DE3329882C2 - - Google Patents
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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
- F04B53/10—Valves; Arrangement of valves
- F04B53/12—Valves; Arrangement of valves arranged in or on pistons
- F04B53/122—Valves; Arrangement of valves arranged in or on pistons the piston being free-floating, e.g. the valve being formed between the actuating rod and the piston
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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.
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