WO2010017997A2 - Pumpenvorrichtung - Google Patents

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WO2010017997A2
WO2010017997A2 PCT/EP2009/005928 EP2009005928W WO2010017997A2 WO 2010017997 A2 WO2010017997 A2 WO 2010017997A2 EP 2009005928 W EP2009005928 W EP 2009005928W WO 2010017997 A2 WO2010017997 A2 WO 2010017997A2
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WO
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pulsator
working space
line
pressure
pump head
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PCT/EP2009/005928
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English (en)
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WO2010017997A3 (de
Inventor
Christian Huhnke
Henning Ladiges
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Bran+Luebbe Gmbh
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Publication date
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Priority to PL09777900T priority patent/PL2329147T3/pl
Priority to CN200980131732.1A priority patent/CN102124226B/zh
Priority to US13/058,904 priority patent/US20110135514A1/en
Priority to BRPI0917663A priority patent/BRPI0917663A2/pt
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B53/00—Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
    • F04B53/06—Venting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/02—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
    • F04B43/06—Pumps having fluid drive
    • F04B43/067—Pumps having fluid drive the fluid being actuated directly by a piston
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B53/00—Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
    • F04B53/08—Cooling; Heating; Preventing freezing

Definitions

  • the invention relates to a pump device with a pulsator as a drive element for a main pump head, which is located in a feed line and whose working space is provided with a suction-side check valve and a pressure-side check valve, according to the preamble of claim 1.
  • a membrane pulsator is understood to mean a
  • Piston diaphragm pump corresponds, which does not necessarily have suction and pressure side check valves, but otherwise usually has all the features of a piston diaphragm pump.
  • a person skilled in the art understands a piston diaphragm pump to mean a piston pump coupled to a diaphragm, the deflection of the piston being transmitted to the diaphragm via a hydraulic coupling.
  • Membrane pulsators, in particular as well as piston diaphragm pumps can have a preferably diaphragm-controlled refilling and / or venting device for the hydraulic fluid, as is known, for example, from EP 0 085 725 A1.
  • the invention relates to a pump device with a pulsator, in particular a membrane pulsator, as a drive element for a main pump head, which is located in a feed line and the working space is provided with a suction-side check valve and a pressure-side check valve.
  • the working space of the pulsator is connected directly to the working space of the main pump head via a suspension line filled with pumping medium, in such a way that the pulsator oscillates in the conveying medium from the delivery line sucks into the working space of the main pump head or pushes out of the work space.
  • the pump device according to the invention is particularly well suited for conveying suspensions, such as mixtures of biomass and supercritical water, and in particular for high pressures and temperatures.
  • Pumps of this type are known from EP 0919724 Bl and EP 1898093 Al.
  • a lying in the feed line main pump head is driven by a further pump head, which is referred to as a pulsator.
  • a pump device is also referred to as a "remote head” pump.
  • Such pumping devices are typically used to pump high solids, high temperature liquids.
  • the known pumps can not be used readily in particularly aggressive media, such as supercritical aqueous solutions, especially when processes are present with very high throughput at high temperatures and high pressures.
  • the invention has for its object to provide a pump device of the type mentioned, which can be used for pumping aggressive fluids at high temperature, and yet operates at low cost with high reliability, which is why in particular an entry of solid particles are avoided in the pulsator should.
  • a pump device with a pulsator as a drive element for a main pump head which is located in a feed line and the working space is provided with a suction-side check valve and a pressure-side check valve, indicated, wherein the working space of the pulsator via a filled with conveying medium shuttle with the working space of the main pump head is connected in such a way that the pulsator draws in an oscillating medium from the delivery line into the working space of the main pump head or pushes out of the working space, a vent valve is provided for venting the working space of the pulsator, wherein the vent valve is a timed valve and / or a pressure-controlled double seat valve and / or a device for introducing a liquid into the working space of the pulsator and / or the pendulum line is provided.
  • a timed valve and / or a pressure-controlled double-seat valve has the advantage that the time in which the valve is open for venting, can be kept very short, which can avoid undesirable side streams, the increased entry of solid particles in the pulsator could result.
  • the introduction of liquid into the working space of the pulsator or the replenishment of fluid into the working space to compensate for losses, for example by venting the working space has the advantage that a liquid balance does not have to be done by the driven main pump head and thus no solid particles from the main pump head transported to the pulsator.
  • the liquid may be water and / or conveying medium and / or another suitable liquid.
  • the time- and / or pressure-controlled venting valve may be a single-seated valve and / or a double-seated valve.
  • the device for introducing a liquid into the working chamber of the pulsator and / or the commutation line may comprise a time- and / or pressure-controlled refill valve and / or a refilling reservoir.
  • the time- and / or pressure-controlled refill valve or venting valve can be controlled in time and / or pressure so that after a start-up phase of the process, the refill valve or vent valve is closed and / or the upper limit to close the time- and / or pressure-controlled Refill valve or
  • Venting valve is increased after a start-up phase of the process and / or after a start-up phase of the process, the lower limit for closing the time- and / or pressure-controlled refill valve or vent valve is lowered.
  • the pressure applied to the refill reservoir substantially corresponds to the pressure in the working space of the pulsator.
  • the refill valve between the working space and the refill reservoir may be a time and / or pressure controlled valve.
  • the working space of the pulsator can be connected via the and / or another venting valve to the suction side of the delivery line.
  • the suction side of the conveying line for automatic venting can advantageously be arranged above the venting valve.
  • the working space of the pulsator can be connected to the pressure side of the delivery line via the and / or a further venting valve.
  • the vent valve in conjunction with a return pump positively controlled, in particular timed be.
  • the working space of the pulsator can be connected via the and / or a further venting valve to a replenishment reservoir for compensating for leakage in the workspace of the pulsator and / or the pendulum line.
  • the working chamber of the pulsator can be connected via the and / or a further venting valve to a collecting container for collecting and for possibly later recycling of conveying medium exiting during the venting.
  • the valve may be time and / or pressure controlled so that it is closed at least above a certain pressure.
  • the pulsator generates in the working space a continuously alternating pressure with a pressure phase and a suction phase.
  • no venting should happen at least above a certain pressure in the working space to prevent a, albeit possibly small, pressure drop in the working space and thus a reduction of the flow from the pendulum ,
  • the valve may be time and / or pressure controlled so that it is closed at least below a certain pressure.
  • a vent should be avoided below a certain pressure in the working space of the pulsator, because by the, although low pressure drop, a greater suction and thus a stronger flow would occur in the pendulum, which could suck more solid particles in the pendulum. Therefore, the valve should be closed at least below a certain pressure in the working space.
  • the venting takes place only in the temporal regions between the suction and the pressure phase, where a substantially low or no flow of the conveying fluid takes place in the transfer line.
  • a substantially low or no flow of the conveying fluid takes place in the transfer line.
  • a pump device is provided with a pulsator as a drive element for a main pump head, which is located in a feed line and the Working space is provided with a suction-side check valve and a pressure-side check valve, wherein the working space of the pulsator is connected via a pumping medium filled with the transfer line working space of the main pump head in such a way that the pulsator sucks oscillating fluid from the delivery line into the working space of the main pump head or pushes out of the working space, wherein the pump device has a refill reservoir for replenishing fluid, which is acted upon by a pressure which substantially corresponds to the system pressure.
  • the pendulum line can be provided with a cooling in all embodiments of the invention.
  • the pulsator can be arranged above the main pump head in all embodiments of the invention. Additionally or alternatively, according to the invention, the pendulum line can be aligned in a downward direction from the pulsator to the main pump head. Such embodiments of the invention have the advantage that the gravitational force additionally counteracts an entry of solid particles through the pendulum line in the pulsator.
  • the pendulum line can be provided with a sink as a receiving space for solid particles in the pumped medium.
  • the working space of the pulsator can at least temporarily be acted upon by a compensating medium for compensating for leakage loss.
  • a pump device with a Pulsator specified as a drive element for a main pump head which is located in a feed line and the working space is provided with a suction-side check valve and a pressure-side check valve, the working space of the pulsator is connected via a conveyor medium filled with the transfer line working space of the main pump head in a manner in that the pulsator draws in an oscillating conveying medium from the delivery line into the working space of the main pump head or pushes it out of the working space, wherein the pendulum line is divided into at least two parallel sections at least in one section.
  • the pendulum can also be divided over its entire course, i. that, for example, two or more parallel pendulum lines can be provided.
  • inventions of the invention have the advantage that by providing a corresponding control, for example in the suction phase, the at least two subsections are opened and in the pressure phases at least one subsection (at two subsections preferably alternately one and the other subsection) at least partially and preferably completely at least during a part of the pressure phase is closed in order to prevent deposits of particulate matter in the subsections by the thus resulting in the other subsections and the higher outflow velocity.
  • the volume of the parallel sections of the pendulum line and the volume of the parallel pendulum lines can each be at least as large as or preferably greater than the stroke volume of the pulsator.
  • control valves can be provided for at least partially opening and closing the sections of the pendulum line or the parallel pendulum lines.
  • a sensor system can be provided in order to synchronize the timing of the control valves with the respective phase position of the pulsator diaphragm.
  • a sensor and / or switch can be provided which switches the control valve in at least one end position of the membrane of the pulsator.
  • a sensor and / or switch for the other membrane layer can be provided to switch the control valve.
  • the control valves could also be displaced into a closed position or partial closed position only during part of the pressure phase. It would also be conceivable to at least partially close different control valves during a pressure phase.
  • the pendulum line can preferably be divided in the region upstream of the main pump head into a plurality of lines connected in parallel, preferably two lines connected in parallel, which are at least partially and preferably completely closed by a time-controlled and / or pressure-controlled valve.
  • the time and / or pressure control should be set so that all lines are open as long as possible during the suction phase, so that the flow to the various Distributed parallel lines, while in the pressure phases alternately a sub-line with the full pressure and thus a much higher flow rate is applied. This should be an entry of solid particles in the pendulum line safely avoided.
  • a pump device is provided with a pulsator as a drive element for a main pump head, which lies in a delivery line and whose working space with a suction-side check valve and a pressure-side Non-return valve is provided, wherein the working space of the pulsator is connected via a medium filled with transfer line with the working space of the main pump head in such a way that the pulsator sucks oscillating fluid from the delivery line into the working space of the main pump head or pushes out of the working space, the main pump head has at least two parallel suction side check valves (16, 161).
  • This embodiment of the invention has the advantage that during the pressure phase in the line section between the exits of the two suction-side check valves, a higher flow velocity is generated, so that the risk of the entry of solid particles in the shuttle from the downstream with respect to the flow direction during the pressure phase suction side Check valve is reduced.
  • the cross-section of the line receiving the downstream of the suction-side check valve with respect to the flow direction during the pressure phase can be greater than that Cross section of the other suction-side check valve receiving line.
  • the cross sections of the two lines could be the same size or more than two lines and a corresponding number of suction-side check valves are provided.
  • a larger cross-section of the relation to the flow direction during the pressure phase upstream suction-side check valve receiving line conceivable, which still offers a albeit lower advantage over the versions with only one suction-side check valve.
  • a pump device is provided with a pulsator as a drive element for a main pump head, which lies in a delivery line and whose working space with a suction-side check valve and a pressure-side Non-return valve is provided, wherein the working space of the pulsator is connected via a pumped medium filled with the working space of the main pump head in such a way that the pulsator sucks oscillating fluid from the delivery line into the working space of the main pump head or pushes out of the working space, in the Pendelön a separating piston is arranged.
  • the aforementioned embodiments of the pump device according to the invention may be formed with a double-acting pulsator and two pump circuits driven in opposite directions.
  • a pump device is provided with a pulsator as a drive element for a main pump head, which lies in a delivery line and whose working space with a suction-side check valve and a pressure-side Check valve is provided, wherein the working space of the pulsator is connected via a pumped medium filled with the working space of the main pump head pump in such a way that the pulsator sucks oscillating fluid from the delivery line into the working space of the main pump head or pushes out of the working space, the pulsator is designed as a double-acting pulsator, one side of which is designed as a drive element for the main pump head, and the other side is acted upon by a pressure which substantially corresponds to the system pressure.
  • Such embodiments of the invention with a double-acting pulsator for driving two mutually driven pump circuits are preferred, because a uniform promotion can be achieved.
  • the pulsator can be driven at high suction pressures of for example 250 bar with a drive designed for much lower pressures, for example when a double-acting Piston is used, which only has to overcome the differential pressure between the pressure during the pressure phase in one Pulsatorhclient and the pressure during the suction phase in the other Pulsatorhphp.
  • This advantage also applies to double-acting pulsators for driving only one pump circuit when the other side of the pulsator, which does not drive the pump circuit, is pressurized.
  • the refill reservoir is pressurized to approximately the system pressure, so that the drive also takes place valve-controlled during the refilling process when the diaphragm is at its rear mechanical attachment reached, is not exposed to a higher pressure than the differential pressure between suction and pressure phase and thus does not have to be dimensioned larger, and the membrane is not destroyed at the inflow channels of their rear mechanical system.
  • Hydraulic fluid can be provided, as it is known for example from EP 0 085 725 Al.
  • compensation medium for compensating for leakage loss may be present in the diaphragm control chamber in a refill reservoir which is connected via a valve to the diaphragm control chamber, wherein the refill reservoir is pressurized to a pressure which is higher than the atmospheric pressure.
  • This embodiment of the invention has the advantage that the pulsator with a drive (eg hydraulically, mechanically and / or pneumatically, eg a piston drive) are driven can, whose performance only the pressure difference between the suction and the pressure side must overcome.
  • a shock on the drive, for example, the piston can be prevented by pressurizing the Nach Stirllreservoirs for leakage fading compensation in the diaphragm control chamber.
  • this pressure in the refill reservoir can correspond approximately to the system pressure.
  • a control system adapted to the system pressure pressure regulation can be provided in the refill reservoir, as described for example in EP 1 898 093 Al.
  • the pulsator can be designed in membrane or tubular membrane construction.
  • the pulsator can be designed in piston or plunger construction.
  • a basic idea of the invention thus also lies in the fact that the pulsator acts on a main pump head which, in principle, is designed like a piston pump head, without, however, requiring a piston.
  • a pump head suitable for high temperatures and pressures standard component can be used, which represents an overall cost-effective alternative to the known solutions by combining with a standard membrane pulsator, the principle of a "remote head" pump is maintained.
  • the wear is further reduced by the fact that any particles present in the pumped medium do not come into contact with the workspace of the pulsator, since the liquid is moved in the pendulum line only in the scope of the pump stroke back and forth, and mixes only slightly with freshly sucked liquid.
  • the pulsator can be designed in membrane or tubular membrane design as well as in piston or Plungerbauweise be executed. If the pulsator is a membrane pulsator, particles will not get to the membrane. Since high temperatures in the pumped medium decrease in the course of the transfer line, membrane pulsators can be used with inexpensive plastic membranes, such as PTFE, even at high pressures and high temperatures in the delivery line. Therefore, pumping devices according to the invention are particularly well suited for the conveyance of biomass in the production of biofuel.
  • the inlet into the suction-side delivery line is preferably located above the ventilation valve, so that the gases escape from the working space automatically.
  • a forced ventilation for example with a time and / or pressure-controlled valve may be present.
  • a preferred embodiment of the invention is that the pendulum line is provided with a cooling.
  • the commutation line is oriented downwards from the membrane pulsator to the main pump head. The particles thus remain in the region of the main pump head and are returned to the delivery line.
  • the pendulum line is provided with a sink as a receiving space for solid particles in the pumped medium.
  • an area is provided in the pendulum line, which is below the working space of the Membrane pulsator is located so that the particles accumulate there due to gravity and not get into the working space of the pulsator.
  • the working chamber of the pulsator is acted upon by a compensating medium to compensate for leakage fade, so that a flow through the pendulum line and a migration of solid particles to the pulsator can be prevented.
  • a further advantageous embodiment of the invention is to arrange a separating piston in the pendulum line.
  • a low drive power is achieved in that a double-acting pulsator and two oppositely driven pump circuits are present, which is particularly advantageous when used in recirculation processes with high suction pressures.
  • FIG. 1 shows a vertical section through a first embodiment of a pump device.
  • FIG. 1A shows a vertical section corresponding to FIG. 1 through a further pump device according to the invention with a double-acting pulsator and two pump circuits driven in opposite directions.
  • Fig. 2 is a circuit diagram of a composite of two pumping devices of Figure 1 pump configuration according to the invention.
  • Fig. 3 features further embodiments of a pump device according to the invention.
  • FIG. 4 is a circuit diagram corresponding to FIG. 2 of an alternative pump configuration according to the invention.
  • FIG. 5 is a circuit diagram corresponding to FIG. 2 of a further alternative pump configuration according to the invention.
  • FIG. 6 is a circuit diagram corresponding to FIG. 2 of a further alternative pump configuration according to the invention.
  • FIG. 7 is a circuit diagram corresponding to FIG. 2 of a further alternative pump configuration according to the invention.
  • Fig. 8 features further embodiments of a pump device according to the invention.
  • Fig. 9 features further embodiments of a pump device according to the invention.
  • Fig. 10 is a circuit diagram of a composite of two pumping devices of Figure 1 pump configuration according to the invention.
  • Fig. 11 is a pV diagram of the time profile of the pressure of the pump over the stroke volume with an indication of a possible refilling during the printing phase.
  • Fig. 12 is a pV diagram of the time course of the pressure of the pump over the stroke volume with an indication of a possible refill during the suction phase.
  • a pump device 1 has a membrane pulsator 10 serving as a pulsator, a main pump head 11 and a transfer line 12.
  • the main pump head 11 has an inlet 13 and an outlet 14 for installation in a delivery line whose pressure side is denoted by 5 and the suction side by 15.
  • On the inlet side (suction side) is a suction-side check valve 16 and the output side (pressure side), a pressure-side check valve 17 is present.
  • the conveying direction is marked with arrow 6.
  • the main pump head 11 corresponds constructively to a pump head of a piston pump. However, he has no piston. His working space 18 is rather directly connected via the pendulum line 12 with a working space 20 of the Membranpulsators 10.
  • the membrane pulsator 10 is provided with a connection 7 for the shuttle 12. Furthermore, there is a connection 8 for venting with a venting valve 9 (FIG. 2) and a connection 4 for a replenishment reservoir 30 (FIG. 2).
  • a venting valve 9 FIG. 2
  • a replenishment reservoir 30 FIG. 2
  • the pendulum line 12 is filled with delivery fluid 21. It leads via a control input 22 of the main pump head 11 to the working space 20 of the membrane pulsator 10.
  • the pendulum line 12 is provided with a cooling, which is formed by a cooling liquid applied to the cooling jacket 23. In this way, a temperature reduction of, for example, about 360 ° C. at the main pump head 11, as typically has the biomass to be pumped in the bio-fuel production, to about 100 0 C on the Membranpulsator 10 are made.
  • the transfer line 12 contains the delivery liquid 21, which may also have solid particles 24, there is a portion 25 in the transfer line 12, which drops from the membrane pulsator 10 to the main pump head 11, and which opens directly into the working space 18 of the main pump head 11. At its lowest point, the transfer line 12 thus lies at the level of the working space 18 of the main pump head 11. The solids particles 24 thus remain in the working space 18 of the main pump head 11 due to gravity and do not reach the working space 20 of the membrane pulsator 10 pressure-side conveying line 5 is supplied.
  • the membrane pulsator 10 has a membrane 26, which is hydraulically controlled via a diaphragm control chamber 27.
  • the membrane material is preferably PTFE. Alternatively, elastomers, metallic materials or composite materials can be used.
  • the membrane control chamber 27 is acted upon by a piston 28, which is driven mechanically, for example by a motor 29 (FIG. 2), and / or hydraulically and / or pneumatically, for example by alternately pressurizing the chambers adjacent to the disc 281.
  • a refilling reservoir 30 filled with a compensating medium, which emits compensation medium into the working space 20 of the membrane pulsator 10 via a controlled valve 31 (FIG. 2).
  • the feed is designated 4 in FIG.
  • FIG. 2 comprises a double-acting pulsator with two pump devices as illustrated in FIG.
  • the pump devices are connected in parallel in two counteracted branches A, B.
  • a pumping operation will be described with reference to a branch.
  • the pendulum line 12 and the working space 18 of the main pump head 11 are completely filled with conveying fluid.
  • the suction-side check valve 16 and the pressure-side check valve 17 are closed.
  • each main pump head 11 with a single-acting pulsator equal or opposite directions can be controlled.
  • FIG. 3 is a detail of a second embodiment, a portion of a pendulum line 12 'is illustrated.
  • a longitudinally slidably mounted according to double arrow 35 separating piston 32 in the pendulum line 12' is arranged. Any existing solid particles 24 thereby remain in a region 33 on the side of the main pump head 11 and can not reach a region 34 on the side of the membrane pulsator.
  • Fig. IA shows an embodiment with a double-acting pulsator.
  • FIG. 1A essentially corresponds to the embodiment shown in FIG. 1, wherein the pump device of FIG. 1 basically exists twice and is driven by a common piston 28.
  • the double-acting pulsator is shown in Fig.
  • the double-acting piston 28 describes an end position (on the right, the diaphragm 26 is bulged, ie the pressure stroke or the pressure phase is completed, on the left the diaphragm 26 is flattened, ie the suction stroke or the suction phase is complete).
  • Fig. 2 shows an embodiment with ventilation in the suction line 15.
  • the refilling takes place from a pressure accumulator 30 (with gas cushion) time or pressure controlled during the pressure stroke of the pulsator.
  • the used switching symbol for the valve 31 describes a controlled non-return valve, in which the closing is prevented during activation.
  • the pressure in the refill reservoir 30 must be greater than the system pressure.
  • the refilling volume flow must be greater than or equal to the leakage flow of the venting process.
  • a follow-up regulation of the accumulator pressure as a function of the changing system pressure is recommended. If necessary, manual control is also possible.
  • Fig. 4 shows an embodiment with ventilation in the pressure line 5.
  • the refilling takes place from a pressure accumulator 30 (with gas cushion) time or pressure controlled during the suction stroke of the pulsator.
  • the switching symbol used for the valve 31 describes a controlled non-return valve, in which the opening is prevented when actuated.
  • the pressure in the refill reservoir 30 must be greater than the suction pressure.
  • the refilling volume flow must be greater than or equal to the leakage flow of the venting process. A follow-up of the accumulator pressure as a function of the changing suction pressure is recommended. If necessary, manual control is also possible.
  • Fig. 5 shows an embodiment with a vent in the Nach Glallreservoir 30.
  • the refilling takes place from a pressure accumulator 30 (with gas cushion) timed.
  • the symbol for the refill valve 31 shows no specific function.
  • Fig. 6 shows an embodiment with ventilation in any storage or collecting container 36.
  • the refilling takes place from a pressure accumulator 30 (with gas cushion) timed.
  • the symbol for the refill valve 31 shows no specific function.
  • Fig. 7 shows an embodiment of the invention of a pump device with a single-acting pulsator.
  • the venting or refilling can be carried out according to the abovementioned embodiments of the invention, for example according to FIG. 2, FIG. 4, FIG. 5 or FIG. 6.
  • Exemplary is the Venting shown in the pressure line 5 as one of the possible variants.
  • the unused page is subjected to a pressure which corresponds approximately to the system pressure, for example by means of a pressure accumulator.
  • a pressure accumulator for example by means of a pressure accumulator.
  • FIG. 8 shows a possible embodiment of the main pump head 11 of pump devices according to the invention.
  • two suction-side check valves 16, 161 are provided, which may also have a different size.
  • This embodiment has the advantage that during the pressure stroke of the pulsator in the line section between the two suction-side check valves, a higher flow velocity is generated.
  • the pendulum line 12 has a slope towards the suction-side check valves 161, 16. When sucking the suction flow is distributed according to the
  • the pendulum line is at least in a section divided into at least two sections 121, 122, which are used with the help of controlled shut-off valves 123, 124 in the suction phases simultaneously for suction and can be alternately opened and closed in the pressure phases, respectively, by the thus generated higher Outflow velocity in the sections 121, 122 to prevent deposits of solid particles.
  • each subsection 121, 122 should preferably be at least as great as and preferably greater than the stroke volume of the pulsator. This prevents solid particles from getting behind the controlling valves by alternately closing in the pressure phase.
  • each section In a first suction so each section would initially filled up to half of its volume with particles. The subsequently sealed section would possibly retain this condition. When re-suction, the subsection would then at most complete with Be filled with particles before a full rinse in the printing phase would take place.
  • time-controlled shut-off valves 123, 124 are provided which should be synchronized exactly with the respective phase position of the pulsator diaphragm with the aid of sensor technology.
  • Fig. 10 shows another embodiment of the invention. Identical parts are provided with the same reference numerals. Reference is made to the description of the above statements.
  • the pulsator is shown in somewhat greater detail, wherein the drive for the double-acting piston 28 is not shown. In particular, the course of the hydraulic channels of the double-acting pulsator is shown in more detail.
  • the pump device of FIG. 10 has two refill valves 37 of the diaphragm control chamber, which are preferably subjected to a pressure which corresponds approximately to the system pressure.
  • the pressure is provided by a hydraulic pump 38.
  • two vent valves 39 are provided for venting the diaphragm control chambers.
  • Figures 11 and 12 show schematic PV diagrams showing the time course of the pump pressure over the stroke volume. Beginning at the point on the left-hand side below, you can clearly see the steep slope of the pressure increase during the compression phase, the pressure oscillations due to the valve kinematics, the displacement of the stroke volume (maximum pressure at maximum piston speed), as well as the steep decompression phase and the intake phase. (Note: In the present case, the circular process was shown clockwise in both figures for illustrative purposes.) The dashed line in Fig. 11 shows the required pressure level and a possible time window for a controlled Leckagelach Stahl during the print stroke. The adjusting, mean working pressure of the pulsator in the pressure stroke (pD) is slightly greater than the system pressure.
  • the dashed line in Fig. 12 shows the required pressure level and a possible time window for a controlled Leckagelach Stahlgang during the suction stroke. When refilling during the suction stroke, it is sufficient if the pressure level is slightly above the suction pressure.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Pumpenvorrichtung (1) mit einem Pulsator als Antriebselement für einen Hauptpumpenkopf (11), der in einer Förderleitung (15) liegt und dessen Arbeitsraum (18) mit einem saugseitigen Rückschlagventil (16) und einem druckseitigen Rückschlagventil (17) versehen ist, wobei der Arbeitsraum (20) des Pulsators über eine mit Fördermedium (21) gefüllte Pendelleitung (12) mit dem Arbeitsraum (18) des Hauptpumpenkopfes (11) in der Weise in Verbindung steht, dass der Pulsator oszillierend Fördermedium (21) aus der Förderleitung (15) in den Arbeitsraum (18) des Hauptpumpenkopfes (11) ansaugt oder aus dem Arbeitsraum (18) drückt, wobei ein Entlüftungsventil (9) zur Entlüftung des Arbeitsraums (20) des Pulsators vorgesehen ist, wobei das Entlüftungsventil (9) ein zeitgesteuertes Ventil und/oder ein druckgesteuertes Doppelsitzventil ist und/oder dass eine Vorrichtung zum Einleiten einer Flüssigkeit in den Arbeitsraum des Pulsators und/oder die Pendelleitung (12) vorgesehen ist.

Description

PUMPENVORRICHTUNG
Die Erfindung betrifft eine Pumpenvorrichtung mit einem Pulsator als Antriebselement für einen Hauptpumpenkopf, der in einer Förderleitung liegt und dessen Arbeitsraum mit einem saugseitigen Rückschlagventil und einem druckseitigen Rückschlagventil versehen ist, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Im Sinne der vorliegenden Offenbarung der Erfindung ist ein Membranpulsator so zu verstehen, dass er einer
Kolbenmembranpumpe entspricht, die nicht notwendigerweise saug- und druckseitige Rückschlagventile aufweist, aber ansonsten in der Regel alle Merkmale einer Kolbenmembranpumpe aufweist. Unter einer Kolbenmembranpumpe versteht der Fachmann eine mit einer Membran gekoppelte Kolbenpumpe, wobei die Auslenkung des Kolbens über eine hydraulische Kopplung auf die Membran übertragen wird. Membranpulsatoren können insbesondere ebenso wie Kolbenmembranpumpen eine vorzugsweise membranlagengesteuerte Nachfüll- und/oder Entlüftungsvorrichtung für die Hydraulikflüssigkeit aufweisen, wie sie beispielsweise aus der EP 0 085 725 Al bekannt ist.
Insbesondere betrifft die Erfindung eine Pumpenvorrichtung mit einem Pulsator, insbesondere einem Membranpulsator, als Antriebselement für einen Hauptpumpenkopf, der in einer Förderleitung liegt und dessen Arbeitsraum mit einem saugseitigen Rückschlagventil und einem druckseitigen Rückschlagventil versehen ist. Der Arbeitsraum des Pulsators steht über eine mit Fördermedium gefüllte Pendelleitung unmittelbar mit dem Arbeitsraum des Hauptpumpenkopfes in der Weise in Verbindung, dass der Pulsator oszillierend Fördermedium aus der Förderleitung in den Arbeitsraum des Hauptpumpenkopfes ansaugt oder aus dem Arbeitsraum drückt. Die erfindungsgemäße Pumpenvorrichtung ist besonders gut zum Fördern von Suspensionen, wie zum Beispiel Mischungen aus Biomasse und überkritischem Wasser, und insbesondere für hohe Drücke und Temperaturen geeignet.
Pumpen dieser Art sind aus EP 0919724 Bl und EP 1898093 Al bekannt. Hierbei wird ein in der Förderleitung liegender Hauptpumpenkopf von einem weiteren Pumpenkopf angetrieben, der als Pulsator bezeichnet wird. Eine derartige Pumpenvorrichtung wird auch als "Remote Head"-Pumpe bezeichnet. Eingesetzt werden derartige Pumpenvorrichtungen typischerweise zum Pumpen von Flüssigkeiten mit hohem Feststoffanteil und hohen Temperaturen. Die bekannten Pumpen können jedoch bei besonders aggressiven Fördermedien, wie beispielsweise überkritischen wässrigen Lösungen, nicht ohne Weiteres eingesetzt werden, insbesondere wenn Prozesse mit sehr großem Durchsatz unter hohen Temperaturen und hohen Drücken vorliegen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pumpenvorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die zum Pumpen von aggressiven Fördermedien mit hoher Temperatur eingesetzt werden kann, und die dennoch bei geringen Kosten mit hoher Zuverlässigkeit arbeitet, weshalb insbesondere ein Eintrag von Feststoffteilchen in den Pulsator vermieden werden sollte.
Diese Aufgabe wird durch eine Pumpenvorrichtung gemäß den Merkmalen zumindest eines der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Gemäß einer Ausführung der Erfindung wird eine Pumpenvorrichtung mit einem Pulsator als Antriebselement für einen Hauptpumpenköpf, der in einer Förderleitung liegt und dessen Arbeitsraum mit einem saugseitigen Rückschlagventil und einem druckseitigen Rückschlagventil versehen ist, angegeben, wobei der Arbeitsraum des Pulsators über eine mit Fördermedium gefüllte Pendelleitung mit dem Arbeitsraum des Hauptpumpenkopfes in einer Weise in Verbindung steht, dass der Pulsator oszillierend Fördermedium aus der Förderleitung in den Arbeitsraum des Hauptpumpenkopfes ansaugt oder aus dem Arbeitsraum drückt, wobei ein Entlüftungsventil zur Entlüftung des Arbeitsraums des Pulsators vorgesehen ist, wobei das Entlüftungsventil ein zeitgesteuertes Ventil und/oder ein druckgesteuertes Doppelsitzventil ist und/oder eine Vorrichtung zum Einleiten einer Flüssigkeit in den Arbeitsraum des Pulsators und/oder die Pendelleitung vorgesehen ist.
Die Verwendung eines zeitgesteuerten Ventils und/oder eines druckgesteuerten Doppelsitzventil hat den Vorteil, dass die Zeit, in der das Ventil zum Entlüften offen ist, sehr kurz gehalten werden kann, wodurch sich unerwünschte Nebenströme vermeiden lassen, die einen verstärkten Eintrag von Feststoffteilchen in den Pulsator zur Folge haben könnten.
Das Einleiten von Flüssigkeit in den Arbeitsraum des Pulsators bzw. das Nachfüllen von Fördermedium in den Arbeitsraum zum Ausgleich von Verlusten beispielsweise durch das Entlüften des Arbeitsraums, hat den Vorteil, dass ein Flüssigkeitsausgleich nicht von dem getriebenen Hauptpumpenkopf erfolgen muss und somit keine Feststoffteilchen von dem Hauptpumpenkopf zu dem Pulsator transportiert werden. Erfindungsgemäß kann die Flüssigkeit Wasser und/oder Fördermedium und/oder eine andere geeignete Flüssigkeit sein.
Erfindungsgemäß kann das zeit- und/oder druckgesteuerte Entlüftungsventil ein Einsitzventil und/oder ein Doppelsitzventil sein.
Erfindungsgemäß kann die Vorrichtung zum Einleiten einer Flüssigkeit in den Arbeitsraum des Pulsators und/oder die Pendelleitung ein zeit- und/oder druckgesteuertes Nachfüllventil und/oder ein Nachfüllreservoir umfassen.
Erfindungsgemäß kann das zeit- und/oder druckgesteuerte Nachfüllventil bzw. Entlüftungsventil derart zeit- und/oder druckgesteuert werden, dass nach einer Anfahrphase des Prozesses das Nachfüllventil bzw. Entlüftungsventil geschlossen wird und/oder der obere Grenzwert zum Schließen des zeit- und/oder druckgesteuerten Nachfüllventils bzw.
Entlüftungsventils nach einer Anfahrphase des Prozesses erhöht wird und/oder nach einer Anfahrphase des Prozesses der untere Grenzwert zum Schließen des zeit- und/oder druckgesteuerten Nachfüllventils bzw. Entlüftungsventils gesenkt wird.
Vorzugsweise entspricht der Druck, mit dem das Nachfüllreservoirs beaufschlagt wird, im Wesentlichen dem Druck in dem Arbeitsraum des Pulsators.
Gemäß einer Ausführung der Erfindung kann das Nachfüllventil zwischen dem Arbeitsraum und dem Nachfüllreservoir ein zeit- und/oder druckgesteuertes Ventil sein. Erfindungsgemäß kann der Arbeitsraum des Pulsators über das und/oder ein weiteres Entlüftungsventil mit der Saugseite der Förderleitung verbunden sein.
Erfindungsgemäß kann dabei vorteilhafterweise die Saugseite der Förderleitung zur selbsttätigen Entlüftung oberhalb des Entlüftungsventils angeordnet sein.
Alternativ oder zusätzlich kann erfindungsgemäß der Arbeitsraum des Pulsators über das und/oder ein weiteres Entlüftungsventil mit der Druckseite der Förderleitung verbunden sein.
Erfindungsgemäß kann das Entlüftungsventil in Verbindung mit einer Rückführungspumpe zwangsgesteuert, insbesondere zeitlich gesteuert, sein.
Alternativ oder zusätzlich kann erfindungsgemäß der Arbeitsraum des Pulsators über das und/oder ein weiteres Entlüftungsventil mit einem Nachfüllreservoir zum Ausgleich von Leckageschwund in dem Arbeitraum des Pulsators und/oder der Pendelleitung verbunden sein.
Alternativ oder zusätzlich kann erfindungsgemäß der Arbeitsraum des Pulsators über das und/oder ein weiteres Entlüftungsventil mit einem Sammelbehälter zum Sammeln und zum eventuell späteren Rückführen von bei der Entlüftung austretendem Fördermedium verbunden sein.
Erfindungsgemäß kann das Ventil derart zeit- und/oder druckgesteuert sein, dass es zumindest oberhalb eines bestimmten Druckes geschlossen ist. Der Pulsator erzeugt im Arbeitsraum einen kontinuierlich abwechselnden Druck mit einer Druckphase und einer Saugphase. Um eine Abschwächung der Strömung aus der Pendelleitung zum Austreiben eventuell eingesaugter Feststoffpartikel zu verhindern, sollte zumindest ab einem bestimmten Druck im Arbeitsraum keine Entlüftung geschehen, um einen, wenn auch eventuell geringen, Druckabfall im Arbeitsraum und damit eine Verringerung der Strömung aus der Pendelleitung zu verhindern.
Erfindungsgemäß kann das Ventil derart zeit- und/oder druckgesteuert sein, dass es zumindest unterhalb eines bestimmten Druckes geschlossen ist.
Alternativ oder zusätzlich sollte eine Entlüftung unterhalb eines bestimmten Drucks im Arbeitsraum des Pulsators vermieden werden, denn durch den, wenn auch geringen Druckabfall würde eine größere Saugleistung und damit eine stärkere Strömung in die Pendelleitung auftreten, was mehr Feststoffpartikel in die Pendelleitung einsaugen könnte. Daher sollte das Ventil zumindest unterhalb eines bestimmten Druckes im Arbeitsraum geschlossen sein.
Vorzugsweise erfolgt die Entlüftung nur in den zeitlichen Bereichen zwischen der Saug- und der Druckphase, wo eine im Wesentlichen geringe oder keine Strömung des Förderfluids in die Pendelleitung erfolgt. Dadurch kann die Strömung von Feststoff- Partikeln in die Pendelleitung verhindert werden.
Gemäß einer Ausführung der Erfindung, die mit den oben genannten Merkmalen der genannten Ausführungen der Erfindung zusätzlich ausgebildet sein kann, wird eine Pumpenvorrichtung mit einem Pulsator als Antriebselement für einen Hauptpumpenkopf angegeben, der in einer Förderleitung liegt und dessen Arbeitsraum mit einem saugseitigen Rückschlagventil und einem druckseitigen Rückschlagventil versehen ist, wobei der Arbeitsraum des Pulsators über eine mit Fördermedium gefüllte Pendelleitung mit dem Arbeitsraum des Hauptpumpenkopfes in einer Weise in Verbindung steht, dass der Pulsator oszillierend Fördermedium aus der Förderleitung in den Arbeitsraum des Hauptpumpenkopfes ansaugt oder aus dem Arbeitsraum drückt, wobei die Pumpenvorrichtung ein Nachfüllreservoir zum Nachfüllen von Fördermedium aufweist, das mit einem Druck beaufschlagt ist, der im wesentlichen dem Systemdruck entspricht.
Erfindungsgemäß kann bei allen Ausführungen der Erfindung die Pendelleitung mit einer Kühlung versehen sein.
Erfindungsgemäß kann bei allen Ausführungen der Erfindung der Pulsator oberhalb von dem Hauptpumpenkopf angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ kann erfindungsgemäß die Pendelleitung vom Pulsator zum Hauptpumpenkopf hin fallend ausgerichtet sein. Derartige Ausführungen der Erfindung haben den Vorteil, dass die Schwerkraft zusätzlich einem Eintrag von Feststoffpartikeln durch die Pendelleitung in den Pulsator entgegenwirkt .
Erfindungsgemäß kann die Pendelleitung mit einer Senke als Aufnahmeraum für Feststoffteilchen im Fördermedium versehen sein.
Erfindungsgemäß kann der Arbeitsraum des Pulsators zumindest zeitweise mit einem Ausgleichsmedium zum Ausgleich von Leckageschwund beaufschlagt sein.
Gemäß einer Ausführung der Erfindung, die mit den oben genannten Merkmalen der genannten Ausführungen der Erfindung zusätzlich ausgebildet sein kann, wird eine Pumpenvorrichtung mit einem Pulsator als Antriebselement für einen Hauptpumpenkopf angegeben, der in einer Förderleitung liegt und dessen Arbeitsraum mit einem saugseitigen Rückschlagventil und einem druckseitigen Rückschlagventil versehen ist, wobei der Arbeitsraum des Pulsators über eine mit Fördermedium gefüllte Pendelleitung mit dem Arbeitsraum des Hauptpumpenkopfes in einer Weise in Verbindung steht, dass der Pulsator oszillierend Fördermedium aus der Förderleitung in den Arbeitsraum des Hauptpumpenkopfes ansaugt oder aus dem Arbeitsraum drückt, wobei die Pendelleitung zumindest in einem Abschnitt in zumindest zwei parallele Teilabschnitte aufgeteilt ist.
Erfindungsgemäß kann die Pendelleitung auch über ihren gesamten Verlauf geteilt sein, d.h. dass beispielsweise zwei oder mehr parallele Pendelleitungen vorgesehen sein können.
Diese Ausführungen der Erfindung haben den Vorteil, dass durch Vorsehen einer entsprechenden Steuerung beispielsweise in der Saugphase die zumindest zwei Teilabschnitte geöffnet werden und in den Druckphasen zumindest ein Teilabschnitt (bei zwei Teilabschnitten vorzugsweise abwechselnd der eine und der andere Teilabschnitt) zumindest teilweise und vorzugsweise vollständig zumindest während eines Teil der Druckphase geschlossen wird, um durch die somit in dem bzw. den anderen Teilabschnitten resultierende höhere Ausströmgeschwindigkeit Ablagerungen von Feststoffteilchen in den Teilabschnitten zu verhindern.
Erfindungsgemäß kann das Volumen der parallel verlaufenden Teilabschnitte der Pendelleitung bzw. das Volumen der parallel verlaufenden Pendelleitungen jeweils zumindest so groß wie oder vorzugsweise größer als das Hubvolumen des Pulsators sein. Diese Weiterbildung der Erfindung hat den Vorteil, dass ein Austritt von Feststoffteilchen in die verbleibende Pendelleitung und/oder den Pulsator mit großer Wahrscheinlichkeit verhindert werden kann.
Erfindungsgemäß können Steuerventile zum zumindest teilweisen Öffnen und Schließen der Teilabschnitte der Pendelleitung bzw. der parallelen Pendelleitungen vorgesehen sein.
Erfindungsgemäß kann eine Sensorik vorgesehen werden, um die zeitliche Steuerung der Steuerventile mit der jeweiligen Phasenlage der Pulsatormembran zu synchronisieren. Beispielsweise kann ein Sensor und/oder Schalter vorgesehen werden, der bei zumindest einer Endlage der Membran des Pulsators das Steuerventil schaltet. Alternativ oder zusätzlich kann ein Sensor und/oder Schalter für die andere Membranlage vorgesehen werden, um das Steuerventil zu schalten. Alternativ könnten die Steuerventile auch nur während eines Teils der Druckphase in eine Schließstellung bzw. Teilschließstellung versetzt werden. Denkbar wäre auch während einer Druckphase nacheinander verschiedene Steuerventile zumindest teilweise zu schließen.
Erfindungsgemäß kann die Pendelleitung vorzugsweise im Bereich vor dem Hauptpumpenkopf in mehrere parallel geschaltete Leitungen, vorzugsweise zwei parallel geschaltete Leitungen unterteilt sein, die zumindest teilweise und vorzugsweise vollständig durch ein zeit- und/oder druckgesteuertes Ventil zumindest teilweise verschließbar sind.
Die Zeit- und/oder Drucksteuerung sollte derart eingestellt sein, dass während der Saugphase alle Leitungen möglichst lange offen sind, damit sich die Strömung auf die verschiedenen parallelen Leitungen verteilt, während in den Druckphasen abwechselnd eine Teilleitung mit dem vollen Druck und damit einer wesentlich höheren Strömungsgeschwindigkeit beaufschlagt wird. Dadurch sollte ein Eintrag von Feststoffteilchen in die Pendelleitung sicher vermieden werden.
Gemäß einer Ausführung der Erfindung, die mit den oben genannten Merkmalen der genannten Ausführungen der Erfindung zusätzlich ausgebildet sein kann, wird eine Pumpenvorrichtung mit einem Pulsator als Antriebselement für einen Hauptpumpenkopf angegeben, der in einer Förderleitung liegt und dessen Arbeitsraum mit einem saugseitigen Rückschlagventil und einem druckseitigen Rückschlagventil versehen ist, wobei der Arbeitsraum des Pulsators über eine mit Fördermedium gefüllte Pendelleitung mit dem Arbeitsraum des Hauptpumpenkopfes in einer Weise in Verbindung steht, dass der Pulsator oszillierend Fördermedium aus der Förderleitung in den Arbeitsraum des Hauptpumpenkopfes ansaugt oder aus dem Arbeitsraum drückt, wobei der Hauptpumpenkopf zumindest zwei parallel geschaltete saugseitige Rückschlagventile (16, 161) aufweist.
Diese Ausführung der Erfindung hat den Vorteil, dass während der Druckphase in dem Leitungsabschnitt zwischen den Austritten der beiden saugseitigen Rückschlagventile eine höhere Strömungsgeschwindigkeit erzeugt wird, so dass die Gefahr des Eintritts von Feststoffteilchen in die Pendelleitung aus dem bezogen auf die Strömungsrichtung während der Druckphase stromabwärtigen saugseitige Rückschlagventil verringert wird.
Erfindungsgemäß kann der Querschnitt der das bezogen auf die Strömungsrichtung während der Druckphase stromabwärtigen saugseitige Rückschlagventil aufnehmenden Leitung größer als der Querschnitt der das andere saugseitige Rückschlagventil aufnehmenden Leitung sein.
Das ist die bevorzugte Ausführung dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform, denn dann werden mehr Feststoffteilchen durch die Leitung gefördert, die eine erhöhte Sicherheit gegenüber dem Eintrag von Feststoffteilchen in die Pendelleitung bietet. Alternativ könnten die Querschnitte der beiden Leitungen auch gleich groß sein oder mehr als zwei Leitungen und eine entsprechende Anzahl an saugseitigen Rückschlagventilen vorgesehen werden. Auch wäre ein größerer Querschnitt der das bezogen auf die Strömungsrichtung während der Druckphase stromaufwärtigen saugseitigen Rückschlagventil aufnehmenden Leitung denkbar, was immer noch einen wenn auch geringeren Vorteil gegenüber den Ausführungen mit nur einem saugseitigen Rückschlagventil bietet.
Gemäß einer Ausführung der Erfindung, die mit den oben genannten Merkmalen der genannten Ausführungen der Erfindung zusätzlich ausgebildet sein kann, wird eine Pumpenvorrichtung mit einem Pulsator als Antriebselement für einen Hauptpumpenkopf angegeben, der in einer Förderleitung liegt und dessen Arbeitsraum mit einem saugseitigen Rückschlagventil und einem druckseitigen Rückschlagventil versehen ist, wobei der Arbeitsraum des Pulsators über eine mit Fördermedium gefüllte Pendelleitung mit dem Arbeitsraum des Hauptpumpenkopfes in einer Weise in Verbindung steht, dass der Pulsator oszillierend Fördermedium aus der Förderleitung in den Arbeitsraum des Hauptpumpenkopfes ansaugt oder aus dem Arbeitsraum drückt, wobei in der Pendelleitung ein Trennkolben angeordnet ist.
Diese Ausführungen der Erfindung haben den Vorteil, dass der Trennkolben Feststoffteilchen daran hindert, durch die Pendelleitung von dem Hauptpumpenkopf zu dem Pulsator zu gelangen.
Erfindungsgemäß können die genannten Ausführungen der erfindungsgemäßen Pumpenvorrichtung mit einem doppelt wirkenden Pulsator und zwei gegensinnig angesteuerten Pumpenkreisen ausgebildet sein.
Gemäß einer Ausführung der Erfindung, die mit den oben genannten Merkmalen der genannten Ausführungen der Erfindung zusätzlich ausgebildet sein kann, wird eine Pumpenvorrichtung mit einem Pulsator als Antriebselement für einen Hauptpumpenkopf angegeben, der in einer Förderleitung liegt und dessen Arbeitsraum mit einem saugseitigen Rückschlagventil und einem druckseitigen Rückschlagventil versehen ist, wobei der Arbeitsraum des Pulsators über eine mit Fördermedium gefüllte Pendelleitung mit dem Arbeitsraum des Hauptpumpenkopfes in einer Weise in Verbindung steht, dass der Pulsator oszillierend Fördermedium aus der Förderleitung in den Arbeitsraum des Hauptpumpenkopfes ansaugt oder aus dem Arbeitsraum drückt, wobei der Pulsator als doppelt wirkender Pulsator ausgebildet ist, dessen eine Seite als Antriebselement für den Hauptpumpenkopf ausgebildet ist, und dessen andere Seite mit einem Druck beaufschlagt ist, der im Wesentlichen dem Systemdruck entspricht .
Derartige Ausführungen der Erfindung mit einem doppelt wirkenden Pulsator zum Antrieb von zwei gegenseitig angesteuerten Pumpenkreisen werden bevorzugt, denn dadurch kann eine gleichmäßige Förderung erreicht werden. Weiterhin kann der Pulsator bei hohen Saugdrücken von beispielsweise 250 bar mit einem für wesentlich geringere Drücke ausgelegten Antrieb angetrieben werden, wenn beispielsweise ein doppelt wirkender Kolben verwendet wird, der nur den Differenzdruck zwischen dem Druck während der Druckphase in der einen Pulsatorhälfte und dem Druck während der Saugphase in der jeweils anderen Pulsatorhälfte überwinden muss. Dieser Vorteil gilt auch für doppelt wirkende Pulsatoren zum Antrieb von nur einem Pumpenkreis, wenn die andere Seite des Pulsators, die nicht den Pumpenkreis antreibt, mit Druck beaufschlagt wird. Vorteilhafterweise ist dann bei Ausführungen der Erfindung mit einem Nachfüllreservoir für den bzw. die Membransteuerräume des Pulsators, das Nachfüllreservoir mit einem Druck beaufschlagt, der ungefähr dem Systemdruck entspricht, damit der Antrieb auch beim Nachfüllvorgang, der ventilgesteuert stattfindet, wenn die Membran ihre hintere mechanische Anlage erreicht, nicht einem höheren Druck als dem Differenzdruck zwischen Saug- und Druckphase ausgesetzt wird und somit nicht größer dimensioniert werden muss, und die Membran auch nicht an den Anströmkanälen ihrer hinteren mechanischen Anlage zerstört wird.
Erfindungemäß kann in dem Pulsator eine membranlagengesteuerte Nachfüll- und/oder Entlüftungsvorrichtung für
Hydraulikflüssigkeit vorgesehen werden, wie sie beispielsweise aus der EP 0 085 725 Al bekannt ist.
Erfindungsgemäß kann Ausgleichsmedium zum Ausgleich von Leckageschwund in dem Membransteuerraum in einem Nachfüllreservoir vorhanden sein, dass über ein Ventil mit dem Membransteuerraum verbunden ist, wobei das Nachfüllreservoir mit einem Druck beaufschlagt ist, der höher als der Atmosphärendruck ist.
Diese Ausführung der Erfindung hat den Vorteil, dass der Pulsator mit einem Antrieb (z.B. hydraulisch, mechanisch und/oder pneumatisch, z.B. ein Kolbentrieb) angetrieben werden kann, dessen Leistung nur den Druckunterschied zwischen der Saug- und der Druckseite überwinden muss. Außerdem kann durch eine Druckbeaufschlagung des Nachfüllreservoirs für den Leckageschwundausgleich im Membransteuerraum ein Stoß auf den Antrieb, beispielsweise den Kolben verhindert werden. Vorteilhafterweise kann dieser Druck im Nachfüllreservoir etwa dem Systemdruck entsprechen. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann eine mittels Regelkreis dem Systemdruck angepasste Druckregelung im Nachfüllreservoir vorgesehen werden, wie es beispielsweise in der EP 1 898 093 Al beschrieben ist.
Erfindungsgemäß kann der Pulsator in Membran- oder Schlauchmembranbauweise ausgeführt sein.
Erfindungsgemäß kann der Pulsator in Kolben- oder Plungerbauweise ausgeführt sein.
Ein Grundgedanke der Erfindung liegt somit auch darin, dass der Pulsator einen Hauptpumpenkopf beaufschlagt, der prinzipiell wie ein Kolbenpumpenkopf ausgebildet ist, ohne dass jedoch ein Kolben erforderlich ist. Auf diese Weise kann als Pumpenkopf ein für hohe Temperaturen und Drücke geeignetes Standardbauteil verwendet werden, welches durch die Kombination mit einem Standard- Membranpulsator insgesamt eine kostengünstige Alternative zu den bekannten Lösungen darstellt, wobei das Prinzip einer "Remote Head"-Pumpe beibehalten wird. Der Verschleiß wird ferner dadurch verringert, dass eventuell im Fördermedium vorhandene Partikel nicht mit dem Arbeitsraum des Pulsators in Berührung kommen, da die Flüssigkeit in der Pendelleitung nur im Umfang des Pumpenhubs hin und her bewegt wird, und sich nur geringfügig mit frisch angesaugter Flüssigkeit mischt. Der Pulsator kann in Membran- oder Schlauchmembranbauweise sowie in Kolben- oder Plungerbauweise ausgeführt sein. Wenn es sich bei dem Pulsator um einen Membranpulsator handelt, gelangen Partikel nicht zur Membran. Da auch hohe Temperaturen im Fördermedium im Verlauf der Pendelleitung abnehmen, können Membranpulsatoren mit kostengünstigen Kunststoff-Membranen, beispielsweise aus PTFE, auch bei hohen Drücken und hohen Temperaturen in der Förderleitung eingesetzt werden. Daher sind erfindungsgemäße Pumpenvorrichtungen besonders gut zum Fördern von Biomasse bei der Herstellung von Biokraftstoff geeignet.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass sich aufgrund der Entlüftung Gase aus dem Fördermedium oder Lufteinschlüsse nicht in dem Pumpenraum des Pulsators ansammeln können, sondern in den Prozess zurück geführt werden. Bevorzugt liegt der Eintritt in die saugseitige Förderleitung zu diesem Zweck oberhalb des Entlüftungsventils, so dass die Gase selbsttätig aus dem Arbeitsraum austreten. Alternativ kann eine Zwangsentlüftung, beispielsweise mit einem zeit- und/oder druckgesteuerten Ventil vorhanden sein.
Um den Membranpulsator noch weiter temperaturmäßig zu entlasten, besteht eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung darin, dass die Pendelleitung mit einer Kühlung versehen ist.
Es erweist sich ferner als vorteilhaft, dass die Pendelleitung von dem Membranpulsator zum Hauptpumpenkopf hin fallend ausgerichtet ist. Die Partikel verbleiben somit im Bereich des Hauptpumpenkopfes und werden in die Förderleitung zurückgeführt.
Alternativ kann es vorteilhaft sein, dass die Pendelleitung mit einer Senke als Aufnahmeraum für Feststoffteilchen im Fördermedium versehen ist. Es wird also in der Pendelleitung ein Bereich vorgesehen, der unterhalb des Arbeitsraums des Membranpulsators liegt, so dass die Partikel sich aufgrund der Schwerkraft dort ansammeln und nicht in den Arbeitsraum des Pulsators gelangen.
Es ist zweckmäßig, dass der Arbeitsraum des Pulsators mit einem Ausgleichsmedium zum Ausgleich von Leckageschwund beaufschlagt ist, so dass ein Durchströmen der Pendelleitung und ein Wandern von Feststoffteilchen zum Pulsator verhindert werden.
Um den Pulsator noch weiter gegen Feststoffteilchen aus dem Fördermedium zu schützen, besteht eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung darin, in der Pendelleitung einen Trennkolben anzuordnen. Durch diese Maßnahme wird der dem Pulsator zugeordnete Teil der Pendelleitung von dem Teil getrennt, welcher dem Hauptpumpenkopf zugeordnet ist.
Eine geringe Antriebsleistung wird dadurch erreicht, dass ein doppelt wirkender Pulsator und zwei gegensinnig angesteuerte Pumpenkreise vorhanden sind, was besonders beim Einsatz bei Rezirkulationsprozessen mit hohen Saugdrücken vorteilhaft ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen weiter erläutert. Es zeigen schematisch:
Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch eine erste Ausführung einer Pumpenvorrichtung;
Fig. IA einen der Fig. 1 entsprechenden Vertikalschnitt durch eine weitere erfindungsgemäße Pumpenvorrichtung mit einem doppelt wirkenden Pulsator und zwei gegensinnig angesteuerten Pumpenkreisen. Fig. 2 ein Schaltbild einer aus zwei Pumpenvorrichtungen nach Fig. 1 zusammengesetzten Pumpenkonfiguration gemäß der Erfindung;
Fig. 3 Merkmale weiterer Ausführungen einer erfindungsgemäßen Pumpenvorrichtung .
Fig. 4 ein Fig. 2 entsprechendes Schaltbild einer alternativen erfindungsgemäßen Pumpenkonfiguration;
Fig. 5 ein Fig. 2 entsprechendes Schaltbild einer weiteren alternativen erfindungsgemäßen Pumpenkonfiguration;
Fig. 6 ein Fig. 2 entsprechendes Schaltbild einer weiteren alternativen erfindungsgemäßen Pumpenkonfiguration;
Fig. 7 ein Fig. 2 entsprechendes Schaltbild einer weiteren alternativen erfindungsgemäßen Pumpenkonfiguration;
Fig. 8 Merkmale weiterer Ausführungen einer erfindungsgemäßen Pumpenvorrichtung .
Fig. 9 Merkmale weiterer Ausführungen einer erfindungsgemäßen Pumpenvorrichtung .
Fig. 10 ein Schaltbild einer aus zwei Pumpenvorrichtungen nach Fig. 1 zusammengesetzten Pumpenkonfiguration gemäß der Erfindung;
Fig. 11 ein p-V-Diagramm des zeitlichen Verlaufs des Drucks der Pumpe über dem Hubvolumen mit einer Angabe einer möglichen Nachfüllung während der Druckphase. Fig. 12 ein p-V-Diagramm des zeitlichen Verlaufs des Drucks der Pumpe über dem Hubvolumen mit einer Angabe einer möglichen Nachfüllung während der Saugphase.
In der Beschreibung der Ausführungsbeispiele werden folgende Bezugszeichen verwendet:
I Pumpenvorrichtung
4 Anschluss (für ein Nachfüllreservoir)
5 Druckseite (der Förderleitung)
6 Förderrichtung
7 Anschluss (für die Pendelleitung)
8 Anschluss (für eine Entlüftung)
9 Entlüftungsventil
10 Membranpulsator
II Hauptpumpenkopf
12 Pendelleitung 12' Pendelleitung
121 Teilabschnitt der Pendelleitung
122 Teilabschnitt der Pendelleitung
(parallel geschaltet zu Teilabschnitt 121 der Pendelleitung)
123 Steuerventil
(vorzugsweise ein druck- oder zeitgesteuertes Absperrventil)
124 Steuerventil
(vorzugsweise ein druck- oder zeitgesteuertes Absperrventil)
13 Eingang
14 Ausgang
15 Saugseite (der Förderleitung)
16 saugseitiges Rückschlagventil 161 saugseitiges Rückschlagventil
(parallel geschaltet zu saugseitigem Rückschlagventil 16)
17 druckseitiges Rückschlagventil
18 Arbeitsraum (des Hauptpumpenkopfes) 20 Arbeitsraum (der Membranpulsator)
21 Förderflüssigkeit
22 Steuereingang (des Hauptpumpenkopfes)
23 Kühlmantel
24 Feststoffteilchen
25 Abschnitt (in der Pendelleitung) 26 Membran
27 Membransteuerraum
28 Kolben 281 Scheibe
29 Motor
30 Nachfüllreservoir
31 Ventil
32 Trennkolben
33 Bereich (auf Seite des Hauptpumpenkopfes)
34 Bereich (auf Seite des Membranpulsators)
35 Verschieberichtung Trennkolben
36 Sammelbehälter
37 Nachfüllventil des Membransteuerraums
38 Hydraulikpumpe
39 Entlüftungsventil des Membransteuerraums
Gemäß Fig. 1 weist eine Pumpenvorrichtung 1 eine als Pulsator dienenden Membranpulsator 10, einen Hauptpumpenkopf 11 und eine Pendelleitung 12 auf. Der Hauptpumpenkopf 11 hat einen Eingang 13 und einen Ausgang 14 zum Einbau in eine Förderleitung, deren Druckseite mit 5 und deren Saugseite mit 15 bezeichnet sind. Eingangsseitig (saugseitig) ist ein saugseitiges Rückschlagventil 16 und ausgangsseitig (druckseitig) ein druckseitiges Rückschlagventil 17 vorhanden. Die Förderrichtung ist mit Pfeil 6 gekennzeichnet. Konstruktiv entspricht der Hauptpumpenkopf 11 zwar einem Pumpenkopf einer Kolbenpumpe. Er weist jedoch keinen Kolben auf. Sein Arbeitsraum 18 ist vielmehr unmittelbar über die Pendelleitung 12 mit einem Arbeitsraum 20 des Membranpulsators 10 verbunden. Der Membranpulsator 10 ist mit einem Anschluss 7 für die Pendelleitung 12 versehen. Weiterhin ist ein Anschluss 8 für eine Entlüftung mit einem Entlüftungsventil 9 (Fig. 2) und ein Anschluss 4 für ein Nachfüllreservoir 30 (Fig. 2) vorhanden. Somit bewirkt der oszillierende Hub des Membranpulsators 10 über die Flüssigkeitssäule in der Pendelleitung 12 die Förderung im Hauptpumpenkopf 11.
Die Pendelleitung 12 ist mit Förderflüssigkeit 21 gefüllt. Sie führt über einen Steuereingang 22 des Hauptpumpenkopfes 11 zum Arbeitsraum 20 des Membranpulsators 10. Die Pendelleitung 12 ist mit einer Kühlung versehen, die von einem mit Kühlflüssigkeit beaufschlagten Kühlmantel 23 gebildet wird. Auf diese Weise kann eine Temperaturabsenkung von beispielsweise ca. 360 0C am Hauptpumpenkopf 11, wie sie typischerweise die zu fördernde Bio- Masse bei der Bio-Kraftstoffherstellung aufweist, auf ca. 100 0C an dem Membranpulsator 10 vorgenommen werden.
Da die Pendelleitung 12 die Förderflüssigkeit 21 enthält, welche auch Feststoffteilchen 24 aufweisen kann, ist ein Abschnitt 25 in der Pendelleitung 12 vorhanden, der von dem Membranpulsator 10 zum Hauptpumpenkopf 11 hin abfällt, und der unmittelbar in den Arbeitsraum 18 des Hauptpumpenkopfes 11 mündet. An ihrer tiefsten Stelle liegt die Pendelleitung 12 somit auf dem Niveau des Arbeitsraums 18 des Hauptpumpenkopfes 11. Die Fest- stoffteilchen 24 verbleiben dadurch aufgrund der Schwerkraft im Arbeitsraum 18 des Hauptpumpenkopfes 11 und gelangen nicht in den Arbeitsraum 20 des Membranpulsators 10. Sie werden vielmehr der druckseitigen Förderleitung 5 zugeführt. Der Membranpulsator 10 weist eine Membran 26 auf, die hydraulisch über einen Membransteuerraum 27 angesteuert wird. Als Membranwerkstoff eignet sich vorzugsweise PTFE. Alternativ können auch Elastomere, metallische Werkstoffe oder Verbundwerkstoffe eingesetzt werden. Der Membransteuerraum 27 wird mit einem Kolben 28 beaufschlagt, der mechanisch, z.B. von einem Motor 29 (Fig. 2), und/oder hydraulisch und/oder pneumatisch angetrieben wird, beispielsweise durch wechselweise Druckbeaufschlagung der Kammern neben der Scheibe 281. Zum Ausgleich von Leckagen ist ein mit einem Ausgleichsmedium gefülltes Nachfüllreservoir 30 vorhanden, das über ein gesteuertes Ventil 31 (Fig. 2) Ausgleichsmedium in den Arbeitsraum 20 des Membranpulsators 10 abgibt. Die Zuführung ist in Fig. 2 mit 4 bezeichnet.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und Fig. 2 wird nachfolgend die Funktion der Pumpenvorrichtung beschrieben. Die in Fig. 2 dargestellte Konfiguration weist einen doppelt wirkenden Pulsator mit zwei Pumpenvorrichtungen, wie sie in Fig. 1 veranschaulicht sind, auf. Die Pumpenvorrichtungen sind in zwei gegensinnig angesteuerten Zweigen A, B parallel geschaltet. Zunächst wird ein Pumpvorgang anhand eines Zweiges beschrieben. In einem Ausgangszustand ist der Kolben 28 in die Membransteuerkammer 27 eingefahren und die Membran 26 ist in den Arbeitsraum 20 des Membranpulsators 10 ausgebaucht. Die Pendelleitung 12 und der Arbeitsraum 18 des Hauptpumpenkopfes 11 sind mit Förderflüssigkeit vollständig gefüllt. Das saugseitige Rückschlagventil 16 und das Druckseitige Rückschlagventil 17 sind geschlossen.
Wird der Kolben 28 ausgefahren, bewirkt dies ein Abflachen der Membran 26 und einen Unterdruck im Arbeitsraum 20 des Membranpulsators 10. Der Unterdruck wirkt über die Pendelleitung 12 im Arbeitsraum 18 des Hauptpumpenköpfes 11, so dass das saugseitige Rückschlagventil 16 öffnet und Förderflüssigkeit 21 von der Saugseite 15 der Förderleitung angesaugt wird. Beim folgenden entgegengesetzten Hub des Kolbens 28 wird beim Ausbauchen der Membran 26 Druck im Arbeitsraum 20 des Membranpulsators 10 erzeugt, der über die Pendelleitung 12 auf den Arbeitsraum 18 des Hauptpumpenkopfes 11 wirkt. Der Druck bewirkt ein Schließen des saugseitigen Rückschlagventils 16 und ein Öffnen des druckseitigen Rückschlagventils 17, so dass Förderflüssigkeit 21 in die Druckseite 5 der Förderleitung gepumpt wird. Durch oszillierende Bewegung des Kolbens 28 erfolgt auf diese Weise eine kontinuierliche Förderung.
Durch die gegensinnige Ansteuerung zweier Hauptpumpenköpfe 11 mittels doppelt wirkendem Pulsator 10, der vorzugsweise in Membranbauart ausgeführt ist, überlagern sich die Pump- und Saugvorgänge mit den zwei Kreisen A und B derart, dass insbesondere bei Rezirkulationsprozessen mit hohem Systemdruck und relativ niedrigem Differenzdruck zwischen Saug- und Druckleitung nur eine geringe Leistung für den Antrieb erforderlich ist. Alternativ kann jeder Hauptpumpenkopf 11 mit einem einfach wirkenden Pulsator gleich- oder gegensinnig angesteuert werden.
In Fig. 3 ist als Einzelheit eines zweiten Ausführungsbeispiels ein Abschnitt einer Pendelleitung 12' veranschaulicht. Zur Trennung der Flüssigkeitssäule in der Pendelleitung 12' ist ein gemäß Doppelpfeil 35 längsverschiebbar gelagerter Trennkolben 32 in der Pendelleitung 12' angeordnet. Eventuell vorhandene Feststoffteilchen 24 verbleiben dadurch in einem Bereich 33 auf Seiten des Hauptpumpenkopfes 11 und können nicht in einen Bereich 34 auf Seiten des Membranpulsators gelangen. Fig. IA zeigt eine Ausführungsform mit einem doppelt wirkenden Pulsator. Fig. IA entspricht im Wesentlichen der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform, wobei die Pumpenvorrichtung von Fig. 1 im Grunde zweimal vorhanden ist und von einem gemeinsamen Kolben 28 angetrieben wird. Der doppelt wirkende Pulsator ist in Fig. 1 A extrem vereinfacht dargestellt, d.h. ohne Antrieb und ohne Hydraulikreservoirs und deren druckbeaufschlagten Nachfüllventile. Der doppelt wirkende Kolben 28 beschreibt eine Endlagenposition (rechts ist die Membran 26 ausgebaucht, d.h. der Druckhub bzw. die Druckphase ist abgeschlossen; links ist die Membran 26 abgeflacht, d.h. der Saughub bzw. die Saugphase ist abgeschlossen) .
Die in den Figuren 2, 4, 5 und 6 gezeigten Ausführungen der Erfindung unterscheiden sich im Wesentlichen nur durch die unterschiedliche Entlüftung bzw. Nachfüllung. Gleiche Bauteile und Merkmale werden mit gleichen Bezugszeichen beschrieben. Betreffend der Ausführungsbeispiele der Figuren 4, 5 und 6 wird daher auf die obige Beschreibung des Ausführungsbeispiels von Fig. 2 verwiesen und im Folgenden werden nur die Unterschiede zu dieser Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform mit Entlüftung in die Saugleitung 15. Die Nachfüllung erfolgt aus einem Druckspeicher 30 (mit Gaspolster) zeit- bzw. druckgesteuert während des Druckhubes des Pulsators. Das verwendete Schaltzeichen für das Ventil 31 beschreibt ein gesteuertes Rückschlagventil, bei dem das Schließen bei Ansteuerung verhindert wird. Der Druck im Nachfüllspeicher 30 muss größer sein als der Systemdruck. Der Nachfüllvolumenstrom muss größer/gleich dem Leckagestrom des Entlüftungsvorgangs sein. Eine Folgeregelung des Speicherdrucks in Abhängigkeit des sich verändernden Systemdrucks ist empfehlenswert. Notfalls ist auch eine manuelle Steuerung möglich.
Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform mit Entlüftung in die Druckleitung 5. Die Nachfüllung erfolgt aus einem Druckspeicher 30 (mit Gaspolster) zeit- bzw. druckgesteuert während des Saughubes des Pulsators. Das verwendete Schaltzeichen für das Ventil 31 beschreibt ein gesteuertes Rückschlagventil, bei dem das Öffnen bei Ansteuerung verhindert wird. Der Druck im Nachfüllspeicher 30 muss größer sein als der Saugdruck. Der Nachfüllvolumenstrom muss größer/gleich dem Leckagestrom des Entlüftungsvorgangs sein. Eine Folgeregelung des Speicherdrucks in Abhängigkeit des sich verändernden Saugdrucks ist empfehlenswert. Notfalls ist auch eine manuelle Steuerung möglich.
Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform mit einer Entlüftung in das Nachfüllreservoir 30. Die Nachfüllung erfolgt aus einem Druckspeicher 30 (mit Gaspolster) zeitlich gesteuert. Das Symbol für das Nachfüllventil 31 zeigt keine spezifische Funktion.
Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform mit Entlüftung in einen beliebigen Speicher- oder Sammelbehälter 36. Die Nachfüllung erfolgt aus einem Druckspeicher 30 (mit Gaspolster) zeitlich gesteuert. Das Symbol für das Nachfüllventil 31 zeigt keine spezifische Funktion.
Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung einer Pumpenvorrichtung mit einem einfach wirkenden Pulsator. Die Entlüftung bzw. Nachfüllung kann entsprechend den oben genannten Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise gemäß Fig. 2, Fig. 4, Fig. 5 oder Fig. 6 erfolgen. Beispielhaft ist die Entlüftung in die Druckleitung 5 als eine der möglichen Varianten dargestellt.
Bei der Ausführungsform von Fig. 7 könnte anstelle des einfach wirkenden Pulsators auch ein doppelt wirkender Pulsator verwendet werden, dessen nicht verwendete Seite mit einem Druck beaufschlagt wird, der in etwa dem Systemdruck entspricht, beispielsweise mittels eines Druckspeichers. Damit könnten die Vorteile eines druckbeaufschlagten Nachfüllmediums zum Nachfüllen in den Membransteuerraum ausgenutzt werden. Außerdem ergibt sich durch die Druckbeaufschlagung der nicht genutzten Seite des doppelt wirkenden Pulsators der Vorteil, dass ein geringer dimensionierter Antrieb eingesetzt werden kann, wenn hohe Drücke von beispielsweise 250 bar von dem durch den Pulsator getriebenen Pumpenkopf überwunden werden müssen.
Fig. 8 zeigt eine mögliche Ausbildung des Hauptpumpenkopfs 11 erfindungsgemäßer Pumpenvorrichtungen. Auf der Ansaugseite des Hauptpumpenkopfs sind zwei saugseitige Rückschlagventile 16, 161 vorgesehen, die auch eine unterschiedliche Größe aufweisen können. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass während des Druckhubes des Pulsators in dem Leitungsabschnitt zwischen den beiden saugseitigen Rückschlagventilen eine höhere Strömungsgeschwindigkeit erzeugt wird.
Die Pendelleitung 12 weist ein Gefälle hin zu den saugseitigen Rückschlagventilen 161, 16 auf. Beim Ansaugen verteilt sich der Saugstrom entsprechend der
Querschnittsverhältnisse auf die saugseitigen Rückschlagventile 161 und 16. Dadurch wird beim Saugen erreicht, dass im Pendelleitungsabschnitt zwischen diesen beiden saugseitigen Rückschlagventilen eine geringere Strömung stattfindet, als sie wäre, wenn die gesamte Ansaugmenge nur durch das saugseitige Rückschlagventil 16 angesaugt würde.
Im Druckhub fließt durch die Pendelleitung die gesamte
Fördermenge der Pumpe. Dies führt dazu, dass man eine Strömung durch die Pendelleitung erhält, die in der
Summe stärker zum saugseitigen Rückschlagventil 16 gerichtet ist.
Diese Strömung könnte dafür sorgen, dass die Ablagerungen vom
Hauptstrom eher immer wieder zurückgefördert werden.
Fig. 9 zeigt eine mögliche Ausbildung der Pendelleitung 12 erfindungsgemäßer Pumpenvorrichtungen. Die Pendelleitung ist zumindest in einem Abschnitt in mindestens 2 Teilabschnitte 121, 122 aufgeteilt, die mit Hilfe gesteuerter Absperrventile 123, 124 in den Saugphasen gleichzeitig zum Ansaugen genutzt werden und in den Druckphasen wechselweise jeweils geöffnet und geschlossen werden können, um durch die somit erzeugte höhere Ausströmgeschwindigkeit in den Teilabschnitten 121, 122 Ablagerungen der Feststoffpartikel zu verhindern.
Das Füllvolumen eines jeden Teilabschnitts 121, 122 sollte vorzugsweise mindestens genauso groß wie und vorzugsweise größer als das Hubvolumen des Pulsators sein. Dadurch wird verhindert, dass Feststoffpartikel durch das wechselweise Verschließen in der Druckphase hinter die steuernden Ventile gelangen.
Bei einem ersten Saugvorgang würde so jeder Teilabschnitt zunächst maximal bis zur Hälfte seines Volumens mit Partikeln gefüllt. Der anschließend verschlossene Teilabschnitt würde diesen Zustand möglicherweise behalten. Beim erneuten Saugvorgang würde der Teilabschnitt dann maximal komplett mit Partikeln gefüllt sein, bevor in der Druckphase eine vollständige Ausspülung erfolgen würde.
Bei der in Fig. 9 gezeigten Ausführung sind zeitlich gesteuerte Absperrventile 123, 124 vorgesehen, die mit Hilfe von Sensorik exakt mit der jeweiligen Phasenlage der Pulsatormembran synchronisiert werden sollten.
Fig. 10 zeigt eine weitere Ausführung der Erfindung. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es wird auf die Beschreibung der oben genannten Ausführungen verwiesen. In Fig. 10 ist der Pulsator etwas detaillierter dargestellt, wobei der Antrieb für den doppelt wirkenden Kolben 28 nicht dargestellt ist. Detaillierter ist insbesondere der Verlauf der Hydraulikkanäle des doppelt wirkenden Pulsators dargestellt.
Die Pumpenvorrichtung von Fig. 10 weist zwei Nachfüllventile 37 des Membransteuerraums auf, die vorzugsweise mit einem Druck beaufschlagt sind, der in etwa dem Systemdruck entspricht. Der Druck wird von einer Hydraulikpumpe 38 zur Verfügung gestellt. Des Weiteren sind zwei Entlüftungsventile 39 zur Entlüftung der Membransteuerräume vorgesehen.
Die Figuren 11 und 12 zeigen schematische PV-Diagramme, die den zeitlichen Verlauf des Pumpendrucks über dem Hubvolumen darstellen. Beginnend am Punkt auf der linken Seite unten sieht man hier sehr gut die steile Flanke des Druckanstiegs während der Kompressionsphase, die Druckschwingungen aufgrund der Ventilkinematik, das Ausschieben des Hubvolumens (höchster Druck bei max. Kolbengeschwindigkeit) , sowie die ebenfalls steile Dekompressionsphase sowie die Ansaugphase. (Anmerkung: Vorliegend wurde in beiden Figuren aus Anschauungsgründen der Kreisprozess im Uhrzeigersinn dargestellt.) Die gestrichelte Linie in Fig. 11 zeigt das erforderliche Druckniveau und ein mögliches Zeitfenster für einen gesteuerten Leckagenachfüllvorgang während des Druckhubes. Der sich einstellende, mittlere Arbeitsdruck des Pulsators im Druckhub (pD) ist etwas größer als der Systemdruck.
Die gestrichelte Linie in Fig. 12 zeigt das erforderliche Druckniveau und ein mögliches Zeitfenster für einen gesteuerten Leckagenachfüllvorgang während des Saughubes. Bei einer Nachfüllung während des Saughubes ist es ausreichend, wenn das Druckniveau etwas über dem Saugdruck liegt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Pumpenvorrichtung (1) mit einem Pulsator als Antriebselement für einen Hauptpumpenkopf (11), der in einer Förderleitung (15) liegt und dessen Arbeitsraum (18) mit einem saugseitigen Rückschlagventil (16) und einem druckseitigen Rückschlagventil (17) versehen ist, wobei der Arbeitsraum (20) des Pulsators über eine mit Fördermedium (21) gefüllte Pendelleitung (12) mit dem Arbeitsraum (18) des Hauptpumpenkopfes (11) in der Weise in Verbindung steht, dass der Pulsator oszillierend Fördermedium (21) aus der Förderleitung (15) in den Arbeitsraum (18) des Hauptpumpenkopfes (11) ansaugt oder aus dem Arbeitsraum (18) drückt, wobei ein Entlüftungsventil (9) zur Entlüftung des Arbeitsraums (20) des Pulsators vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Entlüftungsventil (9) ein zeitgesteuertes Ventil und/oder ein druckgesteuertes Doppelsitzventil ist und/oder dass eine Vorrichtung zum Einleiten einer Flüssigkeit in den Arbeitsraum des Pulsators und/oder die Pendelleitung (12) vorgesehen ist.
2. Pumpenvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsraum (20) des Pulsators über das und/oder ein weiteres Entlüftungsventil (9) mit der Saugseite (15) der Förderleitung verbunden ist.
3. Pumpenvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsraum (20) des Pulsators über das und/oder ein weiteres Entlüftungsventil (9) mit der Druckseite (5) der Förderleitung verbunden ist.
4. Pumpenvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsraum (20) des Pulsators über das und/oder ein weiteres Entlüftungsventil (9) mit einem Nachfüllreservoir (30) zum Ausgleich von Leckageschwund in dem Arbeitraum (20) des Pulsators und/oder der Pendelleitung (12) verbunden ist.
5. Pumpenvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsraum (20) des Pulsators über das und/oder ein weiteres Entlüftungsventil (9) mit einem Sammelbehälter (36) zum Sammeln und zum eventuell späteren Rückführen von bei der Entlüftung austretenden Fördermediums (21) verbunden ist.
6. Pumpenvorrichtung (1), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Pulsator als Antriebselement für einen Hauptpumpenkopf (11), der in einer Förderleitung (15) liegt und dessen Arbeitsraum (18) mit einem saugseitigen Rückschlagventil (16) und einem druckseitigen Rückschlagventil (17) versehen ist, wobei der Arbeitsraum (20) des Pulsators über eine mit Fördermedium (21) gefüllte Pendelleitung (12) mit dem Arbeitsraum (18) des Hauptpumpenkopfes (11) in der Weise in Verbindung steht, dass der Pulsator oszillierend Fördermedium (21) aus der Förderleitung (15) in den Arbeitsraum (18) des Hauptpumpenkopfes (11) ansaugt oder aus dem Arbeitsraum (18) drückt, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpenvorrichtung ein Nachfüllreservoir zum Nachfüllen von Fördermedium aufweist, das mit einem Druck beaufschlagt ist, der im Wesentlichen dem Systemdruck entspricht.
7. Pumpenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pendelleitung mit einer Kühlung versehen ist.
8. Pumpenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Pulsator oberhalb von dem Hauptpumpenkopf angeordnet ist.
9. Pumpenvorrichtung (1), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Pulsator als Antriebselement für einen Hauptpumpenkopf (11), der in einer Förderleitung (15) liegt und dessen Arbeitsraum (18) mit einem saugseitigen Rückschlagventil (16) und einem druckseitigen Rückschlagventil (17) versehen ist, wobei der Arbeitsraum (20) des Pulsators über eine mit Fördermedium (21) gefüllte Pendelleitung (12) mit dem Arbeitsraum (18) des Hauptpumpenkopfes (11) in der Weise in Verbindung steht, dass der Pulsator oszillierend Fördermedium (21) aus der Förderleitung (15) in den Arbeitsraum (18) des Hauptpumpenkopfes (11) ansaugt oder aus dem Arbeitsraum (18) drückt,
dadurch gekennzeichnet, dass die Pendelleitung (12) zumindest in einem Abschnitt in zumindest zwei parallele Teilabschnitte (121, 122) aufgeteilt ist.
10. Pumpenvorrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen der parallel verlaufenden Teilabschnitte (121, 122) der Pendelleitung (12) bzw. das Volumen der parallel verlaufenden Pendelleitungen
(121), 122) jeweils zumindest so groß wie oder vorzugsweise größer als das Hubvolumen des Pulsators ist.
11. Pumpenvorrichtung (1) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass Steuerventile (123, 124) zum zumindest teilweisen Öffnen und Schließen der Teilabschnitte (121, 122) der Pendelleitung (12) bzw. der parallelen Pendelleitungen vorgesehen sind.
12. Pumpenvorrichtung (1), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Pulsator als Antriebselement für einen Hauptpumpenkopf (11), der in einer Förderleitung (15) liegt und dessen Arbeitsraum (18) mit einem saugseitigen Rückschlagventil (16) und einem druckseitigen Rückschlagventil (17) versehen ist, wobei der Arbeitsraum (20) des Pulsators über eine mit Fördermedium (21) gefüllte Pendelleitung (12) mit dem Arbeitsraum (18) des Hauptpumpenkopfes (11) in der Weise in Verbindung steht, dass der Pulsator oszillierend Fördermedium (21) aus der Förderleitung (15) in den Arbeitsraum (18) des Hauptpumpenkopfes (11) ansaugt oder aus dem Arbeitsraum (18) drückt,
dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptpumpenkopf zumindest zwei parallel geschaltete saugseitige Rückschlagventile (16, 161) aufweist.
13. Pumpenvorrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der das bezogen auf die Strömungsrichtung während der Druckphase stromabwärtigen saugseitigen Rückschlagventil aufnehmenden Leitung größer als der Querschnitt der das andere saugseitige Rückschlagventil aufnehmenden Leitung ist.
14. Pumpenvorrichtung (1), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Pulsator als Antriebselement für einen Hauptpumpenkopf (11) , der in einer Förderleitung (15) liegt und dessen Arbeitsraum (18) mit einem saugseitigen Rückschlagventil (16) und einem druckseitigen Rückschlagventil (17) versehen ist, wobei der Arbeitsraum (20) des Pulsators über eine mit Fördermedium (21) gefüllte Pendelleitung (12) mit dem Arbeitsraum (18) des Hauptpumpenkopfes (11) in der Weise in Verbindung steht, dass der Pulsator oszillierend Fördermedium (21) aus der Förderleitung (15) in den Arbeitsraum (18) des Hauptpumpenkopfes (11) ansaugt oder aus dem Arbeitsraum (18) drückt,
dadurch gekennzeichnet, dass in der Pendelleitung (12 ') ein Trennkolben (32) angeordnet ist.
15. Pumpenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einem doppelt wirkenden Pulsator und zwei gegensinnig angesteuerten Pumpenkreisen (A, B) ausgebildet ist.
16. Pumpenvorrichtung (1), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Pulsator als Antriebselement für einen Hauptpumpenkopf (11), der in einer Förderleitung (15) liegt und dessen Arbeitsraum (18) mit einem saugseitigen Rückschlagventil (16) und einem druckseitigen Rückschlagventil (17) versehen ist, wobei der Arbeitsraum (20) des Pulsators über eine mit Fördermedium (21) gefüllte Pendelleitung (12) mit dem Arbeitsraum (18) des Hauptpumpenkopfes (11) in der Weise in Verbindung steht, dass der Pulsator oszillierend Fördermedium (21) aus der Förderleitung (15) in den Arbeitsraum (18) des Hauptpumpenkopfes (11) ansaugt oder aus dem Arbeitsraum (18) drückt,
dadurch gekennzeichnet, dass der Pulsator als doppelt wirkender Pulsator ausgebildet ist, dessen eine Seite als Antriebselement für den Hauptpumpenkopf (11) ausgebildet ist, und dessen andere Seite mit einem Druck beaufschlagt ist, der im Wesentlichen dem Systemdruck entspricht.
17. Pumpenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Pulsator in Membran- oder Schlauchmembranbauweise ausgeführt ist.
18. Pumpenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 16, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Pulsator in Kolben- oder Plungerbauweise ausgeführt ist .
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