EP3374634A1 - Dosiereinrichtung - Google Patents

Dosiereinrichtung

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EP3374634A1
EP3374634A1 EP16805733.9A EP16805733A EP3374634A1 EP 3374634 A1 EP3374634 A1 EP 3374634A1 EP 16805733 A EP16805733 A EP 16805733A EP 3374634 A1 EP3374634 A1 EP 3374634A1
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EP
European Patent Office
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diameter
pressure
bore
metering device
control valve
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Withdrawn
Application number
EP16805733.9A
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English (en)
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Holger Blum
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Individual
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    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B13/00Pumps specially modified to deliver fixed or variable measured quantities
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B15/00Pumps adapted to handle specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04B49/00Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/22Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00 by means of valves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04B53/00Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
    • F04B53/10Valves; Arrangement of valves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04B53/00Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
    • F04B53/10Valves; Arrangement of valves
    • F04B53/102Disc valves
    • F04B53/103Flat-annular type disc valves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B9/00Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members
    • F04B9/08Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members the means being fluid
    • F04B9/12Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members the means being fluid the fluid being elastic, e.g. steam or air

Definitions

  • the invention relates to a metering device for metering a readily combustible substance, in particular acrolein acetal, from a source or a container for the material in a vacuum line by a pump whose pump power is controllable,
  • EP 2 237 373 A1 relates to an apparatus for treating ballast water with acrolein to be connected to a main ballast water conduit of a ballast water facility, comprising: a
  • a reactor device to be supplied with an acrolein derivative, a catalyst acid and water for producing an aqueous acrolein solution, a branch line connected to the
  • EP 2 237 373 A1 teaches how an aqueous solution of the biocide acrolein can be produced on deck of acrolein acetal vessels, a highly flammable substance with a low flash point, plus water and catalyst if required, which is conducted via a vacuum line into the engine room of the ship in order to disinfect the ballast water of the ship,
  • DE 20 2011 032 903 U1 relates to a mixing and dosing device for mixing and dosing liquid chemicals comprising a circulation pump with a suction nozzle and a
  • Discharge pipe a pipe coil whose volume content is such that the metered into the device chemicals have sufficient residence time for the chemical reaction, a pitot tube, which leads the outgoing from the coil loop flow to form a jam point from the outlet of the tube punch to a dosing , which is arranged between the pitot tube and the suction nozzle of the circulation pump and comprises at least two metering valves, and a Downpipe, which is connected to the pitot tube and having a vacuum flange for connection of the mixing and metering device to a vacuum device.
  • DE 20 2011 032 903 U1 shows how in a continuous apparatus in the form of a loop mixing reactor
  • Acroleinacetal is reacted with the aqueous catalyst solution, and how these two substances are continuously pumped by two Dosierventiie on this device in a vacuum line,
  • Dosing pumps are usually driven by three-phase motors, the speed of which is regulated by frequency converters, frequency inverters must be placed relatively close to the three-phase motor, as otherwise there will be control oscillations.
  • frequency inverters when using the metering pump in explosive environments, such as. on the deck of vessels carrying liquid gases, the use of electrical equipment is prohibited.
  • the invention has for its object to provide a Doster raised for dosing a highly flammable substance, in particular acrolein acetal, ready to steep, which can be used safely in hazardous environments,
  • the metering device for metering an easily combustible substance, in particular acrolein acetal, from a source or a container for the substance into a vacuum line by a pump whose pump power is controllable, characterized in that the pump is a driven by a compressed air motor displacement pump, and that between the positive displacement pump and the vacuum line, a pressure holding and control valve is arranged whose dimensionless delivery height H / Ho [mWS / 1 mWS] with the dimensionless flow rate Q / Qo
  • the device according to DE 20 201 1 032 903 U1 in explosive environment i. used on deck of vessels carrying liquefied gases.
  • Compressed air motor can be of any length, ie the compressed air source and its control can outside the potentially explosive area, for example in the engine room of the ship, be arranged.
  • the torque of compressed air motors is non-linear to the compressed air pressure due to the inevitable slip at low pressures of less than 2 bar. This poses
  • the metering device is characterized in that the pressure holding and control valve comprises a cylindrical valve housing having an upper side, in which a central inlet bore is provided with a diameter d1, and with a bottom, in which an inner bore is provided, the Diameter d2 is greater than the diameter of the inlet bore and forms an outlet of the pressure holding and control valve, a Verschierkolben with an upper part whose diameter d3 is smaller than the diameter d2 of the inner bore and larger than the diameter d1 of the inlet bore, a freely movable, circular sealing washer made of an elastomer between the sealing piston and an inner sealing surface, which is located between the inner bore and the inlet bore on an inner side of the
  • Valve housing is formed, and by a compression spring which is supported in the inner bore and presses on the sealing piston, the sealing disc against the inner sealing surface.
  • the pressure maintenance and control valve is largely insensitive to the presence of
  • Control valve has a self-cleaning effect, because, since all moving parts can move freely axially and laterally, deposits or accumulations of suspended solids are always flushed out with the fluid. Therefore, the use of the pressure holding and control valve according to the invention is particularly advantageous if the pumped medium excreted by polymerization insoluble solids.
  • the metering device according to the invention is characterized in that the sealing disc has a diameter d4 which is greater than that
  • the metering device according to the invention is characterized » that the top and bottom of the valve housing are formed as a plane sealing surfaces.
  • the top and the bottom can be used in an advantageous manner when installing the pressure holding and control valve as sealing surfaces against connection components.
  • Fig. 1 shows a section through a pressure holding and control valve, in the inventive
  • Dosing device is used
  • FIG. 2 shows a section through an installation of the pressure holding and control valve of Figure 1 in a process plant.
  • 3 is a schematic representation of a metering device according to the invention for readily combustible substances, in particular acrolein;
  • Fig. 4 is a graph showing the ratio of the compressed air pressure on a compressed air motor of
  • the pressure holding and control valve according to the invention has a cylindrical, metallic valve housing 1 with a top 2, in which a central inlet bore 3 with a
  • Diameter d1 is located.
  • the valve housing 1 comprises an inner bore 5, whose diameter d2 is greater than the diameter of the inlet bore 3 and which forms an outlet of the pressure holding and control valve.
  • the valve housing 1 has an underside 4, which, like the upper side 2, is designed as a flat surface and thus can be used as sealing surfaces in relation to connection components during installation of the pressure-retaining and control valve.
  • valve housing 1 In the valve housing 1 is located between the inner bore 5 and the inlet bore 3, a cylindrical, flat, inner sealing surface 6 as a transition between the inner bore 5 and the
  • a freely movable, circular sealing disc Taus an elastomer is disposed between a Versch96kolben 8 and the sealing surface 6.
  • the diameter d3 of a cylindrical upper part 9 of the closure piston 8 is smaller than the diameter of the inner bore 5 but larger than the diameter of the inlet bore 3.
  • the sealing washer 7 has a diameter d3 which is larger than the diameter of the
  • the diameter d3 of the sealing disc 7 is smaller than the diameter d4 of the upper part 9 of the Versch47kolbens 8.
  • the sealing disc 7 thus closes the inlet bore 3, regardless of the lateral position of the sealing disc 7, when the Verschwinkolben. 8 the sealing disc 7 presses against the sealing surface 6.
  • the closing piston 8 has rounded edges 10, a cylindrical lower part 11 of the Verschpsychkolbens 8 has a smaller diameter d4 than the inner diameter of a compression spring 12, which presses the Verschpsychkolben 8 on the sealing disc 7 against the sealing surface 6.
  • the compression spring 12 has between the turns free passage column.
  • the outer diameter of the compression spring 12 is smaller than the diameter d2 of the inner bore 5.
  • the compression spring 12 is biased by one or more clamping rings 13.
  • the clamping rings 13 sit with fit h6 in the inner bore 5, which has a fit H7.
  • the compression spring 12 exerts a force on the sealing disk 7 by means of the prestressing piston 8, whereby the inlet bore 3 is closed in a liquid-tight manner.
  • the clamping force of the compression spring 12 is calculated to the spring constant ma! Compression in mm according to formula I below:
  • the hydraulic pressure of the inflowing at the inlet bore 3 liquid causes the sealing disc 7 lifts off from the plane inner sealing surface 8 against the spring force of the compression spring 12 and entering the inlet bore 3 liquid flow past the closure piston 8, through a gap 16 between the upper part the Verschdalekolbens 8 and the inner bore 5 and between the turns of the Druckfederl 2 can flow into the inner bore 5.
  • the gap 18 has a cross-sectional area that is different from the cross-sectional area of the
  • Inlet hole 3 corresponds.
  • the spring 12 and the closing piston 8 are moved.
  • the sealing disk 7 remains between the closing piston 8 and the sealing surface 8.
  • the compression spring 12, the Verschdalekolben 8 and the sealing disc 7 may be in the
  • the pressure holding and regulating valve according to FIG. 1 can, as shown in FIG. 2, be installed between two DIN flanges 17, 17 'using flat gaskets 18, 18 ' . If the
  • Flanges 17, 17 'are parts of two shut-off valves can be easily removed during operation by locking both valves above and below the pressure holding and control valve of FIG. 1 and loosening bolts 19, the pressure holding and control valve according to the invention.
  • the developed pressure holding and control valve is disassembled by relaxing the Seegerings 14 and another compression spring 12 or an additional clamping ring 13 can be replaced in a short time.
  • the metering device comprises a reservoir 20 for a delivery fluid 21, e.g.
  • the level of liquid in the reservoir 20 may be low, as shown at 22, or high, as shown at 23.
  • a suction line 24 is attached leading to a positive displacement pump 26 as a metering pump.
  • the displacement pump 26 is connected via a mechanical clutch 27 with a compressed air motor 28.
  • the compressed air motor 28 is connected to a compressed air line 29 and has an exhaust air pipe 31.
  • a pressure line 33 leads directly via a flange 17 to the inlet bore 2 of the pressure holding and control valve 36, the inner bore 5 opens at a flange 17 'of a metering line 39.
  • an open shut-off valve 40 the pumped by means of displacement pump 26 medium passes
  • Acrolein acetal e.g. in the vacuum pipe 59.
  • the displacement pump 26 had a capacity of 27 liters per hour at 128 strokes per minute.
  • the vacuum pipe 59 there was a vacuum of -9.5 mWS (meters of water).
  • the pressure gauge in the pressure line 33 indicated a pressure of 25 mWS.
  • the compressed air pressure in the compressed air line 25 was 77 kPa.
  • the torque of compressed air motors is non-linear to the compressed air pressure because of the inevitable slip at low pressures of less than 2 bar. Additional measures are therefore required to establish the desired linearity between the compressed air pressure and the stroke rate of the positive displacement pump.
  • H / Ho [m WS / 1 m WS] denotes the hydrostatic pressure in dimensionless form and Q / Qo [mWIrrrVh] the hydraulic flow capacity in dimensionless form, the following formula applies to the pressure maintenance and control valve according to the invention:
  • Compressed air control represents a complete, safe replacement for the electric frequency converter.
  • Valve body 1 Material no. 1.2424, outer diameter 27 mm, height
  • Closing piston 8 Material no. 1.2424, diameter upper part 17.2
  • Sealing washer 7 Viton; Outer diameter 16mm; Height of the plate 2mm
  • Spring 12 Material number 1.2330 outer diameter 17.25 mm, wire thickness 1, 25 mm
  • Clamping rings 13 Material No. 1.2424, 3 pieces, height 2 mm each
  • Flanges 17 Material No. 1.2771, both sides DN 15

Landscapes

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Dosiereinrichtung zum Dosieren eines leicht brennbaren Stoffes, insbesondere Acroleinacetal, aus einer Quelle oder einem Vorratsbehälter (20) in eine Vakuumleitung (38) umfassend: eine durch einen Pressluftmotor (28) betriebene Verdrängerpumpe (26), deren Pumpenleistung steuerbar ist; und ein zwischen der Verdrängungspumpe (26) und der Vakuumleitung (38) angeordnetes Druckhalte- und Regelventil (35), dessen dimensionslose Förderhöhe H/Ho [mWs/1mWs] mit der dimensionslosen Förderleistung Q/Qo [m3/h/1m3/h] nach der Formel: {H/Ho} = {C1*(Q/Qo)} 0'333 zusammenhängt, wobei gilt H = Hydraulischer Druck am Eingang des Druckhalte- und Regelventils, Ho = 1 mWS, C1 = Konstante für das Druckhalte- und Regelventil, Q = Hydraulische Durchflussleistung, Qo = 1m3/h.

Description

Dosiereinrichtung
Die Erfindung betrifft eine Dosiereinrichtung zum Dosieren eines leicht brennbaren Stoffes, insbesondere Acroleinacetal, aus einer Quelle oder einem Verratsbehälter für den Stoff in eine Vakuumleitung durch eine Pumpe, deren Pumpenleistung steuerbar ist,
EP 2 237 373 A1 betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung von Ballastwasser mit Acrolein, die an einer Hauptballastwasserleitung einer Ballastwassereinrichtung anzuschließen ist, umfassend: eine
Reaktoreinrichtung, der ein Acroleinderivat, Katalysatorsäure und Wasser zur Erzeugung einer wässngen Acroleinlösung zuzuführen ist, eine Abzweigungsleitung, die mit der
Hauptballastwasserieitung zur Abzweigung eines Ballastwasser-Teilstroms verbunden ist, und eine Mischeinrichtung, die mit der Abzweigungsleitung und mit einer Acroleintösung-Zufuhrteitung von der Reaktoreinrichtung verbunden ist und zur Verdünnung der wässrigen Acroleinlösung von der
Reaktoreinrichtung ausgelegt ist, und eine Zufuhreinrichtung zur Zufuhr der wässrigen Acroleinlösung von der Mischeinrichtung zu der Hauptballastwasserieitung. Die EP 2 237 373 A1 lehrt, wie an Deck von Schiffen aus Acroleinacetal, einem leicht brennbaren Stoff mit niedrigem Flammpunkt, plus Wasser und Katalysator bei Bedarf eine wässrige Lösung des Biozides Acrolein erzeugt werden kann, welches über eine Vakuumleitung in den Maschinenraum des Schiffes geleitet wird, um dort idas Ballastwasser des Schiffes zu desinfizieren,
DE 20 2011 032 903 U1 betrifft eineMisch- und Dosiervorrichtung zum Mischen und Dosieren von flüssigen Chemikalien umfassend eine Kreislaufpumpe mit einem Saugstutzen und einem
Druckstutzen, eine Rohrschlange, deren Volumeninhalt so bemessen ist, dass die in die Vorrichtung eindosierten Chemikalien eine für die chemische Umsetzung ausreichende Verweilzeit haben, ein Staurohr, das den aus der Rohrschlange austretenden Kreislaufstrom unter Bildung einer Staustelle von dem Auslass der Rohrschlage zu einer Dosierleitung führt, die zwischen dem Staurohr und dem Saugstutzen der Kreislaufpumpe angeordnet ist und wenigstens zwei Dosierventile umfasst, sowie ein Fallrohr, das mit dem Staurohr verbunden ist und einen Vakuumflansch zum Anschluss der Misch- und Dosiervorrichtung an eine Vakuumvorrichtung aufweist. Im Detail wird in DE 20 2011 032 903 U1 gezeigt, wie in einer kontinuierlichen Vorrichtung in Form eines Schlaufenmischreaktors das
Acroleinacetal mit der wässrigen Katalysatorlösung zur Reaktion gebracht wird, und wie diese beiden Stoffe durch zwei Dosierventiie an dieser Vorrichtung in eine Vakuumleitung kontinuierlich eingepumpt werden,
Dosierpumpen werden üblicherweise von Drehstrommotoren angetrieben, deren Drehzahl durch Frequenzumrichter geregelt wird, Frequenzumrichter müssen relativ nahe am Drehstrommotor aufgestellt werden, da es andernfalls zu Regelschwingungen kommt. Dazu kommt, dass beim Einsatz der Dosierpumpe in explosionsgefährdeter Umgebung, wie z.B. an Deck von Schiffen, die Flüssiggase transportieren, der Einsatz von elektrischen Betriebsmitteln untersagt ist.
Der Erfindung legt die Aufgabe zugrunde, eine Dostereinrichtung zum Dosieren eines leicht brennbaren Stoffes, insbesondere Acroleinacetal, bereit zu steilen, die in explosionsgefährdeten Umgebungen gefahrlos eingesetzt werden kann,
Dazu ist die ertindungsgemäße Dosiereinrichtung zum Dosieren eines leicht brennbaren Stoffes, insbesondere Acroleinacetal, aus einer Quelle oder einem Verratsbehälter für den Stoff in eine Vakuumleitung durch eine Pumpe, deren Pumpenleistung steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe eine durch einen Pressluftmotor betriebene Verdrängungspumpe ist, und dass zwischen der Verdrängungspumpe und der Vakuumleitung ein Druckhalte- und Regelventil angeordnet ist, dessen dimensionslose Förderhöhe H/Ho [mWS/1 mWS] mit der dimensions!osen Förderleistung Q/Qo
Durch Verwendung eines Pressiuftmotors statt eines Elektromotors als Antrieb der Dosierpumpe kann die Vorrichtung nach DE 20 201 1 032 903 U1 in explosionsgefährdeter Umgebung, d.h. an Deck von Schiffen, welche Flüssiggase transportieren, eingesetzt werden. Die Pressluftleitung zum
Pressluftmotor kann beliebig lang sein, d.h. die Pressluftquelle und deren Steuerung können außerhalb des explosionsgefährdeten Bereiches, beispielsweise im Maschinenraum des Schiffes, angeordnet sein. Allerdings ist das Drehmoment von Pressluftmotoren wegen des unvermeidlichen Schlupfes bei niedrigen Pressluftdrücken von unter 2 Bar nichtlinear zum Pressluftdruck. Dies stellt
steuerungstechnisch einen Nachteil gegenüber den bei Drehstrommotoren verwendbaren
Frequenzumrichtern dar. Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Druckhalte- und Regelventil in der Dosierleitung einer mit Pressluftmotor angetriebenen Verdrängungspumpe als Dosierpumpe eingesetzt wird, wobei sich überraschend gezeigt hat, dass dann die Hubzahl der Dosierpumpe proportional dem Pressluftdruck an dem Pressluftmotor ist, sodass die Dosiereinrichtung zuverlässig mit einer mit Pressluftmotor angetriebenen Verdrängungspumpe betrieben werden kann und die Steuerung vereinfacht wird.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Dosiereinrichtung dadurch gekennzeichnet, dass das Druckhalte- und Regelventil umfasst ein zylindrisches Ventilgehäuse mit einer Oberseite, in der eine zentrale Eintrittsbohrung mit einem Durchmesser d1 vorgesehen ist, und mit einer Unterseite, in der eine Innenbohrung vorgesehen ist, deren Durchmesser d2 größer ist als der Durchmesser der Eintrittsbohrung und die einen Auslass des Druckhalte- und Regelventils bildet, einen Verschließkolben mit einem Oberteil, dessen Durchmesser d3 kleiner als der Durchmesser d2 der Innenbohrung und größer als der Durchmesser d1 der Eintrittsbohrung ist, eine frei bewegliche, kreisförmige Dichtungsscheibe aus einem Elastomer zwischen dem Verschießkolben und einer Innen- Dichtfläche, die zwischen der Innenbohrung und der Eintrittsbohrung an einer Innenseite des
Ventilgehäuses gebildet ist, und durch eine Druckfeder, die in der Innenbohrung abgestützt ist und über den Verschließkolben die Dichtungsscheibe gegen die Innen-Dichtfläche drückt.
Das Druckhalte- und Regelventil ist weitgehend unempfindlich gegen die Anwesenheit von
suspendierten Stoffen in im durchfließenden Medium. Das erfindungsgemäße Druckhalte- und
Regelventil hat einen Selbstreinigungseffekt, denn, da alle beweglichen Teile sich axial und lateral frei bewegen können, werden Ablagerungen oder Anballungen von suspendierten Feststoffen stets mit dem Fördermedium ausgeschwemmt. Daher ist der Einsatz des erfindungsgemäßen Druckhalte- und Regelventils besonders dann vorteilhaft, wenn das Fördermedium durch Polymerisation unlösliche Festkörper ausscheidet.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Dosiereinrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsscheibe einen Durchmesser d4 hat, der größer ist als der
Durchmesser d2 der Eintrittsbohrung plus der radialen Erstreckung der Dichtfläche, und der kleiner ist als der Durchmesser d3 des Oberteils des Verschließkolbens. Durch diese Abmessungen der Dichtungsscheibe wird in vorteilhafter Weise sichergestellt, dass die Dichtungsscheibe auf jeden Fall die Eintrittsbohrung abdeckt und zwar unabhängig von der zeitlichen Lage der Dichtungsscheibe gegenüber der Eintrittsbohrung,
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Dosiereinrichtung dadurch gekennzeichnet» dass die Oberseite und die Unterseite des Ventilgehäuses als plane Dichtungsflächen ausgebildet sind. Damit können die Oberseite und die Unterseite in vorteilhafter Weise beim Einbau des Druckhalte- und Regelventil als Dichtflächen gegenüber Anschlussbauteilen genutzt werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorlegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen. In der Beschreibung, in den Ansprüchen und in der Zeichnung werden die in der unten aufgeführten Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen verwendet. In der Zeichnung bedeutet:
Fig. 1 einen Schnitt durch ein Druckhalte- und Regelventil, das bei der erfindungsgemäßen
Dosiereinrichtung zum Einsatz kommt;
Fig. 2 einen Schnitt durch einen Einbau des Druckhalte- und Regelventils nach Fig. 1 in einer Verfahrensanlage; Fig. 3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Dosiereinrichtung für leicht brennbare Stoffe, insbesondere Acrolein; und
Fig. 4 eine grafische Darstellung, die das Verhältnis des Pressluftdrucks an einem Pressluftmotor der
Dosiereinrichtung zu der Hubzahl der durch Pressluftmotor angetriebenen Verdrängungspumpe zeigt,
Zunächst wird anhand der Figuren 1 und 2 ein Druckhalte- und Regelventil beschrieben, welches bei der erfindungsgemäßen Dosiereinrichtung für eine Vakuumdestillationsanlage zum Einsatz kommt. Gemäß Fig. 1 hat das erfindungsgemäße Druckhalte- und Regelventil ein zylindrisches, metallisches Ventilgehäuse 1 mit einer Oberseite 2, in der sich eine zentrale Eintrittsbohrung 3 mit einem
Durchmesser d1 befindet. Das Ventilgehäuse 1 umfasst eine Innenbohrung 5, deren Durchmesser d2 größer ist als der der Durchmesser der Eintrittsbohrung 3 und die einen Auslass des Druckhalte- und Regelventils bildet. Das Ventilgehäuse 1 hat eine Unterseite 4, die ebenso wie die Oberseite 2 als plane Fläche ausgebildet ist und damit beim Einbau des Druckhalte- und Regelventil als Dichtflächen gegenüber Anschlussbauteilen genutzt werden kann.
In dem Ventilgehäuse 1 befindet sich zwischen der Innenbohrung 5 und der Eintrittsbohrung 3 eine zylindrische, plane, Innen-Dichtfiäche 6 als Übergang zwischen der Innenbohrung 5 und der
Eintrittsbohrung 3. Eine frei bewegliche, kreisförmige Dichtungsscheibe Taus einem Elastomer ist zwischen einem Verschließkolben 8 und der Dichtfläche 6 angeordnet. Wie Fig. 1 zeigt, ist der Durchmesser d3 eines zylindrischen Oberteils 9 des Verschließkolbens 8 kleiner als der Durchmesser der Innenbohrung 5 aber größer als der Durchmesser der Eintrittsbohrung 3.
Die Dichtungsscheibe 7 hat einen Durchmesser d3, der größer ist als der Durchmesser der
Eintrittsbohrung plus der radialen Erstreckung der Dichtfläche 6. Außerdem ist der Durchmesser d3 der Dichtungsscheibe 7 kleiner als der Durchmesser d4 des Oberteils 9 des Verschließkolbens 8. Die Dichtungsscheibe 7 verschließt damit die Eintrittsbohrung 3 unabhängig von der seitlichen Lage der Dichtungsscheibe 7, wenn der Verschließkolben 8 die Dichtungsscheibe 7 gegen die Dichtfläche 6 drückt. Der Verschließkolben 8 hat abgerundete Randkanten 10, Ein zylindrischer Unterteil 11 des Verschließkolbens 8 hat einen kleineren Durchmesser d4 als der Innendurchmesser einer Druckfeder 12, die den Verschließkolben 8 über die Dichtungsscheibe 7 gegen die Dichtfläche 6 drückt. Die Druckfeder 12 hat zwischen den Windungen freie Durchtrittspalte. Der Außendurchmesser der Druckfeder 12 ist kleiner als der Durchmesser d2 der Innenbohrung 5. Die Druckfeder 12 wird durch einen oder mehrere Spannringe 13 vorgespannt. Die Spannringe 13 sitzen mit Passung h6 in der Innenbohrung 5, die eine Passung H7 hat. Ein Seegering 14, welcher in eine Nut 15 eingeklemmt ist, hält die Spannringe 13 durch Stauchung gegen die Druckfeder 12 gedrückt. Im Einbauzustand übt die Druckfeder 12 durch Vorspannung mittels des Verschließkolbens 8 eine Kraft auf die Dichtungsscheibe 7 aus, wodurch die Eintrittsbohrung 3 flüssigkeitsdicht verschlossen wird.
Die Spannkraft der Druckfeder 12 berechnet sich zur Federkonstante ma! Stauchung in mm nach nachstehender Formel I:
Wie ersichtlich ist, gibt es verschiedene freie Variablen, um die gewünschte Federspannung zu erreichen. Der hydraulische Druck der bei der Eintrittsbohrung 3 zufließenden Flüssigkeit bewirkt, dass sich die Dichtungsscheibe 7 von der planen inneren Dichtfläche 8 gegen die Federkraft der Druckfeder 12 abhebt und der bei der Eintrittsbohrung 3 eintretende Flüssigkeitsstrom am Verschließkolben 8 vorbei, durch einen Spalt 16 zwischen dem Oberteil des Verschließkolbens 8 und der Innenbohrung 5 und zwischen den Windungen der Druckfederl 2 in die Innenbohrung 5 fließen kann.
Vorzugsweise hat der Spalt 18 eine Querschnittsfläche, weiche der Querschnittsfläche der
Eintrittsbohrung 3 entspricht. Beim Betrieb des erfindungsgemäßen Druckhalte- und Regelventils bewegt sich nur die Feder 12 und der Verschließkolben 8. Die Dichtungsscheibe 7 bleibt dabei zwischen dem Verschließkolben 8 und der Dichtfläche 8.
Die Druckfeder 12, der Verschließkolben 8 und die Dichtungsscheibe 7 können sich in der
Austrittsbohrung 5 radial bewegen und ordnen sich, wie Versuche zeigen, im freien Spie! zentrisch in der Innenbohrung 5 ein. Daher kann das erfindungsgemäle Druckhalte- und Regelventil vorteilhaft auf Seeschiffen eingesetzt werden, wo durch den Wellengang die Ordinatenachse eine Taumelbewegung durchführt.
Das Druckhalte- und Regelventil gemäß Fig.. 1 kann, wie in Fig. 2 gezeigt ist, zwischen zwei DIN Flanschen 17, 17' unter Verwendung von Flachdichtungen 18, 18' eingebaut werden. Wenn die
Flansche 17, 17' Teile von zwei Absperrventilen sind, lässt sich bei laufendem Betrieb durch Zusperren beider Ventile oberhalb und unterhalb des Druckhalte- und Regelventils von Fig. 1 und Lösen von Schraubbolzen 19 das erfindungsgemäße Druckhalte- und Regelventil leicht ausbauen. Das ausgebaute Druckhalte- und Regelventil wird durch Ausspannen des Seegerings 14 zerlegt und eine andere Druckfeder 12 oder ein zusätzlicher Spannring 13 kann in kurzer Zeit ausgewechselt werden.
Die Dosiereinrichtung umfasst einen Vorratsbehälter 20 für eine Förderflüssigkeit 21 , z.B.
Acroleinacetal. Der Flüssigkeitstand in dem Vorratsbehälter 20 kann niedrig sein, wie bei 22 gezeigt, oder hoch sein, wie bei 23 gezeigt Am Boden des Vorratsbehälters 20 ist eine Saugleitung 24 angebracht, die zu einer Verdrängungspumpe 26 als Dosierpumpe führt. Die Verdrängungspumpe 26 ist über eine mechanische Kupplung 27 mit einem Pressluftmotor 28 verbunden. Der Pressluftmotor 28 ist an eine Pressluftleitung 29 angeschlossen und hat einen Abluftstutzen 31.
Eine Druckleitung 33 führt direkt über einen Flansch 17 zur Eintrittsbohrung 2 des Druckhalte- und Regelventils 36, dessen Innenbohrung 5 an einem Flansch 17 'einer Dosierleitung 39 mündet. Durch ein geöffnetes Absperrventil 40 gelangt das mittels Verdrängungspumpe 26 gepumpte Medium,
Acroleinacetal, z.B. in die Vakuumrohrleitung 59.
Die Verdrängungspumpe 26 hatte eine Förderleistung von 27 Liter pro Stunde bei 128 Hüben pro Minute. In der Vakuumrohrleitung 59 herrschte ein Vakuum von - 9,5 mWS (Meter Wassersäule). Bei dieser Förderleistung von 27 Litern pro Stunde zeigte das Manometer in der Druckleitung 33 einen Druck von 25 mWS an. Der Pressluftdruck in der Pressluftleitung 25 war 77 kPa.
Bekanntlich ist das Drehmoment von Pressluftmotoren wegen des unvermeidlichen Schlupfes bei niedrigen Pressluftdrücken von unter 2 Bar nichtlinear zum Pressluftdruck. Es sind daher zusätzliche Maßnahmen erforderlich, um die erwünschte Linearität zwischen dem Pressluftdruck und der Hubzahl der Verdrängungspumpe herzustellen.
Versuche haben gezeigt, dass bei dem Druckhalte- und Regelventil nach Fig. 1 der Zusammenhang zwischen dem hydrostatischen Druck an der Eintrittsbohrung 3 und die Durchflussleistung durch das Druckhalte- und Regelventil das Verhältnis zweier Drücke gleich der dritten Wurzel aus dem Verhältnis der jeweiligen beiden Volumenströme ist.
Wenn H/Ho [m WS/1 m WS] den hydrostatischen Druck in dimensionsloser Form und Q/Qo [mWIrrrVh] die hydraulische Durchflussleistung in dimensionsloser Form bezeichnet, gilt folgende Formel für das erfindungsgemäße Druckhalte- und Regelventil:
Durch den Einsatz dieses Druckhalte- und Regelventils wird die erwünschte Linearität zwischen dem Pressluftdruck an dem Pressluftmotor 28 und der Hubzahl der Verdrängungspumpe 26 hergestellt. Zum Nachweis dafür wurde der Pressluftmotor 28 der Dosiereinrichtung gemäß Fig. 3 mit verschieden Pressluftdrücken beaufschlagt und die dazugehörige Hubzahl der Verdrängungspumpe 26 gemessen. Die Ergebnisse sind in der grafischen Darstellung in Fig, 4 dargestellt. Die Ordinate bezeichnet die Hübe pro Minute der Verdrängungspumpe 26, und die Abszisse bezeichnet den Pressluftdruck an dem Pressluftmotor 28. Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, liefert der Einsatz des Druckhalte- und Regelventils 36 nach Fig. 1 eine lineare Hub/Druckkurve, so das die Regelung der Hubfrequenz mittels
Pressluftsteuerung ein vollwertiger, gefahrloser Ersatz für den elektrischen Frequenzumrichter darstellt.
Bei den Versuchen wurde folgendes Druckhalte- und Regelventil gemäß Fig. 1 verwendet, das durch folgende Parameter definiert war:
Ventilgehäuse 1 : Werkstoff Nr. 1.2424, Außendurchmesser 27 mm, Höhe
Eintrittsbohrung 3: Durchmesser = 8 mm
Innenbohrung 5; Durchmesser = 19 mm
Verschließkolben 8: Werkstoff Nr. 1.2424, Durchmesser Oberteil 17,2
Dichtungsscheibe 7 Viton; Außendurchmesser 16mm; Höhe der Platte 2mm
Feder 12: Werkstoffnummer 1.2330 Außendurchmesser 17,25 mm, Drahtstärke 1 ,25 mm
Spannringe 13: Werkstoff Nr. 1.2424, 3 Stück , Höhe je 2 mm
Flansche 17: Werkstoff Nr. 1.2771 , beidseitig DN 15

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Dosiereinrichtung zum Dosieren eines leicht brennbaren Stoffes, insbesondere
Acroleinacetal, aus einer Quelle oder einem Verratsbehälter für den Stoff in eine
Vakuumleitung (38) durch eine Pumpe, deren Pumpenleistung steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe eine durch einen Pressluftmotor (28) betriebene Verdrängungspumpe (26) ist, und dass zwischen der Verdrängungspumpe (26) und der Vakuumleitung (38) ein Druckhalte- und Regelventil angeordnet ist, dessen
dimensionslose Förderhöhe H/Ho [mWs/1 mWs] mit der dimensionslosen Förderleistung
2. Dosiereinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Druckhalte- und Regelventil (35) umfasst:
ein zylindrisches Ventilgehäuse (1) mit einer Oberseite (2), in der eine zentrale
Eintrittsbohrung (3) mit einem Durchmesser d1 vorgesehen ist, und mit einer Unterseite (4), in der eine Innenbohrung (5) vorgesehen ist, deren Durchmesser d2 größer ist als der der Durchmesser d1 der Eintrittsbohrung (3) und die einen Auslass des Druckhalte- und Regelventils bildet,
einen Verschließkolben (8) mit einem Oberteil (9), dessen Durchmesser d3 kleiner als der Durchmesser d2 der Innenbohrung (5) und größer als der Durchmesser dl der
Eintrittsbohrung (3) ist, eine frei bewegliche, kreisförmige Dichtungsscheibe (7) aus einem Elastomer zwischen dem Verschließkolben (8) und einer Innen-Dichtfläche (6), die zwischen der Innenbohrung (5) und der Eintrittsbohrung (3) an einer Innenseite des Ventilgehäuses (1) gebildet ist, und durch
eine Druckfeder (12), die in der Innenbohrung (5) abgestützt ist und über den
Verschließkolben (8) die Dichtungsscheibe (7) gegen die Innen-Dichtfläche (6) drückt,
3. Dosiereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Dichtungsscheibe (7) einen Durchmesser d3 hat, der größer ist als der Durchmesser d1 der Eintrittsbohrung (3) plus der radialen Erstreckung der Innen-Dichtfläche (8), und der kleiner ist als der Durchmesser d3 eines Oberteils (9) des Verschließkolbens (8).
4. Dosiereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein zwischen dem Oberteil (9) des Verschließkoibens (8) und der Innenbohrung (5) gebildeter Spalt (18) eine Querschnittsfläche hat, die der Querschnittsfläche der Eintrittsbohrung (3) entspricht
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