DE7142266U - Doppelt-wirkende kolbenpumpe fuer helium - Google Patents
Doppelt-wirkende kolbenpumpe fuer heliumInfo
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Description
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen j
Berlin und München VPA 71/7585 Q
Aktenzeichen G 71 42 266.7
Doppelt-wirkende Kolbenpumpe für Helium
Die Neuerung bezieht sich auf eine doppe 11j-wirkende Kolbenpumpe
für Helium, deren Kolben in einem senkrecht angeordneten Zylinder angeordnet ist, dessen Boden und Deckel jeweils mit
einem Einlaß- und einem Auslaßventil versehen sind. Durch den Deckel oder Boden des Zylinders ist eine Antriebsstange für
den Kolben hindurchgeführt.
Für die Kühlung von elektrischen Einrichtungen mit Supraleitern,,
insbesondere eines supraleitenden Kabels, sind Kühlkreisläufe für flüssiges Helium oder flüssigen Stickstoff erforderlich.
Zur Zirkulation dieser kryogenen Flüssigkeiten sind Pumpen vorgesehen, die innerhalb eines Sekundärkreislaufes arbeiten.
Bei solchen Kühlkreisläufen sind zwei Betriebsformen zu unterscheiden.
Bei der ersten erfolgt die Wärmeabfuhr durch Verdampfen der Kühlflüssigkeit. Im Kühlkreislauf zirkuliert
dann ein zweiphasiges Gemisch, das aus Flüssigkeit und Gas besteht. Bei der zweiten Betriebsform wird die Kühlflüssigkeit
unter Druck und Fixieren des Siedepunktes durch einen Wärmeaustauscher im einphasigen flüssigen Zustand umgepumpt.
Die Wärmeabfuhr erfolgt über die spezifische Wärme der Kühlflüssigkeit. Der Betriebsdruck im Kreislauf kann durch den
SIm 2 Hag / 29. 4. 1977
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Gasvorrat in einem Behälter eingestellt werden. Der Förderdruck der Pumpe dient nur zur Überwindung der Strömungsverluste des
Kühlkre i slaufe s.
Bei der Inbetriebnahme eines Kühlkreislaufes mit flüssigem
Helium kann zunächst der Kreislauf über ein Kaltventil aus einem Kryostaten mit Flüssigkeit betankt werden. Zirkuliert
nach anfänglich starkem Gasanfall ein zweiphasiges Gemisch, so kann durch Umschalten des Kaltventils der Betrieb auf
einen Kreislauf unter Druck mit fixiertem Siedepunkt umgeschaltet werden. Hieraus ergibt sich eine weitere Forderung
an die Eigenschaften einer Pumpe für das kryogene Medium, .nämlich die Verwendung für einen gemischten Kreislauf. Mit
einer solchen Pumpe kann die Zeit für die Füllung des Kühlkreisläufe
geringgehalten werden. Darüber hinaus muß eine derartige Kryopumpe noch weitere Forderungen erfüllen. Der
Durchsatz der Kühlflüssigkeit soll stetig und in großen Bereichen variierbar sein. Ferner soll die Pumpe in der Lage
sein, sowohl kaltes als auch warmes Gas zu fördern.
Zur Förderung von flüssigem Helium und flüssigem Stickstoff sind bei der konstruktiven Gestaltung der Pumpe noch besondere
Anforderungen zu erfüllen, weil sich die einzelnen Materialien bei den tiefen Temperaturen unterschiedlich stark
zusammenziehen. Metalle schrumpfen bei Heliumtemperatur beispielsweise bis zu etwa. 4 °/oo und Kunststoffe, die als
Dichtungsmaterialien verwendet werden, sogar bis zu etwa 2,4 96. Außerdem ändert sich auch ede Elastizität der Stoffe.
Gummi und Kunststoffe werden beispielsweise hart und spröde.
Schmierstoffe können wegen der Gefahr einer Verunreinigung der geförderten kryogenen Flüssigkeiten und weil sie bei
den tiefen Temperaturen fest v/erden, im allgemeinen nicht verwendet werden. Störungen durch ausfrierendes Gas im Innenraum
der Pumpe beim Abkühlen sind zu vermeiden. Helium neigt in Rohrleitungen zu Schwingungen und darf von der Pumpe nicht
dazu angeregt werden.
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Für die Realisierbarkeit eines Kühlkreislauf!^ unter erhöhtem
Druck ist ferner zu beachten, daß alle Teile der Pumpe für den Betriebsdruck auszulegen sind. Dies erfordert insbesondere
eine ausreichende Dichtung des Pumpengehäuses gegen den entsprechenden Überdruck. Einerseits muß die
Durchführung des Gestänges für den Kolbenantrieb durch die Zylinderwand genügend abgedichtet werden. Andererseits
bewirkt eine solche Dichtung des Antriebsgestänges gegen den Betriebsdruck eine unzulässige Erhöhung der Reibungsverluste
während der Bewegung des Kolbens. Diese druckfeste Durchführung stellt somit eine unzulässige Wärmequelle der gesamten
Anordnung dar.
Als Pumpen zur Förderung von Helium sind Kreiselpumpen wegen der geringen Dichte des Heliums nicht geeignet, weil diese
Pumpen entsprechend dem Dichteverhältnis nur eine niedrige Druckdifferenz erzeugen können. Zellenradpumpen, Zahnradpumpen
und Roots-Pumpen mit drehenden Druckerzeugern können zwar eine wesentlich höhere Druckdifferenz erzeugen, ihr
Einsatz hängt aber besonders von der wärmetechnischen Gestaitungsmögiichkeit
hinsichf1^ch der Gasentwicklung bzw.
der Gasverluste bei den verschiedenen Drehzahlen ab. Außerdem bereiten di bei solchen Pumpen üblichen mechanischen
Elemente wie Drehdurchführungen und Stopfbuchsen erhebliche Betriebsschwierigkeiten. Außerdem sind diese Pumpen im
allgemeinen zur Gasförderung nicht geeignet.
Demgegenüber haben Kolben- und Membranpumpeη den Vorteil,
daß ihr Voluinendurchsatz variierbar ist und daß große Förder- -höhen bei kleinen Durchsätzen möglich sind. Sie können ferner
kaltes und warmes Gas pumpen. Außerdem sind die konstruktiven Möglichkeiten bei der V7ahl des Antriebs für den Kolben sehr
vielseitig. Es kann beispielsweise ein Kurbelantrieb, ein Hubmagnet außerhalb oder auch ein supraleitender Spulenantrieb
innerhalb des Kryobehälters verwendet werden.
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Bei dem Membranpurapensystem ist in erster Linie die Qualität des Federbalges für die Lebensdauer und maximal erreichbare
Anzahl der Hübe pro Minute wesentlich. Tombak ist als Federbalgmaterial geeignet und die Pederkonstante bei der Temperatur
des flüssigen Heliums ist auch kleiner als bei Raumtemperatur. Die Lebensdauer solcher Tombak-Wellkörper ist
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jedoch mit etwa 10 bis 10 Hüben verhältnismäßig gering.
jedoch mit etwa 10 bis 10 Hüben verhältnismäßig gering.
In einer aus "Cryogenics", April 1965» Seite 109 bekannten
Ausführungsform einer Pumpe für kryogene Flüssigkeiten hat man deshalb den Wellkörper aus Nickel hergestellt. Zum Antrieb
ist bei der bekannten Pumpe ein supraleitender Wechselstrommagnet vorgesehen, der einen supraleitenden Wiobring zum
Schwingen bringt. Durch die Benutzung der Supraleitung ist diese Pumpe jedoch auf die Förderung von Helium beschränkt.
Außerdem läßt der Wellkörper keinen großen Druck und nur geringe Fördermengen zu, weil bei solchen Pumpen der Hub
auf einige Prozent der Wellkörperlänge begrenzt ist, damit die Elastizitätsgrenze des Wellkörpermaterials nicht überschritten
wird.
Die eingangs gestellten Forderungen an eine Pumpe für
kryogene Medien können deshalb am besten mit einer in die Kühlflüssigkeit eingetauchten Kolbenpumpe erfüllt werden.
Aus "Rev.ofScient.Instr." V. 41, Nr. 10, Seiten 1444 bis
1446 ist eine Kolbenpumpe bekannt, deren Zylinder aus nichtmagnetischem Material besteht. Der Kolbon wird von zwei
Ringmagneten mitgeführt, die sich außerhalb des Zylinders befinden und die von einer FührungsweHe geführt und von
einem Antriebsgestänge bewegt werden. Dieses Zylindermii^erial
ermöglicht jedoch nur eine schlechte Wärmeabführung und durch den normalleitenden Magneten erhält man eine verhältnismäßig
große Wärmeeinströmung. Sie ist deshalb für Helium ungeeignet.
In "Advances in Cryogenic Engineering", V. 11, 1965, Seiten
550 bis 535 ist eine nach dem Prinzip der Doppelkolbenanordnung fördernde Pumpe bekannt, die zwar an sich eine stetige
Förderung ermöglicht; die Wärmeabführung ist jedoch durch die
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Verwendung von Edelstahl schlecht und ihr Totvolumen verhältnismäßig
groß. Infolgedessen geht die Fördermenge bei Betrieb zurück. Die Füllung im äußeren Zylinderraum verdampft und
damit wird die Förderung unregelmäßig.
In der US-Patentschrift J>k 56 595 ist eine Ausführungsform
einer Pumpe für kryogene Flüssigkeiten dargestellt mit einem Kolben, der in einem senkrechten Zylinder bewegt wird. Eine
Antriebsstange für den Kolben ist durch den Deckel des Zylinders hindurchgeführt. Deckel und Boden enthalten jeweils
ein Ansaug- und ein Auslaßventil. Der Zylinder wird zunächst mit einem Gas-Flüssigkeitsgemisch gefüllt. Mit der Bewegung
des Kolbens strömt zunächst ein überschüssiger Anteil an Flüssigkeit über Öffnungen in der Zylinderwand, die als
Hilfsventile wirken, in das Flüssigkeitsbad zurück. Dann wird das Flüssigkeits-Gas-Gemisch komprimiert, wodurch
sich das Gas wieder verflüssigt, Dann erst öffnen die Auslaßventile. Wegen der Öffnungen in der Zylinderwand
ist ein Betrieb unter Überdruck nicht möglich. Auch ein geschlossener Kreislauf des beförderten Mediums ist nicht
möglich.
Es wurde nun erkannt, daß eine Pumpe, die alle vorgenannten Forderungen erfüllen soll, so gestaltet sein muß, daß die
zu fördernde kryogene Flüssigkeit, insbesondere flüssiges Helium, beim Pumpen nicht verdampft. Es muß somit sowohl
eine Wärmeeinleitung von außen als auch vor allem eine unzulässige
Wärmeentwicklung der Pumpe selbst praktisch ausgeschlossen v/erden. Diese Forderung kann nur erfüllt werden,
wenn an der Durchführung des Antriebsgestänges durch die Zylinderwand nur eine vernachlässigbar geringe Reibungswärme
entsteht und zugleich wesentliche Ströniungsverluste
in den Zu- und Ablei tungen des Kühlmediums unmittelbar am Pumpenzylinder, insbesondere in den Ansaug- und Auslaßventilen,
vermieden werden.
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Aus dem Fachbuch »Pumpen für Flüssigkeiten und Gase",
Berlin 1970, Seiten 41 bis 45 ist zwar dine Kolbenpumpe für kryogene Medien wie beispielsweise flüssigen Stickstoff
bekannt. Bei dieser Pumpe sind die genannten Forderungen nicht erfüllt. Darüber hinaus wird das kryogene Medium
aufgrund einer Ansaugwirkung in den Pumpenzylinder gefördert. Eine solche Ansaugwirkung muß aber bei einer Förderung
von flüssigem Helium vermieden werden, da die damit verbundene Siedepunktserniedrigung schnell zu einer Verdampfung
dieses Mediums führt. Die bekannte Pumpe ist deshalb für flüssiges Helium nicht geeignet. Dasselbe gilt auch für
die aus den US-PS 32 12.280 und 32 99 828 bekannten Pumpen,
bei denen ebenfalls in einem Ansaugvorgang ein kryogenes Medium, beispielsweise flüssiger Wasserstoff, in den
jeweiligen Pumpenzylinder gelangt.
Mit der Erfindung wird die Aufgabe gelöst, eine Pumpe zur Förderung von gasförmigem und flüssigem Helium zu schaffen,
welche die Nachteile der bekannten Pumpen vermeidet und alle eingangs genannten Forderungen erfüllt. Diese Aufgabe w*rd
erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Pumpenkolben mit der Antriebsstange und dem Antrieb in einem gemeinsamen Druck-'
gehäuse angeordnet ist und daß die Einlaßventile annähernd gewichtslos ausgebildet und mit einer minimalen äußeren
Kraft zu öffnen sind, wobei der Druckunterschied zu beiden Seiten dieser Einlaßventile während des Einlaßvorganges
des Heliums in den von dem Pumpenkolben freigegebenen Pumpraum sowie der Strömungswiderstand der Einlaßventile annähernd
Null sind. Das Helium strömt in den Zylinder, bevor ein
30- merkbarer Unterdruck auftritt. Eine Ansaugv/irkung beim
Einlaßvorgang ist somit praktisch nicht vorhanden. Diese Pumpe kann für einen hohen Druck in einem Kreislauf ausgelegt
werden, und sie kann einen wenigstens annähernd stetigen Flüssigkeitsstrom liefern. Da die Antriebsstange im Pumpengehäuse
angeordnet ist, braucht die Durchführung der Stange durch die Zylinderwand das Helium nicht gegen den Betriebsdruck abzudichten. In dieser Durchführung braucht deshalb
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nur eine vernachlässigbare kleine Reibungswärme erzeugt zu werden.
Aufgrund dieser Vorteile ist die Pumpe nach der Erfindung insbesondere zur Förderung von gasförmigem und/oder flüssigem
Helium geeignet. Selbstverständlich können mit ihr aber auch andere gasförmige oder flüssige kryogene Medien tie beispielsweise
Wasserstoff gefördert werden.
Das Einlaßventil im Boden des· Zylinders 'der Pumpe nach der
Erfindung kann vorzugsweise auch ohne Druckfeder ausgeführt werden. Ist die Pumpe zur Förderung eines Zweiphasengemisches
oder ausschließlich zur Förderung von gasförmigem Helium vorgesehen, so kann das obere Einlaßventil mit einer sehr
schwachen Druckfeder versehen sein. Die Federkraft wird dann vorteilhaft so bemessen, daß sie annähernd gleich
oder wenigstens nicht wesentlich größer als das Gewicht des Ventiltellers ist. Sie hat somit im wesentlichen nur
die Aufgabe, das Gewicht des Tellers zu kompensieren.
Falls die Pumpe ausschließlich kryogene Flüssigkeiten, beispielsweise
flüssiges Helium oder flüssigen Stickstoff, fördern soll, so können unter Umständen auch beide Einlaßventile
als Tellerventile ohne Ventilfeder^ ausgeführt sein.
Die Strömungsverluste in der Pumpen können durch entsprechende Gestaltung sowohl der Ventile als auch der Rohrleitungen
in der Nähe der Ventile geringgehalten werden. Der Strömungsquerschnitt in den Ventilen wird deshalb vorzugsweise nicht
wesentlich geringer, insbesondere gleich oder sogar größer
30' als der Strömungsquerschnitt in den angeschlossenen Rohrleitungen
gewählt. Zusätzlich können die Rohrleitungen an der Pumpe, insbesondere deren Verz\^eigungen, so gestaltet
sein, daß die Wirbelbildung in den Leitungen gering ist.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der ein Ausführungsbeispiel einer Pumpe
nach der Erfindung schematisch veranschaulicht ist.
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In der dargestellten AusfUhrungsform der Pumpe ist zur Erzeugung
der Antriebskraft ein Gleichstrommotor 2, beispielsweise für eine Spannung von 220 V und mit einer Leistung von 60 W,
vorgesehen. Dieser Motor 2 bewegt über ein ax' Vies Stirnradgetriebe
4 mit einer Untersetzung von beispielsweise 15:1 und einem Drehmoment von beispielsweise 3 Nm sowie über eine
Kurvenscheibe 6 und- ein Antriebsgestänge 8 einen Kolben
Das Umfangsprofil der Kurvenscheibe 6 kann zweckmäßig so gestaltet sein, daß die Bewegung des Kolbens 10 nach einer
Sinusfunktion verläuft (vgl. französische Patentschrift 5 75 456).
Der Antriebsmotor 2 kann zweckmäßig nur zur Erzeugung der ■Aufwärtsbewegung des Kolbens 10 vorgeseher sei,n. Dann braucht
das Antriebsgestänge 8 lediglich eine Zugkraft zu übertragen und kann somit als Rohr mit dünner Wandung ausgeführt sein,
das entsprechend geringe Wärmeleitfähigkeit besitzt. Die Wärmeeinführung über das dünne Rohr zum Kolben 10 und damit
zu dem zu fördernden kryogenen Medium ist entsprechend gering.
Die Abwärtsbewegung des Kolben 10 kann dann durch Federkraft erzeugt werden. Zu diesem Zweck kann beispielsweise eine
Schraubenfeder 12 vorgesehen sein, die zwischen dem Kolben und einer Gehäusedurchführung 14 angeordnet ist. Die Gehäusedurchführung
14 enthält eine Dichtung 16. Die Zugstange 8 kann vorzugsweise aus Edelstahl bestehen, der eine gute
Festigkeit hat und ein schlechter Wärmeleiter ist. Die Kurvenscheibe 6 ist in einem Antriebsgehäuse 18 angeordnet,
das mit einem Sichtfenster 20 versehen ist. Das Sichtfenster 20 ermöglicht eine Beobachtung der Funktion des Antriebs.
Das Antriebsgehäuse 18 ist über ein rohrförmiges Verbindungsstück
22 mit der Durchführung 14 eines Pumpenzylinders 24 verbunden, in dem der Kolben 10 bewegt wird. Das Verbindungsstück
22 kann zweckmäßig ebenfalls aus einem dünnwandigen Rohr hergestellt sein, das eine geringe Wärmeeinleitung
zum Pumpenzylinder 24 sicherstellt. Der Deckel 26 des Pumpenzylinders 24 ist mit einem Einlaßventil 28 versehen, das
vorzugsweise als Tellerventil mit einem Teller 30 und einer
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Ventilfeder 32 versehen sein kann. Im Boden 34 des Zylinders
befindet sich ein weiteres Einlaßventil 36, das ebenfalls zweckmäßig als Tellerventil gestaltet sein kann. Der Ventildruck
gegen die Strömungsrichtung des zu fördernden Mediums kann dadurch geringgehalten werden, daß dieses Ventil ohne
Ventilfeder ausgeführt ist. Die Ventilwirkung wird dann ausschließlich durch einen Teller 38 erzeugt.
Im Deckel 26 ist ferner ein Auslaßventil 40 angeordnet, das eine Ventilfeder 42 und einen. Ventilteller 44 enthält. Ein
in gleicher Weise aufgebautes Auslaßventil 46 mit einer Ventilfeder 48 und einem Ventilteller 50 ist im Boden 34 des
Pumpenzylinders 24 angeordnet. In den Ausaugventilen 28 und 36 mündet jeweils eine Einlaßleitung 52 bzw. 54. Diese
Einlaßleitungen 52 und 54 sind jeweils über eine Kupplung 56 bzw. 58 mit einer Zuleitung 60 für das Kühlmedium verbunden.
In gleicher Weise ist λπ die Auslaßventile 40 und 46 jeweils
ein Auslaßrohr 62 bzw. 64 angeschlossen, das über entsprechende Kupplungen 66 bzw. 68 mit einer Ableitung 70 für das Kühlmedium
verbunden ist.
Der Pumpenzylinder 24 kann aus einem gut wärmeleitenden
Material, insbesondere einem nur geringe Reibungsverluste
erzeugenden Metall, insbesondere Kupfer, hergestellt werden. Als Material für den Kolben 10 ist vorzugsweise eine Kupferlegierung,
insbesondere Messing, geeignet. Zur Dichtung der beiden Teile des Zylinderinnenraumes gegeneinander sind
30' Dichtungsringe 11 vorgesehen, die an der inneren Wand des Zylinders 24 gleiten. Diesn Dichtungsringe 11 müssen besonders
gute Gleiteigenschaften haben und außerdem bei tiefer Temperatur nur wenig oder wenigstens nicht wesentlich mehr als
der Zylinder 24 schrumpfen. Diese Forderung an die Dichtungsringe 11 erfüllt Kunststoff, in den ein Metall, insbesondere
Bronze, in feinverteilter Form eingelagert ist.
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In der dargestellten Ausführungsform der Pumpe mit in einem gemeinsamen Gehäuse angeordneten Antriebsmotor 2, Antriebsgestänge
8 und Kolben 10 kann auch im Falle eines irn Zylinder 24 eingefrorenen Kolbens 10 die Pumpe nicht beschädigt werden.
Der Motor 2 zieht dann nämlich den klemmenden Kolben 10 nur noch in die obere Endstellung. Da die Kraft der Feder 12 den
Kolben 10 nicht mehr bewegt, läuft der Antrieb dej Kolbens
leer weiter. Dieser Leerlauf kann durch das druckfeste Sichtfenster 20 im Antriebsgehäuse 18 beobachtet werden.
■ ■ Auch bei der Inbetriebnahme des Kühlkreislaufs, wenn die
Rohrleitungen 60 und 70 mit der Pumpe sich noch auf Raumtemperatur befinden und somit stoßweise, ein starker Gasanfall
mit entsprechender Druckerhöhung zu erwarten ist, setzt der Pumpenvorgang durch Leerlauf des Antriebs solange
aus, bis der Druck in den Rohrleitungen 60 und 70 und den Anschlußleitungen 52 und 54 sowie 62 und 64 ausgeglichen
oder kleiner als der Druck der Feder 12 geworden ist. .Hierdurch werden zugleich Schwingungen vermieden, wenn Helium
mit der Pumpe gefördert werden soll, und es werden auch optimale Betankungszeiten bei der Inebtriebnahme des Kühlkreislaufs
erreicht. Die Antriebsteile, nämlich der Motor 2, das Getriebe 4 sowie die Kurvenscheibe 6 und die Zugstange
befinden sich in dem Gehäuse 18 mit dem Verbindungsstück Sie können vorzugsweise aus vernickeltem Stahl bestehen.
Durch die als Stopfbuchse mit expandiertem Graphit 16 als Dichtungsmaterial ausgeführte Durchführung 14 wird das
kryogene liediuai gehindert, aus dem Zylinder 24 in das Verbindungsrohr
22 aufzusteigen. Diese Stopfbuchse braucht . jedoch nicht den hohen Druck des Kreislaufs gegen die
Atmosphäre abzudichten. Außerdem kann diese Stopfbuchse vorteilhaft einstellbar ausgeführt sein, so daß auch die
Reibung und damit die erzeugte Wärme entsprechend vernachlässigbar kleingehalten werden können.
Durch die Anordnung von jeweils einem Einlaß- und einem Auslaßventil oberhalb und unterhalb des Kolbens 10 in den
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Zylinderdeckeln26 bzw. 34 erhält man die Dcppelfunktion ■"
der Kolbenpumpe mit jeweils einem Hub bei -\er Aufwärts-
und der Abwärtsbewegung des Kolbens 10.
Die Pumpe ist zur Förderung siedender Flüssigkeit, d.h.
für einen offenen Kühlkreislauf und für eine Kühlflüssigkeit geeignet, die sich dicht unter dem Siedepunkt befindet.
Eine auch nur geringe Druckverminderung durch das Ansaugen würde die Flüssigkeit zum Verdampfen bringen. Die Ventile
sind deshalb so gestaltet und angeordnet, daß das Kühlmedium im Falle eines offenen Kreislaufs" durch die etatische
Flüssigkeitssäule bereits ohne merkbare Druckverminderung in den Zylinder 24 einströmt. Bei geschlossenem Kreislauf
wird das Kühlmedium sofort in das freiwerdende Volumen hineingedrückt.
Diese Funktion erfüllen vorzugsweise Tellerventile mit sehr geringer Masse der Teller 30 bzw. 38 sowie 44 und 50 in
Verbindung mit einer wenigstens sehr geringen oder sogar fehlenden Federkraft der Einlaßventile 28 und 36. Die Ventilteller
können vorzugsweise aus dünnen Dural-Metallplättchen
mit einem Gewicht von beisp.ic?-ciweise 0,5 P bestehen. Der
Durchmesser kann beispielsweise 12,8 mm betragen. Zur seitlichen Führung der Ventiltexler können beispielsweise in jedem
Ventil vier um 90° versetzte Nocken vorgesehen sein. Die beiden Auslaßventile 40 und 46 können jeweils mit einer
etwas schwereren Zylinderfeder versehen sein, die beispielsweise aus Edelstahl bestehen kann und eine Federkraft von
beispielsweise 10 ρ haben kann.
' Das obere Einlaßventil 28 kann mit einer Ventilfeder 32
versehen sein, falls mit der Pumpe ein gasförmiges Medium oder ein Zweiphasengemisch gefördert werden soll. Dann wird
die Kraft der Feder 32 so gewählt, daß sie das Gewicht des Ventilteller 30 gerade ausgleicht. Ist die Pumpe zur
Förderung eines flüssigen Mediums vorgesehen, so kann die Ventilfeder entfallen.
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Die Ventilteller werden beim Öffnen beispielsweise um etwa
3 mm angehoben und gegen einen ringförmigen Käfig im Ventileinsatz gedrückt. Der allgemeine Querschnitt der Rohrleitungen
60 bzw. 70 mit den zugehörigen Anschlußleitungen 52, 54, 62 und 64 kann vorzugsweise auch in den Kupplungen 56, 58, 66
und 68 sowie auch in den Ventilen 28, 36, 40 und 46 selbst
eingehalten werden. Eine gute Abdichtung der einzelner». Ventilteller gegen den Ventileinsatz erhält man durch geschliffene
Oberflächen des Tellers.
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Die im Ausführungsbeispiel dargestellte Pumpe kann beispielsweise für einen Volumendurchsatz von mehreren 1000 Litern/Stunde
ausgeführt weiden.
Im Ausführungsbeis piel ist eine Ausführungsform der Pumpe dargestellt, bei der die Antriebsstange 8 durch den Deckel 26
des Zylinders 24 hindurchgeführt und der Antrieb oberhalb der Pumpe angeordnet ist. Es ist jedoch auch eine Ausführungsform der Pumpe möglich, bei der die Antriebsstange 8 durch
den Boden 34 der Pumpe hindurchgeführt und der Antrieb dementsprechend unterhalb der Pumpe angeordnet ist.
Ein besonderer Vorteil der Pumpe besteht darin, daß sie sowohl flüssige als auch gasförmige kryogene Medien fördern kann. Es·
ist somit möglich, zunächst dsn Kühlkreislauf mit einem gasförmigen
Medium zu füllen, das sich mit zunehmender Kühlung und entsprechend abnehmender Temperatur stufenlos verflüssigt.
In einem geschlossenen Kühlkreislauf, beispielsweise für flüssiges Helium als Kühlmittel, kann die Pumpe zusamme-i mit
wenigstens einem Wärmeaustauscher in einem Kühlflüssigkeitsbad mit flüssigem Helium angeordnet sein. Der Kühlkreislauf
kann als zu kühlende Einrichtung beispielsweise ein supraleitendes Kabel enthalten. Dann kann zur Inbetriebnahme
dieses Kreislaufes zunächst gasförmiges Helium beispielsweise aus Gasbehältern in den Kreislauf einströmen. Das durch die
Pumpe im Kreislauf umgewälzte Gas wird im Wärmeaustauscher
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stetig herabgekühlt. Mit einem Druckregler in der Gaszuleitung kann ein gewünschter Überdruck im Kühlkreislauf eingestellt
werden, der vorzugsweise so gewählt wird, daß ein Sieden des verflüssigten Heliums im Kreislauf verhindert wird. Der
dazu erforderliche überkritische Druck kann durcH Steuerung oder Regelung aufrechterhalten werden. Die zu kühlende
Einrichtung wird somit stetig herabgekühlt und auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten.
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Claims (6)
1. Doppelt-wirkende Kolbenpumpe für Helium, deren Kolben in
einem senkrecht angeordneten Zylinder angeordnet ist, dessen Boden und Deckel jeweils mit einem Einlaß- und einem Auslaßventil
versehen sind, mit einer durch den Deckel oder den Boden hindurchgeführten Antriebsstange für den Kolben,
dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenkolben (10) mit der Antriebsstange (8) und dem
Antrieb (2.) in einem gemeinsamen Druckgehäuse (18, 24, 26, 34) angeordnet ist und daß die Einlaßventile (28, 36)
annähernd gewichtslos ausgebildet und mit einer minimalen äußeren Kraft zu öffnen sind, wobei der Druckunterschied
zu beiden Seiten dieser Einlaßventile (28, 36) während des Einlaßvorganges des Heliums in den von dem Pumpenkolben
(10) freigegebenen Pumpraum sowie der Strömungswiderstand der Einlaßventile (28, 36) annäherftd Null sind.
2. Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Boden (^4) des Zylinders (24) als Einlaßventil ein Teller
ventil (36) ohne Ventilfeder vorgesehen ist.
3. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Deckel (26) des Zylinders (24) als
Einlaßventil ein Tellerventil (28) mit einer Druckfeder (32) vorgesehen ist, deren Federkraft nicht wesentlich größer
als das Gewicht des Ventiltellers (30) ist.
4. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
' gekennzeichnet, daß der Zylinder (24) aus Kupfer besteht.
5. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der Kolben (10) mit Dichtungsringen (11) versehen ist, die aus Kunststoff mit eingelagertem Metall
in fein verteilter Form bestehen.
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6. Kolbenpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Metall Bronze vorgesehen ist.
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Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19717142266 DE7142266U (de) | 1971-11-09 | 1971-11-09 | Doppelt-wirkende kolbenpumpe fuer helium |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19717142266 DE7142266U (de) | 1971-11-09 | 1971-11-09 | Doppelt-wirkende kolbenpumpe fuer helium |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE7142266U true DE7142266U (de) | 1977-08-18 |
Family
ID=31955364
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19717142266 Expired DE7142266U (de) | 1971-11-09 | 1971-11-09 | Doppelt-wirkende kolbenpumpe fuer helium |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE7142266U (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115681074A (zh) * | 2022-10-14 | 2023-02-03 | 西安交通大学 | 双活塞两级增压多孔介质高效换热式离子液体压缩机 |
-
1971
- 1971-11-09 DE DE19717142266 patent/DE7142266U/de not_active Expired
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115681074A (zh) * | 2022-10-14 | 2023-02-03 | 西安交通大学 | 双活塞两级增压多孔介质高效换热式离子液体压缩机 |
CN115681074B (zh) * | 2022-10-14 | 2023-11-14 | 西安交通大学 | 双活塞两级增压多孔介质高效换热式离子液体压缩机 |
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