DE102008009195A1 - Device for concentrating a liquid by means of a differential piston pump - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufkonzentrieren einer von einer Differenzialkolbenpumpe durch eine Konzentriereinrichtung gepumpten Flüssigkeit, die als Konzentrat unter Restdruck den wenigstens einen Differenzialkolben beim Fördertakt assistierend direkt beaufschlagt, wobei die Differenzialkolbenpumpe als Radialkolbenpumpe ausgebildet ist und die Differenzialkolben von einem Exzenter auf einer Antriebswelle der Radialkolbenpumpe angetrieben werden, die eine Steuerventileinrichtung zum Zu- und Abführen der Fluide betätigt und die Steuerventileinrichtung in Form wenigstens eines rotierenden Ventilelementes (7b, 8b; 70b) ausgebildet ist, das mit der Antriebswelle (2) verbunden ist.The invention relates to a device for concentrating a pumped by a differential piston pump by a concentrating liquid, which acts as a concentrate under residual pressure the at least one differential piston assisting directly Fördertakt, wherein the differential piston pump is designed as a radial piston pump and the differential piston of an eccentric on a drive shaft of the radial piston pump driven by a control valve means for supplying and discharging the fluids and the control valve means in the form of at least one rotating valve element (7b, 8b, 70b) is formed, which is connected to the drive shaft (2).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufkonzentrieren einer Flüssigkeit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a device for concentrating a liquid according to the preamble of claim 1.

Eine Vorrichtung dieser Art ist aus EP 1 752 662 bekannt, wobei eine Flüssigkeit, insbesondere Meerwasser, von einer Differentialkolbenpumpe durch eine Konzentriereinrichtung gepumpt wird. Das unter Restdruck stehende Konzentrat beaufschlagt den Differentialkolben beim Fördertakt assistierend, wobei der Diffentialkolben von dem Exzenter auf der Antriebswelle einer Radialkolbenpumpe angetrieben wird. Auf der Antriebswelle ist ein weiterer Exzenter für ein linear geführtes Ventilsteuerglied vorgesehen, das mit einer Zug- und Druckkoppelung direkt am Exzenter geführt ist und eine Einlass- und Auslassventilanordnung betätigt. Bei dieser Bauform wird das Ventilsteuerglied in einem Gehäuse hin und her bewegt und gegen Federkraft verstellt. Hierdurch treten störende Kräfte auf, die bei der Steuerung überwunden werden müssen. Auch ist diese Bauform verschleißanfällig.A device of this kind is made EP 1 752 662 known, wherein a liquid, in particular seawater, is pumped by a differential piston pump by a concentrator. The residual pressure concentrate acts on the differential piston assisting during the delivery cycle, wherein the differential piston is driven by the eccentric on the drive shaft of a radial piston pump. On the drive shaft, a further eccentric for a linearly guided valve control member is provided which is guided with a pull and pressure coupling directly on the eccentric and actuates an inlet and outlet valve assembly. In this design, the valve control member is moved in a housing back and forth and adjusted against spring force. As a result, disturbing forces occur, which must be overcome in the control. Also, this design is susceptible to wear.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Steuerung der Vorrichtung zu verbessern.Of the Invention is based on the object, the control of the device to improve.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Steuereinrichtung durch wenigstens ein rotierendes Ventilelement ausgebildet wird, das mit der Antriebswelle der Radialkolbenpumpe verbunden ist. Durch die Drehbewegung des Ventilelementes, beispielsweise einer Steuerscheibe, ist eine verschleißarme Steuerung ohne nennenswerten Energieaufwand möglich.This is inventively achieved in that the Control device by at least one rotating valve element is formed, with the drive shaft of the radial piston pump connected is. By the rotational movement of the valve element, for example a control disc, is a low-wear control possible without significant energy expenditure.

Die Erfindung wird beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigenThe Invention will be closer, for example, with reference to the drawing explained. Show it

1 schematisch den Aufbau der Radialkolbenpumpe mit zwei Scheibensteuerungen, 1 schematically the structure of the radial piston pump with two disk controls,

2 eine Schnittansicht durch eine Ausführungsform mit zwei Exzentern und einer Scheibensteuerung, und 2 a sectional view through an embodiment with two eccentrics and a disc control, and

3 schematisch eine Stirnansicht der zwei Exzenter auf der Antriebswelle nach 2. 3 schematically an end view of the two eccentrics on the drive shaft after 2 ,

1 zeigt schematisch eine Radialkolbenpumpe mit einem Exzenter 1 auf einer z. B. von einem nicht dargestellten Elektromotor angetriebenen Antriebswelle 2, wobei auf dem Umfang des Exzenters 1 Differenzialkolben 3 geführt sind, die jeweils in einem Zylinder 4 hin- und herbewegbar sind. Über den Umfang des Exzenters 1 sind mehrere Zylinder 4, z. B. fünf, mit jeweils einem Differenzialkolben 3 verteilt angeordnet, wie dies bei Radialkolbenpumpen an sich bekannt ist. 1 schematically shows a radial piston pump with an eccentric 1 on a z. B. driven by an electric motor, not shown drive shaft 2 , being on the circumference of the eccentric 1 differential piston 3 are guided, each in a cylinder 4 are reciprocable. About the circumference of the eccentric 1 are several cylinders 4 , z. B. five, each with a differential piston 3 arranged distributed, as is known in radial piston pumps per se.

Auf der von dem Exzenter 1 abgewandten Seite wird ein Fluid F1, z. B. Meerwasser, in den Zylinder 4 über eine Leitung 5 zu- und abgeführt, während auf der dem Exzenter 1 zugewandten Seite des Differenzialkolbens 3 ein Fluid F2, z. B. Konzentrat, über eine Leitung 6 in Abhängigkeit von der Hubbewegung des Differenzialkolbens 3 zu- bzw. abgeführt wird.On the of the eccentric 1 opposite side is a fluid F1, z. As seawater, in the cylinder 4 over a line 5 added and removed while on the eccentric 1 facing side of the differential piston 3 a fluid F2, e.g. As concentrate, via a line 6 depending on the lifting movement of the differential piston 3 is added or removed.

Auf der Antriebswelle 2 der Radialkolbenpumpe ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel in 1 auf gegenüberliegenden Seiten des Exzenters 1 jeweils eine Scheibensteuerung 7 bzw. 8 angeordnet, die eine Steuerventileinrichtung bilden, mittels der die beiden Fluide F1 und F2 in die Zylinder 4 zu- und aus diesen abgeführt werden. Jede Scheibensteuerung besteht aus einer feststehenden Verteilerscheibe 7a bzw. 8a und einer sich mit der Antriebswelle 2 drehenden Steuerscheibe 7b bzw. 8b.On the drive shaft 2 the radial piston pump is in the illustrated embodiment in 1 on opposite sides of the eccentric 1 one disc control each 7 respectively. 8th arranged, which form a control valve means, by means of the two fluids F1 and F2 in the cylinder 4 be removed and removed from these. Each disc control consists of a fixed distributor disc 7a respectively. 8a and one with the drive shaft 2 rotating control disc 7b respectively. 8b ,

In den Verteilerscheiben 7a und 8a ist über den Umfang verteilt jeweils eine Bohrung 5a bzw. 6a für den jeweiligen Zylinder ausgebildet. Auf den Steuerscheiben 7b und 8b sind auf dem Umfang Ventilbohrungen 7c bzw. 8c ausgebildet, die von einer Ringnut 9 umgeben sind. Bei dem Ausführungsbeispiel nach 1 mündet auf dem Umfang der Steuerscheibe 7b eine Leitung 10, durch die das Fluid F1 (z. B. Meerwasser) zugeführt wird, wobei diese Leitung 10 eine Saugleitung bildet. Auf der der Verteilerscheibe 7a gegenüberliegenden Seite der Steuerscheibe 7b mündet eine Leitung 11, durch die das unter Druck stehende Fluid F1, z. B. Meerwasser, mit einem Druck z. B. über 60 bar zu einer nicht dargestellten Osmosemembran gepumpt wird. In der Steuerscheibe 7b sind entsprechende, nicht weiter dargestellte Kanäle und Taschen in Achsrichtung ausgebildet, durch die sowohl das im Ansaugprozess stehende Medium F1 vom Kanal 10 über die Ringnut 9 zur Leitung 5 geführt wird, als auch das unter Druck stehende Fluid F1 aus der Leitung 5 über die Leitung 11 abgegeben wird.In the distribution discs 7a and 8a is distributed over the circumference in each case a bore 5a respectively. 6a designed for the respective cylinder. On the control discs 7b and 8b are on the circumference valve bores 7c respectively. 8c formed by an annular groove 9 are surrounded. According to the embodiment 1 opens on the circumference of the control disk 7b a line 10 through which the fluid F1 (eg seawater) is supplied, this line 10 forms a suction line. On the distributor disc 7a opposite side of the control disk 7b opens a pipe 11 through which the pressurized fluid F1, e.g. B. seawater, with a pressure z. B. over 60 bar is pumped to an osmotic membrane, not shown. In the control disc 7b are corresponding, not shown channels and pockets formed in the axial direction, through which both the standing in the intake medium F1 from the channel 10 over the ring groove 9 to the line 5 is guided, as well as the pressurized fluid F1 from the line 5 over the line 11 is delivered.

In entsprechender Weise ist auf der anderen Seite des Exzenters 1 ein Kanal 12 für die Zuführung des Fluids F2 (Konzentrat) ausgebildet, die mit der Ringnut 9 in Verbindung steht und über die radialen Bohrungen 8c das Konzentrat (oder ein anderes unter Druck stehende Medium) auf die dem Exzenter 1 zugewandte Seite des Differentialkolbens 3 zuführt, das beispielsweise unter einem Restdruck kleiner 60 bar stehen kann. Zum Abführen des Konzentrats F2 über die Leitung 6 sind in der Steuerscheibe 8b nicht dargestellte, in Achsrichtung verlaufende Kanäle und Taschen ausgebildet, die in Abhängigkeit von der Drehbewegung der Steuerscheibe 8b mit der Leitung 13 in Verbindung treten, durch die das drucklose Konzentrat abgeführt wird.In the same way is on the other side of the eccentric 1 a channel 12 for the supply of the fluid F2 (concentrate) formed with the annular groove 9 communicates and via the radial bores 8c the concentrate (or other pressurized medium) on the eccentric 1 facing side of the differential piston 3 supplies, which may be, for example, under a residual pressure less than 60 bar. For discharging the concentrate F2 via the line 6 are in the control disk 8b not shown, extending in the axial direction channels and pockets formed in response to the rotational movement of the control disc 8b with the line 13 get in contact, through which the non-pressurized concentrate is discharged.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Steuerscheiben 7, 8 auf der Achse der Antriebswelle 2 angeordnet. Es ist auch möglich, die Steuerscheiben mit ihrer Achse parallel versetzt zur Längsachse der Antriebswelle 2 anzuordnen, wobei die sich drehende Ventilscheibe 7b bzw. 8b z. B. über einen Zahnkranz mit der Antriebswelle 2 so verbunden sein kann, dass die Drehung der Antriebswelle schlupffrei auf die Ventilscheibe übertragen wird.In the illustrated embodiment are the control discs 7 . 8th on the axis of the drive shaft 2 arranged. It is also possible, the control discs with its axis offset parallel to the longitudinal axis of the drive shaft 2 to arrange, with the rotating valve disc 7b respectively. 8b z. B. via a sprocket with the drive shaft 2 may be connected so that the rotation of the drive shaft is transmitted without slipping on the valve disc.

Anstelle der in 1 getrennt angeordneten Scheibensteuerungen 7 und 8 kann auch eine mit einer einzigen Steuerscheibe arbeitende Scheibensteuerung 70 vorgesehen werden, die beispielsweise am freien Ende der Antriebswelle 2 positioniert sein kann, wie dies 2 zeigt.Instead of in 1 Separately arranged disk controls 7 and 8th can also operate with a single control disc disc control 70 be provided, for example, at the free end of the drive shaft 2 can be positioned, like this 2 shows.

Um einerseits die Kapazität der Radialkolbenpumpe zu erhöhen und andererseits einen vibrationsarmen Betrieb durch Massenausgleich zu erreichen, sind bei der Ausführungsform nach 2 auf der Antriebswelle 2 nebeneinander Exzenter 1 und 1.1 angeordnet, auf deren Umfang jeweils beispielsweise fünf Differentialkolben 3 mit Zylinder 4 angeordnet sind. Bei dieser Bauform mit zwei Exzentern 1 und 1.1 werden diese mit ihrer Exzentrizität um 180° versetzt zueinander auf der Antriebswelle 2 angeordnet, wie dies 3 schematisch zeigt, um Vibrationen zu verringern, die bei einer Radialkolbenpumpe mit nur einem Exzenter auftreten können, insbesondere wenn die Radialkolbenpumpe mit einer Drehzahl von etwa 1.500 U/min entsprechend der Drehzahl des antreibenden Elektromotors arbeitet.On the one hand to increase the capacity of the radial piston pump and on the other hand to achieve low-vibration operation by mass balance are in the embodiment after 2 on the drive shaft 2 next to each other eccentric 1 and 1.1 arranged on the circumference of each example, five differential pistons 3 with cylinder 4 are arranged. In this design with two eccentrics 1 and 1.1 These are offset by their eccentricity by 180 ° to each other on the drive shaft 2 arranged like this 3 schematically shows to reduce vibrations that can occur in a radial piston pump with only one eccentric, especially when the radial piston pump operates at a speed of about 1,500 U / min corresponding to the rotational speed of the driving electric motor.

Es ist auch möglich, mehr als zwei Exzenter auf der Antriebswelle anzuordnen, wobei die Exzentrizitäten der einzelnen Exzenter in gleichen Winkelabständen um den Umfang angeordnet sind.It It is also possible to have more than two eccentrics on the drive shaft to arrange, with the eccentricities of each eccentric are arranged at equal angular intervals around the circumference.

Bei der Ausführungsform nach 2 werden die insgesamt zehn Differenzialkolben 3 über nur eine Scheibensteuerung 70 gesteuert, die mit einer stationären Verteilerscheibe 70a und der sich drehenden, mit der Antriebswelle 2 verbundenen Steuerscheibe 70b am freien Ende der Antriebswelle 2 in einem Steuergehäuse 71 angeordnet ist. Für die einzelnen Leitungen und Kanäle sind die gleichen Bezugszeichen verwendet wie in 1. Die Scheibensteuerung 70 aus 2 und damit alle betroffenen Teile, wie das Steuergehäuse 71, die Steuerscheibe 70b und die Verteilerscheibe 70a haben eine Doppelfunktion. Sie versorgen sowohl die dem Exzenter abgewandten als auch die dem Exzenter zugewandten Zylinderräume der Zylinder 4.In the embodiment according to 2 become the total of ten differential pistons 3 over only one wheel control 70 controlled by a stationary distributor disc 70a and the turning, with the drive shaft 2 connected control disk 70b at the free end of the drive shaft 2 in a control box 71 is arranged. For the individual lines and channels, the same reference numerals are used as in 1 , The disc control 70 out 2 and thus all affected parts, like the control box 71 , the control disc 70b and the distributor disc 70a have a double function. They supply both the eccentric averted and the eccentric facing cylinder chambers of the cylinder 4 ,

Die Führung des Kolbenschuhs der Differenzialkolben 3 auf dem Exzenterumfang kann in verschiedener Weise ausgebildet werden. Beispielsweise kann am Kolbenschuh jedes Differenzialkolbens 3 eine Rolle 30 drehbar gelagert sein, die auf dem Exzenterumfang abrollt. Ein Führungsring 40 ist um die Rollen 30 an den einzelnen Differenzialkolben 3 geführt und hält diese in Anlage am Exzenterumfang.The guide of the piston shoe of the differential piston 3 on the eccentric circumference can be formed in various ways. For example, on the piston shoe of each differential piston 3 a role 30 be rotatably mounted, which rolls on the eccentric circumference. A guide ring 40 is about the roles 30 at the individual differential piston 3 guided and keeps them in abutment on Exzenterumfang.

Die beschriebene Radialkolbenpumpe ist nicht nur zum Aufkonzentrieren von Meerwasser oder bei der Saftherstellung zum Aufkonzentrieren geeignet, sondern kann auch auf anderen Gebieten eingesetzt werden, bei denen zur Unterstützung des Förderhubs eines Fluids F1 ein weiteres Druckfluid F2 zur Verfügung steht, das auf der der Förderseite gegenüberliegenden Seite des Differenzialkolbens 3 zugeführt wird, um eine Energieeinsparung beim Pumpvorgang zu erreichen.The radial piston pump described is not only suitable for concentrating seawater or in juice production for concentration, but can also be used in other areas in which to support the delivery stroke of a fluid F1 another pressurized fluid F2 is available, which on the opposite side of the delivery Side of the differential piston 3 is supplied to achieve energy savings in the pumping process.

Anhand der 1 und 2 wurde eine Steuerscheibe als mit der Antriebswelle rotierendes Ventilelement beschrieben, die mit einer Verteilerscheibe zusammenwirkt. Es ist auch möglich, anstelle der Verteilerscheibe eine entsprechende Anordnung von Bohrungen und Leitungen im Gehäuse bzw. in einem Gehäuseteil der Radialkolbenpumpe auszubilden, sodass die Steuerscheibe mit diesen Bohrungen und Leitungen im Gehäuse zusammenwirkt.Based on 1 and 2 has described a control disc as a drive shaft with rotating valve element which cooperates with a distributor disc. It is also possible to form a corresponding arrangement of bores and lines in the housing or in a housing part of the radial piston pump instead of the distributor disc, so that the control disc interacts with these bores and lines in the housing.

Bei der Bauform nach 1 und 2 sind die für die Steuerung erforderlichen Bohrungen, Leitungen und Taschen zur Fluidverteilung teils auf den Stirnseiten und teils auf dem Umfang der Steuerscheibe angeordnet. Es ist auch möglich, die Steuerscheibe 70b so auszubilden, dass alle Bohrungen, Leitungen und Taschen auf dem Umfang der Steuerscheibe münden bzw. angeordnet sind, sodass sich ein walzenförmiges Ventilelement ergibt.In the design according to 1 and 2 are required for the control holes, pipes and pockets for fluid distribution partly on the end faces and partly arranged on the circumference of the control disk. It is also possible the control disc 70b form so that all holes, pipes and pockets open or are arranged on the circumference of the control disk, so that there is a roller-shaped valve element.

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  • - EP 1752662 [0002] EP 1752662 [0002]

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Vorrichtung zum Aufkonzentrieren einer von einer Differentialkolbenpumpe durch eine Konzentriereinrichtung gepumpten Flüssigkeit (F1), die als Konzentrat (F2) unter Restdruck den wenigstens einen Differentialkolben (3) beim Fördertakt assistierend direkt beaufschlagt, wobei die Differentialkolbenpumpe als Radialkolbenpumpe ausgebildet ist und die Differenzialkolben (3) von einem Exzenter (1) auf einer Antriebswelle (2) der Radialkolbenpumpe angetrieben werden, die eine Steuerventileinrichtung zum Zu- und Abführen der Fluide (F1, F2) betätigt, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerventileinrichtung in Form wenigstens eines rotierenden Ventilelementes (7b, 8b; 70b) ausgebildet ist, das mit der Antriebswelle (2) verbunden ist.Device for concentrating a liquid (F1) pumped by a concentrating device by a differential piston pump, which as a concentrate (F2) under residual pressure releases the at least one differential piston (F1) 3 ) is acted upon directly assisting the delivery cycle, wherein the differential piston pump is designed as a radial piston pump and the differential piston ( 3 ) of an eccentric ( 1 ) on a drive shaft ( 2 ) of the radial piston pump, which actuates a control valve device for supplying and removing the fluids (F1, F2), characterized in that the control valve device in the form of at least one rotating valve element ( 7b . 8b ; 70b ) is formed, which with the drive shaft ( 2 ) connected is. Radialkolbenpumpe mit wenigstens einem Exzenter (1) auf einer Antriebswelle (2), auf dessen Umfang Differentialkolben (3) in Zylindern (4) geführt sind, wobei die Zu- und Ableitung der Fluide (F1, F2) auf den gegenüberliegenden Druckflächen der Differenzialkolben durch eine Steuereinrichtung gesteuert wird, die von der Antriebswelle (2) betätigt wird, wobei die Steuereinrichtung in Form wenigstens eines rotierenden Ventilelementes (7b, 8b; 70b) ausgebildet ist, das mit der Antriebswelle (2) verbunden ist.Radial piston pump with at least one eccentric ( 1 ) on a drive shaft ( 2 ), on the circumference of which differential pistons ( 3 ) in cylinders ( 4 ), wherein the supply and discharge of the fluids (F1, F2) is controlled on the opposite pressure surfaces of the differential pistons by a control device which from the drive shaft ( 2 ) is actuated, wherein the control device in the form of at least one rotating valve element ( 7b . 8b ; 70b ) is formed, which with the drive shaft ( 2 ) connected is. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, wobei das rotierende Ventilelement als Steuerscheibe (7b, 8b; 70b) ausgebildet ist, bei der sowohl auf den Stirnseiten als auch auf dem Umfang Bohrungen und Kanäle bzw. Taschen ausgebildet sind.Radial piston pump according to claim 1 or 2, wherein the rotating valve element as a control disc ( 7b . 8b ; 70b ) is formed, in which bores and channels or pockets are formed both on the end faces and on the circumference. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 3, wobei eine Scheibensteuerung (70) vorgesehen ist, die aus einer feststehenden Verteilerscheibe (70a) und einer sich mit der Antriebswelle (2) drehenden Steuerscheibe (70b) zusammengesetzt ist.A radial piston pump according to claim 3, wherein a disc control ( 70 ), which consists of a fixed distributor disc ( 70a ) and one with the drive shaft ( 2 ) rotating control disk ( 70b ) is composed. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 4, wobei auf gegenüberliegenden Seiten des Exzenters oder der Exzenter (1) jeweils eine Scheibensteuerung (7 bzw. 8) auf der Antriebswelle (2) vorgesehen ist.Radial piston pump according to claim 4, wherein on opposite sides of the eccentric or the eccentric ( 1 ) a disk control ( 7 respectively. 8th ) on the drive shaft ( 2 ) is provided. Radialkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf der Antriebswelle (2) nebeneinander wenigstens zwei Exzenter (1, 1.1) angeordnet sind, deren Exzentrizität relativ zueinander um gleiche Winkelabstände versetzt angeordnet ist.Radial piston pump according to one of the preceding claims, wherein on the drive shaft ( 2 ) side by side at least two eccentrics ( 1 . 1.1 ) are arranged, whose eccentricity is offset relative to each other by equal angular intervals. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, wobei das rotierende Ventilelement derart ausgebildet ist, dass sämtliche für die Steuerung vorgesehenen Bohrungen, Leitungen und Taschen auf dem Umfang des Ventilelements ausgebildet sind.Radial piston pump according to claim 1 or 2, wherein the rotating valve element is designed such that all provided for the control holes, pipes and Bags are formed on the circumference of the valve element.
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