EP1233184A2 - Kolbenpumpe mit Filterkolben - Google Patents

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EP1233184A2 EP02405064A EP02405064A EP1233184A2 EP 1233184 A2 EP1233184 A2 EP 1233184A2 EP 02405064 A EP02405064 A EP 02405064A EP 02405064 A EP02405064 A EP 02405064A EP 1233184 A2 EP1233184 A2 EP 1233184A2
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    • F04B53/10—Valves; Arrangement of valves
    • F04B53/12—Valves; Arrangement of valves arranged in or on pistons
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    • F04B53/20—Filtering

Definitions

  • the invention relates to a preferably designed as a drilling water pump Piston pump with a reciprocating piston in a cylinder and one integrated filter piston.
  • Pseudo-continuous piston pumps take over in a first work cycle resiliently biased inlet valve a fluid in a pump chamber to this finally compress in a second cycle and via an outlet valve issue.
  • Drilling water pumps take drilling water heavily mixed with solids at low Pressure on and provide both filtered drilling water and separate outputs at Solids concentrated drilling water available at higher pressures.
  • By the strong solid content in the drilling water is a regular backwashing of the filter required to avoid permanent clogging.
  • a piston pump includes one for cleaning the fluid executed filter, which is immovably fixed in the cylinder. A backwash of the filter is not possible.
  • a multi-cascaded, reciprocating piston is one Piston pump designed as a filter piston made of porous metal, which compresses at the same time and cleans. Such a construction is unsuitable for heavily contaminated fluids. Of further backwashing of the filter is not possible.
  • the object of the invention is to implement a filtering piston pump for strong fluids containing solids.
  • the piston pump essentially has one, in a cylinder one self-closing inlet valve to a pump room, sealing back and forth piston moved a resiliently biased, axially limited sealing moving upstream filter piston, which with the piston an independent closes outlet valve.
  • the piston increases the axial movement Pump chamber, which creates a vacuum when the outlet valve is closed, which the Fluid containing solids enters the pump chamber via the inlet valve that is opened can flow in.
  • its axial movement reduces its size the pump chamber and the fluid mixed with solids is compressed, whereby the upstream filter piston is moved towards the piston against the preload and that Exhaust valve opens, which is filtered by the filter piston and by the piston compressed compressed fluid can flow out. That collects in the pump room Solids concentrated fluid.
  • the pump function is also used in a small space combined with a filter function.
  • the piston pump advantageously has an automatically closing concentrate outlet valve to the pump room, which occurs when the filter is clogged Overpressure in the pump room which releases fluid concentrated with solids. So with the piston pump also heavily mixed with solids and with respect to the Fluctuating fluids can be cleaned.
  • the self-closing outlet valve is also advantageously end-controlled closing, whereby axially at a shortly before the bottom dead center of the Her movement Cylinder-striking filter piston closed the exhaust valve, a backflow of the cleaned fluid caused by the filter piston in the pump chamber and thus in the pump chamber an overpressure is built up, which in a third cycle that with solids Concentrated fluid discharges through the concentrate outlet valve. So the piston pump quasi-continuous self-cleaning.
  • the outlet valve which closes at the end and is closed, is advantageous Exhaust valve spring biased over a tie rod, making it structurally simple can be produced.
  • the pump chamber 4 is reduced in size during the forth movement and that with solids offset fluid 9 is compressed, whereby the upstream filter piston 7 against the Bias of the axially biasing filter springs 6 is moved towards the piston 5 and the outlet valve 8 opens, which is filtered by the filter piston 7 and by the Piston 5 compressed compressed fluid 9 can flow out. This collects in the pump room 4 fluid 9 concentrated with solids.
  • the piston pump 1 has an automatically closing Concentrate outlet valve 10 to the pump chamber 4, which in the event of an overpressure Pump chamber 4 which releases fluid 9 concentrated with solids. That independently Closing outlet valve 8 is end-controlled closing with a Exhaust valve spring 11 biased via a tie rod 12, which at a short before Bottom dead center of the forth movement arranged axial stop 13 of the filter piston 7 Exhaust valve 8 closes and thus a backflow of the cleaned fluid 9 through the Filter piston 7 forces into the pump chamber 4, causing an overpressure in the pump chamber 4 is built up, which is concentrated with the solids fluid 9 via the Concentrate outlet valve 10 leaves.

Abstract

Eine Kolbenpumpe mit einem Zylinder (2), einem selbstständig schliessendem Einlassventil (3) zu einem Pumpraum (4), einem dichtend hin- und herbewegbaren Kolben (5) und einem dichtend vorgelagerten Filterkolben (7), wobei der Kolben (5) mit dem vorgelagerten Filterkolben (7) federnd vorgespannt, axial begrenzt beweglich ist und mit dem Filterkolben (7) ein selbstständig schliessendes Auslassventil (8) ausbildet. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezeichnet eine, vorzugsweise als Bohrwasserpumpe ausgeführte, Kolbenpumpe mit einem hin- und herbewegten Kolben in einem Zylinder und einem integrierten Filterkolben.
Pseudokontinuierlich arbeitende Kolbenpumpen nehmen in einem ersten Arbeitstakt über ein federnd vorgespanntes Einlassventil ein Fluid in einer Pumpkammer auf, um dieses schliesslich in einem zweiten Arbeitstakt zu verdichten und über ein Auslassventil auszugeben.
Bohrwasserpumpen nehmen stark mit Feststoffen versetztes Bohrwasser bei niedrigem Druck auf und stellen an separaten Ausgängen sowohl gefiltertes Bohrwasser als auch mit Feststoffen aufkonzentriertes Bohrwasser unter höheren Drücken zur Verfügung. Durch den starken Feststoffanteil im Bohrwasser ist eine regelmässige Rückspülung des Filters erforderlich, um eine dauerhafte Zusetzung dessen zu vermeiden.
Nach der US5534145 beinhaltet eine Kolbenpumpe einen zur Reinigung des Fluids ausgeführten Filter, welcher unbeweglich fest im Zylinder angeordnet ist. Eine Rückspülung des Filters ist nicht möglich.
Nach der US3915071 ist ein, mehrfach kaskadierter, hin- und herbewegter Kolben einer Kolbenpumpe als Filterkolben aus porösem Metall ausgeführt, welcher gleichzeitig verdichtet und reinigt. Für stark verunreinigte Fluide ist eine derartige Konstruktion ungeeignet. Des weiteren ist eine Rückspülung des Filters nicht möglich.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Realisierung einer filternden Kolbenpumpe für stark mit Feststoffen versetzte Fluide.
Die Aufgabe wird im wesentlichen durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Im wesentlichen weist die Kolbenpumpe mit einem, in einem Zylinder mit einem selbstständig schliessendes Einlassventil zu einem Pumpraum, dichtend hin- und herbewegten Kolben einen mit diesem federnd vorgespannten, axial begrenzt dichtend beweglichen vorgelagerten Filterkolben auf, welcher mit dem Kolben ein selbstständig schliessendes Auslassventil ausbildet.
In einem ersten Arbeitstakt vergrössert der Kolben durch seine axiale Hin-Bewegung den Pumpraum, wodurch bei geschlossenen Auslassventil ein Unterdruck entsteht, welcher das mit Feststoffen versetzte Fluid über das dadurch geöffnete Einlassventil in den Pumpraum einströmen lässt. In einem zweiten Arbeitstakt verkleinert sich durch seine axiale Her-Bewegung der Pumpraum und das mit Feststoffen versetzte Fluid wird verdichtet, wodurch der vorgelagerte Filterkolben gegen die Vorspannung auf den Kolben zubewegt wird und das Auslassventil öffnet, welches das durch den Filterkolben gefilterte und durch den Kolben verdichtete gereinigte Fluid ausströmen lässt. Im Pumpraum sammelt sich das mit Feststoffen aufkonzentriertes Fluid an. Somit wird auf engem Raum die Pumpfunktion mit einer Filterfunktion vereint.
Vorteilhaft weist die Kolbenpumpe ein selbstständig schliessendes Konzentratauslassventil zum Pumpraum auf, welches bei einem durch das Zusetzen des Filters entstehenden Überdruck im Pumpraum das mit Feststoffen aufkonzentrierte Fluid auslässt. Somit sind mit der Kolbenpumpe auch stark mit Feststoffen versetzte Fluide und bezüglich der Feststoffbelastung stark schwankende Fluide reinigbar.
Vorteilhaft ist das selbstständig schliessende Auslassventil zusätzlich endseitig weggesteuert schliessend, wodurch bei einem kurz vor dem unteren Totpunkt der Her-Bewegung axial am Zylinder anschlagenden Filterkolben das Auslassventil geschlossen, eine Rückströmung des gereinigten Fluids durch den Filterkolben in den Pumpraum bewirkt und somit im Pumpraum ein Überdruck aufgebaut wird, welcher in einem dritten Takt das mit Feststoffen aufkonzentrierte Fluid über das Konzentratauslassventil auslässt. Somit ist die Kolbenpumpe quasikontinuierlich selbstreinigend.
Vorteilhaft ist das endseitig weggesteuert schliessende Auslassventil mit einer Auslassventilfeder über einer Zugstange vorgespannt, wodurch es konstruktiv einfach herstellbar ist.
Die Erfindung wird bezüglich eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels näher erläutert mit:
  • Fig. 1 als erster Arbeitstakt der Kolbenpumpe mit Filterkolben
  • Fig. 2 als zweiter Arbeitstakt der Kolbenpumpe mit Filterkolben
  • Fig. 3 als dritter Arbeitstakt der Kolbenpumpe mit Filterkolben
    • Nach Fig. 1 weist eine Kolbenpumpe 1 mit einem, in einem Zylinder 2 mit einem selbstständig schliessendes Einlassventil 3 zu einem Pumpraum 4, dichtend hin- und herbewegten Kolben 5 einen mit diesem über Filterfedern 6 federnd vorgespannten, axial begrenzt dichtend beweglichen vorgelagerten Filterkolben 7 auf, welcher mit dem Kolben 5 ein selbstständig schliessendes Auslassventil 8 ausbildet. Bei der Hin-Bewegung vergrössert der Kolben 5 den Pumpraum 4, wodurch bei geschlossenem Auslassventil 8 ein Unterdruck entsteht, welcher das mit Feststoffen versetzte Fluid 9 über das dadurch geöffnete Einlassventil 3 in den Pumpraum 4 einströmen lässt.
    Nach Fig. 2 verkleinert sich bei der Her-Bewegung der Pumpraum 4 und das mit Feststoffen versetzte Fluid 9 wird verdichtet, wodurch der vorgelagerte Filterkolben 7 gegen die Vorspannung der axial vorspannenden Filterfedern 6 auf den Kolben 5 zubewegt wird und das Auslassventil 8 öffnet, welches das durch den Filterkolben 7 gefilterte und durch den Kolben 5 verdichtete gereinigte Fluid 9 ausströmen lässt. Im Pumpraum 4 sammelt sich das mit Feststoffen aufkonzentriertes Fluid 9 an.
    Nach Fig. 3 weist die Kolbenpumpe 1 ein selbstständig schliessendes Konzentratauslassventil 10 zum Pumpraum 4 auf, welches bei einem Überdruck im Pumpraum 4 das mit Feststoffen aufkonzentrierte Fluid 9 auslässt. Das selbstständig schliessende Auslassventil 8 ist endseitig weggesteuert schliessend mit einer Auslassventilfeder 11 über einer Zugstange 12 vorgespannt, welche bei einem kurz vor dem unteren Totpunkt der Her-Bewegung angeordneten Axialanschlag 13 des Filterkolbens 7 das Auslassventil 8 schliesst und somit eine Rückströmung des gereinigten Fluids 9 durch den Filterkolben 7 in den Pumpraum 4 erzwingt, wodurch im Pumpraum 4 ein Überdruck aufgebaut wird, welcher das mit Feststoffen aufkonzentrierte Fluid 9 über das Konzentratauslassventil 10 auslässt.

    Claims (8)

    1. Kolbenpumpe mit einem Zylinder (2), einem selbstständig schliessendem Einlassventil (3) zu einem Pumpraum (4), einem dichtend hin- und herbewegbaren Kolben (5) und einem dichtend vorgelagerten Filterkolben (7), dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (5) mit dem vorgelagerten Filterkolben (7) federnd vorgespannt, axial begrenzt beweglich ist und dass der Kolben (5) mit dem Filterkolben (7) ein selbstständig schliessendes Auslassventil (8) ausbildet.
    2. Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein selbstständig schliessendes Konzentratauslassventil (10) zum Pumpraum (4) aufweist.
    3. Kolbenpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass kurz vor dem unteren Totpunkt des Filterkolben (7) ein Axialanschlag (13) ausgebildet ist und dass das selbstständig schliessende Auslassventil (8) zusätzlich endseitig weggesteuert schliessend ausgeführt ist, wodurch eine Rückströmung des gereinigten Fluids (9) durch den Filterkolben (7) und ein das Konzentratauslassventil (10) öffnender Überdruck erzeugbar ist.
    4. Kolbenpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das endseitig weggesteuert schliessende Auslassventil (8) mit einer Auslassventilfeder (11) über einer Zugstange (12) vorgespannt ist.
    5. Kolbenpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (5) mit dem vorgelagerten Filterkolben (7) über zumindest eine axial vorspannende Filterfeder (6) miteinander verbunden sind.
    6. Verfahren zur Förderung und Filterung eines mit Feststoffen versetzten Fluids mit einer Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einem ersten Arbeitstakt der Kolben (5) durch seine axiale Hin-Bewegung den Pumpraum (4) vergrössert, wodurch bei geschlossenen Auslassventil (8) ein Unterdruck entsteht, welcher das mit Feststoffen versetzte Fluid (9) über das dadurch geöffnete Einlassventil (3) in den Pumpraum (4) einströmen lässt, dadurch gekennzeichnet, dass in einem zweiten Arbeitstakt sich durch seine axiale Her-Bewegung der Pumpraum (4) verkleinert und das mit Feststoffen versetzte Fluid (9) verdichtet wird, wodurch der vorgelagerte Filterkolben (7) gegen die Vorspannung auf den Kolben (5) zubewegt wird und das Auslassventil (8) öffnet, welches das durch den Filterkolben (7) gefilterte und durch den Kolben (5) verdichtete gereinigte Fluid (9) ausströmen lässt.
    7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in einem dritten Takt das mit Feststoffen aufkonzentrierte Fluid (9) über das Konzentratauslassventil (10) ausgelassen wird.
    8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem dritten Takt eine Rückströmung des gereinigten Fluids (9) durch den Filterkolben (7) in den Pumpraum (4) bewirkt wirkt.
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