EP0181434B1 - Vorrichtung und Verfahren zum Zumessen kleiner und kleinster Flüssigkeitsmengen zu einem Verbraucher - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zum Zumessen kleiner und kleinster Flüssigkeitsmengen zu einem Verbraucher Download PDF

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EP0181434B1
EP0181434B1 EP85107605A EP85107605A EP0181434B1 EP 0181434 B1 EP0181434 B1 EP 0181434B1 EP 85107605 A EP85107605 A EP 85107605A EP 85107605 A EP85107605 A EP 85107605A EP 0181434 B1 EP0181434 B1 EP 0181434B1
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consumer
pump
flow
cylinder
piston
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EP85107605A
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Inventor
Friedhelm Salzmann
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Deutsche Babcock Werke AG
Original Assignee
Deutsche Babcock Werke AG
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Publication date
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23K—FEEDING FUEL TO COMBUSTION APPARATUS
    • F23K5/00—Feeding or distributing other fuel to combustion apparatus
    • F23K5/02—Liquid fuel
    • F23K5/04—Feeding or distributing systems using pumps

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for metering small and smallest amounts of liquid to a consumer with the features of the preamble of claim 1 and claim 9, respectively.
  • the metering of small amounts of liquid via a pump is used, for example, in low-power oil firing systems, with metering being carried out via a nozzle at a constant predetermined pressure. Stepless performance adjustment is not possible. With throughputs below 1.5 kg / h there is also the danger that the nozzle of the oil burner will become blocked.
  • the invention has for its object to provide a device and a method for measuring small and very small quantities on the basis of a pump of predetermined power depending on the speed of the pump.
  • the ratio of the flow resistances in the lines results in a ratio of the volumes of the partial flows which is dependent on the resistances. With the resistance ratio remaining the same, a constant, reproducible quantity distribution of the quantity of liquid delivered by the pump is formed. If the flow resistance in the line leading to the consumer is selected to be relatively large, the corresponding partial volume flow becomes very low, so that small or very small amounts of liquid can be supplied to the consumer. The excess amount of liquid conveyed by the pump is returned to the tank via the return line. This ensures that there is sufficient flow in the supply lines between the pump and the tank, even with small quantities to be delivered to the consumer. If the speed of the pump is reduced, the upstream pressure in the flow divider also decreases with the flow rate. The lower upstream pressure also reduces the amount of liquid supplied to the consumer, analogously to the reduction in speed of the pump. The metering of small and very small amounts of liquid can thus be done depending on the speed.
  • FIG. 1 An embodiment of the invention is shown in the drawing and is explained in more detail below.
  • the drawing shows a device according to the invention, partly in section and partly as a flow diagram.
  • a quantity of liquid is conveyed by a speed-controlled pump 1 provided with a gear and supplied to a consumer via an inlet line 2.
  • a flow divider 3 is arranged on the pressure side of the pump 1, for example in the feed line 2.
  • the flow divider 3 has an input 4 to which the feed line 2 is connected.
  • the flow divider 3 can also be mounted directly in the outlet connection 5 of the pump 1.
  • the flow divider 3 is further provided with two outputs 6, 7, one of which is connected to a return line 8 and the other to a consumer line 9 leading to a consumer.
  • the flow line 8 and the consumer line 9 are assigned flow resistances of different sizes, so that a specific volume flow ratio of the liquid partial flow flowing in the consumer line 9 to the liquid partial flow flowing in the return line 8 can form.
  • the different flow resistances can be formed, for example, by appropriately dimensioned channels in the lines.
  • This flow divider 3 consists of a cylinder 10, in which a piston 11 is inserted and locked. Part of the cylinder space facing the inlet 4 remains free.
  • the outlet 6 connected to the return line 8 opens into this free cylinder space 12.
  • a throttle bore 13 is provided as flow resistance.
  • the cross section of the throttle bore 13 is dimensioned such that when the flow divider 3 is acted on, a pre-pressure is formed in the free cylinder space 12 via the pump 1.
  • the throttle bore 13 is integrated in the pump 1.
  • An annular groove 14 is machined in the wall of the cylinder 10 within the cylinder space occupied by the piston 11.
  • the output 7, to which the consumer line 9 is connected, is connected to this annular groove 14.
  • a seal 15 in the form of an O-ring is provided downstream of the annular groove 14 and is inserted into a recess in the cylinder wall.
  • the piston 11 is inserted into the cylinder 10 with a narrow clearance, so that a throttle section of narrow cross-section is formed between the piston surface and the cylinder wall, the end point of which is formed by the annular groove 14.
  • This throttle section represents the flow resistance that is assigned to the consumer line 9.
  • the piston 11 On its rear side, the piston 11 is connected to a rod 16 which is led out of the cylinder 10 at one end 17. On the protruding end 17, the rod 16 carries a thread, in which a nut 18 engages, which serves as an adjusting device. By turning the nut 18, the piston 11 can be moved within the cylinder 10, but not to the extent that the output 6 to the return line 8 is covered. By moving the piston 11, the length of the throttle section and thus the value of the flow resistance formed by this throttle section can be changed. The adjustment can be made without having to dismantle the flow divider 3.
  • the flow divider described can be used, for example, for fuel metering of internal combustion engines or for refrigerant metering.
  • a special area of application is the oil metering to oil burners of low output.
  • the pump 1 represents an oil pump for such a burner.
  • the oil delivered by this oil pump flows into the flow divider 3 and flows out of the flow divider 3 for the most part (for example 95%) through the return line 8 into the tank or the collection container of the system and is thus returned to the suction side of pump 1.
  • the throttle bore 13 is dimensioned so large that a pre-pressure of 3 to 4 bar is established in the free cylinder space 12 in front of the head side of the piston 11, for example with full delivery capacity of the pump 1 and a speed of 2800 min- 1 .
  • the pressure regulating valve of pump 1 does not yet respond.
  • a leakage oil flow flows out of the free cylinder space 12 between the piston 11 and the wall of the cylinder 10 and collects in the annular groove 14 and flows from there via the outlet 7 and the consumer line 9 as a partial flow (of 5% for example) to the oil burner .
  • the piston position remaining the same, the quantitative distribution of the partial flows flowing through the return line 8 and the consumer line 9 remains approximately constant, even if the speed of the gearbox of the pump 1 and thus the absolute delivery rate is changed.
  • the partial flow flowing to the oil burner through the consumer line 9 can therefore be regulated by changing the speed of the transmission of the pump 1.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Zumessen kleiner und kleinster Flüssigkeitsmengen zu einem Verbraucher mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 beziehungsweise des Anspruches 9.
  • Die Zumessung von kleinen Flüssigkeitsmengen über eine Pumpe wird zum Beispiel bei Ölfeuerungen geringer Leistungen angewendet, wobei die Dosierung über eine Düse bei konstantem vorgegebenen Druck erfolgt. Eine stufenlose Leistungsanpassung ist nicht möglich. Bei Durchsätzen unter 1,5 kg/h besteht außerdem die Gefahr, daß sich die Düse des Ölbrenners verstopft.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, um ausgehend von einer Pumpe vorgegebener Leistung in Abhängigkeit von der Drehzahl der Pumpe einem Verbraucher kleine und kleinste Mengen zuzumessen.
  • Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Bei dieser Vorrichtung stellt sich über das Verhältnis der Strömungswiderstände in den Leitungen ein von den Widerständen abhängiges Verhältnis der Volumina der Teilströme ein. Bei gleichbleibendem Widerstandsverhältnis bildet sich eine konstante, reproduzierbare Mengenteilung der von der Pumpe geförderten Flüssigkeitsmenge heraus. Wird der Strömungswiderstand in der zum Verbraucher führenden Leitung verhältnismäßig groß gewählt, so wird der entsprechende Teilvolumenstrom sehr gering, so daß dem Verbraucher kleine oder sehr kleine Flüssigkeitsmengen zugeführt werden können. Die überschüssige, von der Pumpe geförderte Flüssigkeitsmenge wird über die Rücklaufleitung in den Tank -zurückgeführt. Dadurch ist sichergestellt, daß in den Versorgungsleitungen zwischen der Pumpe und dem Tank auch bei kleinen Abgabemengen an den Verbraucher eine ausreichende Strömung eingehalten ist. Bei einer Verringerung der Drehzahl der Pumpe sinkt mit der Fördermenge auch der Vordruck im Mengenteiler. Durch den geringeren Vordruck wird die dem Verbraucher zugeführte Flüssigkeitsmenge ebenfalls verringert, und zwar analog zur Drehzahlverminderung der Pumpe. Die Dosierung kleiner und kleinster Flüssigkeitsmengen kann somit drehzahlabhängig erfolgen.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Die Zeichnung stellt teils im Schnitt und teils als Fließschema eine Vorrichtung gemäß der Erfindung dar.
  • Von einer mit einem Getriebe versehenen, drehzahlgeregelten Pumpe 1 wird eine Flüssigkeitsmenge gefördert und über eine Zulaufleitung 2 einem Verbraucher zugeführt. Auf der Druckseite der Pumpe 1 zum Beispiel in der Zulaufleitung 2 ist ein Mengenteiler 3 angeordnet. Der Mengenteiler 3 weist einen Eingang 4 auf, mit dem die Zulaufleitung 2 verbunden ist. Der Mengenteiler 3 kann auch unmittelbar in den Austrittsstutzen 5 der Pumpe 1 montiert werden.
  • Der Mengenteiler 3 ist weiterhin mit zwei Ausgängen 6, 7 versehen, von denen einer mit einer Rücklaufleitung 8 und der andere mit einer zu einem Verbraucher führenden Verbraucherleitung 9 verbunden ist. Der Rücklaufleitung 8 und der Verbraucherleitung 9 sind Strömungswiderstände von unterschiedlicher Große zugeordnet, so daß sich ein bestimmtes Volumenstromverhältnis des in der Verbraucherleitung 9 fließenden Flüssigkeitsteilstromes zu dem in der Rücklaufleitung 8 fließenden Flüssigkeitsteilstrom bilden kann. Die unterschiedlichen Strömungswiderstände können zum Beispiel durch entsprechend dimensionierte Kanäle in den Leitungen gebildet sein.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform eines Men-. genteilers ist in der Zeichnung dargestellt. Dieser Mengenteiler 3 besteht aus einem Zylinder 10, in den ein Kolben 11 verschieb- und feststellbar eingesetzt ist. Dabei bleibt ein Teil des Zylinderraumes, der dem Eingang 4 zugewandt ist, frei. In diesen freien Zylinderraum 12 mündet der mit der Rücklaufleitung 8 verbundene Ausgang 6. In diesem Ausgang 6 ist als Strömungswiderstand eine Drosselbohrung 13 vorgesehen. Der Querschnitt der Drosselbohrung 13 ist so bemessen, daß sich bei einer Beaufschlagung des Mengenteilers 3 über die'Pumpe 1 in dem freien Zylinderraum 12 ein Vordruck ausbildet. Für den Fall, daß der Mengenteiler 3 in den Austrittsstutzen 5 der Pumpe 1 montiert ist, wird die Drosselbohrung 13 in die Pumpe 1 integriert.
  • Innerhalb des von dem Kolben 11 eingenommenen Zylinderraums ist in der Wand des Zylinders 10 eine Ringnut 14 eingearbeitet. Mit dieser Ringnut 14 steht der Ausgang 7 in Verbindung, an den die Verbraucherleitung 9 angeschlossen ist. Stromabwärts von der Ringnut 14 ist eine Dichtung 15 in Form eines O-Ringes vorgesehen, die in eine Ausnehmung in der Zylinderwand eingelegt ist.
  • Der Kolben 11 ist mit einer engen Spielfassung in den Zylinder 10 eingesetzt, so daß sich zwischen der Kolbenoberfläche und der Zylinderwand eine Drosselstrecke von eng begrenztem Querschnitt bildet, deren Endpunkt durch die Ringnut 14 gebildet ist. Diese Drosselstrecke stellt den Strömungswiderstand dar, der der Verbraucherleitung 9 zugeordnet ist.
  • Auf seiner Rückseite ist der Kolben 11 mit einer Stange 16 verbunden, die mit einem Ende 17 aus dem Zylinder 10 herausgeführt ist. Auf dem herausragenden Ende 17 trägt die Stange 16 ein Gewinde, in das eine Mutter 18 eingreift, die als Verstelleinrichtung dient. Durch ein Drehen der Mutter 18 läßt sich der Kolben 11 innerhalb des Zylinders 10 verschieben, jedoch nicht soweit, daß der Ausgang 6 zur Rücklaufleitung 8 überdeckt wird. Durch ein Verschieben des Kolbens 11 läßt sich die Länge der Drosselstrecke und damit der Wert des durch diese Drosselstrecke gebildeten Strömungswiderstandes verändern. Die Verstellung kann vorgenommen werden, ohne daß der Mengenteiler 3 demontiert werden muß.
  • Der beschriebene Mengenteiler läßt sich zum Beispiel zur Kraftstoffdosierung von Verbrennungsmatoren oder zur Kältemitteldosierung verwenden. Ein besonderes Anwendungsgebiet ist die Öldosierung zu Ölbrennern kleiner Leistung. Es sei angenommen, die Pumpe 1 stelle eine Ölpumpe für einen solchen Brenner dar. Das von dieser Ölpumpe geförderte Öl strömt in den Mengenteiler 3 und fließt aus dem Mengenteiler 3 zum größten Teil (zum Beispiel zu 95 %) durch die Rücklaufleitung 8 in den Tank oder den Auffangbehälter der Anlage ab und wird damit zu der Saugseite der Pumpe 1 zurückgeführt. Die Drosselbohrung 13 ist so groß bemessen, daß in dem freien Zylinderraum 12 vor der Kopfseite des Kolbens 11 sich zum Beispiel bei voller Förderleistung der Pumpe 1 und einer Drehzahl von 2800 min-1 ein Vordruck von 3 bis 4 bar einstellt. Bei diesem Druck spricht das Druckregulierventil der Pumpe 1 noch nicht an. Aus dem freien Zylinderraum 12 fließt zwischen dem Kolben 11 und der Wand des Zylinders 10 ein Leckölstrom ab, der sich in der Ringnut 14 sammelt und von dort über den Ausgang 7 und die Verbraucherleitung 9 als Teilstrom (von zum Beispiel 5 %) dem Ölbrenner zuströmt. Bei gleichbleibender Kolbenstellung bleibt die mengenmäßige Verteilung der durch die Rücklaufleitung 8 und die Verbraucherleitung 9 fließenden Teilströme in etwa konstant, auch wenn die Drehzahl des Getriebes des Pumpe 1 und damit die absolute Fördermenge geändert wird. Der durch die Verbraucherleitung 9 dem Ölbrenner zufließende Teilstrom kann daher über eine Änderung der Drehzahl des Getriebes der Pumpe 1 geregelt werden.

Claims (11)

1. Vorrichtung zum Zumessen kleiner und kleinster Flüssigkeitsmengen zu einem Verbraucher über eine Pumpe (1) mit einem Austritts-stutzen (5) dadurch gekennzeichnet, daß auf der Druckseite der drehzahlgeregelten Pumpe (1) ein Mengenteiler (3) mit einem Eingang (4) und zwei Ausgängen (6, 7) angeordnet ist, deren einer an eine Rücklaufleitung (8) und der andere an eine zu dem Verbraucher führende Verbraucherleitung (9) angeschlossen ist, daß der Rücklaufleitung (8) und der Verbraucherleitung (9) unterschiedlich große Strömungswiderstände zugeordnet sind, daß der der Verbraucherleitung (9) zugeordnete Strömungswiderstand einen höheren Wert aufweist als der der Rücklaufleitung (8) zugeordnete Strömungswiderstand und daß der Strömungswiderstand der Rücklaufleitung (8) einen solchen Wert aufweist, daß stromaufwärts des Mengenteilers (3) ein Vordruck besteht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der der Verbraucherleitung (9) zugeordnete Strömungswiderstand verstellbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mengenteiler (3) aus einem Zylinder (10) besteht, in den ein zylindrischer Kolben (11) mit enger Spielfassung eingesetzt ist, daß der mit der Rücklaufleitung (8) verbundene Ausgang (6) an den eingangsseitig liegenden und nicht vom Kolben (11) erfüllten Teil des Zylinderraumes (12) angeschlossen und mit einer Drosselbohrung (13) versehen ist und daß der mit der Verbraucherleitung (9) verbundene Ausgang (7) in den Zwischenraum zwischen Kolbenmantelfläche und Zylinderwand mündet.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wand des Zylinders (10) im Bereich des Kolbens (11) eine Ringnut (14) eingearbeitet ist, in die der mit der Verbraucherleitung (9) verbundene Ausgang (7) mündet.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Eingang (4) des'Zylinders (10)' abgewandten Seite der Ringnut (14) eine Dichtung (15) zwischen dem Kolben (11) und der Wand des Zylinders (10) eingelegt ist.
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (11) mit einer Stange (16) verbunden ist, die mit einem Ende (17) aus dem Zylinder (10) herausgeführt und mit einer Verstelleinrichtung versehen ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende (17) der Stange (16) mit einem Gewinde versehen ist, in das eine Mutter (18) eingreift.
8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Mengenteiler (3) in den Austrittsstutzen (5) der Pumpe (1) montiert ist.
9. Verfahren zum Zumessen kleiner und kleinster Flüssigkeitsmengen über eine Pumpe zu einem Verbraucher, bei dem die Fördermenge der Pumpe in Abhängigkeit von der Drehzahl des Getriebes der Pumpe geändert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördermenge der Pumpe über zwei Strömungswiderstände in zwei ungleich große Teilströme derart aufgeteilt wird, daß beide Teilströme sich analog Zur Fördermenge der Pumpe ändern und daß der kleinere Teilstrom dem Verbraucher zugeführt und der größere Teilstrom zur Saugseite der Pumpe zurückgeführt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in dem größeren Teilstrom ein Vordruck eingehalten wird.
EP85107605A 1984-10-23 1985-06-20 Vorrichtung und Verfahren zum Zumessen kleiner und kleinster Flüssigkeitsmengen zu einem Verbraucher Expired EP0181434B1 (de)

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