DE3910189A1 - Zweizylinder-dickstoffpumpe mit kolbenspeicher - Google Patents
Zweizylinder-dickstoffpumpe mit kolbenspeicherInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Zweizylinder-Dickstoffpumpe
mit Kolbenspeicher gemäß dem Oberbegriff des Patent
anspruches 1.
Die erfindungsgemäße Zweizylinder-Dickstoffpumpe gleicht
mit ihrem Kolbenspeicher Druck- und Volumenschwankungen
in der Förderleitung aus, die zwischen den Förderhüben
der miteinander zusammenwirkenden Förderzylinder ent
stehen. Diese den Gleichförmigkeitsgrad der Förderung
störenden Schwankungen sind bei mechanisch gesteuerten
Förderzylindern, z.B. bei Förderzylindern, deren Kolben
mit einer Kurbelwelle angetrieben werden, bauartbedingt
größer als bei hydraulisch angetriebenen Förderkolben,
die zwar eine Überdeckung der Kolbenhübe gestatten, je
doch ebenfalls Druck- und Volumenschwankungen in der
Förderleitung nicht verhindern können, wenn der Kolben
des fördernden Zylinders auf den Saughub und der Kolben
das aus dem Vorfüllbehälter der Pumpe ansaugenden
Förderzylinders auf den Druckhub umgesteuert wird.
Der Kolbenspeicher drückt in dieser Umschaltphase
Dickstoffe in die Förderleitung und gleicht dadurch den
Druck- und Volumenverlust der Umschaltphase wenigstens
zum Teil wieder aus.
Die erfindungsgemäßen Zweizylinder-Dickstoffpumpen
unterscheiden sich dadurch von Kolbenpumpen, welche
mit wenigstens drei oder noch mehr Förderzylindern
den Gleichförmigkeitsgrad der Dickstofförderung zu
verbessern versuchen, weil bei derartigen Pumpen
konstruktionen mit dem zweiten bzw. den zusätzlichen
Förderzylindern Dickstoff aus dem Vorfüllbehälter
angesaugt werden muß, während bei Kolbenspeichern das
zusätzliche Fördervolumen aus der Förderleitung in den
Speicher und aus diesem zurück in die Förderleitung
während der Umschaltphase der Förderzylinder gelangt.
Dickstoffpumpen mit mehr als zwei Förderzylindern zum
Ausgleich von Volumen- und Druckschwankungen im Interesse
der Steigerung des Gleichsförmigkeitsgrades in der Förder
leitung können die Druckschwankungen zwar auf Kosten
eines einfachen mechanischen Aufbaus und einer einfachen
Steuerung zugunsten eines erheblichen technischen Mehr
aufwandes mildern, vermeiden können sie Ungleichförmig
keitsgrade der Förderung jedoch nicht.
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Dickstoff
pumpen, welche Schlämme fördern. Infrage kommen dick
flüssige Kohlenschlämme zur Beaufschlagung von
Feuerungen mit fossilen Brennstoffen, Klärschlämme,
Mörtel und Putzmassen oder dergleichen, vor allem aber
Medien, welche in der Ruhephase ihrer Förderung
zum Festwerden und damit zum Anbacken an den
Wänden von Förderwegen neigen, die zeitweise keinen
Förderstrom führen. Dazu gehören vor allem hydraulisch
abbindende Medien und Schlämme mit puzzolanähnlichen
Eigenschaften. Bei derartigen Stoffen kommt es häufig
auf eine Förderung mit hohem Gleichförmigkeitsgrad an,
weil Druck- und Volumenschwankungen in nachgeschalteten
Einrichtungen, z.B. in Brennern von Feuerungen
Schwierigkeiten erzeugen oder zu erheblichen dynamischen
Beanspruchungen führen, was insbesondere bei großen Förder
höhen der Fall ist.
Zum Ausgleich derartiger Schwankungen verwendet die
Erfindung einen Kolbenspeicher. Kolbenspeicher benutzen
allgemein gesehen einen Zylinder, welcher auf der
Förderleitung aufgebaut ist, in die er mit einer Seite
mündet, während sein anderes Ende von einem beweglichen
Kolben abgeschlossen ist. Solche Kolbenspeicher unterscheiden
sich von Blasenspeichern durch ihren Kolben und von
Windkesseln durch den Abschluß des Fördermediums im
Speicher mit einer festen aber beweglichen Wand. Kolben
speicher lassen praktisch beliebige Förderdrücke zu und
können deswegen mit Pumpen zusammen verwendet werden,
die eine besträchtliche Förderhöhe erreichen.
Die Erfindung geht von einer bekannten Dickstoffpumpe
aus, welche mit einem Kolbenspeicher arbeitet. Hierbei
arbeitet der Speicherkolben mit seiner dem Fördermedium
abgewandten Seite auf ein Druckpolster aus einem hoch
gespannten Gas. Während des Druckhubes der Förder
zylinder füllt sich der Speicherzylinder mit Förder
medium aus der Förderleitung, wobei der Speicherkolben
das Gaspolster komprimiert. Sobald in der Schaltphase
der Druck in der Förderleitung zusammenbricht oder
doch abfällt, drückt das hochgespannte Gaspolster den
Kolben in umgekehrter Richtung und preßt aus dem
Speicherzylinder Fördermedium in die Förderleitung.
Tatsächlich können mit einem derartigen Kolbenspeicher
die Gleichförmigkeitsgrade einer Dickstofförderung ver
bessert werden.
Nachteilig ist jedoch, daß eine vollständige Entleerung
des Speicherzylinders nicht gewährleistet ist. Das hat
unterschiedliche Ursachen, führt aber dazu, daß zum An
backen bzw. zur frühzeitigen Erhärtung neigendes Förder
medium den Speicher vergleichsweise schnell
beeinträchtigt und schließlich blockiert. Dadurch werden
nicht nur der Gleichförmigkeitsgrad der Förderung
verschlechtert, sondern auch Förderstörungen herbei
geführt, die vergleichsweise schwer zu beseitigen sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer
Zweizylinder-Dickstoffpumpe des eingangs beschriebenen
allgemeinen Aufbaus eine Verbesserung des Gleichförmig
keitsgrades der Förderung zu erreichen, welche auch bei einem
Fördermedium, das zum vorzeitigen Erhärten bzw. Anbacken
an Teilen der Förderleitung neigt, einwandfrei
funktioniert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des
Anspruches 1 gelöst. Weitere Merkmale der Erfindung
sind Gegenstand der Unteransprüche.
Da gemäß der Erfindung der Speicherkolben von einem
hydraulischen Arbeitszylinder angetrieben wird, entfällt
ein Gaspolster, welches den Speicherkolben belastet zu
gunsten des unmittelbar mit ihm verbundenen Speicher
antriebskolbens, dessen Zwangssteuerung mit den Förder
zylindern der Dickstoffpumpe dafür sorgt, daß der
Speicherkolben in der Pumpphase zur Füllung des
Speichers im Speicherzylinder zurückgeführt wird und
in der Schaltphase in der Gegenrichtung die Speicher
füllung in die Förderleitung drückt. Dabei sind die End
stellungen des Speicherantriebskolbens hydraulisch fest
gelegt und bestimmen deswegen auch die Endstellungen des
Speicherkolbens, von denen die äußere Extremlage des
Speicherkolbens im Speicherzylinder derart gewählt wird,
daß der Speicher vollständig entleert ist. Da diese End
stellungen in jeder Schaltphase erzwungen werden, kann
das in dem Speicher enthaltene Fördermedium zu keinem
Zeitpunkt erstarren und den Speicher blockieren.
Das für die Energiezufuhr zum Speicherantriebszylinder
erforderliche hydraulische Medium kann von dem Druck
erzeuger der Dickstoffpumpe kommen, deren Förderzylinder
mit hydraulischen Arbeitszylindern unmittelbar an
getrieben sind. Dadurch ergibt sich eine wesentliche
Vereinfachung des Speicherbetriebes, der keine externe
Druckgasquelle benötigt. Die Zwangssteuerung des
Speicherantriebskolbens beseitigt auch die Unregel
mäßigkeiten der Stellung des Speicherkolbens, die sich
insbesondere dann einstellen, wenn die Hubzeiten der
Förderzylinder variabel sind, was bei vielen Dick
stoffpumpen zur Regelung der Fördermengen der Fall ist.
Der Patentanspruch 2 schlägt eine Ausführungsform der
Erfindung vor, welche auf hydraulischem Wege eine der
Dauer der Schaltphase angepaßte kurzzeitige Entleerung
des Speicherzylinders gewährleistet und es außerdem
erlaubt, den Speicherzylinder in der auf die Schaltphase
folgende Pumpphase derart zu füllen, daß sich durch das
in den Speicherzylinder eindringende Fördermedium kein
Druckabfall in der Förderleitung ergibt, was durch eine
entsprechende zeitliche Ausdehnung der Speicherfüllung
bis zu einer Maximalzeit erfolgt, die der Pumpphase ent
sprechen kann aber im Einzelfall wählbar ist. Auf diese
Weise wird eine nahezu vollständige Gleichförmigkeit des
Förderstromes erzielt. Die kurzzeitige Entleerung des
Speichers erfolgt hierbei mit Hilfe des hochgespannten
hydraulischen Arbeitsmediums des Speicherantriebes,
während die längere Dauer der Speicherfüllung durch
die Regelung des Stromes in den Speicherantriebskolben
ringraum erfolgt, in dem der hydraulische Druck in der
gleichen Richtung wie der Druck des Fördermediums auf
den Speicherkolben wirkt und den Speicherantriebskolben
zurückführt. Mit den Merkmalen des Anspruches 3 läßt
sich die Speicherkolbenrücklaufzeit regeln.
Die Ausführungsform der Erfindung nach dem Patent
anspruch 4 erlaubt eine Steuerung des hydraulischen
Druckes auf die Kolbenseite im Speicherantriebszylinder
und damit eine Festlegung der Endleerungszeit des
Speicherzylinders. Der dazu vorgesehene Hydrospeicher
erlaubt außerdem den Ausgleich von Fehlmengen des
hydraulischen Arbeitsmediums für den Speicherantrieb.
Die vorstehend beschriebene Regelung der Füllzeit des
Speicherzylinders wird hydraulisch auf einfache Weise
mit den Merkmalen des Anspruches 5 ermöglicht. Hier
bei erfolgt die Einstellung von Hand, was den Vorteil
einer jederzeit möglichen Anpassung an die Bedingungen
eines konkreten Einsatzfalles der Dickstoffpumpe,
insbesondere auch an wechselnde Voraussetzungen
bietet, die durch das jeweilige Fördermedium geschaffen
werden können.
Der Anspruch 6 bietet dagegen den Vorteil, durch eine
automatische Einstellung des Stromventiles die Speicher
füllung wechselnden Entleerungszeiten der Förderzylinder
anzupassen, welche vor allem dann gegeben sind, wenn
die Dickstoffpumpe auf unterschiedliche Fördermengen
eingestellt wird.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Aus
führungsbeispieles näher erläutert, das in den Schalt
bildern wiedergegeben ist. Es zeigen
Fig. 1 schematisch, d.h. unter Fortlassung aller
für das Verständnis der Erfindung nicht
erforderlichen Einzelheiten den Schaltzu
stand bei der Entleerung des Kolbenspeichers
in die Förderleitung während der Schaltphase
der Förderzylinder und
Fig. 2 den Schaltzustand der bei der Füllung des
Kolbenspeichers aus der Förderleitung in
der Pumpphase der Förderzylinder.
Bei 1 ist die Verbindung zum hydraulischen Druckerzeuger
der hydraulisch angetriebenen Förderzylinder der Dickstoff
pumpe wiedergegeben. Bei 2 stehen Schaltsignale an, die
die Endstellungen der Kolben in den Förderzylindern
bzw. in hydraulischen Antriebszylindern der Dickstoff
pumpe wiedergeben.
Die Förderzylinder der nicht dargestellten Dickstoff
pumpe arbeiten wechselweise auf eine Förderleitung (3),
wobei einer der Förderzylinder den Dickstoff aus einem
Vorfüllbehälter der Pumpe ansaugt, während der andere
Förderzylinder seine vorher angesaugte Füllung in die
Förderleitung (3) drückt. Im unmittelbaren Anschluß an
die Mündung der Förderzylinder, z.B. auf der Oberseite
eines Hosenrohres, welches die Förderung beider Förder
zylinder zusammenführt, ist ein Speicherzylinder (4)
bei (5) angeflanscht. Das gegenüberliegende Ende des
Speicherzylinders (4) ist an einen Arbeitszylinder (7)
angeflanscht, dessen Arbeitskolben (8) einen auf
seiner Kolbenstange (9) befestigten Speicherkolben (10)
antreibt, welcher den Speicherzylinder (4) gegen den
Flansch (6) abschließt.
Zwei Sitzventile (12) und (14) steuern den hydraulischen
Speicherantriebszylinder (7) und sind in der strich
punktierten Linie bei (11) angedeutet. Die Sitzventile
(12) und (14) werden über ein 2/2 Wegeventil vor
gesteuert. Der von der vollen Kolbenfläche abge
schlossene Kolbenraum (11) des Speicherantriebs
zylinders (7) ist unter Umgehung des 2/2 Wegeventils
(15) mit einer Leitung (16) unmittelbar an einen
Hydrospeicher (17) angeschlossen. Aus der Leitung (16)
wird das 2/2 Wegeventil über eine Abzweigung (18) be
aufschlagt. In die Leitung (16) mündet vor dem Wege
ventil (15) die Leitung (19) zum Hydrospeicher (17).
Vor der Leitung (19) liegt der Anschluß (20) an die
vom Druckerzeuger kommende Leitung.
Das 2/2Wegeventil wird mit Hilfe einer hydraulischen
Steuerleitung (22) umgeschaltet. Die Umsteuerung erfolgt
gegen den Druck aus einer Leitung (24), die über eine
Drossel (23) zum Tank entlastet ist.
In der in Fig. 1 wiedergegebenen Schaltphase ist das
2/2 Wegeventil über die Leitung (22) umgestellt, so daß
über die Leitung (18) auf das Sitzventil (12) hydrau
lisches Arbeitsmedium gelangt, um die Druckölver
bindung zu dem von der Ringfläche des Speicher
antriebskolbens (8) verschlossenen Kolbenringraum (11)
des Speicherantriebszylinders (7) zu sperren. Gleich
zeitig wird das Sitzventil (14) auf seiner Rückseite
über die Leitungen (30, 31) zum Tank entlastet, wodurch
es den Weg über die Leitung (27) zum Tank (28) frei
gibt. Unter Umgehung des 2/2 Wegeventiles gelangt da
durch aus dem Hydrospeicher (17) hochgespanntes hydrau
lisches Arbeitsmedium auf die Kolbenseite (15) des
Speicherantriebskolbens, wodurch der Speicherkolben (10)
das im Speicherzylinder (4) enthaltene Volumen an
Fördermedium in die Förderleitung (3) drückt.
Über ein Schaltventil (26) im Speicherantriebszylinder
(7), das von dem Kolben (8) hydraulisch gesteuert ist,
wird die Endlage des Speicherantriebskolbens (8) im
Zylinder (7) gesteuert. Der Schaltpunkt ist so gewählt,
daß das gesamte Volumen des Speicherzylinders (4) in die
Förderleitung (3) gedrückt wird. Die Kolbenringseite
des Speicherantriebszylinders (7) wird über die Leitung
(27) drucklos gemacht. Dadurch ist es möglich, unter
Überwindung des Förderleitungsdruckes den Speicherinhalt
in die Förderleitung (3) zu überführen.
Sobald der Arbeitskolben (8) den Speicherzylinder (4)
ganz entleert hat, steuert das dadurch ausgelöste
Schaltsignal des Ventiles (32) das 2/2 Wegeventil um.
In der folgenden Pumpphase (Fig. 2), bei der das Sitz
ventil (14) über den Speicherdruck geschlossen und
das Sitzventil (12) durch den Speicherdruck geöffnet
ist, steht der hydraulische Arbeitsdruck auf beiden
Seiten des Speicherantriebskolbens (8) an. Der im
Ringraum (25) aufgebaute Druck des hydraulischen
Arbeitsmediums wirkt in gleicher Richtung auf den
Speicherantriebskolben (8) im Zylinder (7) wie der
Förderleitungsdruck auf den Speicherkolben (10) im
Speicherzylinder (4). Dadurch wird der Speicheran
triebskolben (8) in Gegenrichtung bewegt und drückt
hydraulisches Arbeitsmedium über die Leitung (16)
unter Umgehung des 2/2 Wegeventiles (15) in den
Hydrospeicher (17), der aus dem hydraulischen Druck
erzeuger (1) beaufschlagt wird. Dadurch kann sich der
Speicherzylinder (4) mit Medium aus der Druckleitung
(3) zum Ausgleich in der folgenden Umschaltphase
füllen. Durch das Stromregelventil (25) wird die
Rücklaufzeit des Speicherkolbens (10) so eingestellt,
daß sie der Dauer des Förderhubes der Dickstoffpumpe
entspricht, um eine Veränderung der Fördermenge in
folge der Füllung des Speichers zu verhindern.
Die Rücklaufzeit des Arbeitskolbens (8) zur Füllung
des Speichers (4) kann durch eine Verstellung des
Stromregelventiles (25) von Hand eingestellt werden.
Diese Verstellung kann jedoch auch automatisch er
folgen mit dem Ziel, die Rücklaufzeit des Speicher
kolbens wechselnden Hubzeiten der Dickstoffpumpe
anzupassen.
Anstelle der hydraulischen Druckumsteuerung des
2/2 Wegeventiles kann die Umsteuerung auch elektrisch
über Endschalter vorgenommen werden.
Claims (7)
1. Zweizylinder-Dickstoffpumpe mit
Kolbenspeicher, welcher während der Dick
stofförderung mit den Förderzylindern ge
füllt und zwischen den Hüben der Förder
kolben in die Förderleitung zur Ver
minderung des Druckabfalls und der Fehl
fördermenge in der Förderleitung durch den
druckmittelgesteuerten Speicherkolben ent
leert wird, dadurch gekennzeichnet, daß
zur Druckmittelsteuerung (2) des Speicher
kolbens (10) ein beidseitig hydraulisch
beaufschlagbarer Arbeitskolben (8) dient,
der mit den Förderzylindern gesteuert ist
und dessen Endlagen mit den Endlagen des
Speicherkolbens (10) bei vollständig ent
leertem und bei gefülltem Speicher
zylinder (4) am Speicherantriebszylinder
(7) festgelegt sind.
2. Zweizylinder-Dickstoffpumpe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß in der Schalt
phase der Förderzylinder und Entlastung der
Speicherantriebskolbenringfläche (25) die
zur Entleerung des Speicherzylinders (4)
dienende Speicherantriebskolbenfläche (15)
mit hochgespanntem hydraulischen Druck be
lastet ist, während in der Pumpphase unter
Druckbeaufschlagung der Speicherantriebs
kolbenringfläche (25) und des Speicher
kolbens (10) durch das Fördermedium
der Speicherantriebskolben (8) gegen den
hydraulischen Druck auf die Speicher
antriebskolbenfläche in seine Ausgangs
stellung für die folgende Schaltphase der
Förderzylinder zurückweicht.
3. Zweizylinder-Dickstoffpumpe nach einem der
Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Zeit des Rücklaufes des Speicher
antriebskolbens (8) in die Ausgangsstellung
für die Schaltphase der Förderzylinder durch
Einstellung des Stromes in den Speicher
antriebskolbenringraum (11) regelbar ist.
4. Zweizylinder-Dickstoffpumpe nach einem oder
mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß in die Druckmittel
zuleitung (16) zum Speicherantriebskolben
raum (6) ein Hydrospeicher (17) eingebaut
ist.
5. Zweizylinder-Dickstoffpumpe nach einem oder
mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß ein zur Einstellung der
Rücklaufzeit des Speicherantriebskolbens
(8) dienendes Stromventil (25) von Hand
derart einstellbar ist, daß die End
stellung des Speicherkolbens (10) gegen
Ende der Pumpphase erreicht wird.
6. Zweizylinder-Dickstoffpumpe nach einem
oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß das Strom
ventil (25) selbsttätig in Abhängig
keit von der Kolbengeschwindigkeit der
Pumpe steuerbar ist.
7. Zweizylinder-Dickstoffpumpe nach einem
oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung
des Speicherantriebskolbens (8) Sitz
ventile (12, 14) und ein Wegeventil (15)
dienen, welches von dem Förderzylinder
und von einem Schaltventil (32) gesteuert
ist, das zur Festlegung der Endstellungen
des Speicherantriebskolbens (8) dient.
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