DE2530212A1

DE2530212A1 - Verfahren und vorrichtung zum saugkraftausgleich einer kolbenpumpe

Info

Publication number: DE2530212A1
Application number: DE19752530212
Authority: DE
Inventors: John E Miller
Original assignee: Greer Hydraulics Inc
Current assignee: Greer Hydraulics Inc
Priority date: 1974-07-19
Filing date: 1975-07-07
Publication date: 1976-02-05
Also published as: DE2530212C2; JPS5134401A; US4032265A; JPS6123670Y2; SE417231B; FR2278949A1; JPS6034572U; FR2278949B1; CA1043658A; GB1474655A; MX143466A; BR7504545A; SE7508196L

Description

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HUBERT BAUER

P A T K N T A N W A L· T H. JIAUKR PAT.-ANW. · I>-5> AACHKK · LOTHRINGER STRASSK S3/ECKE WIT.HKI.MSTBAS3B

Deutsches Patentamt Telefon whd 504355

TELEGRAMME: PATENTBAtEH AACHEN

München 2

Zweibrückenstr . 1 2 Postscheck Köln *»i.33-308

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b/uu (523) 4. Juli 1975

Patentanmeldung

Anm.: GREEK HYDRAULICS, INC., eine Ges. n. d. Gesetzen des Staates

hew York, 5930 v.est Jefferson boulevard, Los Angeles, Californio 90016, USA

Bez.: Verfahren und Vorrichtung zum Saugkraftausgleich einer Kolbenpumpe

üie Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum besseren Ausgleich des Flüssigkeitszulaufs zur Saugseite einer Kolbenpumpe.

Eine Kolbenpumpe arbeitet mit abwechselnden Saug- und Förderhüben, wodurch in die Zylinder der Pumpe Flüssigkeit eingesaugt bzw. hin-

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ausgedrückt wird. Die Kolbenpumpe ist daher ein Mechanismus mit wechselnder Belastung, wobei sie im allgemeinen von einer Flüssigkeitsquelle mit gleichbleibendem Zuloufdruck gespeist wird. Im Idealfall hat eine Kolbenpumpe eine große Zulaufhöhe unmittelbar neben ihrer Ansaugseite, was jedoch bei vielen Anlagen nicht möglich ist. So bringen beispielsweise lange Leitungen oder Leitungen mit verhältnismäßig kleinem Durchmesser von der Flüssigkeitsquelle zum Pumpensaugstutzen, Bogen oder Rohrformstücke in der Leitung, eine niedrige Zulaufhöhe oder Flüssigkeiten, die zur Verdampfung neigen, schlechte Saugbedingungen. Eine Folge schlechter Saugverhältnisse ist, daß die Pumpenzylinder durch den Saughub nicht ganz gefüllt werden und die Kolbenpumpe daher mit geringerer Leistung arbeitet.

Zur Verbesserung schlechter Saugverhältnisse ist es bekannt, eine Ausgleichsvorrichtung vor die Ansaugseite einer Kolbenpumpe zu setzen. Es sind auch Speicher bekannt, die aus einem Behälter und einer mit Gas gefüllten Blase bestehen und auf der Förderseite einer Kolbenpumpe angeordnet werden. Diese Bauart hat sich jedoch als Saugkraftausgleich für Kolbenpumpen nicht bewährt.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zu schaffen, Bit dem sich ein Saugkraftausgleich im Flüssigkeitszufluß einer Kolbenpumpe wirksam durchführen läßt.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe schlagt die Erfindung für eine Flüssigkeitskolbenpurape mit einem vorgegebenen Hubvolumen, wobei die Flüssigkeit zwischen einer Flussigkeitsquelle υηό der Purape

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gespeichert wird, vor, so zu verfahren, daß die beim Ansaughub sich speichernde Flüssigkeit dem Druck eines Gaspolsters ausgesetzt wird, wobei das Volumenverhältnis von gespeicherter Flüssigkeit zum Pumpenhub mindestens 10 : 1 und das Volumenverhältnis von gespeicherter Flüssigkeit zum Gaspolster 4 : 1 beträgt.

Durch Versuche wurde nachgewiesen, daß die Werte des erfindungsgemäijen Verfahrens als kritische Werte zur Erreichung eines optimalen Flüssigkeitszuflusses von einer Flüssigkeitsquelle zur Pumpe anzusehen sind.

Nach einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, weist das Gaspolster einen Druck von etwa 40 % bis 60 % der Saugkraft der Kolbenpumpe auf. Des weiteren sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, daß sich die Strömungsrichtung der Flüssigkeit durch den Speicher ändert und aus der Flüssigkeit sich ausscheidendes Gas gesammelt und periodisch abgelassen wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht also nicht nur einen Saugkraftausgleich der der Pumpe zuströmenden Flüssigkeit, sondern stellt darüberhinaus sicher, daß aus der Flüssigkeit die von der Quelle her mitgerissenen Gase ausgeschieden werden, bevor die Flüssigkeit in die Kolbenpumpe eintritt.

Ausgehend von einer Vorrichtung aus einem stabilen zylindrischen Speicherbehälter mit mindestens einer Einlaß- und einer Auslaßöffnung für die Flüssigkeit und einer im Speicherbehälter angeordneten elastischen mit Gas beaufschlagbaren Blase schlägt die

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Erfindung zur Durchführung des Verfahrens vor, daß die Blase in einem Käfig mit perforierten Wänden in der Nähe eines Bodens des Speicherbehälters untergebracht ist und die Perforation so fein ausgebildet ist, daß die Blase im Käfig zurückgehalten wird, wobei das Volumenverhältnis des Speicherinhalts zum maximalen Blaseninhalt mindestens 4 : 1 beträgt.

Um die Gasausscheidung im Speicherbehälter zu begünstigen, sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, daß zwischen der Einlaß- und der Auslaßöffnung im Behälter eine Umlenkwand angeordnet ist und/oder die Einlaß- und die Auslaßöffnung versetzt zueinander angeordnet sind.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, weist der Speicherbehälter eine Vielzahl von zur Einlaßöffnung versetzt angeordneten Äuslaßöffaungen auf und ist als Verteiler für eine entsprechende Vielzahl von Steigleitungen der Puispe ausgebildet*

Nach einer vorteilheften Ausgestaltung der Erfindung besitzt der Speicherbehälter ein Volumen^ das mindestens des* 10-fachen des Volumens eines Föxderhubes der Punpe entspricht,

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Blase mit einem Druck von etwa 40 % bis 60 % der Saugkraft der Pusspe zu beaufschlagen, Dabei kann der Speicherbehälter mit seiner Längsachse entweder senkrecht angeordnet sein, und es kann sich iss oberen Teil des isehältsrs sin Gcsssssssselrsuss feefinden oder iss Folie» daß der Speicherbehälter eine Vielzahl von AuslaBoffnungen aufweist, kann er auch mit seiner Längsachse horizontal angeordnet sein.

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In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele von Vorrichtungen zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 die Seitenansicht einer 5-fach wirkenden Kolbenpumpe mit einer Ausgleichsvorrichtung;

Fig. 2 einen senkrechten Querschnitt durch die Ausgleichsvorrichtung gemäij Fig. T;

Fig. 3 einen Teil einer Ausgleichsvorrichtung im senkrechten Querschnitt, jedoch in einer abweichenden Ausführungsform;

Fig. 4 eine Kolbenpumpe gemäß Fig. 1, jedoch mit einer abweichenden AusfUhrungsform der ^usgleichsvorrichtung;

Fig. 5 eine Kolbenpumpe gemäß Fig. 1 und 4, jedoch mit einer weiteren abweichenden AusfUhrungsform der Ausgleichsvorrichtung;

Fig. ό ein Diagramm, das den Druck in einem Zylinder

und den Druck in einem Saugverteiler einer Kolbenpumpe während eines Pumpenarbeitstaktes
darstellt.

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Fig. 1 zeigt eine übliche Kolbenpumpe, beispielsweise eine Kolbenschlammpumpe, eine Schlammpumpe zum Brunnenbohren, eine in einem Rohr eingebaute Pumpe oder eine Pumpe für eine sonstige Verwendungsart. Die dargestellte Pumpe wirkt 5-fach mit einer Anzahl von Zylindern 10, einem Saugverteiler 12 und einem Druckverteiler 13.

Die hin- und hergehenden Teile der Pumpe werden durch eine Kurbelwelle und Kolbenstangen oder durch eine sonstige übliche oder gewünschte Konstruktion angetrieben, ziehen abwechselnd Flüssigkeit vom Saugverteiler 12 in jeden Zylinder 10 und drücken ebenso die Flüssigkeit von jedem Zylinder 10 in den Druckverteiler 13. Die Pumpe besitzt selbstverständlich die üblichen tin- und Auslaßventile, die zwischen den Hüben öffnen und schließen. Zur besseren Übersicht sind der Antrieb und die Ventile nicht dargestellt.

Eine Einlaßleitung 14 führt von einer nicht dargestellten Flüssigkeitsquelle durch einen Speicher 15 zum Saugverteiler 12.

In Fig. 2 ist ein Speicher 15 dargestellt, der sich für saubere Flüssigkeiten eignet. Er besteht im wesentlichen aus einem zylindrischen Speicherbehälter 18 und einem Käfig 19, der innerhalb des Speicherbehälters 18 an dessen oberen Boden befestigt ist. Im Käfig 19 befindet sich eine Blase 20 aus sich anpassendem elastischem Material, z. B. aus Gummi. Im Innern des Speicherbehälters 18 ist eine Umlenkwand 21 unterhalb des Käfigs 19 vertikal angeordnet. In dieser Ausführungsform ist der Speicherbehälter 18 mit seiner Längsachse senkrecht angeordnet. Dabei ist die Blase an einem Deckel 22 für den Käfig 19 aufgehängt, wobei die Wände

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des Käfigs 19 perforiert sind, damit die Flüssigkeit mit der Außenseite der Blase 20 Verbindung hat. Die Perforation ist jedoch so klein gewählt, daß sich die ülase 20 nicht hindurchpressen kann.

Der Speicherbehälter 18 besitzt in seinen Seitenwänden eine Einlaßöffnung 23 und eine dieser diametral gegenüberliegende Auslaßöffnung 24. Die ümlenkwand 21 erstreckt sich durch die behälterachse und beginnt dabei in der Nähe des Behälterbodens und reicht bis zu einer Höhe, die wesentlich über die Ein- und Auslassöffnungen 23 bzw. 2A liegt, wobei die den Speicherbehälter Iu durchlaufende Flüssigkeit oben über die Ümlenkwand 21 fliegt. Ein- und /.uslaßöf fnungen 23 bzw. 24 besitzen Uruckprüfhähne 25 bzw. Der Speicherbehälter 1& weist oben eine Entlüftungsvorrichtung 27 und in seinem Boden eine Entleerungseinrichtung 28 auf.

in Fig. 3 ist eine abgeänderte Ausführungsform des Speicherbehälters 18 dargestellt, die dann vorzuziehen ist, wenn die zu fördernde Flüssigkeit einen wesentlichen Anteil an Feststoffen, wie Schlamm und Abrieb, enthalt. In dieser rojsführungsform ist die Umlenkwand 21, die als Damm wirken würde oder infolge der Beaufschlagung durch Festteile schnell verscnleißen könnte, weggelassen. Statt dessen sind die Einlaßöffnung 23 und die Auslaßöffnung 24 so versetzt, daß sie sich nicht fluchtend gegenüber liegen, wodurch die Durchlaufrichtung der Flüssigkeit durch den Speicherbehälter 18 geändert wird. Hierdurch ergibt sich eine mit der Umlenkwand 21 sehr ähnliche Wirkung, die noch später zu erläutern ist. Im übrigen ist der Speicherbehälter 18 ähnlich dem in Fig. 2 dargestellten ausgeführt, so daß insoweit die Beschreibung

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nicht wiederholt werden muß.

In Fig. 4 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der der Speicherbehälter 31 selbst als Saugverteiler wirkt. Der Speicherbehälter ist unterhalb der Pumpe untergebracht, wobei seine Längsachse waagerecht angeordnet ist. Die Seitenwände des Speicherbehälters besitzen eine Einlaßöffnung 32 und eine Vielzahl von Äuslaßö.ffnungen 33, die zu den betreffenden Zylindern der Pumpe führen* Die Äuslaßöffnungen 33 fluchten nicht mit der Einlaßöffnung 32. Der Käfig 19 und die Blase 20 entsprechen der Äusführungsform gemäß Fig. 2 und sind lediglich an einem Seitenboden des Speicherbehälters 31 angebracht.

Fig. 5 zeigt eine AusfUhrungsfor«, bei welcher der Speicherbehälter oberhalb der Ptiraps angeordnet ist» Ia übrigen entspricht diese Ausföhrungsform der der Fig* 4 bzw, ist dieser ähnlich»

Öie vorliegende Erfindung hat mehrere neue und kritische Beziehungen zum Inhalt* So soll das Verhältnis von Speicherbehälterinhalt zum Pumpenvolumen pro Umdrehung mindestens etwa 10 . 1 sein. Die Purape hat selbstverständlich ein vorgegebenes Hubvolumen pro Antriebsumdrehung. Das Verhältnis des Behälterinhalts zu dem der ßlsse 20 sollte mindestens etwa 4 ; 1 sein, wenn die Bisse 20 auf ihren normalen Betriebsdruck ausgedehnt ist. Unter Behälterinhalt ist die Flüssigkeitslinse zu verstehen, die der Speicherbehälter 18 bzw* 31 aufnehmen kann. In beiden Folien ist es unschädlich, wenn die angegebenen Verholtniszohlen überschritten werden, vas jedoch mit keinem nennenswerten Vorteil verbunden ist.

Die Blase 20 wird mit Gas, vorzugsweise mit Stickstoff, auf einen Anfangsdruck aufgeblasen, der etwa 40 % bis 60 % der Saugkraft der Pumpe beträgt, die am Druckprüfhahn 26 (Fig. 2) festgestellt werden kann.

Bezugnehmend auf die Fig. 1 und 2 füllt sich der Speicherbehälter 18 im Betrieb mit Flüssigkeit, die durch die Einlaßöffnung 23 eingebracht wird. Während die Flüssigkeit den Speicherbehälter 18 durchläuft, ändert sich ihre Strömungsrichtung, wenn sie über die Umlenkwand 21 fließt. Die Flüssigkeit läuft vom Speicherbehälter IS über die Äuslaßöffnung 24 in den Saugverteiler 12. Zwischen den Saughüben der Pumpe drückt die in den Speicherbehälter 18 eintretende Flüssigkeit das Gas in der Blase 20 zusammen. Bei jedem Saughub addiert sich der Gasdruck in der Blase 20 zum Zulaufdruck der eintretenden Flüssigkeit und sichert einen gleichmäßigen Flüssigkeitsstrom in die Pumpe hinein, wobei sich jeder Zylinder in entsprechendem Takt ganz füllt. Die Flüssigkeit strömt ununterbrochen von der nicht dargestellten Quelle, auch wenn die Pumpe gerade nicht saugt. Infolge der Änderung der Strömungsrichtung neigt etwaiges von der Flüssigkeit aus der Quelle mitgerissenes Gas dazu, sich auszuscheiden und sich im oberen Teil des Speicherbehälters 18 zu sammeln. Sobald sich eine entsprechende Gasmenge angesammelt hat, v/ird die Entlüftungsvorrichtung 27 geöffnet. Die Entlüftung kann entweder von Hand oder periodisch automatisch erfolgen.

In den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 3, 4 und 5 wird durch die Richtungsänderung der Flüssigkeitsströmung zwischen Ein- und

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/-.uslaßöffnung 32 bzw. 33 die Ausscheidung von Gas aus der Flüssigkeit mit einer ähnlichen Wirkung wie beim Strömen der Flüssigkeit über die Umlenkwand 21 bewirkt.

Fig. ö zeigt eine grafische verstellung, v/ie sich der Druck in einem Zylinder und der Druck im Saugverteiler 12 v/ährend eines Zylindertaktes in einer o-fach wirkenden Kolbenpumpe ändert, die in Hg. 1 dargestellt ist, ohne jedoch eine Saugausgleichsvorrichtung zu besitzen. Das obere Diagramm zeigt den Zylinderdruck, der während des Ansaugens dem Atmosphärendruck oder 0 entspricht und während des Drückens auf eine etwas ungleichmäßige Ebene ansteigt, wie dies bei A und B gezeigt ist. Die ungeraden Abschnitte der Kurve stellen diejenigen Perioden dar, in denen sich die Ventile öffnen and schließen»

Das untere Diagramm löst den Saugdruck in zwei anteilige Kurven C und D auf. Die Kurve €, die in ausgezogenen Linien dargestellt ist, zeigt -ctas üruckwellenbiid, dos beim Schließen jedes Säugventils entsteht. Im Idealfoll hat diese Kurve die Forra einer ßeihe von leicht kleiner werdende« Sinuswellen, deren Amplitude in dem nugenblick ein l-texifflüs erreicht, in dem jedes Saugventil schließt. Die Oruckvcrietio« entsteht durch einen sog* "Glockeneffekt" beiß Schließen des Ventils. Die in gestrichelten Linien gezeigte Kurve D gibt die Wellenform wieder, die bei der Verdrängungsarbeit der Puirope entsteht. Sei schlechten AnssugfeedifigtmcjeR werden beide Kurven stark

Die Hinzufügung einer richtig dimensioniertem

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vorrichtung sorgt dafür, daß die in Fig. 6 mit C bezeichnete Kurve entsteht. Die Ausgleichsvorrichtung verbessert die Form der Kurve nicht, wenn sie mit einer entsprechenden Kurve einer Pumpe verglichen wird, die unter guten Ansaugbedingungen ohne Ausgleichsvorrichtung arbeitet. Sie sorgt jedoch dafür, daß die /.nsaugbedingungen gut werden, sofern die Pumpe an sich unter schlechten Ansaugbedingungen arbeiten muß. Durch die Hinzufügung einer richtig dimensionierten Saugkraftausgleichsvorrichtung wird die Kurve D vermieden. Der Verdrängungsdruck der Pumpe wird dadurch konstant oder fast konstant gehalten.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist zu erkennen, daß die Erfindung eine einfache Saugausgleichsvorrichtung geschaffen hat und ein Verfahren zum Saugkraftausgleich ermöglicht, wodurch gute Ansaugbedingungen auf der Saugseite einer Kolbenpumpe entstehen. Die verschiedenen Verhältniszahlen und das Druckverhältnis sind neuartig und zur Erzielung optimaler Ergebnisse unerläßlich.

Die Ausführungsformen gemäß den Fig. 1, 2 und 3 bieten den Vorteil einer größeren Zulaufhöhe für die in den Saugverteiler 12 eintretende Flüssigkeit im Vergleich zu den Ausführungsformen der Fig. 4 und 5.

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Claims

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Patentansprüche:

/l .J Verfahren zum Saugkraftausgleich einer Flüssigkeitskolbenpumpe mit einem vorgegebenen Hubvolumen, wobei die Flüssigkeit zwischen einer Flüssigkeitsquelle und der Pumpe gespeichert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die beim Ansaughub sich speichernde Flüssigkeit dem Druck eines Gaspolsters ausgesetzt wird, wobei das Volumenverhältnis von gespeicherter Flüssigkeit zum Pumpenhub mindestens 10 : 1 und das Volumenverhältnis von gespeicherter Flüssigkeit zum Gaspolster 4 : 1 beträgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gaspolster einen Druck von etwa 40 % bis 60 % der Saugkraft der Kolbenpumpe aufweist.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet deß sich die Strösuingsrichttmg der Flüssigkeit durch den Speicher ändert und aus der Flüssigkeit sich ausscheidendes Ggs und periodisch abgelcsse« wird.
4. Vorrichtung aus einen stabilen zylindrischen Speicherbehälter mit mindestens einer Einlaß- und einer Auslaßöffnung für die Flüssigkeit und einer im Speicherbehalter angeordneten elastischen ait Gas beoufschlagbaren Blase zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Blase (20) in eines» Käfig (19) mit perforierten in der Nühe eines Bodens des Speicherbehälters {18 oder 31)

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untergebracht ist und die Perforation so fein ausgebildet ist, daß die Blase (20) im Käfig (19) zurückgehalten wird, wobei das Volumenverhältnis des Speicherinhalts zum maximalen Blaseninhalt mindestens 4 : 1 beträgt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Einlaß- und der Auslaßöffnung (23 bzw. 24) im Speicherbehälter (lo) eine Umlenkwand (21) angeordnet ist und/oder die Einlaß- und die Äuslaliof fnung (32 bzw. 33) versetzt zueinander angeordnet sind.
t. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherbehälter (3'J) eine Vielzahl von zur Einlaßöffnung (32) versetzt angeordneten Auslaßöffnungen (33) aufweist und als Verteiler für eine entsprechende Vielzahl von Saugleitungen der Pumpe ausgebildet ist.
7. Speicherbehälter nach den Ansprüchen 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherbehälter (fSty ein Volumen besitzt, das mindestens dem 10-fachen des Volumens eines Förderhubes der .Pumpe entspricht.
8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ülase (20) mit einem Druck von etwa 40 % bis 60 % der Saugkraft der Pumpe beaufschlagbar ist.
9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherbehälter (18) mit seiner Längsachse senkrecht

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angeordnet ist, und sich im oberen Teil des Speicherbehälters (IS) ein Gassaramelraum befindet.
10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 bis o, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Vielzahl von Auslaßöffnungen (33) aufweisende Speicherbehälter ('Vl) mit seiner Längsachse horizontal angeordnet ist.

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