EP0861980A2 - Fluidic pump making use of hydrodynamic supply and charging - Google Patents
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- EP0861980A2 EP0861980A2 EP98103556A EP98103556A EP0861980A2 EP 0861980 A2 EP0861980 A2 EP 0861980A2 EP 98103556 A EP98103556 A EP 98103556A EP 98103556 A EP98103556 A EP 98103556A EP 0861980 A2 EP0861980 A2 EP 0861980A2
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- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04F—PUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
- F04F1/00—Pumps using positively or negatively pressurised fluid medium acting directly on the liquid to be pumped
- F04F1/06—Pumps using positively or negatively pressurised fluid medium acting directly on the liquid to be pumped the fluid medium acting on the surface of the liquid to be pumped
- F04F1/10—Pumps using positively or negatively pressurised fluid medium acting directly on the liquid to be pumped the fluid medium acting on the surface of the liquid to be pumped of multiple type, e.g. with two or more units in parallel
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- F04F1/14—Pumps using positively or negatively pressurised fluid medium acting directly on the liquid to be pumped the fluid medium acting on the surface of the liquid to be pumped adapted to pump specific liquids, e.g. corrosive or hot liquids
Definitions
- the invention relates to a pump for conveying liquid media, which are possibly heavily contaminated with solids, according to the principle of the valve-less hydrodynamic supply and discharge of the liquid media to be conveyed, to and from the pump body and specific application devices of the pump.
- a pump for conveying liquid media which are possibly heavily contaminated with solids
- the inventive pump is of preferred advantage.
- Figures 1 and 2 shows the solution to the problem of the invention when the Liquid delivery is discontinuous.
- the liquid medium will drain the supply source is sucked via line 5 into the gas displacement container 1 and after filling it with a gas, for example nitrogen or air, over the same line 5, the hydrodynamic liquid flow control 6 and the delivery line 7 pressed into a flow container 13.
- a gas for example nitrogen or air
- a continuously operating pump unit must include at least two single pump units P and one unit 17 for conducting the Liquid flows coming from the delivery lines 7 into a central one Delivery line 18, as in FIG. 3.
- the original task was the surface treatment of metals that are produced in the casting process or in other thermal processes.
- the surface treatment is often carried out in wet processes by so-called pickling or finishing.
- the treatment liquids are often alkaline and therefore chemically aggressive, or they contain abrasive solids. For practical reasons, it is therefore desirable for the treatment liquids to get from the pump unit into the treatment tank by the shortest route. If possible without having to pass valve shut-offs or other wear-sensitive fittings.
- the aim was a device that forms a unit with the pump. According to the invention, this specialized device for the surface treatment of metal bodies could be provided using the new pump unit in such a way that the pump unit and the treatment device form a unit.
- the object was thus achieved by a device A according to the invention for the surface treatment of metal bodies B, by means of liquid media C, in the immersion process of the bodies to be treated, according to the liquid media circuit principle, using hydrodynamic pumps P and valveless liquid flow guidance by means of the hydrodynamic liquid media control and conducting principle with the help of the control units 6 and the directing units 17, the treatment device and the pump unit forming a unit.
- hydrodynamic fluid flow control and Conducting has an essential part in the realization of the subject matter of the invention. It is based on the Le Chatelier-Braun principle of priority of the least Resistance or the lowest energy requirement.
- the technical use according to the present invention was not obvious to a person skilled in the art, rather unlikely. It is all the more surprising that the principle according to the invention is working. This is intended to be closer to the two items of liquid flow control here by means of unit 6 and the liquid flow direction by means of Unit 17, with Figures 2 to 2f and 3 and 4, are explained.
- valves in the pump requires a specific liquid suction and delivery system. This could be developed with the unit 6 of the hydrodynamic flow control in connection with a food container 8.
- the liquid medium despite the open pipe bridge R, runs between the delivery lines 5 and 7 through the feed container 8 filled with liquid medium, without the conveyed liquid escaping into the feed container.
- corresponding geometrical constructions of the units 6, which bridge the bridge R without wires are designed in the direction of the feed container 8 such that a higher pressure energy expenditure is required for a change in direction of the liquid flow than for the desired direction of flow of the liquid.
- the funnel-shaped design of the lower connecting piece 16 of the delivery line 7 would have to reverse the flow of the liquid media flow.
- the energy expenditure is extremely high in such a case, since the existing flow rate would have to be slowed down to almost zero. Consequently, the liquid media flow looks for the easier path in terms of energy, namely in the direction of the delivery line 7, towards the flow container or the delivery line end connector of the line 7 in the direction of which the liquid only has to overcome the energy of the gravitational counterpressure.
- the hydrodynamic principle expressly does not work on the principle of jet pumps. Therefore, the liquid level in the feed tank 8 remains unchanged during the pumping phase. It is expedient that the liquid level of the feed container 8 remains above the lower end of the connector 17 during the pumping phase in order to maintain the hermetic seal. Exemplary further constructions of the unit 6 are shown in FIGS. 2a to 2f and 10.
- the generated liquid media flow is at least one according to the invention two inlet nozzle 19 possessing unit 17, for directing liquid media in a central delivery line 18 conducts from where the pumped liquid, as in Case of the single pump, gets into the outlet or the pre-discharge tank.
- the hydrodynamic operating principle of the unit 17 is based on the specific geometric construction of the aggregate that causes the Flow of the liquid medium coming from one of the inlet connections 19 in the direction is directed to the central conveyor.
- the geometric construction of the Unit 17 is designed so that the flow of liquid flow in the direction of the central Delivery line 18 is energetically preferred. So that is also key in this the installation of valves is not necessary and the entire system therefore works
- the obtuse-angled radii R and Ri support the preferred unit construction ction.
- FIG. 7 shows an exemplary variant of the device, three hydrodynamic pump units being used.
- the phase sequence of the functioning of the pump units is detected by means of sensor scanning of the filling level of the gas displacement container, and the gas supply nozzle 3 and gas discharge nozzle 4 are opened or closed accordingly by means of pneumatic control, as is shown with the circuit diagram in FIG.
- the figures show the compactness of the device in the combination of the pump units P and the treatment unit A for treating the body to be treated.
- the operation of the hydrodynamic pump according to FIG. 1 is described as an example.
- the feed container 8 is filled with the liquid to be used when the valve of the gas discharge nozzle 4 is open until the sensor 10 of the gas displacement container 1 is at fully “comes into operation and the valve of the connection piece 4 closes and, moreover, the filling mark of the food container 8 is reached above the end of connection piece 16 of the unit 6.
- the valve of the gas inlet connection piece 3 is now opened and air is pressed into container 1.
- the liquid medium is pumped via the delivery line 7 into the flow container 13 until the level sensor 11 reaches the mark empty "is reached. This completes one pump cycle.
- the next pump cycle takes place according to the same pattern.
- the inventive pump and combination device for treating solid bodies make a significant contribution to technical progress, in particular the environmental benefit is to be emphasized by saving material through less wear and energy.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Pumpe zum Fördern von Flüssigmedien, die gegebenenfalls
stark mit Feststoffen kontaminiert sind, nach dem Prinzip der ventillosen hydrodynamischen
Zuführung und Ableitung der zu fördernden Flüssigmedien, zum und vom
Pumpenkörper und speziifische Anwendungsvorrichtungen der Pumpe.
Um eine kontinuierliche Pumpenförderung zu gewährleisten werden Mindestens zwei
Pumpeinheiten simultan zusammengeschaltet die wechselweise in Funktion treten. In
spezifischen Fällen, zum Beispiel beim FlüssigmedienKreislauf, ist die erfinderische
Pumpe von bevorzugtem Vorteil.The invention relates to a pump for conveying liquid media, which are possibly heavily contaminated with solids, according to the principle of the valve-less hydrodynamic supply and discharge of the liquid media to be conveyed, to and from the pump body and specific application devices of the pump.
In order to ensure a continuous pump delivery, at least two pump units are connected simultaneously, which alternately function. In specific cases, for example in the liquid media circuit, the inventive pump is of preferred advantage.
Zum Hydrodynamikprinzip von Pumpen ist kein adäquater Stand der technik bekannt. Die Problematik liegt in speziellen Anwendungsbereichen, wenn es sich zum Beispiel um mit abrasiven Stoffen beladene Flüssigmedien handelt, im Bereich der Ventilfunktion und generell dem Materialverschleiss. Als Pumpkörper sind solche des Doppelmembrantyps geeignet. Abgesehen von der verbesserungsbedürftigen Lebensdauer des Membranmaterials ist auch hier die Ventilproblematik nicht gelöst. Gleiches gilt für Exzenterschneckenpumpen. Diese eignen sich zwar zum Fördern von Dickstoffen ausgezeichnet. Sobald jedoch feststoffbeladene Flüssigmedien zu fördern sind, nutzt sich der aus Hartgummi bestehende Stator überproportional schnell ab.In der Praxis der Metallindustrie, beim Schlichten von Rohgussteilen oder Abbeizen von Oxidationsschichten ist das Pumpenproblem bisher ein Dauerproblem. No adequate state of the art is known on the hydrodynamic principle of pumps. The problem lies in special areas of application, for example are liquid media loaded with abrasive substances, in the area of Valve function and general material wear. As a pump body are those of Suitable for double membrane types. Apart from the need for improvement The valve problem is not solved here either, the lifetime of the membrane material. The same applies to progressing cavity pumps. Although these are suitable for conveying Excellent thick matter. However, as soon as to promote solid-laden liquid media the hard rubber stator is used disproportionately quickly In the practice of the metal industry, when finishing raw cast parts or pickling of oxidation layers, the pump problem has so far been a permanent problem.
Aufgabe der Erfindung war es, eine Pumpe mit den dazugehörigen hydrodynamischen
Leitaggregaten bereitzustellen, die die genannten Nachteile des Standes der
Technik überwindet, beziehungsweise erst einen fortschrittlichen Stand der Technik
herstellt. Weiterhin war eine anwendungsspezifische Vorrichtung, unter Einsatz der
neuen Pumpe,
Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäss gelöst durch ein Pumpenaggregat mit der
Bezeichnung, hydrodynamische Pumpe P, bestehend aus;
This object was achieved according to the invention by a pump unit with the designation, hydrodynamic pump P, consisting of;
Schematisch wird dieser Teil der Aufgabenlösung Anhand der
Figur 1- als Gesamtkonzept dargestellt, sowie der
Figur 2- die das
Aggregat 6 der hydrodynamischen Flüssigmedienströmungsführung für die Funktionen
- Figure 1
- presented as an overall concept, as well as the
- Figure 2
- which the
unit 6 of the hydrodynamic liquid media flow guide for the functions
Das Konzept der Figuren 1 und 2, zeigt die Aufgabenlösung der Erfindung wenn die
Flüssigkeitsförderung diskontinuierlich erfolgt. In dem Falle wird das Flüssigmedium ab
der Zuleitquelle über die Leitung 5 in den Gasverdrängungsbehälter 1 gesaugt und
nach Befüllen desselben mittels einem Gas,zum Beispiel Stickstoff oder Luft, über die
gleiche Leitung 5, die hydrodynamische Flüssigkeitsströmungssteuerung 6 und die Förderleitung
7 in einen Vorlaufbehälter 13 gedrückt. Durch Wiederholung dieser
Prozedur, erfolgt eine schubweise, diskontinuierliche Pumpenförderung. The concept of Figures 1 and 2 shows the solution to the problem of the invention when the
Liquid delivery is discontinuous. In that case, the liquid medium will drain
the supply source is sucked via
Um eine kontinuierliche Pumpenförderung der Flüssigmedien zu gewährleisten, war es
auch Aufgabe der Erfindung, die hydrodynamische Strömungssteuerung weiterzuentwi
ckeln, damit mindestens zwei Pumpaggregateinheiten wechselweise in Funktion
treten können.
Die Aufgabe wurde gelöst durch ein Aggregat 17 zur hydrodynamischen Dirigierung
der Strömungsrichtung von mindestens zwei Flüssigkeitsströmen. Die Flüssigkeitsströme
kommend aus den Förderleitungen 7 werden wechselweise mittels dem
Aggregat 17 in eine zentrale Förderleitung 18 dirigiert, aus welcher die
Förderflüsigkeit in einen Vorlaufbehälter mündet.In order to ensure continuous pumping of the liquid media, it was also an object of the invention to further develop the hydrodynamic flow control so that at least two pump unit units can alternately function.
The object was achieved by means of an
Folgerichtig gehören zu einem kontinuierlich arbeitenden Pumpenaggregat mindestens
zwei Einzelpumpenaggregate P und ein Aggregat 17 zur Dirigierung der
Flüssigkeitsströme kommend aus den Förderleitungen 7 in eine zentrale
Förderleitung 18, wie gemäss Figur 3.As a consequence, a continuously operating pump unit must include at least
two single pump units P and one
Die ursprüngliche Aufgabenstellung war die Oberflächenbehandlung von Metallen
die im Gußverfahren oder in anderen thermischen Verfahren hergestellt werden,
Die Oberflächenbehandlug erfolgt oft in Nassverfahren durch sogenanntes Beizen
oder Schlichten. Die Behandlungsflüssigkeiten sind oft alkalisch eingestellt und
deshalb chemisch aggressiv, beziehungsweise enthalten sie abrasive Feststoffe. Aus
praktischen Erwägungen ist es deshalb erwünscht,dass die Behandlungsflüssigkeiten
auf kürzestem Weg vom Pumpenaggregat in den Behandlungsbehälter kommen.
Nach Möglichkeit ohne Ventilabsperrungen oder sonstige verschleissempfindliche
Armaturen passieren zu müssen. Angestrebt war eine Vorrichtung die mit der Pumpe
eine Einheit bildet.
Diese spezialisierte Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung von Metallkörpern
konnte erfindungsgemäss, unter Anwendung des neuen Pumpenaggregats so bereitgestellt
werden, dass das Pumpenaggregat und die Behandlungsvorrichtung eine
Einheit bilden. Die Aufgabe wurde somit gelöst, durch eine erfindungsgemässe
Vorrichtung A , zur Oberflächenbehandlung von Metallkörpern B , mittels Flüssigmedien
C,imTauchverfahren der zu behandelnden Körper, nach dem Flüssigmedienkreislaufprinzip,
unter Anwendung von hydrodynamischen Pumpen P und ventilloser
Flüssigkeitsstromführung mittels dem hydrodynamischen Flüssigmedien-Steuerungs- und
Dirigierprinzip mit Hilfe der Steueraggregate 6 und der Dirigieraggregate 17 , wobei
Behandlungsvorrichtung und Pumpenaggregat eine Einheit bilden. The original task was the surface treatment of metals that are produced in the casting process or in other thermal processes. The surface treatment is often carried out in wet processes by so-called pickling or finishing. The treatment liquids are often alkaline and therefore chemically aggressive, or they contain abrasive solids. For practical reasons, it is therefore desirable for the treatment liquids to get from the pump unit into the treatment tank by the shortest route. If possible without having to pass valve shut-offs or other wear-sensitive fittings. The aim was a device that forms a unit with the pump.
According to the invention, this specialized device for the surface treatment of metal bodies could be provided using the new pump unit in such a way that the pump unit and the treatment device form a unit. The object was thus achieved by a device A according to the invention for the surface treatment of metal bodies B, by means of liquid media C, in the immersion process of the bodies to be treated, according to the liquid media circuit principle, using hydrodynamic pumps P and valveless liquid flow guidance by means of the hydrodynamic liquid media control and conducting principle with the help of the
Die Anwendung der hydrodynamischen Flüssigkeitsströmungssteuerung und
Dirigierung hat wesentlichen Anteil an der Realisierung des Erfindungsgegenstands. Es
basiert auf dem Le Chatelier-Braunschen Prinzip der Vorrangigkeit des geringsten
Widerstandes bzw. des geringsten Energiebedarfs. Die technische Nutzung gemäss
der vorliegenden Erfindung war für einen Fachmann nicht einleuchtend, eher
unwahrscheinlich. Umso überraschender ist es, dass das Prinzip erfindungsgemäss
funktioniert. Dies soll hier näher an den beiden Gegenständen der Flüssigkeitsströmungssteuerung
mittels Aggregat 6 und der Flüssigkeitsströmungsdirigierung mittels
Aggregat 17 , mit Figuren 2 bis 2f sowie 3 und 4, erläutert werden.The application of hydrodynamic fluid flow control and
Conducting has an essential part in the realization of the subject matter of the invention. It
is based on the Le Chatelier-Braun principle of priority of the least
Resistance or the lowest energy requirement. The technical use according to
the present invention was not obvious to a person skilled in the art, rather
unlikely. It is all the more surprising that the principle according to the invention
is working. This is intended to be closer to the two items of liquid flow control here
by means of
Die Ventillosigkeit der Pumpe erfordert ein spezifisches Flüssigkeitsansaug und Fördersystem.
Dies konnte mit dem Aggregat 6 der hydrodynamischen Strömungsteuerung
in Verbindung mit einem Speisebehälter 8 entwickelt werden.
Während der Druckphase der Pumpfunktion der Pumpe, durchläuft das Flüssigmedium
trotz offener Rohrleitungsbrücke R, zwischen den Förderleitungen 5 und 7,
den mit Flüssigmedium befüllten Speisebehälter 8, ohne dass die geförderte
Flüssigkeit in den Speisebehälter entweicht.
Bedingung ist es, dass durch entsprechende geometrische Konstruktionen der
Aggregate 6 die die Brücke R leitungslos überbrücken, in Richtung des
Speisebehälters 8 derart ausgebildet sind, dass für eine Richtungsänderung der
Flüssigkeitsströmung ein höherer Druckenergieaufwand erforderlich ist, als für die
gewünschte Strömungsrichtung der Flüssigkeit. In der beispielhaften Praxis gemäss
Figur 2, müsste durch die trichterförmige Gestaltung des unteren Stutzens 16 der
Förderleitung 7 eine Strömungsumkehr des Flüssigmedienstroms erfolgen. Der
Energieaufwand ist in einem solchen Falle extrem hoch, da die vorhandene
Strömungsgeschwindigkeit quasi auf Null ausgebremst werden müsste. Folgerichtig
sucht die Flüssigmedienströmung den energetisch gesehen leichteren Weg und
zwar in Richtung der Förderleitung 7 , hin zum Vorlaufbehälter bzw. dem
Förderleitungsendstutzen der Leitung 7 in dessen Richtung die Flüssigkeit nur die
Energie des Gravitationsgegendrucks überwinden muß. Das Hydrodynamikprinzip
arbeitet ausdrücklich nicht nach dem Prinzip von Strahlpumpen. Deshalb bleibt der
Flüssigkeitsstand im Speisebehlter 8 während der Pump-Phase unverändert.
Zweckmässig ist es, dass das Flüssigkeitsniveau von Speisebehälter 8 während der
Pump-Phase oberhalb des unteren Endes von Stutzen 17 bleibt, um den
hermetischen Abschluss zu halten. Beispielhafte weitere Konstruktionen des Aggregates
6 sind gemäss den Figuren 2a bis 2f und 10, dargestellt. The lack of valves in the pump requires a specific liquid suction and delivery system. This could be developed with the
During the pressure phase of the pumping function of the pump, the liquid medium, despite the open pipe bridge R, runs between the
It is a condition that corresponding geometrical constructions of the
Bei der kontinuierlichen Arbeitsweise der erfinderischen Pumpe, ist es erforderlich,
dass mindestens zwei Pumpeneinheiten ,simultan geschaltet, wechselweise in Funktion
treten, um einen kontinuierlichen Flüssigmedienstrom zu erzeugen. Die wechselweise
erzeugte Flüssigmedienströmung wird erfindungsgemäss mittels einerm mindestens
zwei Einlaufstutzen 19 besitzenden Aggregat 17, zur Flüssigmedienstromdirigierung in
eine zentrale Förderleitung 18 dirigiert, von wo aus die geförderte Flüssigkeit, wie im
Falle der Singelpumpe, in den Auslauf beziehungsweise den Vorlautbehälter gelangt.In the continuous operation of the inventive pump, it is necessary
that at least two pump units, switched simultaneously, function alternately
to create a continuous stream of liquid media. The alternate
The generated liquid media flow is at least one according to the invention
two
Das hydrodynamische Funktionsprinzip des Aggregats 17 basiert wiederum auf der
spezifischen geometrischen Konstruktion des Aggregats, die bewirkt, dass die
Strömung des Flüssigmediums, kommend aus einem der Einlaufstutzen 19 in Richtung
der zentralen Förderleitung dirigiert wird. Die geometrische Konstruktion des
Aggregats 17 ist so ausgelegt, dass der Flüssigkeitsstromfluss in Richtung der zentralen
Förderleitung 18 energetisch bevorzugt ist. Damit ist auch in diesem Schlüsselpunkt
die Installation von Ventilen nicht erforderlich und somit arbeitet das Gesamtsystem
ventilfrei.Die stumpfwinkligen Radien R und Ri stützen die bevorzugte Aggregatkonstru
ktion.The hydrodynamic operating principle of the
Im Bereich der End-, beziehungsweise der Zwischenbehandlung von Rohgusskörpern
Rohstahlkörpern oder Ähnlichem, mittels Flüssigmedien, ist es von grossem Vorteil,
wenn Behandlungsbehälter, Pumpen und Rohrleitungen möglichst kompakt gehalten
werden können, da dadurch Reparaturstllstände und Materialverschleiss gemindert
werden und Energiekosten gesenkt werden können.
Da beim Behandlungssystem drucklos beziehungsweise lediglich unter geringem
Druck der frei zufliessenden Behandlungsmedien gearbeitet wird, ist der Einsatz des
erfinderischen hydrodynamischen Pumpensystems geradezu prädestiniert. In anderen
Fällen, bei Arbeitsweise mit höheren Pumpendrücken, müsste der Druck, der in den
Behandlungsbehälter eintretenden Flüssigkeit, gedrosselt werden, was ein weiteres
unerwünschtes Ventil erforderlich machen würde. Die Kombinations-Vorrichtung
arbeitet
nach dem sogenannten Überlaufprinzip. Dass heisst, der zu behandelnde Körper
wird in einen Behandlungsbehälter 2 getaucht, in dem er der Einwirkung des
Behandlungsmedium unterworfen wird. Danach fliesst das Behandlungsmedium in ein
Überlaufbecken 8 ,das zugleich auch als Pumpenspeisebehälter 8 dienen kann.
Diese Ausführung wird in simplifizierter schematischer Basisausführung in Figur 5
gezeigt. Figur 7 zeigt eine beispielhafte Variante der Vorrichtung, wobei drei
hydrodynamische Pumpeneinheiten zum Einsatz kommen. In einem solchen Falle wird
der Phasenablauf der Funktionsweise der Pumpeneinheiten mittels Sensorabtastung
des Befüllungsstandes der Gasverdrängungsbehälter erfasst und mittels pneumatischer
Regelung werden die Gaszuleitstutzen 3 und Gasableitstutzen 4 entsprechend
geöffnet oder geschlossen, wie dies mit dem Schaltschema der Figur 8
gezeigt wird. Die Figuren zeigen die Kompaktheit der Vorrichtung in der
Kombination der Pumpeinheiten P und der Behandlungseinheit A zur Behandlung
der zu behandelnden Körper.In the area of the final or intermediate treatment of raw castings, raw steel bodies or the like, using liquid media, it is a great advantage if treatment tanks, pumps and pipelines can be kept as compact as possible, as this reduces repair work and material wear and energy costs can be reduced.
Since the treatment system is operated without pressure or only under low pressure of the freely flowing treatment media, the use of the inventive hydrodynamic pump system is virtually predestined. In other cases, when working with higher pump pressures, the pressure of the liquid entering the treatment tank would have to be throttled, which would require another undesirable valve. The combination device works on the so-called overflow principle. This means that the body to be treated is immersed in a
Beispielhaft wird die Funktionsweise der hydrodynamischen Pumpe gemäss Fig. 1
beschrieben.Der Speisebehälter 8 wird bei geöffnetem Ventil des Gasableitstutzens
4 mit der zu verwendenden Flüssigkeit solange befüllt, bis Sensor 10 des
Gasverdrängungsbehälters 1 bei
Bei Kreislaufarbeitsweise, wenn der Vorlaufbehälter ein Überlaufbehälter mit
Flüssigkeitsrückführung in Behälter 8 ist, wird keine weitere Flüssigkeit dem Kreislauf-System
zugeleitet. Anderenfalls muß der Speisebehälter stets nachgefüllt werden.
Dies zeigt die bevorzugte Verwendungsart der hydrodynamischen Pumpe für
Recycelkreisläufe generell und für Recycelkreisläufe nach dem
In the circulatory mode, when the flow tank is an overflow tank with liquid return in
This shows the preferred use of the hydrodynamic pump for recycling cycles in general and for recycling cycles after
Die Erfindung wird beispielhaft durch die folgenden Figuren beschrieben. Die Figuren zeigen;
- Fig.1
- das Basismodel der hydrodynamischen Flüssigmedienpumpe P gemäss dem
Funktionsprinzip,
mit dem Gasverdrängungsbehälter 1mit Gaszuleitstutzen 3 und Gasableitstutzen 4,der Flüssigmedienspeise- und gleichzeitig Förderleitung 5, dem Aggregat der hydrodynamischen Strömungssteuerung 6 des Flüssigmediums,dem Pumpenspeisebehälter 8,der Förderleitung 7und dem Vorlaufbehälter 13, deren Funktionsprinzip im Detail beschrieben wurde. - Fig.1a
- den Gasverdrängunsbehälter
mit den Flüssigkeitsfüllstandssensoren 10 11, 10 für den Füllstandund einem Schwimmer 15 oder einer anderen Einrichtung, mittels der ein Impuls an die Sensoren abgegeben wird, beim Passieren derselben, den Gaszuleit- 3und Ableitstutzen 4, den Regelungseinrichtungen gemäss Fig. 8, für die Gaseinleitung inGasverdrängungsbehälter 1 sowie für dieGasableitung aus Behälter 1, sowie gegebenenfalls einem Abflusstrichter mit Bodenverschluss , für Anwendungsfälle bei Flüssigmedien, die stark mit Feststoffen, zum Beispiel Quarzsand beladen sind. - Fig.1b
- einen Längsschnitt
Variante von Gasverdrängungsbehälter 1 in möglicher vereinfachter Bauweise, ohne abmontierbarem Boden und Deckel,mit einem Einlaufschild 14 zur Verhinderung von Gasblasenbildung,den Sensoren 10und 11,dem Gasableitstutzen 4 mitGasableitventil und Gaszuleitstutzen 3 mit Gaszuleitventil mit Geräuschdämpfer. - Fig.2
- einen Längsschnitt des hydrodynamischen Flüssigmedienströmungsaggregats 6,
in der
Kombination von Endstutzen 21der Förderleitung 5mit dem Trichterstutzen 22der Förderleitung 7. In Abhängigkeit von der Viskosität der zu fördernden Flüssigkeit und bedingt, durch den aufden Verdrängungsbehälter 1 einwirkenden Gasdruck erzeugten Strömungsgeschwindigkeit des Flüssigmediums, kann die Distanz S , derEindringtiefe von Stutzen 21 inden Trichterstutzen 22 variiert werden. Dadurch wird die Durchmesserquerschnittsfläche X, bei konstantem Winkel β3, kleiner oder grösser und dementsprechend der Flüssigkeitsströmungsrückstau grösser oder kleiner. Insofern ist die Strömungsrichtung des Flüssigmediums inRichtung der Förderleitung 7 beeinflussbar. - Fig. 2a bis 2d
- mögliche Varianten der Längs- und Querschnitte des hydrodynamischen
Flüssigmedienströmungsaggregats 6. Allen gemeinsam ist das Strömungsbevorzugungsprinzip
in
Richtung der Förderleitung 7. In der Regel besitzt die Zulaufleitung den gleichen Durchmesser wie die Ablaufleitung.Bei entsprechend schikanöser Rückstaukonstruktion zum Speisebehälter hin, kann der Durchmesser der Ablaufleitung auch grösser als der der Zulaufleitung sein. - Fig.2e bis 2f
- Längsschnitte weiterer möglicher Varianten des Aggregats 6 mit
geschlossenem, brückenlosen Förderleitungssystem der Förderleitungen 5 und
7 jedoch
mit angesetzen Flüssigmedienspeisestutzen 22, mit bevorzugter Winkelstellung β1 und β2 der Stutzen. - Fig.3
ein Aggregat 17 zur hydrodynamischen Flüssigkeitsströmungsrdirigierung im Längsschnitt mitden unteren Zulaufstutzen 19 und der zentralen Förderleitung 18. Die gezeigten gestrichelten Pfeile zeigen in der geometrischen Konstruktionsanordnung die energetisch benachteiligten Strömungsrichtungen eines Flüssigmediums, während der gestrichene, achsiale Pfeil die bevorzugte, dirigierte Strömungsrichtung zeigt. Einflussgebende Faktoren zur bevorzugten Strömungsdirigierung sind die Durchmesser der Leitungen d1, d2 und d3, sowie der Spreitzwinkel β und die Distanz N der Radien von d1 und2. Die geometrische Konstellation der genannten Faktoren ist weitgehend variabel und ist den Verhältnissen der eingehenden Förderleitungen zuden Zulaufstutzen 19 anpassbar. Oberstes Kriterium ist jeweils, dass die Strömungsrichtung in Richtung der zentralen Förderleitung 18 bevorzugt bleibt. Spreitzwinkel β ist bevorzugt spitzwinklig und liegtim Bereich von 10o bis 90o,vorzugsweise von 20o bis 70o.d1 und d2 sind je gleich oder kleiner als d3, wobei d1 und d2 unlimitiert sind.- Fig.4
- Konstruktionsvarianten der hydrodynamischen Flüssigkeitsströmunsdirigierungen 17 mit zwei Zulaufstutzen T, drei Zulaufstutzen M und vier Zulaufstutzen 0.
- Fig.5
- ein Allgemeinschema einer Kombinationsvorrichtung zur Behandlung von Festkörpern
mit Einbindung der hydrodynamischen Pumpe. Die Vorrichtung zeigt auf
einfachste Weise die vorteilhafte Anwendungsmöglichkeit der neuen Pumpe,
die sich praktisch in der Vorrichtung befindet. In diesem Falle handelt es sich um
eine Pumpe nach der Batch- Arbeitsweise. Dies ist möglich wenn die zu behandelnden
Festkörper einige Einwirkungszeit benötigen. Im Detail zeigt Fig.5 das
Schema; Pumpe P,
Behandlungsbehälter 2, Überlauf-und Pumpenspeisebehälter 8 ,mit den entsprechenden Speise und Förderleitungen, sowie den sich im Behandlungsbehälter befindenden zu bearbeitenden Körper B. - Fig.6
- eine Kombinationsbehandlungsvorrichtung, wie in Fig.5, jedoch mit zwei hydrodynamischen
Pumpeinheiten P . mit einem Überlauf-
Festkörperbehandlungsbehälter 2,dem Überlaufbehälter 8, der gleichzeitig Pumpenspeisebehälter ist und einem Zweiweg-Strömungsdirigieraggregat 17. Diese Vorrichtung stellt im Gegensatz zur batchweisen Arbeitsweise, wie in Fig.5, eine Vorrichtung in kontinuierlicher und schneller Arbeitsweise dar. - Fig.7
- eine Kombinationsvorrichtung mit drei hydrodynamischen Pumpeinheiten und einem Strömungsdirigieraggregat 17, die eine höhere Leistung bei kontinuierlicher Arbeitsweise gestattet. In Abhängigkeit von der Viskosität und des spezifischen Gewichts der Flüssigmedien verläuft die Entleerung der Gasverdrängungsbehälter nicht so schnell wie die Befüllung, es sei denn, die Entleerung erfolgt mit Hilfe von Vacuum.Um eine Taktgerechte Entleerungs und Befüllarbeitsweise zu gewährleisten erfolgt die taktgerechte Arbeitsweise der Vorrichtung im Dreipumpeneinheitsystem.
- Fig.8
- das Schaltschema der pneumatischen Steuerung des Taktablaufs beim Einsatz
von drei hydrodynamischen Pumpeinheiten. Der Taktablauf einer Pumpeneinheit
verläuft wie folgend;
Bei Gasverdrängungsbehälter 1 wirddas Gasableitventil 9 desStutzens 4 geöffnet.Behälter 1 ist leer, dementsprechend gibtSensor 11 einen Impuls zum Elektromagneten, desHilfsventils 40 zum öffnen desHauptventils 9. Gleichzeizigwird das Gaszuleitventil 12 , mittels elektrischer Steuerung geschlossen. Das zu fördernde Flüssigmedium befüllt nun durch gravimetrisches Gefälle, über die AnsaugöffnungX von Aggregat 6 und Speiseleitung 5,den Behälter 1. Beim Erreichen der MarkeSensor 10 ,mittels elektrischer Übermittlung, einen Impuls überdas Hilsventil 40 andas Ventil 9 zumSteuerung das Gaszuleitventil 12 pneumatisch geöffnet. Das nun inBehälter 1 einströmende Gas, in der Regel Pressluft, drückt nun dasFlüssigmedium über Förderleitung 5,Flüssigmedienströmungssteuerung 6,und Förderleitung 7,Flüssigmedienströmungsdirigierung 17 und die zentrale Förderleitung 18 in ein Vorlaufgefäss.Erreicht der Schwimmer 15 mit dem sensorspezifischen Impulsgeber die Markedes Behälters 1,tritt Sensor 11 in Funktion mit dem beschriebenen weiteren Regelungsablauf unter Einschaltung einer entsprechend programmierten Speicher-Programmier-Steuerung, die die weiteren Pumpeneinheiten taktgerecht in Funktion setzt mit Pumpablauf des nächsten und folgenden Behälters. Die Befüllungs- und Entleerungsprozedur der Behälter 1 ist derart geregelt, dass alle Behälter 1 gleichzeitig entleert werden können, jedoch die Flüssigkeitsververdrängungsprozedur mit jeweils nur einem Behälter 1 hintereinander erfolgt. Dies begünstigt die Pumpeneffektivität, da der Behälterentleerungszyklus in der Regel eine längere längere Zeit beansprucht als der Flüssigkeitsverdrängungszyklus des befüllten Behälters.
Die weiteren im Schema skizzierten Nummerierungen bedeuten; - 42
- Druckluftquelle, 43 Filter,
- 45
- Druckminderer oder Proportionalventil zur automatischen Druckregelung,
- 46
- Aufbereitungseinheit der Steuerungsdruckluft,
- 47
- Vaccumanschluss oder Schalldämpfer.
- Fig.9
- eine Abwandlung der hydrodynamischen Pumpe P, mit Gasdruckverdrängungsbehälter1,einer
anderen Variante der hydrodynamischen Flüssigmedienströmungssteuerung
26, mit geschlossener, geometrisch-konstruktiver Strömungsbevorzugungskonzeption,
mit Speisebehälter 8 , Speise-und Förderleitung 28,Förderleitung 7 und Vorlaufbehälter 13. - Fig. 10
- im Längsschnitt eine Variante der hydrodynamischen Flüssigmedienströmungssteuerung
26, mit Förder-
Speiseleitungsteil 5,Förderleitungsteil 7und dem Speiseleitungsstutzen 27. Winkel β5 ist spitzwinklig bis rechtwinklig, bevorzugt spitzwinklig. DieDurchmesser von Speiseleitungsstutzen 27,und Förderleitungen 5 und 7, sind bevorzugt gleich. DerDurchmesser von Förderleitung 7 kann jedoch auch grösser als der der anderen Leitungen sein, was jedoch einen Verlust an Flüssigkeitsströmungsgeschwindigkeit zur Folge hat. Auch bei dieser Variante des Teils der Flüssigkeitsströmungssteuerung gilt uneingeschränkt das Prinzip des kleinsten Zwanges. - Fig.11
- eine Kombinationsvorrichtung entsprechend der von Fig. 6 unter Anwendung
der Pumpenvariante gemäss Fig. 9. Die
hydrodynamische Strömungsregulierung gemäss 17, kommt entsprechend zum Einsatz. - Fig. 12
- eine Variante der hydrodynamischen Pumpe unter Anwendung eines dynamischen Ventils gemäss Fig. 13.
- Fig. 13
- ein Konzept eines dynamischen Ventils 27, wenn die hydrodynamische Pumpe
mit höherem Leistung arbeiten soll. Zur Anwendung kommt gemäss diesem Konzept
eine Pumpeneinheit mit einem zweiten Gasverdrängungsbehälter 1a.
Der Förderstutzen 29von Behälter 1a mündet ineinen Trichterstutzen 30, der spitzwinklig inFörderleitung 5 mündet. In Funktion strömt aus Förderstutzen 29 ein Flüssigkeitsstrom mit einem solchen Druck, dass der dynamischeDruck von Stutzen 29 im Gleichgewicht ist mit dem statischenDruck von Stutzen 31 ,Winkel β6 ist spitzwinklig, bevorzugtim Bereich von 5obis 45o,Behälter 1a mit Ventil 27 ,wirkt dynamisch wie ein Absperrventil ist jedoch ohne mechanische Teile. - Fig.14
- eine Kombinationsvorrichtung zum Behandeln von Festkörpern unter Anwendung
eines dynamischen Ventils gemäss der Figuren 12
und 13. - Fig.15
- eine Vorrichtung gemäss Fig.11 jedoch unter Anwendung von Dispersstoff-
Aufwirbeldrehstäben 33. Bei Flüssigmedien mit einem hohen Anteil an Dispersstoffen ist der Wirbeleffekt, verursacht durch die Strömungsgeschwindigkeit der hydrodynamischen Pumpe, nicht stark genug um ein Absetzen der Dispersstoffe zu verhindern. Die Wirbeldrehstäbe treten impulsartig in Funktion.
Die Kegel 34 liegen nicht inder Kegelmulde 35 auf. Ein mechanischer Schleifeffekt wird dadurch vermieden. Die Anwendung der Aufwirbeldrehstäbe ist beschränkt auf Sondererfordernisse.
- Fig. 1
- the basic model of the hydrodynamic liquid media pump P according to the functional principle, with the
gas displacement container 1 withgas supply nozzle 3 andgas discharge nozzle 4, the liquid medium feed anddelivery line 5, the aggregate of thehydrodynamic flow control 6 of the liquid medium, thepump feed tank 8, thedelivery line 7 and theflow tank 13, whose operating principle has been described in detail. - Fig.1a
- the gas displacement container with the
10 and 11, 10 for the levelliquid level sensors float 15 or another device by means of which a pulse is emitted to the sensors, when passing through them, thegas inlet 3 andoutlet nozzle 4, the control devices according to FIG. 8, for the gas introduction into thegas displacement container 1 and for the gas discharge fromcontainer 1, and optionally a drain funnel with bottom closure, for applications with liquid media which are heavily loaded with solids, for example quartz sand. - Fig.1b
- a longitudinal section variant of
gas displacement container 1 in a possible simplified design, without removable bottom and lid, with aninlet shield 14 to prevent gas bubbles, the 10 and 11, thesensors gas discharge pipe 4 with gas discharge valve andgas supply pipe 3 with gas supply valve with silencer. - Fig. 2
- a longitudinal section of the hydrodynamic liquid
media flow unit 6, in the combination ofend nozzle 21 of thedelivery line 5 with thefunnel connection 22 of thedelivery line 7. Depending on the viscosity of the liquid to be conveyed and due to the flow velocity of the liquid medium generated on thedisplacement container 1, gas pressure can be generated the distance S, the penetration depth ofnozzle 21 in thefunnel nozzle 22 can be varied. As a result, the diameter cross-sectional area X becomes smaller or larger at a constant angle β3, and accordingly the liquid flow backflow becomes larger or smaller. In this respect, the direction of flow of the liquid medium in the direction of thedelivery line 7 can be influenced. - 2a to 2d
- Possible variants of the longitudinal and cross-sections of the hydrodynamic liquid
media flow unit 6. Common to all is the flow preference principle in the direction of thedelivery line 7. Generally, the inlet line has the same diameter as the outlet line. If the backwater construction is correspondingly difficult, the diameter of the outlet line can also be be larger than that of the inlet pipe. - Fig.2e to 2f
- Longitudinal sections of further possible variants of the
unit 6 with a closed, bridge-free delivery line system of the 5 and 7, but with attached liquid media feeddelivery lines ports 22, with preferred angles β1 and β2 of the ports. - Fig. 3
- a
unit 17 for hydrodynamic fluid flow guidance in longitudinal section with thelower inlet connection 19 and thecentral delivery line 18. The dashed arrows shown in the geometric constructional arrangement show the energetically disadvantageous flow directions of a liquid medium, while the dashed, axial arrow shows the preferred directed direction of flow. Influencing factors for preferred flow direction are the diameter of the lines d1, d2 and d3, as well as the spreading angle β and the distance N of the radii of d1 and2. The geometric constellation of the factors mentioned is largely variable and can be adapted to the conditions of the incoming delivery lines to theinlet connection 19. The uppermost criterion is that the flow direction in the direction of thecentral delivery line 18 remains preferred. Spreading angle β is preferably acute and is in the range from 10 o to 90 o , preferably from 20 o to 70 o. D1 and d2 are each equal to or less than d3, d1 and d2 being unlimited. - Fig. 4
- Design variants of the hydrodynamic
liquid flow directors 17 with two inlet ports T, three inlet ports M and four inlet ports 0. - Fig. 5
- a general scheme of a combination device for the treatment of solids with integration of the hydrodynamic pump. The device shows in the simplest way the advantageous application of the new pump, which is practically in the device. In this case it is a pump according to the batch mode of operation. This is possible if the solids to be treated require some exposure time. Fig. 5 shows the scheme in detail; Pump P,
treatment tank 2, overflow and pumpfeed tank 8, with the corresponding feed and delivery lines, as well as the body B to be processed located in the treatment tank. - Fig. 6
- a combination treatment device, as in Figure 5, but with two hydrodynamic pump units P. with an overflow solid-
state treatment tank 2, theoverflow tank 8, which is also a pump feed tank and a two-wayflow directing unit 17. This device, in contrast to the batch mode, as in FIG. 5, represents a device in continuous and fast mode. - Fig. 7
- a combination device with three hydrodynamic pump units and a
flow directing unit 17, which allows a higher performance with continuous operation. Depending on the viscosity and the specific weight of the liquid media, the emptying of the gas displacement container does not proceed as quickly as the filling, unless the emptying is carried out with the help of Vacuum. In order to ensure that the emptying and filling procedure is carried out according to the clock, the device operates according to the clock Three-pump unit system. - Fig. 8
- the circuit diagram of the pneumatic control of the cycle sequence when using three hydrodynamic pump units. The cycle sequence of a pump unit is as follows;
Withgas displacement container 1, thegas discharge valve 9 of theconnector 4 is opened.Container 1 is empty, accordinglysensor 11 gives a pulse to the electromagnet, theauxiliary valve 40 to open themain valve 9. At the same time, thegas supply valve 12 is closed by means of an electrical control. The liquid medium to be pumped now fills thecontainer 1 through a gravimetric gradient, via the suction opening X of theunit 6 and feedline 5, when the mark is reachedsensor 10, by means of electrical transmission, a pulse viaauxiliary valve 40 tovalve 9 forgas supply valve 12 is opened pneumatically by means of electrical control. The gas now flowing intocontainer 1, usually compressed air, now presses the liquid medium viadelivery line 5, liquidmedium flow control 6, anddelivery line 7, liquid media flowdirection 17 and thecentral delivery line 18 in thefloat 15 reaches the mark with the sensor-specific pulse generatorcontainer 1,sensor 11 comes into operation with the further control sequence described, with the activation of a correspondingly programmed memory programming control, which puts the other pump units into operation with the pumping sequence of the next and subsequent containers. The filling and emptying procedure of thecontainers 1 is regulated in such a way that allcontainers 1 can be emptied at the same time, but the liquid displacement procedure is carried out in succession with only onecontainer 1. This favors the pump effectiveness, since the container emptying cycle generally takes a longer time than the liquid displacement cycle of the filled container.
The other numberings outlined in the diagram mean; - 42
- Compressed air source, 43 filters,
- 45
- Pressure reducer or proportional valve for automatic pressure control,
- 46
- Conditioning unit for the control compressed air,
- 47
- Vacuum connection or silencer.
- Fig. 9
- a modification of the hydrodynamic pump P, with gas
pressure displacement container 1, another variant of the hydrodynamic liquidmedia flow control 26, with a closed, geometrical-constructive flow preference concept, withfeed container 8, feed anddelivery line 28,delivery line 7 and flowcontainer 13. - Fig. 10
- in longitudinal section a variant of the hydrodynamic liquid
media flow control 26, with feed-feed line part 5,feed line part 7 and thefeed line connector 27. Angle β5 is acute to rectangular, preferably acute. The diameters of feedline connecting piece 27 and 5 and 7 are preferably the same. However, the diameter of the conveyingdelivery lines line 7 can also be larger than that of the other lines, which, however, results in a loss of liquid flow rate. In this variant of the part of the liquid flow control, the principle of the smallest constraint applies without restriction. - Fig. 11
- a combination device corresponding to that of FIG. 6 using the pump variant according to FIG. 9. The hydrodynamic flow regulation according to FIG. 17 is used accordingly.
- Fig. 12
- a variant of the hydrodynamic pump using a dynamic valve according to FIG. 13.
- Fig. 13
- a concept of a
dynamic valve 27 if the hydrodynamic pump is to operate at a higher output. According to this concept, a pump unit with a secondgas displacement container 1a is used. Thedelivery nozzle 29 from thecontainer 1a opens into afunnel connection 30 which ends at an acute angle in thedelivery line 5. In operation flows fromfeed nozzle 29, a liquid stream at such a pressure that the dynamic pressure ofnozzle 29 in equilibrium β6 with the static pressure ofnozzle 31, angle is an acute angle, preferably in therange 5 o to 45 o, thecontainer 1a withvalve 27, acts dynamically like a shut-off valve but without mechanical parts. - Fig. 14
- a combination device for treating solids using a dynamic valve according to Figures 12 and 13.
- Fig. 15
- a device according to FIG. 11, however, using dispersant whirling torsion bars 33. In the case of liquid media with a high proportion of dispersants, the swirl effect, caused by the flow rate of the hydrodynamic pump, is not strong enough to prevent the dispersants from settling. The vortex torsion bars start to function in an impulse.
Thecones 34 do not lie in thecone trough 35. This avoids a mechanical grinding effect. The application of the swivel torsion bars is limited to special requirements.
Die erfinderische Pumpe und Kombinationsvorrichtung zum Behandeln von Festkörpern stellen einen bedeuten Beitrag zum technischen Fortschritt dar, insbesondere ist der Umweltnutzeffekt hervorzuheben, durch Einsparung von Material durch weniger Verschleiss und Energie. The inventive pump and combination device for treating solid bodies make a significant contribution to technical progress, in particular the environmental benefit is to be emphasized by saving material through less wear and energy.
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