EP3504438A1 - Doppelmembran für eine staubpumpe - Google Patents

Doppelmembran für eine staubpumpe

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EP3504438A1
EP3504438A1 EP17761039.1A EP17761039A EP3504438A1 EP 3504438 A1 EP3504438 A1 EP 3504438A1 EP 17761039 A EP17761039 A EP 17761039A EP 3504438 A1 EP3504438 A1 EP 3504438A1
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EP
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membrane
dust
diaphragm pump
pump
elastic layer
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Frank Hannemann
Sebastian RAHM
Marcus Weder
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Dipl Ing Ernst Schmitz & Co KG Maschinen und Apparatebau GmbH
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Siemens AG
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Publication date
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    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B51/00—Testing machines, pumps, or pumping installations

Definitions

  • the invention relates to a double diaphragm for a pump for fluidizing, covering and conveying pulverulent products, such as pulverized coal, with the aid of
  • Diaphragm pump is relaxed in a final step after the delivery of the conveyed material and the pump cycle starts from the beginning. Due to this cyclical (discontinuous) mode of operation, usually several pump heads are connected in order to ensure continuous operation. For this purpose, the individual pump cycles are operated out of phase with each other.
  • Filter materials which meet the requirements of compressive strength and temperature resistance are, for example, the metallic filtration fabrics, sintered metal and sintered plastic described in DE102012216084. The described robust materials are only available in a flat or plate-like structure and not in the required size or dimension. Mechanical processing into other geometric shapes, such as curved half-shells, is not possible due to the required filter fineness and the damage or smearing of the porous filter structure resulting from mechanical processing.
  • the invention has for its object to provide a diaphragm for a pump with integrated filter element 5 for supplying turbulence and stringing gas in the pressure vessel of the pump, which is the Requirements compressive strength, temperature resistance high reliability and high
  • a monitoring and ensuring the membrane leakage is given.
  • the invention allows a structural design of the dust chamber whose contour is particularly advantageous adapted to the deflection of the membrane and possibly to the guide rod of the membrane. As a result, a uniform and reversible deformation of the membrane is achieved with a possible low wear.
  • a largely flat concern of the membrane (3) on the curved, half-shell-shaped Auflockimisthesis (5) can be achieved.
  • a small dead volume can be achieved, which leads to a minimum volume of dust space (10) with a simultaneously high delivery rate and a low high-pressure gas loss.
  • the diaphragm pump illustrated in FIG. 1 is a device consisting of two pressure-resistant half-shells (1, 12), which are connected to one another in a gastight manner via a flange connection (2).
  • the flange connection has the additional function of securing and clamping the membrane (3) and the loosening surface (5) via a filter flange (4). Due to the spherical geometry can thus be an advantageous and gentle for the filter material deflection of the membrane in the dust space in the form of a paraboloid of revolution.
  • Deflection of the membrane is caused by a force of the hydraulic fluid, as described for example in DE102016201182. Jump-like changes are avoided and after completion of the Aus finevorganges a largely flat concern of the membrane (3) on the half-shell-shaped Auflock mecanics construction (5) can be achieved.
  • This advantageous embodiment makes it possible to achieve a low dead volume, which leads to a minimum volume of dust space (10) with a simultaneously high delivery rate and a low high-pressure gas loss.
  • the membrane is guided and stabilized by a guide rod (9) in their movement.
  • the guide rod can be used in particularly advantageous additional tasks, such as determining the position of the diaphragm via metrological position sensors.
  • the invention is furthermore based on the problem of producing a dense phase conveying system described in DE 2005047583 by producing a fluidized bed within the dust chamber.
  • a dense phase conveying system described in DE 2005047583 by producing a fluidized bed within the dust chamber.
  • porous metal for example, aluminum having a sufficiently small pore size and filter fineness ⁇ 20 ⁇ m is used. This ensures that the finest dust particles do not penetrate into the loosening surface during the expansion process.
  • liquid metal for example aluminum
  • salt has a much higher melting point than metals such as aluminum and does not change into the liquid state of aggregation, but spreads evenly throughout the melt. After solidification of the metal, the salt is washed out with the aid of a salt-dissolving liquid and porous and gas-permeable metal is formed.
  • An advantage of this method is the possibility of performing a mechanical treatment before leaching of the salt crystals. This excludes smearing of the pores. The required porosity and filter fineness are set by the size of the salt grains.
  • the hydraulic half shell (1) has a smaller inner diameter than the inner diameter of the dust half shell (12).
  • the loosening surface (5) can be used as a half shell with flanged edge molded in two layers, in the lower part as a porous metal and in the flange of solid material.
  • the half-shell-shaped casting mold of the loosening surface (5) is widened with additional annular and / or point-shaped supporting elements (8).
  • a gas space 13 which can be used for the distribution of the loosening and bespoke gas.
  • the membrane 3 as a double membrane, two rubber-elastic membranes are arranged mechanically supported against each other such that a closed intermediate space is formed between the membranes, which can be monitored by means of a pressure sensor ⁇ (14).
  • the intermediate space has a pressure which is lower than the pressure in the hydraulic chamber or the dust chamber.
  • the two membranes can thereby be selectively arranged mechanically supported against each other, that between them a layer of balls are arranged.
  • the two membranes can be arranged mechanically supported against each other, that between them a coupling liquid is introduced, which is in operative connection with the pressure sensor ⁇ .
  • the rubber-elastic membrane may be formed with an elastomer or a solid PTFE mixture.
  • one of the two membranes can be given by an elastomer and the other of the two membranes by a massive PTFE mixture.
  • the invention is also by a diaphragm pump for
  • the pressure-resistant housing of the dust pump consists of two half-shells which are connected to a flange connection and into which a membrane and loosening surface are flanged
  • the loosening surface is designed as a half-shell, contains support elements and a gas space between pressure-resistant lower half-shell and loosening surface consists.
  • the present invention has been explained in detail for illustrative purposes with reference to specific embodiments. In this case, elements of the individual embodiments can also be combined with each other. The invention is therefore not intended to be limited to individual embodiments, but merely to be limited by the appended claims. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Für eine Membranpumpe zur Fluidisierung, Bespannung und Förderung von staubförmigen Produkten, wie zum Beispiel Kohlenstaub, mit Hilfe von Innertgas mit Drücken bis 7 MPa, die ein poröses, gewölbtes Auflockerungselement aus Aluminium aufweist, wird eine Doppelmembran vorgeschlagen. Erfindungsgemäß ist eine Überwachung und Sicherstellung der Membrandichtigkeit gegeben. Hierzu ist die Doppelmembran mit integriertem Drucksensor zur Leckageüberwachung ausgeführt. Damit kann eine hermetisch dichte Trennung zwischen Hydraulikraum (11) und Staubraum (10) der Membranpumpe sichergestellt und Schäden an der Membran rechtzeitig erkannt werden. Aufwändige Reparatur- und Reinigungsmaßnahmen des gesamten Staubsystems oder Hydrauliksystems werden bei Membranschäden verhindert und die Dichtheit der Membran während des Störfalles aufrechterhalten. Besondere Ausgestaltungen betreffen die Zusammensetzung der Einzelmembranen und deren Zusammenwirken.

Description

Beschreibung
Doppelmembran für eine Staubpumpe Die Erfindung betrifft eine Doppelmembran für eine Pumpe zur Fluidisierung, Bespannung und Förderung von staubförmigen Produkten, wie zum Beispiel Kohlenstaub, mit Hilfe von
Innertgas mit Drücken bis 7 MPa . Eine kontinuierliche und kostengünstige Dichtstromförderung bei wechselnder Staubqualität von Brennstäuben für Kohle- und Biomassevergasungsanlagen erlangt eine zunehmende Bedeutung, um zum Beispiel Vergasungsanlagen wirtschaftlicher und mit hoher Verfügbarkeit zu betreiben. Diese Zielstellung wird in besonderer Weise unter Einsatz einer Membranpumpe, wie in der Patentanmeldung DE102016201182 vom 27. 01. 2016 vorgeschlagen, erreicht. Das staubförmige Fördergut wird hierbei von unten in die Membranpumpe angesaugt, in einem nächsten
Schritt bespannt und fluidisiert und nachfolgend unter Druck ausgefördert. Das Restgasvolumen im Staubraum der
Membranpumpe wird nach dem Ausfördern des Fördergutes in einem letzten Schritt entspannt und der Pumpenzyklus beginnt von vorne. Aufgrund dieser zyklischen (diskontinuierlichen) Arbeitsweise werden üblicherweise mehrere Pumpenköpfe zusam- mengeschaltet, um einen kontinuierlichen Betrieb zu gewährleisten. Hierfür werden die einzelnen Pumpenzyklen gegeneinander phasenverschoben betrieben. Filtermaterialien die den Anforderungen an Druckfestigkeit und Temperaturbeständigkeit genügen, sind zum Beispiel die in DE102012216084 beschrieben metallischen Filtrationsgewebe, Sintermetall und Sinterkunststoff. Die beschriebenen robusten Materialien sind nur in flacher oder plattenartiger Struktur und nicht in der erforderlichen Größe beziehungsweise Abmessung verfügbar. Eine mechanische Bearbeitung in andere geometrische Formen, wie zum Beispiel gewölbte Halbschalen, ist aufgrund der geforderten Filterfeinheit und der bei mechanischer Bearbeitung entstehenden Schädigungen beziehungsweise Verschmierungen der porösen Filterstruktur nicht möglich. Aus dem Sonderdruck aus „Industriepumpen + Kompressoren", 16. Jahrgang, Heft 3 - 2010, Seiten 120-123, Vulkan- erlag Essen mit dem Titel : "Prozesspumpen mit zustandsüberwachter redun- danter Schlauchmembran-Einspannung" von Heinz M. Nägel ist eine Prozesspumpe bekannt, deren Doppelmembran auf Unversehrtheit überwacht wird mittels Koppelungsflüssigkeit und Anschluss an eine Membranbruchanzeige. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Membran für eine Pumpe mit integriertem Filterelement 5 zur Zuführung von Wirbel- und Bespannungsgas in das Druckgefäß der Pumpe zu schaffen, welche die Anforderungen Druckfestigkeit, Temperaturbeständigkeit hohe Betriebssicherheit und hoher
Membranverfügbarkeit vereint.
Die Aufgabe wird durch eine Membran mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Gemäß der Erfindung ist eine Überwachung und Sicherstellung der Membrandichtigkeit gegeben. Hierzu ist die Membran (3) als Doppelmembran mit integriertem Drucksensor zur
Leckageüberwachung ausgeführt. Damit kann eine hermetisch dichte Trennung zwischen Hydraulikraum (11) und Staubraum (10) sichergestellt und Schäden an der Membran rechtzeitig erkannt werden. Aufwändige Reparatur- und Reinigungsmaßnahmen des gesamten Staubsystems oder Hydrauliksystems werden bei Membranschäden verhindert und die Dichtheit der Membran während des Störfalles aufrechterhalten.
Die Erfindung gestattet eine konstruktive Gestaltung des Staubraumes, dessen Kontur besonders vorteilhaft an die Auslenkung der Membran und gegebenenfalls an die Führungsstange der Membran angepasst ist. Hierdurch wird eine gleichmäßige und reversible Verformung der Membran mit einem nach Möglichkeit geringem Verschleiß erreicht. Nach Abschluss des Ausfördervorganges der Membranpumpe kann ein weitgehend flächiges Anliegen der Membran (3) auf die gewölbte, halbschalenförmige Auflockerungsfläche (5) erreicht werden. Durch diese vorteilhafte Ausgestaltung ist ein gerin- ges Totvolumen erreichbar, was zu minimalem Staubraumvolumen (10) bei gleichzeitig hoher Fördermenge und einem geringen Hochdruckgasverlust führt.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter- ansprüchen angegeben.
Die Erfindung wird im Folgenden als Ausführungsbeispiel in einem zum Verständnis erforderlichen Umfang anhand der Figur 1 näher erläutert.
Die in Figur 1 dargestellte Membranpumpe ist eine aus zwei druckfesten Halbschalen (1, 12) bestehende Vorrichtung, die über eine Flanschverbindung (2) gasdicht miteinander verbunden sind. Die Flanschverbindung hat neben einer einfachen De- montagemöglichkeit der Staubpumpe die zusätzliche Funktion, die Membran (3) und die Auflockerungsfläche (5) über einen Filterflansch (4) zu befestigen und einzuspannen. Durch die kugelförmige Geometrie kann somit eine vorteilhafte und für das Filtermaterial schonende Auslenkung der Membran in den Staubraum in Form eines Rotationsparaboloids erfolgen. Die
Auslenkung der Membran wird dabei durch eine Krafteinwirkung der Hydraulikflüssigkeit, wie zum Beispiel in DE102016201182 beschrieben, hervorgerufen. Sprungartige Änderungen werden vermieden und nach Abschluss des Ausfördervorganges kann ein weitgehend flächiges Anliegen der Membran (3) auf die halbschalenförmige Auflockerungsfläche (5) erreicht werden. Durch diese vorteilhafte Ausgestaltung ist ein geringes Totvolumen erreichbar, was zu minimalem Staubraumvolumen (10) bei gleichzeitig hoher Fördermenge und einem geringen Hochdruck- gasverlust führt. Um unerwünschte Bewegungen und Faltungen während des Ausfördervorganges zu vermeiden, wird die Membran über eine Führungsstange (9) in ihrer Bewegung geführt und stabilisiert. Die Führungsstange kann in besonders vorteil- hafter Ausführung zusätzliche Aufgaben, wie zum Beispiel die einer Positionsbestimmung der Membran über messtechnische Stellungsgeber übernehmen. Der Erfindung liegt weiterhin das Problem zugrunde, eine in DE 2005047583 beschriebene DichtStromförderung durch Erzeugung einer Wirbelschicht innerhalb des Staubraumes zu erzeugen. Hierfür sorgt während des Bespannungs- und Ausfördervorganges eine homogene Gaszuführung über eine halbschalenförmi- ge und gasdurchlässig ausgeführte Auflockerungsfläche (5) .
Als Filtermaterial für die Auflockerungsfläche (5) wird poröses Metall, zum Beispiel Aluminium, mit einer ausreichend kleinen Porengröße und Filterfeinheit <20 ym verwendet. Damit kann sichergestellt werden, dass feinste Staubpartikel wäh- rend des Entspannungsvorganges nicht in die Auflockerungsfläche eindringen. Für die Herstellung von porösem Metall wird flüssiges Metall, zum Beispiel Aluminium, zusammen mit granuliertem Salz in eine Haibschalenform gegossen. Salz besitzt zum Beispiel gegenüber Metallen wie Aluminium einen wesent- lieh höheren Schmelzpunkt und geht nicht in den flüssigen Aggregatzustand über, sondern verteilt sich gleichmäßig in der Schmelze. Nach Erstarrung des Metalls wird das Salz mit Hilfe einer salzlösenden Flüssigkeit ausgewaschen und poröses und gasdurchlässiges Metall entsteht. Ein Vorteil dieses Verfah- rens besteht in der Möglichkeit, eine mechanische Bearbeitung vor Auswaschung der Salzkristalle durchzuführen. Dadurch ist ein Verschmieren der Poren ausgeschlossen. Die erforderliche Porosität und Filterfeinheit wird über die Größe der Salzkörner eingestellt.
In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung weist die Hydraulik - Halbschale (1) einen kleineren Innendurchmesser auf als der Innendurchmesser der Staub - Halbschale (12) . Durch diese konstruktive Maßnahme kann die gewölbte Auflocke- rungsfläche (5) fixiert werden.
Um eine vorteilhafte Flanschabdichtung (2) zu erreichen, kann die Auflockerungsfläche (5) als Halbschale mit Flanschrand ausgeformt in zwei Schichten ausgeführt werden, im unteren Bereich als poröses Metall und im Flanschbereich aus Vollmaterial . In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung wird die halbschalenförmige Gussform der Auflockerungsfläche (5) mit zusätzlichen Ringförmigen und/oder Punktförmigen Abstützelementen (8) erweitert. Damit kann die halbschalenförmige und aus porösem Metall bestehende Auflockerungsfläche (5) in die untere druckfeste und aus Vollmaterial bestehende Halbschale (12) eingepasst und befestigt werden. Zwischen der aus porösem Metall bestehenden Auflockerungsfläche und der druckfesten Halbschale entsteht in vorteilhafter Weise ein Gasraum 13, der für die Verteilung des Auflockerungs- und Bespan- nungsgases verwendet werden kann. Die Zu- und Abführung des Auflockerungs- und Bespannungsgases erfolgt über Öffnungen 6 in der unteren druckfesten Halbschale 12.
Bei einer hydraulisch angetriebenen Membranpumpe zur pneuma- tischen Hochdruckförderung von fluidisierten Stäuben kommt der sicheren Abdichtung des Staubraumes vom Hydraulikraum, welche durch die Membran getrennt sind, besondere Bedeutung zu. Die Auslenkung der Membran und das damit verbundene Ansaugen und Ausfördern des staubförmigen Fördergutes wird durch das Eindrücken und Ausdrücken der Hydraulikflüssigkeit in dem oberhalb der Membran befindlichen Hydraulikraum erreicht. Innerhalb dieses Fördervorganges ist das Eindringen von Staub in die Hydraulikflüssigkeit oder von Hydraulikflüssigkeit in den Staubraum mit erheblichen Anlagenstörungen verbunden und würde zu aufwändigen Reparaturen führen.
Bei einer Ausführung der Membran 3 als Doppelmembran sind zwei gummielastische Membranen derart gegeneinander mechanisch abgestützt angeordnet, dass zwischen den Membranen ein geschlossener Zwischenraum gebildet ist, der mittels eines Drucksensors Δρ (14) überwachbar ist. Im störungsfreien Betrieb weist der Zwischenraum einen Druck auf, der niedriger ist als der Druck im Hydraulikraum oder dem Staubraum. Wird nun ein Druckanstieg in dem Zwischenraum festgestellt, wird auf eine Leckage einer der beiden Membranen der Doppelmembran geschlossen. Die beiden Membranen können dadurch punktuell gegeneinander mechanisch abgestützt angeordnet sein, dass zwischen ihnen eine Lage Kugeln angeordnet sind. Die beiden Membranen können dadurch gegeneinander mechanisch abgestützt angeordnet sein, dass zwischen ihnen eine Koppelungsflüssigkeit eingebracht ist, die mit dem Drucksensor Δρ in Wirkverbindung steht.
Die gummielastische Membran kann mit einem Elastomer oder einer massiven PTFE-Mischung gebildet sein. Bei der Doppelmembran kann eine der beiden Membranen durch ein Elastomer und die andere der beiden Membranen durch eine massive PTFE- Mischung gegeben sein.
Die Erfindung ist auch durch eine Membranpumpe zur
Fluidisierung und Förderung von Stäuben, gegeben, bei der das druckfeste Gehäuse der Staubpumpe aus zwei Halbschalen besteht, die mit einer Flanschverbindung verbunden und in die eine Membran und Auflockerungsfläche eingeflanscht sind,
die Auflockerungsfläche schichtweise aus porösem Material im unteren Bereich und Vollmaterial im Bereich der
Flanschverbindung ausgeführt ist,
Die Auflockerungsfläche als Halbschale ausgeführt ist, Abstützelemente enthält und ein Gasraum zwischen druckfester unterer Halbschale und Auflockerungsfläche besteht. Die vorliegende Erfindung wurde zu Illustrationszwecken anhand von konkreten Ausführungsbeispielen im Detail erläutert. Dabei können Elemente der einzelnen Ausführungsbeispiele auch miteinander kombiniert werden. Die Erfindung soll daher nicht auf einzelne Ausführungsbeispiele beschränkt sein, sondern lediglich eine Beschränkung durch die angehängten Ansprüche erfahren . Bezugszeichenliste
I. Druckfeste obere Halbschale, Hydraulikhalbschale 2. Behälterflansch
3. Membran
4. Filterflansch
5. Auflockerungsfläche bestehend aus porösem metallischen Filtermaterial
6. Öffnungen für Bespannungs- und Fördergas, Gasrohr
7. Innenrohr für Ein- und Austritt des Staubes, Staubrohr
8. Ringförmige, punktförmige, streifenförmige Abstützelemente
9. Membranführung / Führungsstange
10. Staubraum
II. Hydraulikraum
12. Druckfeste untere Halbschale, Staubhalbschale
13. Gasraum
14. Drucksensor Δρ

Claims

Patentansprüche
1. Membran für eine hydraulisch angetriebene Pumpe zur Fluidisierung und Förderung von Stäuben unter Drücken bis 7 MPa aufweisend
- eine erste elastische Schicht und eine zweite ela tische Schicht, zwischen denen ein Medium liegt,
- die beiden elastischen Schichten mit dem dazwischenliegenden Medium eine Doppelmembran (3) bilden,
- das Medium mit einem Drucksensor Δρ zur
Leckageüberwachung in Wirkverbindung steht.
2. Membran nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet, dass
die Doppelmembran einen Flanschrand (2, 4) zum Einflanschen zwischen den Gehäuseflanschen (2) der Pumpe aufweist.
3. Membran nach Anspruch 2
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen der ersten elastischen Schicht und der zweiten ela tischen Schicht - ausgenommen vom Flanschrand (2, 4) - eine Lage Kugeln angeordnet ist.
4. Membran nach einem der vorstehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, dass
das Medium durch eine Kontrollflüssigkeit gegeben ist.
5. Membran nach einem der vorstehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste elastische Schicht mit einem Elastomer und die zweite elastische Schicht mit einer massiven PTFE-Mischung gebildet ist.
6. Membran nach einem der vorstehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, dass
die Membran durch eine zentrale Führungsstange (9) geführt ist .
EP17761039.1A 2016-08-25 2017-08-22 Membranpumpe Active EP3504438B1 (de)

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