DE3329882C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolben für Pumpen oder Verdich­ ter der in einem Zylinder über eine Kolbenstange bewegbar ge­ lagert ist, und der als Schleppventil ausgebildet ist, indem in dem Kolben ein Ventilkörper zwischen zwei Ventilsitzen hin- und her bewegbar ist und den Kolben in der jeweiligen Bewegungsrichtung nach Erreichen eines Ventilsitzes mitnimmt, wobei in Förderrichtung vor dem Kolben ein Rückschlagventil im Zylinder vorgesehen ist.

Derartige als Schleppventile ausgebildete Kolben, sind bei­ spielweise aus der GB-PS 4 08 778 und der US-PS 10 43 568 be­ kannt.

Ausgehend von diesen bekannten Konstruktionen, liegt der Er­ findung die Aufgabe zugrunde, einen Kolben der eingangs ge­ nannten Gattung zu schaffen, welcher ein optimales Druckver­ hältnis aufweist, und bei dem der mögliche Strömungsquer­ schnitt maximiert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwi­ schen dem Ventilkörper und dem Kolben ein beweglicher Dicht­ ring vorgesehen ist, daß der Dichtring eine erste Sitzfläche oberhalb des Ventilkörpers und eine in der oberen Stellung des Ventilkörpers mit dem Ventilsitz des Kolbens in Ein­ griff befindliche Sitzfläche und eine dritte Sitzfläche auf­ weist, welche unterhalb des Ventilkörpers angeordnet ist, wobei die Maße von Ventilkörper, Dichtring und Kolben derart aufeinander abgestimmt sind, daß der Strömungsquerschnitt zwischen den Ventilkörper und dem Dichtring und zwischen dem Dichtring und dem Kolben etwa gleich dem Strömungsquerschnitt zwischen dem Zylinder und der Kolbenstange sind.

Abgesehen von der vollständigen Lösung der der Erfindung zu­ grunde liegenden Aufgabe, wird hierdurch der Vorteil er­ zielt, daß der Kolben insbesondere zum Pumpen ausgesprochen viskoser Medien geeignet ist, welche darüber hinaus in Suspen­ sion Feststoffe enthalten können.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung nach der Erfindung ist ein zweites, beim Förderhub öffnendes Rückschlagventil in För­ derrichtung nach dem Kolben im Zylinder vorgesehen. Durch diese Weiterbildung wird erreicht, daß mittels des Kolben Medien pumpbar sind, welche hohe Gehalte an gelösten Gasen und/ oder Wasserdampf enthalten.

Im einzelnen wird es bevorzugt, daß der Dichtring eine ein­ stückige Verlängerung aufweist, welche den dritten Ventilsitz trägt, mit welchem der Ventilkörper den Dichtring in Förder­ richtung bewegt und das der Kolben eine einstückige Verlängerung aufweist, welche in Förderrichtung vor der Verlängerung liegt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer in der Zeichnung beispielhaft veranschaulichten Ausführungsform näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt eine skizzenhafte, seitliche Schnittansicht der Einzelteile des in einem Zylinder angeordneten Kolbens, wo­ bei die Förderrichtung von unten nach oben verläuft.

Bei dem in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungs­ beispiel ist der Kolben 2 innerhalb eines Zylinders 1 ver­ schiebbar gelagert, und weist eine Kolbenstange 3, einen Ventilkörper 4 und einen beweglichen Dichtring 5 auf, wel­ cher zwischen dem Ventilkörper 4 und dem Kolben 2 ange­ ordnet ist.

Der Kolben ist als Schleppventil ausgebildet, welches durch den Ventilkörper 4, dem Dichtring 5 und einen Sitz 9 am Kolben 2 gebildet ist, mit welchem der Dichtring 5 in Ein­ griff gelangt. Das hierdurch gebildete Schleppventil ist in der Zeichnung mit dem Bezugszeichen 6 bezeichnet.

Da das Schleppventil 6 auf der Saugseite des Kolbens 2 ange­ ordnet ist, ist das Druckverhältnis innerhalb der Pumpe optimal.

Der freie Raum zwischen der Kolbenstange 3 und dem aus einem zylindrischen Ring bestehenden Kolben 2 stellt den einzigen Faktor dar, durch welchen der Strömungsquerschnitt durch den Kolben begrenzt ist, wobei dieser Strömungsquerschnitt aus der Differenz zwischen dem Innendurchmesser des Kolbens 2 und der Querschnittsfläche der Kolbenstange 3 besteht.

Folglich ist es möglich, den Strömungsquerschnitt durch das Schleppventil 6 dahingehend zu optimieren, daß der Strömungs­ querschnitt zwischen dem Ventilkörper 4 und dem Dichtring 5 und der Strömungsquerschnitt zwischen dem Dichtring 5 und dem Zylinder 1 etwa gleich dem Strömungsquerschnitt zwischen dem Innendurchmesser des Kolbens 2 und der Kolbenstange ist.

Im folgenden wird der Betrieb des Kolbens 2 im Anwendungsfall als Pumpe näher erläutert. Hierbei wird die Kolbenstange in senkrechter Richtung auf und ab bewegt, wie bei den in der Erd­ ölindustrie verwendeten Pumpen. Die folgende Erklärung der Be­ triebsweise gilt für alle Pumpen oder Verdichter bei denen das Prinzip positiver Verdrängung angewandt wird. Falls die Kolbenstange in einer von der senkrechten abweichen­ den Richtung bewegt wird, müßten lediglich die Schwerkraft­ komponenten berücksichtigt werden, welche in der senkrech­ ten Richtung wirken.

Während des Betriebs der Pumpe wird, wenn die Kolbenstange 3 beginnt sich aus der äußersten oberen Stellung nach unten zu bewegen, das ringförmige Rückschlagventil 7, welches in Förderrichtung hinter dem Kolben 2 an dem Zylinder 1 befe­ stigt ist, und welches möglicherweise verwendet wird, wenn ein hoher Gehalt an Gasen und/oder Wasserdampf in dem zu för­ dernden Medium gelöst ist, geschlossen um die Wirkung des Ge­ gendrucks und die Wirkungen der Flüssigkeitssäule oberhalb des Rückschlagventils 7 aufzunehmen. Währenddessen wird der Kolben 2 durch die Kolbenstange 3 mechanisch und durch die Wirkung des Gewichtes der verringerten Flüssigkeitssäule zwischen dem Schleppventil 6 und dem Rückschlagventil 7 oder durch die gesamte Flüssigkeitssäule, falls kein Rückschlag­ ventil 7 vorgesehen ist nach unten bewegt, bis das Ansteigen des Drucks zwischen dem Schleppventil 6 und dem an dem Zylin­ der 1 auf der Saugseite, d. h. in Förderrichtung hinter dem Kolben 2 befestigte Ventil 8 und primär die Reibung zwischen dem Kolben 2 und dem Zylinder 1, die Bewegung des Kolbens 2 aufhalten. Wenn der Kolben 2 angehalten wird, wird der Ventil­ körper 4, welcher an der Kolbenstange 3 befestigt ist, von seinem Sitz 10 in dem Dichtring 5 getrennt. Hierbei wird der Dichtring 5 von seinem Sitz 9 an dem Kolben 2 aufgrund der Schwerkraft und/oder irgendwelcher anderen Einrichtungen zur Übertragung der Abwärtsbewegung der Kolbenstange 3 getrennt. Letztlich wird der Kolben 2 über den Stopfen 4, die Verlängerung 11 des Dichtrings 5 und die Verlängerung 12 des Kolbens 2 in der Abgasbewegung mitgenommen. Das Öffnen des Schleppventils 6 erfolgt zwangsweise und nicht aufgrund von Druckdifferenzen. Folglich muß das zu fördernde Medium, welches im Zylinder 1 zwischen dem Schleppventil 6 und dem Ventil 8 befindlich ist, nicht kompromiert werden. Bei der Abwärtsbewegung des Kolbens 2 strömt das Medium durch das Schleppventil 6 und den Innen­ querschnitt des Kolbens 2.

Nachdem der Kolben 2 seinen unteren Totpunkt erreicht hat, und sich die Kolbenstange 3 nach oben zu bewegen beginnt, ge­ langt der Ventilkörper 4 mit dem Sitz 10 in dem Dichtring 5 in Eingriff und beide bewegen sich nach oben, wobei das Schleppventil 6 geschlossen wird, sobald der Dichtring 5 mit dem Sitz 9 am Kolben 2 in Berührung gelangt. Nachdem das Schleppventil 6 geschlossen hat, wird die Aufwärtsbewegung auf den Kolben 2 übertragen, wobei sämtliche Vorgänge in einem Zustand erfolgen, in welchem die Relativgeschwindigkeit des Mediums auf beiden Seiten des Kolbens 2 null ist. Während der Kolben 2 sich nach oben bewegt, wird ein Druckabfall inner­ halb des Zylinders 3 zwischen dem Schleppventil 6 und dem Ven­ til 8 erzeugt, bis der Druck kleiner ist als der Druck in ir­ gendeinem Behälter oder an irgendeinem Ort, wo die zu för­ dernden Medien befindlich sind. Zu diesem Zeitpunkt öffnet das Ventil 8, so daß das Medium aus dem Tank oder dergleichen in das Innere des Zylinders 1 strömen kann.

Gleichzeitig wird in den Fällen, in denen ein Rückschlagven­ til 7 verwendet wird, beispielsweise wenn dies der Gehalt an Gasen und/oder Wasserdampf in dem Medium erfordert, das im Inneren des Zylinders zwischen dem Schleppventil 6 und dem Rückschlagventil 7 im Inneren des Zylinders befindliche Me­ dium komprimiert, bis der Druck in diesem Bereich höher ist als der Gegendruck und gleichzeitig höher als das Gewicht der Flüssigkeitssäule, die auf das Rückschlagventil 7 wirkt, wo­ rauf dann dieses Ventil öffnet, und das Medium in Förder­ richtung strömen kann.

Wenn letztlich der Kolben seinen oberen Totpunkt erreicht und beginnt sich nach unten zu bewegen, schließt das Ventil 8 und der oben beschriebene Pumpenzyklus wird wiederholt.

Es ist offensichtlich, daß bei der beschriebenen Konstruktion vor dem Beginn des Saugzyklus des Kolbens die Kolbenstange 3 zunächst den Ventilkörper 4 und folglich den Dichtring 5 be­ wegt bis der Ventilsitz 9 am Kolben 2 mit dem Dichtring 5 in Eingriff gelangt, wodurch dann das Schleppventil 6 geschlos­ sen wird. Diese Vorgänge erfolgen, während die Relativgeschwin­ digkeit des Mediums auf beiden Seiten des Schleppventils null ist, so daß praktisch keine durch das Medium hervorgerufene Erosion an den Einzelteilen des Kolbens erfolgen kann.

Da das Schleppventil 6 in dem Kolben 2 schließt ehe der Saug­ hub beginnt, beträgt das geförderte Volumen effektiv das Ma­ ximalvolumen.

Falls das geförderte Medium einen hohen Gehalt an Gasen und/ oder Wasserdämpfen aufweist, sorgt die Tatsache, daß das Schleppventil 6 mechanisch zwangsgeöffnet wird und nicht durch Druckdifferenzen betätigt ist, dafür daß es zu keiner Bloc­ kierung durch Gase und/oder Wasserdampf kommen kann.

Falls die Pumpe derart eingebaut ist, daß die Kolbenstange in einer Richtung bewegt wird welche von der Horizontalen ab­ weicht, besteht die Möglichkeit, daß in dem Medium suspendierte Feststoffe an dem Schleppventil abgelagert werden. Die Stellung des Ventilkörpers 4 in dem Kolben 2 ist jedoch derart, daß die Strömung des Mediums durch das Ventil gleichzeitig das Ventil reinigt.

Der Ventilkörper 4 und der Dichtring 5 können derart ausgebil­ det sein, daß das Schleppventil einen maximalen Strömungsquer­ schnitt aufweist, so daß optimale Eigenschaften bezüglich der Dynamik der geförderten Medien erzielt werden.

Claims (3)

1. Kolben für Pumpen oder Verdichter, der in einem Zylinder über eine Kolbenstange bewegbar gelagert ist und der als Schleppventil ausgebildet ist, indem in dem Kolben ein Ven­ tilkörper zwischen zwei Ventilsitzen hin- und herbewegbar ist und den Kolben in der jeweiligen Bewegungsrichtung nach Er­ reichen eines Ventilsitzes mitnimmt, wobei in Förderrichtung vor dem Kolben ein Rückschlagventil im Zylinder, vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwi­ schen dem Ventilkörper (4) und dem Kolben (2) ein beweglicher Dichtring (5) vorgesehen ist, daß der Dichtring (5) eine erste Sitzfläche (10) oberhalb des Ventilkörpers (4), eine in der oberen Stellung des Ventilkörpers (4) mit dem Ventilsitz in dem Kolben (2) in Eingriff befindliche Sitzfläche und eine dritte Sitzfläche (12) aufweist, welche unterhalb des Ventil­ körpers (4) angeordnet ist, wobei die Maße von Ventilkörper (4), Dichtring (5) und Kolben (2) derart aufeinander abgestimmt sind, daß die Strömungsquerschnitte zwischen dem Ventilkörper (4) und dem Dichtring (5) und zwischen dem Dichtring (5) und dem Zylin­ der (1) etwa gleich dem Strömungsquerschnitt zwischen dem Innen­ querschnitt des Kolbens (2) und der Kolbenstange (3) sind.

2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zwei­ tes, beim Förderhub öffnendes Rückschlagventil (7) in Förderrich­ tung nach dem Kolben (2) im Zylinder vorgesehen ist.

3. Kolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (5) eine einstückige Verlängerung (11) aufweist, welche den dritten Ventilsitz (12) trägt, mit dem der Ventilkörper (4) den Dichtring (5) in Förderrich­ tung bewegt und daß der Kolben (2) eine einstückige Ver­ längerung aufweist, welche in Förderrichtung vor der Ver­ längerung (12) liegt.