oberhalb der elastischen Membran 14 verbunden sind.
• Eine Röhre 16 ist an einem Ende mit dem Öl enthaltenden Tank 17 und am anderen Ende mit dem unteren Raum 15 der Pumpe 10 verbunden.
• Die Rotationspumpe 18 ist in die Röhre 16 eingesetzt und mit einem Drehverteiler 19 verbunden, welcher mit zwei gekrümmten, schief angeordneten Räumen 20 und 21 zum Definieren zweier verschiedener Strömungspassagen A, B, und C, D versehen ist.
• Wenn das System im Zustand von Figur 1 ist, strömt das aus dem Tank 17 entnommene Öl in die Leitung 16 und die Strömungspassagen in die Richtung A-B und C-D und wird in den unteren Raum 15 der Pumpe 10 eingespeist. Die Membran 14 wird nach oben gedrückt, um somit zu bewirken, daß die Flüssigkeit zur Leitung 11 gepumpt wird.
• Wenn der Drehverteiler 19 in der Position von Figur 1a ist, fließt das Öl in den Richtungen C-D und A-B zum Tank 17, wird die Membran 14 abgesenkt und wird die zu pumpende Flüssigkeit zur Leitung 12 gesaugt.
• In Figur 2 und 2a, in der bereits beschriebene Teile durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, ist der Tank 17 abgedichtet und mit einem Tauchstift 34 versehen und enthält eine Rotationspumpe 18, deren Ausgangswelle den Drehverteiler 19 antreibt. Der Betrieb ist ähnlich dem oben beschriebenen; in Fig. 2 ist der Förderhub mit der Membran 14 der Pumpe 10 nach unten gedrückt gezeigt. Ein Sicherheitsventil 23 ist auf der Förderseite der Rotationspunipe 18 vorgesehen.
• Vorzugsweise kann die Reduzierer-Verteiler-Anordnung durch ein kompaktes Teil gebildet werden, das detailliert in Fig. 3 gezeigt ist. Der Drehverteiler 19 ist nut den Durchgängen für die Strömung und die Niederströmung des Öls versehen, und wird durch eine Getriebereduziereinheit 22 hit einem Getrieberad 24 und einer Schneckensohraube 25 gedreht. Solche Getriebereduziereinheit 22 ist direkt ani Ventilgehäuse 26 angebracht und ist mit der Scheibe 19 über das Querglied 27 verbunden, welches wiederum über dem Verteilerflansch 28 durch das Kugellager 29 gehaltert wird. Zwei Dicht-O-Ringe, welche mit 30 bezeichnet sind, sind zwischen das Querglied 27 und das Ventilgehäuse 26 gesetzt.
• Vier Leitungsarmaturen der Ölleitungen, welche mit den vier bereits beschriebenen Passagen A-B-C-D verbunden sind, sind am Verteilerflansch 28 angebracht.
• Ein mit 31 bezeichneter O-Ring dichtet den Verteilerflansch 28 gegenüber dem Ventilgehäuse 26 ab, während der Öldruck auf die Scheibe die Ebene der Rotationsscheiben 19 zur Ebene des Verteilerflansches 28 abdichtet; die Anfangsposition der Scheiben 19, welche den Flansch 28 kontaktiert, ist durch die Gummidichtung 32 bestimmt, welche eine geeignete Länge aufweist, um eine Vorbelastung auf die Scheibe während des Zusammenbaus bereitzustellen. Ein Abstandseinstellring 33 hat die Funktion, zu vermeiden, daß die Dichtung 32 einem Drehmoment während des Betriebs des Ventils unterliegt.
• Die oben beschriebene Vorrichtung kann, wie bereits eingangs erwähnt, in allen Fällen verwendet werden, bei denen eine Verdrängerpumpe mit hohem Saugvermögen mit folgenden Vorteilen der Kopplung der Membranpumpe mit einer Rotationspumpe verwendet wird: Leichtigkeit der Inspektion ohne Beeinflussung des Prozesses; größere Ökonomie; hohe Zuverlässigkeit; geringe Gesamtdimension besonders in der vertikalen Richtung; geringere Vibrationen, welche auf die Pohren und die unterstrormige Ausrüstung übertragen werden; und Verwendung von Motoren geringer Leistung bei gleicher Effizienz.
• Wie in Fig. 4 gezeigt, haben die Darstellungen der instantalen Strömungsrate und der absorbierten Leistung die Form einer quadratischen Welle im Gegensatz zu den Darstellungen einer üblichen alternativen Verbindungsstange-Kurbel-Pumpe. Deshalb sind sowohl die absorbierte Leistung als auch die verbrauchte Leistung konstant und gleich dem Mittelwert des entsprechenden Sinusverlaufs. Wie ersichtlich, ist der Mittelwert gleich 64% des Maximalwerts.
• Die vorliegende Erfindung wurde gemäß einer bevorzugten Ausführungsform illustriert und beschrieben, jedoch können kontruktive Modifikationen von den Fachleuten durchgeführt werden, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Claims (6)

1. Fördervorrichtung eines Typs, der ein Gehäuse mit einer hin- und hergehenden Membranpumpe (10) und eine Rotationspumpe (10) besitzt, die mit dem Gehäuse der Membranpumpe über einen Verteiler (19) verbunden ist, der zyklisch die Saug- und Förderhübe zur Übertragung der hinund hergehenden Bewegung auf die Membran (14) invertiert, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehverteiler (19) aus zwei Metallscheiben (19, 28) für die automatische Abstandseinstellung des hydraulisch durch den Förderdruck der Rotationspumpe gelieferten Gebrauchspiels besteht.

2. Fördervorrichtung eines Typs, der ein Gehäuse mit einer hin- und hergehenden Membranpumpe (10) eine Rotationspumpe (18) und einen Drehverteiler (19) besitzt, der die hin- und hergehende Bewegung überträgt, wobei für die Membranpumpe (10) eine Betätigung mittels eines hydraulischen Schaltkreises vorgesehen ist, der aus einem Ölvorratstank (17) gebildet ist, wobei die Rotationspumpe (18) zwischen dem Tank (17) und dem unteren Raum (15) des Gehäuses der Membranpumpe (10) angeordnet ist, und wobei der Drehverteiler die Aufgabe hat, das Öl in hin- und hergehender Bewegung derart an das Gehäuse der Membranpumpe (10) zu liefern und wegzusaugen, daß eine pulsierende Förder- und Saugbewegung der zu pumpenden Flüssigkeit, die zu dem oberen Raum (13) des Gehäuses der Membranpumpe (10) strömt, veranlaßbar ist, wobei der Drehverteiler (19) aus zwei Metallscheiben (19, 28) für die automatische Abstandseinstellung des hydraulisch durch den Förderdruck der Rotationspumpe gelieferten Gebrauchspiels besteht.

Fördervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für den Saugdruck der zu pumpenden Flüssigkeit eine Unterstützung durch die Rotationspumpe (18) vorgesehen ist, damit Flüssigkeiten mit einem niedrigeren Saugdruck als der atmosphärische Druck pumpbar sind.

Fördervorrichtung nach den vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehverteiler (19) durch denselben Antriebsstutzen (27) der Rotationsverteilungspumpe (18) über eine Untersetzungsgetriebeeinheit (22) betrieben ist.

5. Fördervorrichtung nach den vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Anordnung, die die Rotationspumpe (18), die Untersetzungsgetriebeeinheit (22) und den Drehverteiler (19) umfaßt, in einem abgedichteten Tank (17) angeordnet ist, der das Öl des hydraulischen Schaltkreises enthält, der die Membranpumpe betreibt.

6. Fördervorrichtung nach den vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehverteiler (19) ein Paar symmetrischer Räume (20, 21) aufweist, die längs gegenüberliegender Kreisabschnitte angeordnet sind, welche alternierend die Förderung von Öl zu dem Gehäuse der Membranpumpe und die Strömung des Öls von der Pumpe zurück zu dem Tank veranlassen.

Fördervorrichtung nach den vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß alle Drehbestandteile von nur einem Motor (M) angetrieben sind, der außerhalb des Tanks (17) angeordnet ist.