ITTO20100273A1

ITTO20100273A1 - DEVICE AND METHOD OF CONTROL FOR CEMENT PISTON PUMPS.

Info

Publication number: ITTO20100273A1
Application number: IT000273A
Authority: IT
Inventors: Pietro Chiesa
Original assignee: Drillmec Spa
Priority date: 2010-04-09
Filing date: 2010-04-09
Publication date: 2011-10-10

Description

Dispositivo e metodo di controllo per pompe cementizie a pistoni. Device and control method for cementitious piston pumps.

La presente invenzione riguarda il campo delle pompe ed in particolare riguarda un dispositivo e metodo di controllo per pompe cementizie a pistoni. The present invention relates to the field of pumps and in particular relates to a control device and method for cementitious piston pumps.

Le pompe per miscela cementizia attualmente utilizzate nel settore della tecnologia "Jet grouting" sono le cosiddette pompe triplex o quintuplex. In dettaglio esse comprendono un albero a gomiti che trasforma il suo moto rotatorio in un moto lineare alternativo di 3 o 5 teste a croce, le quali a loro volta sono collegate a stantuffi (i cosiddetti "plunger") che si muovono avanti ed indietro all'interno di un gruppo di stantuffi avente funzione di guida e di tenuta alla pressione. The cement mix pumps currently used in the "Jet grouting" technology sector are the so-called triplex or quintuplex pumps. In detail, they include a crankshaft that transforms its rotary motion into an alternating linear motion of 3 or 5 crossheads, which in turn are connected to plungers (the so-called "plungers") that move back and forth to the inside of a group of pistons having a guiding and pressure sealing function.

Il gruppo di stantuffi è fissato rigidamente al cosiddetto blocco di testa (o "fluid end") all'interno del quale sono posizionate delle valvole di aspirazione e di mandata delle miscele cementizie. The group of plungers is rigidly fixed to the so-called head block (or "fluid end") inside which the suction and delivery valves of the cement mixtures are positioned.

Ciascun stelo aspira la miscela cementizia nel suo movimento all'indietro e crea una mandata in pressione nel suo movimento in avanti, ovvero nel movimento rivolto verso il blocco di testa. Each stem sucks the cement mixture in its backward movement and creates a pressure delivery in its forward movement, i.e. in the movement directed towards the head block.

L'albero a gomiti è posto in rotazione da un motore (diesel o elettrico) tramite un cambio meccanico almeno a due rapporti, un albero cardanico, ed una trasmissione a catena o a cinghie. The crankshaft is rotated by an engine (diesel or electric) by means of a mechanical gearbox with at least two ratios, a cardan shaft, and a chain or belt transmission.

Le pompe dello stato attuale dell'arte con albero a gomiti, impongono una velocità lineare variabile agli stantuffi della pompa. In una tale disposizione, per la maggior parte della sua corsa entro il cilindro, lo stelo accelera o decelera e solo per una parte poco significativa della sua corsa rimane con una velocità costante. Cosicché esso opera alla sua piena capacità di progetto durante solamente una porzione della sua corsa . State-of-the-art crankshaft pumps impose a variable linear speed on the pump plungers. In such an arrangement, for most of its stroke within the cylinder, the rod accelerates or decelerates and remains with a constant speed only for an insignificant part of its stroke. Thus it operates at its full design capacity during only a portion of its run.

Le pulsazioni della portata (e della pressione) dovute alla sovrapposizione delle singole mandate dei tre stantuffi sono dell'ordine del 30%. The pulsations of the flow rate (and of the pressure) due to the overlapping of the individual deliveries of the three plungers are of the order of 30%.

Non sono noti efficaci smorzatori di pulsazioni in mandata di facile utilizzo sulle pompe per miscele cementizie a causa della difficoltà e laboriosità delle operazioni di pulizia necessarie dopo ogni ciclo di operazioni di pompaggio. Se il cemento si indurisce all'interno dello smorzatore di pulsazioni, quest'ultimo chiaramente non funziona più. Effective pulsation dampers in delivery that are easy to use on pumps for cementitious mixtures are not known due to the difficulty and laboriousness of the cleaning operations necessary after each cycle of pumping operations. If the cement hardens inside the pulsation damper, it clearly no longer works.

US 6,454,542, divulga una pompa per fango avente due cilindri per pompare fango entro scavi e due set di cilindri idraulici ad olio. US 6,454,542, discloses a mud pump having two cylinders for pumping mud within excavations and two sets of hydraulic oil cylinders.

US 6,454,542 divulga inoltre una sincronizzazione elettrica tramite finecorsa ed elettrovalvole che permette di riprodurre, simulandolo, l'effetto di una pompa in cui i pistoni si muovono con velocità costante . US 6,454,542 also discloses an electrical synchronization by means of limit switches and solenoid valves which allows to reproduce, by simulating it, the effect of a pump in which the pistons move with constant speed.

Da CA 2.382.668, è nota la costruzione di pompe per fanghi aventi una pluralità di cilindri idraulici tra loro allineati, in cui, per ridurre le pulsazioni di pressione, un gruppo di corpi-pompa sono realizzati in una singola unità di pompaggio, ed in cui ognuno dei corpi-pompa opera fuori fase per provvedere ad un'alimentazione sequenziale costante. From CA 2,382,668, the construction of sludge pumps having a plurality of mutually aligned hydraulic cylinders is known, in which, to reduce pressure pulsations, a group of pump bodies are made in a single pumping unit, and in which each of the pump bodies operates out of phase to provide a constant sequential power supply.

Il controllo della corsa dei pistoni o cilindri idraulici tramite finecorsa è svantaggiosa in quanto non permette di verificare l'andamento delle velocità nei tratti della corsa compresi tra gli estremi della stessa . The stroke control of the pistons or hydraulic cylinders by means of limit switches is disadvantageous as it does not allow to check the speed trend in the stroke sections included between the extremes of the stroke.

In particolare, tramite un controllo con finecorsa, non è possibile verificare se sussistano condizioni (ad esempio un incremento temporaneo della resistenza incontrata dal pistone) per le quali il pistone rallenta la sua corsa. In particular, by means of a limit switch control, it is not possible to verify whether there are conditions (for example a temporary increase in the resistance encountered by the piston) for which the piston slows down its stroke.

In questo caso, specie nel caso di pompe i cui pistoni o cilindri idraulici non sono interconnessi rigidamente (ad esempio mediante un albero a gomiti) è possibile che un pistone rallenti mentre tutti gli altri operino in condizioni normali. In this case, especially in the case of pumps whose pistons or hydraulic cylinders are not rigidly interconnected (for example by means of a crankshaft) it is possible that one piston slows down while all the others operate under normal conditions.

In questo caso, quindi, avendo progettato una pompa che minimizza i picchi di pressione in condizioni ideali, tale minimizzazione viene meno, in quanto tali condizioni non sussistono più. In this case, therefore, having designed a pump that minimizes pressure peaks in ideal conditions, this minimization is no longer valid, as such conditions no longer exist.

Inoltre, le pompe per miscele cementizie ed i relativi sistemi di controllo di tipo noto non permettono di avere delle aree della corsa dei pistoni in cui la velocità decresca/cresca fino ad arrestarsi in corrispondenza dei punti di fine corsa in modo controllato. Questo può portare a dei malfunzionamenti della pompa, con potenziali danneggiamenti o rotture. Furthermore, the pumps for cementitious mixtures and the related control systems of known type do not allow to have areas of the stroke of the pistons in which the speed decreases / increases until it stops at the end-of-stroke points in a controlled manner. This can lead to pump malfunctions, with potential damage or breakage.

Infine, le pompe per miscele cementizie, nel caso di malfunzionamento dei sensori di fine-corsa, presentano dei gravi rischi di rottura in quanto l'arresto della corsa dei pistoni non può più essere regolato . Finally, pumps for cementitious mixtures, in the event of a malfunction of the end-of-stroke sensors, present serious risks of breakage as the stopping of the stroke of the pistons can no longer be adjusted.

Un primo scopo della presente invenzione è quello di realizzare un dispositivo di controllo per pompe cementizie il quale sia esente dagli inconvenienti sopra descritti. A first object of the present invention is to provide a control device for cement pumps which is free from the drawbacks described above.

Un secondo scopo della presente invenzione è quello di fornire un metodo di controllo per pompe cementizie il quale sia esente dagli inconvenienti sopra descritti. A second object of the present invention is to provide a control method for cement pumps which is free from the drawbacks described above.

Secondo la presente invenzione viene realizzato un dispositivo di controllo per pompe cementizie come descritto nella prima rivendicazione. According to the present invention, a control device for cement pumps is provided as described in the first claim.

Secondo la presente invenzione viene inoltre fornito un metodo di controllo per pompe cementizie come descritto nella rivendicazione XCCFGDF. According to the present invention there is also provided a control method for cement pumps as described in claim XCCFGDF.

L'invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui: The invention will now be described with reference to the attached drawings, which illustrate a non-limiting example of embodiment, in which:

- la figura 1 illustra uno schema di funzionamento di un dispositivo di controllo per pompe cementizie in una sua prima forma di realizzazione preferita; Figure 1 illustrates an operating diagram of a control device for cement pumps in a first preferred embodiment thereof;

- le figure 2-4 illustrano rispettivi diagrammi di velocità di uno o più pistoni della pompa cementizia di figura 1. - figures 2-4 show respective speed diagrams of one or more pistons of the cement pump of figure 1.

- le figure 5-6 illustrano rispettivi schemi del dispositivo di controllo connesso ad una pompa cementizia a due pistoni; Figures 5-6 show respective diagrams of the control device connected to a two-piston cement pump;

- la figura 7 illustra uno schema del dispositivo di controllo connesso ad una pompa cementizia a quattro pistoni. - figure 7 shows a diagram of the control device connected to a four-piston cement pump.

Con riferimento alla figura 1, con 1 è indicato nel suo complesso un dispositivo di controllo per una pompa cementizia 2 avente una pluralità di cilindri idraulici 2a reciprocamente indipendenti. With reference to Figure 1, 1 indicates as a whole a control device for a cement pump 2 having a plurality of reciprocally independent hydraulic cylinders 2a.

In dettaglio i cilindri idraulici 2a possiedono, ognuno, uno stelo in grado di scorrere linearmente lungo un asse tra una prima ed una seconda posizione di fine corsa. In detail, the hydraulic cylinders 2a each have a rod capable of sliding linearly along an axis between a first and a second end-of-stroke position.

Il dispositivo di controllo 1 comprende: The control device 1 comprises:

- dei mezzi di alimentazione 10 di un fluido idraulico alla pompa cementizia 2; - means 10 for feeding a hydraulic fluid to the cement pump 2;

- almeno una unità di elaborazione dati 20; e - dei mezzi 30 di trasduzione continua della corsa di uno stelo dei detti cilindri idraulici 2a. - at least one data processing unit 20; and - means 30 for continuous transduction of the stroke of a rod of said hydraulic cylinders 2a.

In dettaglio, i mezzi di alimentazione 10 comprendono preferibilmente una o più pompe a fluido 21, 22, 23 e delle condotte 24a, 24b, 24c di alimentazione del suddetto fluido idraulico ai cilindri 2a; il dispositivo di controllo 1 comprende inoltre uno stadio di alimentazione oleodinamico 25 avente una pluralità di uscite per alimentare le condotte 24a-24c collegate alla pompa cementizia 2 e comprendente inoltre una pluralità di valvole VI, V2, VS3-VS8 di controllo; lo stadio di alimentazione 25 di fluido idraulico comprende inoltre una pluralità di ingressi alimentati dalle pompe a fluido 21, 22, 23. In detail, the feeding means 10 preferably comprise one or more fluid pumps 21, 22, 23 and ducts 24a, 24b, 24c for feeding said hydraulic fluid to the cylinders 2a; the control device 1 further comprises an oleodynamic feeding stage 25 having a plurality of outlets for feeding the pipes 24a-24c connected to the cement pump 2 and further comprising a plurality of control valves VI, V2, VS3-VS8; the hydraulic fluid supply stage 25 further comprises a plurality of inlets fed by the fluid pumps 21, 22, 23.

La pompa a fluido principale 21 è controllata da un rispettivo segnale elettrico di controllo Sjinviato dalla unità di elaborazione dati 20 ad uno stadio di controllo della pompa a fluido principale 21, in modo tale da poterne regolare la cilindrata e la pressione massima raggiungibile. The main fluid pump 21 is controlled by a respective electrical control signal Sj sent by the data processing unit 20 to a control stage of the main fluid pump 21, in such a way as to be able to regulate its displacement and the maximum achievable pressure.

I mezzi 30 di trasduzione continua della corsa dello stelo dei cilindri idraulici 2a comprendono dei reostati o resistori variabili, preferibilmente a cursore lineare; in questo caso, il cursore è rigidamente connesso con lo stelo del cilindro idraulico 2a, in modo tale che, quando esso si muove, anche il cursore stesso ne sia vincolato nel movimento. The means 30 for continuous transduction of the stroke of the rod of the hydraulic cylinders 2a comprise variable rheostats or resistors, preferably with linear sliders; in this case, the slider is rigidly connected to the rod of the hydraulic cylinder 2a, so that, when it moves, the slider itself is also constrained in its movement.

II cursore è dotato di un proprio primo terminale al quale è connessa una prima linea 40a, connessa inoltre con la unità di elaborazione dati 20. The cursor is equipped with its own first terminal to which a first line 40a is connected, also connected to the data processing unit 20.

Ognuno dei resistori variabili è inoltre provvisto di un secondo terminale al quale è connessa una seconda linea 40b, anch'essa in comunicazione con la unità di elaborazione dati 20. Each of the variable resistors is also provided with a second terminal to which a second line 40b is connected, also in communication with the data processing unit 20.

Il cursore scorre quindi tra una prima posizione terminale ed una seconda posizione terminale sul resistore variabile 30, determinandone pertanto un valore di resistenza massima R ed un valore di resistenza minima R . The cursor then slides between a first terminal position and a second terminal position on the variable resistor 30, thus determining a maximum resistance value R and a minimum resistance value R.

Al suo interno la unità di elaborazione dati 20 comprende uno stadio di lettura 20a del valore di resistenza di ognuno dei resistori variabili ed uno stadio di pilotaggio 20b; quest'ultimo, sulla base della resistenza calcolata dallo stadio di lettura 20a, provvede ad adattare i segnali di controllo si, s2, s3 da inviare allo stadio di controllo della pompa a fluido principale 21 (segnale di controllo si) e ad una coppia di elettrovalvole proporzionali YM1 ed YM2 che regolano il flusso di alimentazione alla pompa cementizia 2 (segnali di controllo s2, s3). Inside it, the data processing unit 20 comprises a stage 20a for reading the resistance value of each of the variable resistors and a driving stage 20b; the latter, on the basis of the resistance calculated by the reading stage 20a, adapts the control signals si, s2, s3 to be sent to the control stage of the main fluid pump 21 (control signal si) and to a pair of proportional solenoid valves YM1 and YM2 that regulate the feed flow to the cement pump 2 (control signals s2, s3).

Dei valori di riferimento di resistenza minimo R e massimo R ,, sono memorizzati all'interno della unità di elaborazione dati 20; tali valori permettono di definire due distinti valori della corsa dello stelo a seguito dei quali la velocità dello stesso è rispettivamente fatta diminuire o aumentare fino al raggiungimento di una delle due posizioni di fine corsa dello stelo del cilindro idraulico 2a. Reference values of minimum resistance R and maximum R, are stored inside the data processing unit 20; these values allow to define two distinct values of the stroke of the rod following which the speed of the rod is respectively made to decrease or increase until one of the two stroke end positions of the rod of the hydraulic cylinder 2a is reached.

Della pluralità di valvole presenti all'interno dello stadio di alimentazione 25, una prima valvola di comando VI ed una seconda valvola di comando V2 sono controllate dalla coppia di elettrovalvole proporzionali YM1 e, rispettivamente, YM2. Of the plurality of valves present inside the supply stage 25, a first control valve VI and a second control valve V2 are controlled by the pair of proportional solenoid valves YM1 and, respectively, YM2.

Più in dettaglio, partendo dalla prima posizione di finecorsa nella quale lo stelo del cilindro idraulico 2a è ritratto all'interno dello stesso e considerando la resistenza offerta dal resistore variabile 30 come crescente al crescere dell'estensione dello stelo al di fuori del cilindro idraulico 2a: More in detail, starting from the first limit switch position in which the rod of the hydraulic cylinder 2a is retracted inside it and considering the resistance offered by the variable resistor 30 as increasing as the extension of the rod outside the hydraulic cylinder 2a increases. :

- fino a che il valore di resistenza non supera il primo valore di riferimento Rref lfil segnale di controllo s2 (o s3) impone una rampa di apertura della valvola VI (o V2) e quindi un progressivo aumento della portata diretta al rispettivo cilindro idraulico 2a; - until the resistance value does not exceed the first reference value Rref lfil control signal s2 (or s3) imposes an opening ramp of valve VI (or V2) and therefore a progressive increase of the flow directed to the respective hydraulic cylinder 2a ;

- allorché il valore di resistenza si mantiene superiore al primo valore di riferimento Rref 2e inferiore al secondo valore di riferimento R ,, il segnale di riferimento s2 (o s3) impone una portata costante diretta al rispettivo cilindro idraulico 2a; - when the resistance value remains higher than the first reference value Rref 2 and lower than the second reference value R, the reference signal s2 (or s3) imposes a constant flow rate directed to the respective hydraulic cylinder 2a;

- allorché il valore di resistenza supera il secondo valore di riferimento Rref 2il segnale di riferimento s2 (o s3) impone una rampa di chiusura della valvola VI (o V2) e quindi una progressiva diminuzione della portata diretta al rispettivo cilindro idraulico 2a, fino al completo annullamento della velocità di spostamento dello stelo al raggiungimento del secondo punto di finecorsa, corrispondente al valore massimo di resistenza R - when the resistance value exceeds the second reference value Rref 2, the reference signal s2 (or s3) imposes a closing ramp of the valve VI (or V2) and therefore a progressive decrease of the flow directed to the respective hydraulic cylinder 2a, up to complete cancellation of the rod movement speed upon reaching the second end-of-stroke point, corresponding to the maximum resistance value R

Al raggiungimento del valore massimo di resistenza R , la pressurizzazione del fluido entro le condotte 24a, 24c viene invertita, in modo tale da permettere il rientro dello stelo entro il rispettivo cilindro idraulico 2a per mezzo del travaso di fluido da una camera lato stelo all'altra con integrazione di fluido da parte della seconda pompa ausiliaria 23. When the maximum resistance value R is reached, the pressurization of the fluid within the pipes 24a, 24c is reversed, in such a way as to allow the rod to return within the respective hydraulic cylinder 2a by means of the transfer of fluid from a rod-side chamber to the another with fluid integration by the second auxiliary pump 23.

I segnali di controllo s2 ed s3 sono configurati, attraverso opportuni valori o codici, in modo tale da fare operare i cilindri idraulici 2a della pompa 2 sempre in opposizione. In particolare, allorché ad esempio il impone una rampa di apertura sulla valvola VI, contemporaneamente il segnale s3 impone una rampa di chiusura alla valvola V2; allorché il segnale s2 raggiunge un valore corrispondente alla massima apertura, le rampe di rispettivamente chiusura ed apertura precedentemente menzionate, terminano; allorché inoltre il segnale s2 raggiunge il valore di massima apertura, contemporaneamente il segnale s3 raggiunge un valore di minima apertura. The control signals s2 and s3 are configured, by means of suitable values or codes, in such a way as to make the hydraulic cylinders 2a of the pump 2 always operate in opposition. In particular, when for example the imposes an opening ramp on the valve VI, at the same time the signal s3 imposes a closing ramp on the valve V2; when the signal s2 reaches a value corresponding to the maximum opening, the previously mentioned closing and opening ramps respectively, terminate; when, moreover, the s2 signal reaches the maximum opening value, at the same time the s3 signal reaches a minimum opening value.

Per comodità di trattazione si possono considerare i segnali s2 ed s3 come segnali analogici in cui le rampe di apertura e chiusura delle valvole VI, V2 rispettivamente corrispondono a delle rampe (ad esempio, di tensione o di corrente elettrica) dei segnali s2 ed s3; ciò non toglie che tali segnali possano presentare valori codificati - tipici cioè di un segnale numerico - la cui ampiezza di tensione e/o corrente non corrisponda proporzionalmente ad un incremento delle rampe di apertura e chiusura delle valvole VI e V2 stesse. For the sake of convenience, the signals s2 and s3 can be considered as analog signals in which the opening and closing ramps of the valves VI, V2 respectively correspond to the ramps (for example, of voltage or electric current) of the signals s2 and s3; this does not prevent these signals from having coded values - that is typical of a numerical signal - whose voltage and / or current amplitude does not correspond proportionally to an increase in the opening and closing ramps of the valves VI and V2 themselves.

Per tale ragione, quindi, il diagramma delle velocità V(t) dello stelo di ognuno dei cilindri idraulici 2a, rappresentato in figura 2, assume una forma a onda trapezoidale, nella quale vi è: For this reason, therefore, the diagram of the speeds V (t) of the rod of each of the hydraulic cylinders 2a, represented in figure 2, assumes a trapezoidal wave shape, in which there is:

- un primo tratto costante VI, compreso tra due valori C4, C2della corsa dello stelo del cilindro idraulico 2a corrispondenti al campo di resistenze tra Rref 2c Rref }c - a first constant portion VI, comprised between two values C4, C2 of the stroke of the rod of the hydraulic cylinder 2a corresponding to the resistance range between Rref 2c Rref} c

- rispettivamente, un secondo e terzo tratto V2, V3, entrambi lineari e rispettivamente ascendente e discendente e rispettivamente compresi tra un valore di corsa C, corrispondente alla minima resistenza R e il valore C4e tra il valore di corsa C2e un valore di corsa C4corrispondente alla massima resistenza Rmax. Tra il primo, il secondo ed il terzo tratto V4-V3sono presenti dei punti angolosi, e l'intervallo di corsa definito tra i punti C4, C2è molto maggiore rispetto a quello tra i punti C3e C1e tra C2e C4. - respectively, a second and third section V2, V3, both linear and respectively ascending and descending and respectively included between a stroke value C, corresponding to the minimum resistance R and the value C4e between the stroke value C2 and a stroke value C4 corresponding to the maximum resistance Rmax. Angular points are present between the first, second and third stretches V4-V3, and the stroke interval defined between points C4, C2 is much greater than that between points C3 and C1 and between C2 and C4.

La somma delle velocità V(t) dei singoli pistoni 2a è tale per cui, in ogni punto della loro corsa compreso tra la prima e la seconda posizione di fine corsa, essa rimane costante. In particolare, nel caso di una pompa per miscele cementizie a due pistoni 2a, il diagramma di figura 3 riporta le velocità degli stessi su due linee distinte, una continua ed una tratteggiata. Giacché la somma delle velocità V(t) dei pistoni 2a dev'essere costante, allorché un primo pistone ha il proprio stelo che si estende (velocità positiva) , il secondo ha il proprio stelo che si ritrae (velocità negativa) ; la somma delle velocità è in questo caso sempre uguale a zero. The sum of the speeds V (t) of the individual pistons 2a is such that, at each point of their stroke between the first and the second end stroke position, it remains constant. In particular, in the case of a two-piston pump for cementitious mixtures 2a, the diagram of Figure 3 shows the speeds of the same on two distinct lines, one continuous and one dashed. Since the sum of the speeds V (t) of the pistons 2a must be constant, when a first piston has its own rod extending (positive speed), the second has its own rod retracting (negative speed); the sum of the speeds is in this case always equal to zero.

Alternativamente, come illustrato in figura 4, la unità di elaborazione dati 20 può imporre alle valvole VI e V2 un cambiamento di portata che sia smussato, progressivo e privo di punto angoloso. In tale caso, questo cambiamento di portata si riflette anche sulle velocità degli steli dei cilindri idraulici 2a come illustrato in figura 4. Alternatively, as illustrated in Figure 4, the data processing unit 20 can impose on the valves VI and V2 a change of flow rate which is smoothed, progressive and free of angular point. In this case, this change in flow rate is also reflected in the speeds of the rods of the hydraulic cylinders 2a as illustrated in figure 4.

In questo caso, infatti, tra il primo tratto V1ed il secondo e terzo tratto V2, V3di tipo lineare, sono presenti ulteriori tratti di raccordo V4, V5, i quali concorrono ad avviare una accelerazione ed un rallentamento della corsa degli stantuffi più progressivo, senza discontinuità. In this case, in fact, between the first section V1 and the second and third section V2, V3 of linear type, there are further connecting sections V4, V5, which contribute to starting a more progressive acceleration and slowdown of the piston stroke, without discontinuity.

I valori di riferimento R ,, ed R ,, possono essere impostati su valori distinti, in modo tale da permettere di adattare la dimensione dell'area della corsa dello stelo nella quale esso presenta una velocità costante. The reference values R ,, and R ,, can be set on distinct values, in such a way as to allow to adapt the size of the stroke area of the rod in which it has a constant speed.

La presenza di un resistore variabile per la misurazione della posizione dello stelo 2a di ognuno dei pistoni non dev'essere intesa in modo limitativo. Infatti, è possibile collegare ogni stelo 2a con un diverso trasduttore di posizione, il quale permetta di fornire un'indicazione continua della posizione. Tale tipo di trasduttore di posizione, può ad esempio essere di tipo induttivo. In questo caso, il primo e secondo valore di riferimento R ,, R ,, ed i valori di resistenza massima e minima, rispettivamente R ed R saranno sostituiti corrispondenti valori di grandezza generica M ,, M ,, M ed M il cui significato nei termini del funzionamento del dispositivo oggetto della presente invenzione rimane quello descritto in precedenza . The presence of a variable resistor for measuring the position of the rod 2a of each of the pistons is not to be understood in a limiting way. In fact, it is possible to connect each stem 2a with a different position transducer, which allows to provide a continuous indication of the position. This type of position transducer can, for example, be of the inductive type. In this case, the first and second reference values R ,, R ,, and the values of maximum and minimum resistance, respectively R and R will be substituted corresponding values of generic quantity M ,, M ,, M and M whose meaning in the terms of operation of the device object of the present invention remain as previously described.

Ognuno dei cilindri idraulici 2a è un cilindro dotato di una prima, seconda e terza camera, identificate in figura con le lettere di riferimento A, B e C, tra loro indipendenti e configurate per muovere lo stelo del cilindro idraulico 2a con alta velocità e bassa pressione (camera A) o alta pressione e bassa velocità (camere A e C). Each of the hydraulic cylinders 2a is a cylinder equipped with a first, second and third chamber, identified in the figure with the reference letters A, B and C, independent of each other and configured to move the rod of the hydraulic cylinder 2a with high and low speed pressure (chamber A) or high pressure and low speed (chambers A and C).

In dettaglio, la prima camera A di ognuno dei cilindro idraulico 2a si estende tra un fondello del cilindro idraulico ed un anello di tenuta vincolato allo stelo 2b del cilindro idraulico 2a. Lo stelo 2b, avendo un diametro massimo minore rispetto al diametro interno del cilindro idraulico 2a, definisce la seconda camera B, che è quindi di tipo anulare e disposta tra la testa del cilindro e il suddetto anello di tenuta. In detail, the first chamber A of each of the hydraulic cylinder 2a extends between a bottom of the hydraulic cylinder and a sealing ring attached to the rod 2b of the hydraulic cylinder 2a. The rod 2b, having a maximum diameter smaller than the internal diameter of the hydraulic cylinder 2a, defines the second chamber B, which is therefore of the annular type and arranged between the cylinder head and the aforementioned sealing ring.

Lo stelo 2b è a sua volta cavo e ospita al suo interno una terza camera C che è delimitata da un lato dall'estremità dello stelo che si protende all'esterno del cilindro idraulico 2a e, dalla parte opposta, da un ulteriore anello di tenuta. The rod 2b is in turn hollow and houses inside a third chamber C which is delimited on one side by the end of the rod which extends outside the hydraulic cylinder 2a and, on the opposite side, by a further sealing ring .

Ognuna delle camere A, B, C presenta rispettivi terminali di alimentazione di fluido idraulico. Each of the chambers A, B, C has respective hydraulic fluid supply terminals.

Oltre alla pompa a fluido principale 21, la pluralità di pompe a fluido 21-23 comprende inoltre anche una prima ed una seconda pompa ausiliaria 22, 23. Di queste, la prima pompa ausiliaria 22 è una pompa di sovralimentazione ed ha il compito di tenere sempre piene di fluido idraulico le terze camere C allorché la prima camera A del cilindro idraulico 2a è la sola camera attiva per il pompaggio di cemento ad alta portata e bassa pressione. In addition to the main fluid pump 21, the plurality of fluid pumps 21-23 also includes a first and a second auxiliary pump 22, 23. Of these, the first auxiliary pump 22 is a boost pump and has the task of keeping the third chambers C always filled with hydraulic fluid when the first chamber A of the hydraulic cylinder 2a is the only active chamber for pumping cement at high flow and low pressure.

Viceversa, la seconda pompa ausiliaria 23 ha il compito di alimentare le seconde camere B con una portata minore rispetto alla prima pompa ausiliaria 22, la quale tuttavia può essere regolata attraverso un regolatore di flusso compensato R. Vice versa, the second auxiliary pump 23 has the task of supplying the second chambers B with a lower flow rate than the first auxiliary pump 22, which however can be regulated by means of a compensated flow regulator R.

Le camere B dei cilindri idraulici 2a sono collegate assieme a tenuta di liquido, cosicché il travaso di olio dalla camera B del cilindro idraulico 2a in fase di estensione al cilindro idraulico 2a in fase di retrazione, assicura che i cilindri siano in opposizione di fase tra loro. Tuttavia, la portata di fluido idraulico garantita dalla seconda pompa ausiliaria 23 permette che l'aspirazione si concluda prima, ovvero in anticipo, rispetto al termine della pompata; il detto anticipo è regolabile attraverso il regolatore di fluido compensato R. The chambers B of the hydraulic cylinders 2a are connected together in a liquid-tight manner, so that the transfer of oil from the chamber B of the hydraulic cylinder 2a in the extension phase to the hydraulic cylinder 2a in the retraction phase, ensures that the cylinders are in phase opposition between They. However, the flow rate of hydraulic fluid guaranteed by the second auxiliary pump 23 allows the suction to end earlier, or in advance, with respect to the end of the pumping; this advance is adjustable through the compensated fluid regulator R.

All'interno dello stadio di alimentazione 25, le valvole VS3 e VS4 sono valvole del tipo on-off e sono comandate da rispettive elettrovalvole YS1 ed YS2; in particolare, le valvole VS3 e VS4 servono per permettere lo scarico o l'alimentazione delle prime camere A dei cilindri idraulici 2a e sono ad esse collegate a tenuta di fluido attraverso rispettivi condotti . Inside the supply stage 25, the valves VS3 and VS4 are valves of the on-off type and are controlled by respective solenoid valves YS1 and YS2; in particular, the valves VS3 and VS4 serve to allow the discharge or supply of the first chambers A of the hydraulic cylinders 2a and are connected thereto in a fluid-tight manner through respective ducts.

Le valvole VS5 e VS7 sono comandate da una prima elettrovalvola YU1. Le valvole VS6 e VS8 sono invece comandate da una seconda elettrovalvola YU2. Entrambe la prima e la seconda elettrovalvola sono sempre eccitate o diseccitate contemporaneamente. The VS5 and VS7 valves are controlled by a first solenoid valve YU1. The VS6 and VS8 valves are instead controlled by a second solenoid valve YU2. Both the first and second solenoid valves are always energized or de-energized at the same time.

Allorché la prima, seconda elettrovalvola YU1, YU2 sono diseccitate, la valvola VS7 è chiusa mentre la valvola VS5 è aperta. Contemporaneamente, la valvola VS8 è chiusa e la valvola VS6 è aperta. In questa condizione, e supponendo che la pompa cementizia 2 abbia due cilindri idraulici 2a, attraverso l'apertura della valvola VS5 si mettono in comunicazione la prima camera A di un primo cilindro idraulico 2a della pompa 2 per miscela cementizia con la terza camera di un secondo cilindro idraulico 2a della pompa 2. When the first, second solenoid valve YU1, YU2 are de-energized, the valve VS7 is closed while the valve VS5 is open. At the same time, the VS8 valve is closed and the VS6 valve is open. In this condition, and assuming that the cement pump 2 has two hydraulic cylinders 2a, through the opening of the valve VS5 the first chamber A of a first hydraulic cylinder 2a of the pump 2 for cement mixture is put into communication with the third chamber of a second hydraulic cylinder 2a of pump 2.

L'apertura della valvola VS6 permette inoltre il collegamento della prima camera A del secondo cilindro idraulico 2a della pompa 2 con la terza camera C del primo cilindro idraulico 2a. The opening of the valve VS6 also allows the connection of the first chamber A of the second hydraulic cylinder 2a of the pump 2 with the third chamber C of the first hydraulic cylinder 2a.

Viceversa, allorché le elettrovalvole YU1 ed Yu2 sono eccitate, la valvola VS7 è aperta mentre la valvola VS5 è chiusa. Contemporaneamente, la valvola VS8 è aperta e la valvola VS6 è chiusa. Ciò permette il collegamento tra la prima pompa ausiliaria 22 e la terza camera C del primo cilindro idraulico 2a della pompa 2. Allo stesso modo, l'apertura della valvola VS8 permette il collegamento della prima pompa ausiliaria 22 con la terza camera C del secondo cilindro idraulico 2a. In questo modo la prima pompa ausiliaria 22 sovralimenta le terze camere C, avendo in conseguenza solo le camere A attive per il pompaggio della miscela cementizia . Conversely, when the solenoid valves YU1 and Yu2 are energized, the valve VS7 is open while the valve VS5 is closed. At the same time, the VS8 valve is open and the VS6 valve is closed. This allows the connection between the first auxiliary pump 22 and the third chamber C of the first hydraulic cylinder 2a of the pump 2. Similarly, the opening of the valve VS8 allows the connection of the first auxiliary pump 22 with the third chamber C of the second cylinder plumber 2a. In this way the first auxiliary pump 22 supercharges the third chambers C, resulting in only chambers A being active for pumping the cement mixture.

In una prima modalità di funzionamento, illustrata in figura 5, il dispositivo di controllo 1 può fare funzionare la pompa 2 con i rispettivi cilindri idraulici 2a aventi solamente le rispettive prime camere A attive per il pompaggio della miscela cementizia. Nella figura 5, al pari delle figure 6 e 7 che illustrano una seconda e terza modalità di funzionamento descritte più in dettaglio nella seguente parte della presente descrizione, le condotte di alimentazione dei cilindri 2a messe in attività sono state evidenziate con un tratto spesso. Allorché le pompe ausiliarie sono utilizzate per la sovralimentazione delle camere dei cilindri idraulici 2a, il tratto spesso appare come tratteggiato. In a first operating mode, illustrated in Figure 5, the control device 1 can operate the pump 2 with the respective hydraulic cylinders 2a having only the respective first chambers A active for pumping the cement mixture. In Figure 5, like Figures 6 and 7 which illustrate a second and third operating modes described in more detail in the following part of the present description, the supply pipes of the activated cylinders 2a have been highlighted with a thick line. When the auxiliary pumps are used to supercharge the chambers of the hydraulic cylinders 2a, the thick line appears as hatched.

Il primo cilindro idraulico 2a è, nella fase di estensione del proprio stelo, alimentato nella prima camera A dalla pompa principale 21. La sua terza camera C è invece sovralimentata dalla prima pompa ausiliaria 22. La seconda camera B del primo cilindro idraulico 2a travasa fluido idraulico entro la seconda camera B del secondo cilindro idraulico 2a. Il secondo cilindro idraulico 2a nella fase di aspirazione riceve fluido idraulico nella seconda camera B e questo determina di conseguenza il rientro del suo stelo. Contemporaneamente, la sua prima camera A scarica fluido idraulico in quanto non in pressione mentre la camera C può travasare fluido idraulico verso la prima pompa ausiliaria 22. In questa condizione rispettivamente la prima e la terza camera A, C offrono una minima resistenza. The first hydraulic cylinder 2a is, in the phase of extension of its stem, fed into the first chamber A by the main pump 21. Its third chamber C is instead supercharged by the first auxiliary pump 22. The second chamber B of the first hydraulic cylinder 2a transfers fluid inside the second chamber B of the second hydraulic cylinder 2a. The second hydraulic cylinder 2a in the suction phase receives hydraulic fluid in the second chamber B and this consequently determines the retraction of its rod. At the same time, its first chamber A discharges hydraulic fluid as it is not under pressure while the chamber C can transfer hydraulic fluid towards the first auxiliary pump 22. In this condition, respectively, the first and third chambers A, C offer minimal resistance.

In una seconda modalità di funzionamento, illustrata in figura 6, il dispositivo di controllo 1 può fare funzionare la pompa 2 con i rispettivi cilindri idraulici 2a aventi le rispettive prime camere A e le rispettive terze camere C attive per il pompaggio della miscela cementizia. Questa condizione è schematicamente rappresentata in figura 6. In a second operating mode, illustrated in Figure 6, the control device 1 can operate the pump 2 with the respective hydraulic cylinders 2a having the respective first chambers A and the respective third chambers C active for pumping the cement mixture. This condition is schematically represented in figure 6.

L'unica differenza rispetto alla schematizzazione di figura 5 consiste nel fatto che le valvole VS5, VS7, e rispettivamente VS6 e VS8 sono attuate in modo diverso dalla prima e dalla seconda elettrovalvola YU1, YU2, le quali sono entrambe diseccitate. The only difference with respect to the diagram of figure 5 consists in the fact that the valves VS5, VS7, and respectively VS6 and VS8 are actuated differently by the first and second solenoid valves YU1, YU2, which are both de-energized.

Il primo cilindro idraulico 2a è, nella fase di estensione del proprio stelo, alimentato in entrambe la prima e terza camera A e C dalla pompa principale 21. La seconda camera B del primo cilindro idraulico 2a travasa fluido idraulico nella seconda camera B del secondo cilindro idraulico 2a. Viceversa, il secondo cilindro idraulico 2a, nella fase di aspirazione, riceve fluido idraulico nella rispettiva seconda camera B e questo determina il rientro del suo stelo. Contemporaneamente, la prima e terza camera A, C scaricano fluido idraulico e offrono una minima resistenza . The first hydraulic cylinder 2a is, in the extension phase of its rod, fed into both the first and third chambers A and C by the main pump 21. The second chamber B of the first hydraulic cylinder 2a transfers hydraulic fluid into the second chamber B of the second cylinder plumber 2a. Vice versa, the second hydraulic cylinder 2a, in the suction phase, receives hydraulic fluid in the respective second chamber B and this determines the retraction of its rod. Simultaneously, the first and third chambers A, C discharge hydraulic fluid and offer minimal resistance.

Giacché, come accennato in precedenza, la fase di aspirazione si conclude sempre prima della fase di pompata, la partenza del secondo cilindro idraulico 2a in pompata viene attivata in modo tale che si sovrapponga alla fase di decelerazione attraverso una rampa di velocità decrescente, precedentemente descritta, alla fine della fase di pompata del primo cilindro idraulico 2a. Since, as previously mentioned, the suction phase always ends before the pumping phase, the start of the second pumping hydraulic cylinder 2a is activated in such a way that it overlaps the deceleration phase through a decreasing speed ramp, previously described. , at the end of the pumping phase of the first hydraulic cylinder 2a.

Il dispositivo 1 oggetto della presente invenzione, quindi, non interrompe mai il flusso della pompa principale 21, ma solamente lo suddivide sulla base dello stato delle valvole VI e V2 a comando proporzionale e, in particolare, sulla base della luce nelle valvole stesse. The device 1 object of the present invention, therefore, never interrupts the flow of the main pump 21, but only divides it on the basis of the state of the proportional control valves VI and V2 and, in particular, on the basis of the opening in the valves themselves.

Infine è da rimarcare come la unità di elaborazione dati 20 comandi le pompe 21-23 e lo stadio di alimentazione oleodinamico 25 in modo tale che il rallentamento del primo (o secondo) cilindro idraulico 2a avvenga progressivamente, tramite una chiusura progressiva della valvola VI e con la contemporanea e progressiva apertura della valvola V2. Finally, it should be noted that the data processing unit 20 controls the pumps 21-23 and the hydraulic supply stage 25 in such a way that the slowing down of the first (or second) hydraulic cylinder 2a takes place progressively, by means of a progressive closing of the valve VI and with the simultaneous and progressive opening of the valve V2.

La figura 7, infine, illustra una pompa cementizia 2a comprendente due moduli di pompaggio (2+2 cilindri idraulici )nella configurazione di alimentazione delle sole camere A e sovralimentazione delle camere C. Il blocco di alimentazione 25 rimane lo stesso rispetto a quanto descritto in precedenza. Le condotte 24a, 24b, 24c si suddividono sulla pluralità di cilindri. Finally, Figure 7 illustrates a cement pump 2a comprising two pumping modules (2 + 2 hydraulic cylinders) in the configuration of supplying only chambers A and supercharging of chambers C. The supply block 25 remains the same with respect to what is described in precedence. The ducts 24a, 24b, 24c are divided over the plurality of cylinders.

I vantaggi del dispositivo di controllo per pompe per miscele cementizie a pistoni oggetto della presente invenzione sono chiari alla luce della descrizione che precede . The advantages of the control device for piston pumps for cementitious mixtures object of the present invention are clear in the light of the above description.

In particolare, infatti, tale dispositivo permette di ottenere che la pompa per miscela cementizia da esso controllata sia quanto più possibile esente da picchi di pressione e/o portata di miscela cementizia, senza vincolare i vari pistoni 2a attraverso mezzi di vincolo meccanico . In particular, in fact, this device allows to obtain that the pump for cement mixture controlled by it is as free as possible from pressure peaks and / or flow rate of the cement mixture, without constraining the various pistons 2a by means of mechanical constraint.

Lo stadio di alimentazione 25 non interrompe mai il flusso della pompa principale 21 ed è pertanto uno stadio di alimentazione a flusso continuo che realizza il sincronismo dei pistoni sulla base di segnali continui provenienti dai resistori variabili 30. La portata e la pressione del cemento sono quindi direttamente proporzionali alla portata e pressione della pompa 2, mantenendo nel contempo un valore costante senza picchi o avvallamenti. The feeding stage 25 never interrupts the flow of the main pump 21 and is therefore a continuous flow feeding stage which realizes the synchronism of the pistons on the basis of continuous signals coming from the variable resistors 30. The flow rate and the pressure of the cement are therefore directly proportional to the flow rate and pressure of pump 2, while maintaining a constant value without peaks or troughs.

In questo modo, i pistoni 2a della pompa 2 per miscela cementizia possono essere disposti a piacimento, permettendo quindi di realizzare pompe più efficienti dal punto di vista dell'ingombro e o delle vibrazioni durante il funzionamento. In this way, the pistons 2a of the pump 2 for cement mixture can be arranged at will, thus allowing to realize more efficient pumps from the point of view of the overall dimensions and or of the vibrations during operation.

Inoltre, il dispositivo oggetto della presente invenzione permette di adattare il tratto della corsa dei pistoni 2a entro il quale essi rallentano o accelerano, permettendo quindi una diminuzione dell'usura degli stessi. Furthermore, the device object of the present invention allows to adapt the portion of the stroke of the pistons 2a within which they slow down or accelerate, thus allowing a reduction in the wear thereof.

Infine, il dispositivo oggetto della presente invenzione permette di ovviare al malfunzionamento dei tradizionali sensori di fine corsa, in quanto i valori di resistenza massima e minima sono memorizzati all'interno della unità di elaborazione dati. Finally, the device object of the present invention makes it possible to obviate the malfunctioning of traditional limit switch sensors, since the maximum and minimum resistance values are stored inside the data processing unit.

E' infine chiaro che alla oggetto della presente invenzione possono essere apportate modifiche, aggiunte o miglioramenti ovvi per un tecnico del ramo, senza che per questo si esca dall'ambito di tutela fornito dalle rivendicazioni annesse. Finally, it is clear that modifications, additions or improvements that are obvious to a person skilled in the art can be made to the object of the present invention, without thereby departing from the scope of protection provided by the appended claims.

E' altrettanto chiaro che il sistema oggetto della presente invenzione può trovare applicazione anche su una pompa cementizia con pistoni multicamera, nella quale ogni pistone possiede più camere che possono essere alimentate con un fluido proveniente da rispettive condotte di ingresso ed uscita. It is equally clear that the system object of the present invention can also find application on a cement pump with multi-chamber pistons, in which each piston has several chambers which can be fed with a fluid coming from respective inlet and outlet pipes.

In questo caso, in particolare, il pistone può essere azionato, in funzione di quale camera viene alimentata, in modo tale da ottenere una massima portata a discapito della pressione o, al contrario, una minima portata a vantaggio di una maggiore pressione. Una volta determinato il modo in cui ognuna delle camere del pistone viene alimentata, lo stelo si muoverà comunque con una velocità costante o linearmente crescente o decrescente imposta dalla unità di elaborazione dati. In this case, in particular, the piston can be operated, depending on which chamber it is fed, in such a way as to obtain a maximum flow rate at the expense of pressure or, on the contrary, a minimum flow rate for the benefit of a higher pressure. Once the way in which each of the piston chambers is fed has been determined, the rod will still move with a constant or linearly increasing or decreasing speed set by the data processing unit.

Claims

CLAIMS 1) Control device (1) for cement-based pumps (2) having one or more pistons (2a), said control device (1) comprising: - feeding means (21, 22, 23, 25) of a hydraulic fluid to said pump (2); - a data processing unit (20), electrically connected to said power supply means (21, 22, 23, 25); the said control device (1) is characterized in that it comprises means (30) for transducing the stroke of a rod of the said pistons (2a) and a feeding stage (25) with continuous flow and realizing a synchronism of the pistons ( 2a) on the basis of continuous signals coming from said transduction means (30); each of said pistons of said pistons (2a) having at least one of said transduction means (30) bound thereto.

2) Device according to claim 1, in which said means for continuous transduction (30) of the stroke of said pistons are resistive means.

3) Device according to claim 1, wherein said resistive means have at least two terminals, which are connected with said data processing unit (20) through respective cables (40a, 40b).

4) Device according to claim 1, wherein said feeding means (21, 22, 23, 25) comprise an oleodynamic feeding stage (25) and a plurality of feeding pumps (21, 22, 23) feeding said hydraulic feeding stage (25); the said hydraulic feeding stage (25) furthermore having a plurality of outlets adapted to feed the said pump (2) for cement mixture.

5) Device according to claim 4, wherein said oleodynamic feeding stage (25) comprises a plurality of ducts (23a, 23b) for sending the fluid to said pump (2) for cement mixture, and in which said data processing unit (20) is electrically connected to said plurality of pumps (21, 22, 23) and controls the pressure / flow parameters of said pumps.

6) Device according to claim 4, wherein the said hydraulic feeding stage (25) further comprises a first and a second solenoid valve VI, V2 controlled by the said data processing unit (20) and receiving a respective control signals from it ( s2, s3) for maintaining a constant speed of said piston (2a).

7) Method of controlling a cement pump (2) with one or more pistons (2a), comprising a step for feeding a hydraulic fluid to said pump (2) through a plurality of pipes (23a, 23b) for feeding said pump (2) hydraulic fluid; the said control method is characterized in that it comprises a step for detecting the position of the stroke of a rod of each of the pistons (2a) of the said pump (2), the said detection step being carried out by means of transduction means (30) of position constrained to said stem.

8) Method according to claim 7, wherein said step for detecting the position of the stroke of said rod comprises an exchange of electrical feedback signals; said electrical feedback signals being transmitted by said transduction means (30) to a data processing unit (20) of a control device (1) of said pump (2).

9) Method according to claim 8, wherein said transduction means (30) transmit a measured quantity with a plurality of values among which at least a first and a second reference value are identified (Mref-1; Mref-2) , corresponding to a respective first and second point of the stroke (Cl, C2) of the rod of said piston (2a), and in which, when said rod is between said first (Cl) and said second point (c2) of said stroke, said stem is driven with a progression at constant speed. 11) Method according to claim 10, wherein outside a stroke interval of said rod (2a) defined by said first and second points of the stroke (Cl, c2), said rod exhibits a speed variation up to zeroing at a pair of end-of-stroke points. 12) Method according to claim 11, wherein said speed variation is linear. 13. Method according to claim 10, wherein the passage between said progression at constant speed within said first and second points of the stroke (Cl, C2) and said speed variation of the stroke of said stem outside said first and second point of the race (Cl, C2) is progressive.