WO2018113898A1 - Hydraulisches antriebssystem für eine förderpumpe - Google Patents
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- F04C15/0057—Driving elements, brakes, couplings, transmission specially adapted for machines or pumps
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- F03C1/00—Reciprocating-piston liquid engines
- F03C1/26—Reciprocating-piston liquid engines adapted for special use or combined with apparatus driven thereby
Definitions
- the present invention relates to a drive system with a synchronization unit and a drive unit, in particular for feed pumps.
- electromechanical drive units with reduction gear and electric motors in which an electric motor via a reduction gear with a synchronizing unit is operatively connected.
- the synchronizing unit has an input shaft and two output shafts, wherein the two output shafts are synchronized with one another by mechanically synchronizing bodies, for example with a toothing.
- the speeds on a feed pump are in the range of 30 to 40 revolutions per minute, and may be at very high torques, i. at 2 x 450
- the speeds can be 2 to 15
- Typical torques are about 2 x 100 kilonewtonmeter, with smaller plants, these are about 2 x 30 kilonewtonmeter and large systems, as described above, at about 2 x 450 kilonewtonmeter. Since electric motors usually have speeds in the range of 1'500 to 1'800 revolutions per minute, multi-stage reduction gears of up to a ratio of 1: 180 are required.
- Components such as the gears, are solid, so they take up a lot of space and
- Gearing be dimensioned such that it covers all the torque from the input shaft to the two
- Output waves can be transmitted and additionally generated by the force fluctuations in the system
- This task is accomplished by a drive system with the
- a drive system according to the invention for a delivery pump with at least two drive shafts has: a synchronization unit with at least two
- Synchronizing are synchronized with each other.
- the output shafts are for operative connection with the
- Drive shafts formed. a drive unit which is connected upstream of the synchronizing unit and is operatively connected thereto.
- the synchronization unit has at least two
- Input shafts wherein in each case an output shaft, each having an input shaft is operatively connected.
- Drive unit is a hydraulic drive unit.
- the synchronization unit is a
- Synchronizing are, for example, gears. Consequently it is ensured that the output shafts of the synchronizing unit have the same speed.
- the feed pump may have two, three, four, five, six or more drive shafts. Accordingly, the synchronizing unit has the same number of
- each shaft has to transmit only half of the total torque. Ideally, i. when the two shafts turn completely synchronously with each other, no force or
- Gearing must then be able to absorb only the fluctuations in the system. Due to the lower load, it is possible to have a smaller dimensioned toothing
- Hydraulic drive units are particularly well suited because they allow high torques to be achieved at low speeds. This eliminates the need for a reducer. What saves costs and saves space.
- the drive unit In one embodiment, the drive unit
- Hydraulic unit wherein each input shaft is operatively connected to one hydraulic motor.
- This has the advantage that with only one hydraulic unit all hydraulic motors can be fed. For example, with flow valves, the flow and thus the speed of the hydraulic motors can be set exactly the same.
- the maximum speed of the hydraulic motors is largely determined by the maximum delivery rate of the unit and the number of motors.
- the maximum torque of the hydraulic motors is determined by the maximum pressure of the hydraulic unit and the number of
- Hydraulic motor operatively connected to at least one hydraulic unit.
- each hydraulic motor is operatively connected to its own hydraulic unit. This has the advantage that the maximum speed of the hydraulic motors is essentially determined by the maximum delivery rate of the unit and that the maximum torque of the
- Hydraulic motors is essentially determined by the maximum pressure of the hydraulic unit, which allows the use of several smaller units.
- a hydraulic motor with at least two hydraulic units, preferably with all
- Hydraulic power units operatively connected.
- the individual motors can be controlled via a valve control.
- the maximum speed and the maximum torque can be set by switching on or off hydraulic units. For example, in case of failure of a
- the feed pump is an extruder pump, for example a gear pump,
- Screw pump or worm pump In principle, any type of pump with at least two drive shafts can be driven by a drive system according to the invention.
- the drive shafts are arranged vertically and / or horizontally to one another. This takes into account the fact that for different applications
- An inventive pumping pump system comprises: a synchronizing unit, with at least two
- Synchronizing are synchronized with each other.
- the output shafts are for operative connection with the
- Drive shafts formed. a drive unit which is connected upstream of the synchronizing unit and is operatively connected thereto.
- the synchronization unit has at least two
- Input shafts wherein in each case an output shaft, each having an input shaft is operatively connected.
- Drive unit is a hydraulic drive unit.
- the mentioned embodiment of the feed pump system may be arbitrary with the mentioned embodiments of
- Fig. 1 is a schematic representation of a first embodiment of an inventive
- Fig. 2 is a schematic representation of a second embodiment of an inventive
- FIG. 1 shows a schematic representation of a first embodiment of a drive system 1 according to the invention, each having a hydraulic motor 31, 32, which is assigned to a respective hydraulic unit 33, 34.
- Drive system 1 has a drive unit 3 with
- Hydraulic motors 31, 32 wherein each hydraulic motor 31, 32 is assigned its own hydraulic unit 33, 34 and this drives.
- the drive system 1 further comprises a synchronization unit 4 with output shafts 41, 42,
- the output shafts 41, 42 are operatively connected to the input shafts 43, 44 by the synchronizing bodies 45, 46 and the output shafts 41, 42 are driven by the
- Synchronizer 45, 46 synchronized with each other.
- the output shafts 41, 42 of the synchronizing unit 4 are designed for an operative connection with the drive shafts 21, 22 of a feed pump 2. This allows the
- Synchronizing unit 4 synchronize the drive shafts of the feed pump with each other.
- Each input shaft 43, 44 is operatively connected to and driven by a hydraulic motor 31, 32.
- a hydraulic motor 31 may be assigned two or more hydraulic units 33.
- FIG. 2 shows a schematic illustration of a second embodiment of a drive system 1 according to the invention, each having a hydraulic motor 31, 32 to which a common hydraulic unit 33 is assigned. Otherwise, the arrangement and operation of the two
- Hydraulic motor 31, 32 may be associated with two or more hydraulic units 33. LIST OF REFERENCE NUMBERS
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Abstract
Antriebssystem (1) für eine Förderpumpe (2) mit mindestens zwei Antriebswellen (21, 22) aufweisend eine Synchronisiereinheit (4), mit mindestens zwei Ausgangswellen (41, 42), wobei die mindestens zwei Ausgangswellen (41, 42) durch mechanisch ineinander eingreifende Synchronisierkörper (45, 46) miteinander synchronisiert sind und wobei die Ausgangswellen (41, 42) für eine Wirkverbindung mit den Antriebswellen (21, 22) ausgebildet sind, eine Antriebseinheit (3), welche der Synchronisiereinheit (4) vorgeschaltet ist und mit dieser wirkverbunden ist, wobei die Synchronisiereinheit (4) mindestens zwei Eingangswellen (43, 44) aufweist, wobei jeweils eine Ausgangswelle (41, 42) mit jeweils einer Eingangswelle (43, 44) wirkverbunden ist und dass die Antriebseinheit (3) eine hydraulische Antriebseinheit ist.
Description
HYDRAULISCHES ANTRIEBSSYSTEM FÜR EINE FÖRDERPUMPE
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Antriebssystem mit einer Synchronisiereinheit und einer Antriebseinheit, insbesondere für Förderpumpen.
Stand der Technik
Bekannte Antriebssysteme für Förderpumpen weisen
elektromechanische Antriebseinheiten mit Reduziergetriebe und Elektromotoren auf, bei welchen ein Elektromotor über ein Reduziergetriebe mit einer Synchronisiereinheit wirkverbunden ist. Die Synchronisiereinheit weist eine Eingangswelle und zwei Ausgangswellen auf, wobei die beiden Ausgangswellen durch mechanisch miteinander eingreifende Synchronisierkörper, beispielsweise mit einer Verzahnung, miteinander synchronisiert sind.
Da die Elektromotoren hohe Betriebsdrehzahlen aufweisen, werden Reduziergetriebe mit hohen Untersetzungen benötigt, um die bevorzugten verhältnismassig niedrigen Drehzahlen zusammen mit den entsprechend hohen Drehmomenten zu
erreichen .
Typischerweise liegen die Drehzahlen an einer Förderpumpe im Bereich von 30 bis 40 Umdrehungen pro Minute und können bei sehr hohen Drehmomenten, d.h. bei 2 x 450
Kilonewtonmeter, können die Drehzahlen auf 2 bis 15
Umdrehungen pro Minute absinken. Typische Drehmomente
liegen bei etwa 2 x 100 Kilonewtonmeter, bei kleineren Anlagen liegen diese bei etwa 2 x 30 Kilonewtonmeter und bei grossen Anlagen, wie oben beschrieben, bei etwa 2 x 450 Kilonewtonmeter. Da Elektromotoren üblicherweise Drehzahlen im Bereich von 1'500 bis 1'800 Umdrehungen pro Minute aufweise, sind mehrstufige Reduktionsgetriebe von bis zu einem Verhältnis von 1:180 erforderlich.
Während dem Betrieb resultieren schwankende Drehmomente an den Förderpumpen. Durch die steife mechanische Kopplung mittels Reduktionsgetriebe führt dies zu Kraftschwankungen im Antriebssystem, welche zur Schädigung oder zur
Zerstörung einzelner Komponenten führen kann, wie
beispielsweise zu Zahnbrüchen. Um dies zu vermeiden werden bei herkömmlichen Synchronisiereinheiten die einzelnen Komponenten so dimensioniert, dass sie den erhöhten
Beanspruchungen standhalten können. Die einzelnen
Komponenten, beispielsweise die Verzahnungen, sind massiv ausgebildet, wodurch sie viel Platz benötigen und
entsprechend teuer sind. Bei einer herkömmlichen Synchronisiereinheit muss die
Verzahnung derart dimensioniert sein, dass sie das gesamte Drehmoment von der Eingangswelle auf die beiden
Ausgangswellen übertragen kann und zusätzlich die durch die Kraftschwankungen im System erzeugten
Drehmomentschwankungen aufnehmen kann.
Bei einem Gesamtmoment von 100% und einer Schwankungen von ± 30% des Gesamtmoments, muss die Verzahnung 50% ± 30% des Gesamtmoments übertragen können.
Darstellung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
Antriebssystem für eine Förderpumpe, bzw. ein
Förderpumpensystem zur Verfügung zu stellen, bei welchem auf massiv dimensionierte Komponenten verzichtet werden kann und welches eine kompakte und kostengünstige Bauweise erlaubt .
Diese Aufgabe wird durch ein Antriebssystem mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Fördersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.
Ein erfindungsgemässes Antriebssystem für eine Förderpumpe mit mindestens zwei Antriebswellen weist auf: eine Synchronisiereinheit, mit mindestens zwei
Ausgangswellen, wobei die mindestens zwei Ausgangswellen durch mechanisch ineinander eingreifende
Synchronisierkörper miteinander synchronisiert sind. Die Ausgangswellen sind für eine Wirkverbindung mit den
Antriebswellen ausgebildet. eine Antriebseinheit, welche der Synchronisiereinheit vorgeschaltet ist und mit dieser wirkverbunden ist.
Die Synchronisiereinheit weist mindestens zwei
Eingangswellen auf, wobei jeweils eine Ausgangswelle mit jeweils einer Eingangswelle wirkverbunden ist. Die
Antriebseinheit ist eine hydraulische Antriebseinheit. Beispielsweise ist die Synchronisiereinheit ein
Synchronisier- oder Timing-Getriebe und deren
Synchronisierkörper sind beispielsweise Zahnräder. Somit
wird sichergestellt, dass die Ausgangswellen der Synchronisiereinheit die gleiche Drehzahl haben.
Beispielsweise kann die Förderpumpe zwei, drei, vier, fünf, sechs oder mehr Antriebswellen aufweisen. Dementsprechend weist die Synchronisiereinheit die gleiche Anzahl von
Ausgangswellen und die gleiche Anzahl von Eingangswellen auf .
Durch den Einsatz von gleich vielen Eingangswellen wie Ausgangswellen bei der Synchronisiereinheit muss jede Welle nur die Hälfte des gesamten Drehmoments übertragen. Im Idealfall, d.h. wenn sich die beiden Wellen vollständig synchron miteinander drehen, findet keine Kraft- oder
Momentenübertragung über die Verzahnung statt. Die
Verzahnung muss dann lediglich die Schwankungen im System aufnehmen können. Durch die geringere Belastung ist es möglich eine kleiner dimensionierte Verzahnung zu
verwenden .
Bei einem Gesamtmoment von 100% und einer Schwankungen von ± 30% des Gesamtmoments, muss die Verzahnung im Idealfall nur ± 30% des Gesamtmoments übertragen können.
Hydraulische Antriebseinheiten eignen sich besonders gut, da mit ihnen hohe Drehmomente bei geringen Drehzahlen realisierbar sind. Dadurch kann auf ein Reduziergetriebe verzichtet werden. Was Kosten einspart und platzsparend ist.
In einer Ausführungsform weist die Antriebseinheit
mindestens zwei Hydraulikmotoren und mindestens ein
Hydraulikaggregat auf, wobei jeweils eine Eingangswelle mit jeweils einem Hydraulikmotor wirkverbunden ist. Dies hat
den Vorteil, dass mit nur einem Hydraulikaggregat alle Hydraulikmotoren gespeist werden können. Beispielsweise können mit Durchflussventilen der Durchfluss und somit die Drehzahl der Hydraulikmotoren exakt gleich eingestellt werden. Die maximale Drehzahl der Hydraulikmotoren wird massgeblich durch die maximale Förderrate des Aggregats und die Anzahl der Motoren bestimmt. Das maximale Drehmoment der Hydraulikmotoren wird massgeblich durch den maximalen Druck des Hydraulikaggregats und der Anzahl der
Hydraulikmotoren bestimmt.
In einer weiteren Ausführungsform ist jeweils ein
Hydraulikmotor mit mindestens einem Hydraulikaggregat wirkverbunden. Beispielsweise ist jeder Hydraulikmotor mit einem eigenen Hydraulikaggregat wirkverbunden. Dies hat den Vorteil, dass die maximale Drehzahl der Hydraulikmotoren im Wesentlichen durch die maximale Förderrate des Aggregats bestimmt wird und dass das maximale Drehmoment der
Hydraulikmotoren im Wesentlichen durch den maximalen Druck des Hydraulikaggregats bestimmt wird, was den Einsatz von mehreren kleineren Aggregaten erlaubt.
Alternativ ist jeweils ein Hydraulikmotor mit mindestens zwei Hydraulikaggregaten, vorzugsweise mit allen
Hydraulikaggregaten wirkverbunden. Die Steuerung der einzelnen Motoren kann über eine Ventilsteuerung erfolgen. Die maximale Drehzahl und das maximale Drehmoment lassen sich durch die Zu- bzw. Abschaltung von Hydraulikaggregaten festlegen. Beispielsweise kann beim Ausfall eines
Aggregats, ein anderes Aggregat übernehmen oder die noch funktionierenden Aggregate können den Leistungsanteil des
ausgefallenen Aggregats übernehmen. Dies erhöht die
Funktionssicherheit .
In einer weiteren Ausführungsform ist die Förderpumpe eine Extruderpumpe, beispielsweise eine Zahnradpumpe,
Schraubenpumpe oder Schneckenpumpe. Grundsätzlich kann jede Art von Pumpe mit mindestens zwei Antriebswellen durch ein erfindungsgemässes Antriebssystem angetrieben werden.
Beispielsweise sind die Antriebswellen vertikal und/oder horizontal zueinander angeordnet. Dies trägt dem Umstand Rechnung, dass für unterschiedliche Anwendungen
unterschiedliche Anordnungen vorteilhaft sind.
Die erwähnten Ausführungsformen des Antriebssystems können beliebig miteinander kombiniert werden, sofern sie sich nicht widersprechen.
Ein erfindungsgemässes Förderpumpensystem weist auf: eine Synchronisiereinheit, mit mindestens zwei
Ausgangswellen, wobei die mindestens zwei Ausgangswellen durch mechanisch ineinander eingreifende
Synchronisierkörper miteinander synchronisiert sind. Die Ausgangswellen sind für eine Wirkverbindung mit den
Antriebswellen ausgebildet. eine Antriebseinheit, welche der Synchronisiereinheit vorgeschaltet ist und mit dieser wirkverbunden ist. Die Synchronisiereinheit weist mindestens zwei
Eingangswellen auf, wobei jeweils eine Ausgangswelle mit jeweils einer Eingangswelle wirkverbunden ist. Die
Antriebseinheit ist eine hydraulische Antriebseinheit.
Die erwähnte Ausführungsform des Förderpumpensystems kann beliebig mit den erwähnten Ausführungsformen des
Antriebssystems kombiniert werden, sofern sie sich nicht widersprechen .
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachstehend anhand von Figuren noch näher erläutert. Diese dienen lediglich zur Erläuterung und sind nicht
einschränkend auszulegen. Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemässen
Antriebssystems mit jeweils einem Hydraulikmotor, welchem jeweils einem Hydraulikaggregat zugeordnet ist; und
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemässen
Antriebssystems mit jeweils einem Hydraulikmotor, welchem ein gemeinsames Hydraulikaggregat zugeordnet ist .
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemässen Antriebssystems 1 mit jeweils einem Hydraulikmotor 31, 32, welchem jeweils einem Hydraulikaggregat 33, 34 zugeordnet ist. Das
Antriebssystem 1 weist eine Antriebseinheit 3 mit
Hydraulikmotoren 31, 32 auf, wobei jedem Hydraulikmotor 31, 32 ein eigenes Hydraulikaggregat 33, 34 zugeordnet ist und
diesen Antreibt. Das Antriebssystem 1 weist weiter eine Synchronisiereinheit 4 mit Ausgangswellen 41, 42,
Eingangswellen 43, 44 und Synchronisierkörper 45, 46 auf. Die Ausgangswellen 41, 42 sind mit den Eingangswellen 43, 44 durch die Synchronisierkörper 45, 46 wirkverbunden und die Ausgangswellen 41, 42 werden durch die
Synchronisierkörper 45, 46 miteinander synchronisiert. Die Ausgangswellen 41, 42 der Synchronisiereinheit 4 sind für eine Wirkverbindung mit den Antriebswellen 21, 22 einer Förderpumpe 2 ausgebildet. Dadurch kann die
Synchronisiereinheit 4 die Antriebswellen der Förderpumpe miteinander synchronisieren. Jede Eingangswelle 43, 44 ist mit einem Hydraulikmotor 31, 32 wirkverbunden und wird von diesem angetrieben. Alternativ können einem Hydraulikmotor 31 zwei oder mehr Hydraulikaggregate 33 zugeordnet sein.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemässen Antriebssystems 1 mit jeweils einem Hydraulikmotor 31, 32, welchem ein gemeinsames Hydraulikaggregat 33 zugeordnet ist. Ansonsten sind die Anordnung und Funktionsweise der beiden
Ausführungsformen identisch. Alternativ können jedem
Hydraulikmotor 31, 32 zwei oder mehr Hydraulikaggregate 33 zugeordnet sein.
Bezugszeichenliste
1 Antriebssystem
2 Förderpumpe
21 Antriebswelle
22 Antriebswelle
3 Antriebseinheit
31 Hydraulikmotor
32 Hydraulikmotor
33 Hydraulikaggregat
34 Hydraulikaggregat
4 Synchronisiereinheit
41 Ausgangswelle
42 Ausgangswelle
43 Eingangswelle
44 Eingangswelle
45 Synchronisierkörper
46 Synchronisierkörper
Claims
1. Antriebssystem (1) für eine Förderpumpe (2) mit
mindestens zwei Antriebswellen (21, 22) aufweisend: - eine Synchronisiereinheit (4), mit mindestens zwei
Ausgangswellen (41, 42), wobei die mindestens zwei Ausgangswellen (41, 42) durch mechanisch ineinander eingreifende Synchronisierkörper (45, 46) miteinander synchronisiert sind und wobei die Ausgangswellen (41, 42) für eine Wirkverbindung mit den Antriebswellen (21,
22) ausgebildet sind, eine Antriebseinheit (3) , welche der
Synchronisiereinheit (4) vorgeschaltet ist und mit dieser wirkverbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisiereinheit (4) mindestens zwei Eingangswellen (43, 44) aufweist, wobei jeweils eine Ausgangswelle (41, 42) mit jeweils einer
Eingangswelle (43, 44) wirkverbunden ist und dass die
Antriebseinheit (3) eine hydraulische Antriebseinheit ist.
2. Antriebssystem (1) gemäss Anspruch 1, wobei die
Antriebseinheit (3) mindestens zwei Hydraulikmotoren (31, 32) und mindestens ein Hydraulikaggregat (33, 34) aufweist, wobei jeweils eine Eingangswelle (43, 44) mit jeweils einem Hydraulikmotor (31, 32) wirkverbunden ist.
3. Antriebssystem (1) gemäss Anspruch 2, wobei jeweils ein Hydraulikmotor (31, 32) mit mindestens einem
Hydraulikaggregat (33, 34) wirkverbunden ist.
4. Antriebssystem (1) gemäss Anspruch 2, wobei jeweils ein Hydraulikmotor (31; 32) mit mindestens zwei
Hydraulikaggregaten (33, 34), vorzugsweise mit allen
Hydraulikaggregaten (33, 34) wirkverbunden ist.
5. Antriebssystem (1) gemäss einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Förderpumpe (2) eine Extruderpumpe ist,
beispielsweise eine Zahnradpumpe, Schraubenpumpe oder Schneckenpumpe .
6. Antriebssystem (1) gemäss einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Antriebswellen (21, 22) vertikal und/oder horizontal zueinander angeordnet sind.
7. Förderpumpensystem aufweisend: - eine Förderpumpe (2) und
ein Antriebssystem (1) mit mindestens zwei
Antriebswellen (21, 22) aufweisend: eine Synchronisiereinheit (4), mit mindestens zwei Ausgangswellen (41, 42), wobei die mindestens zwei Ausgangswellen (41, 42) durch mechanisch ineinander eingreifende Synchronisierkörper (45, 46)
miteinander synchronisiert sind und wobei die
Ausgangswellen (41, 42) für eine Wirkverbindung mit den Antriebswellen (21, 22) ausgebildet sind, eine Antriebseinheit (3) , welche der
Synchronisiereinheit (4) vorgeschaltet ist und mit dieser wirkverbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisiereinheit (4) mindestens zwei Eingangswellen (43, 44) aufweist, wobei jeweils eine Ausgangswelle (41, 42) mit jeweils einer Eingangswelle (43, 44) wirkverbunden ist und dass die Antriebseinheit (3) eine hydraulische
Antriebseinheit ist.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/EP2016/081691 WO2018113898A1 (de) | 2016-12-19 | 2016-12-19 | Hydraulisches antriebssystem für eine förderpumpe |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/EP2016/081691 WO2018113898A1 (de) | 2016-12-19 | 2016-12-19 | Hydraulisches antriebssystem für eine förderpumpe |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2018113898A1 true WO2018113898A1 (de) | 2018-06-28 |
Family
ID=57609886
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/EP2016/081691 WO2018113898A1 (de) | 2016-12-19 | 2016-12-19 | Hydraulisches antriebssystem für eine förderpumpe |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| WO (1) | WO2018113898A1 (de) |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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| NENP | Non-entry into the national phase |
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