Zweizylinder-Dickstoffpumpe mit Kolbenspeicher

Abstract

 Bei einer Zweizylinder-Dickstoffpumpe mit Kolben­speicher, welcher während der Dickstoffförderung mit den Förderzylindern gefüllt und zwischen den Hüben der Förderkolben in die Förderleitung zur Verminderung des Druckabfalls und der Fehlförder­menge in der Förderleitung durch den druckmittelge­steuerten Speicherkolben entleert wird, ist erfin­dungsgemäß vorgesehen, daß zur Druckmittelsteuerung (2) des Speicherkolbens (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 entleertem und bei gefülltem Speicher­zylinder (4) am Speicherantriebszylinder (7) festge­legt sind.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Zweizylinder-Dickstoffpumpe mit Kolbenspeicher gemäß dem Oberbegriff des Patent­anspruches 1.

[0002] Die erfindungsgemäße Zweizylinder-Dickstoffpumpe gleicht mit ihrem Kolbenspeicher Druck- und Volumenschwankungen in der Förderleitung aus, die zwischen den Förderhüben der miteinander zusammenwirkenden Förderzylinder ent­stehen. 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, je­doch 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 Bickstoffe in die Förderleitung und gleicht dadurch den Druck- und Volumenverlust der Umschaltphase wenigstens zum Teil wieder aus.

[0003] Die erfindungsgemäßen Zweizylinder-Dickstoffpumpen unterscheiden sich dadurch von Kolbenpumpen, welche mit wenigstens drei oder noch mehr Förderzylindern den Gleichförmigkeitsgrad der Dickstoffförderung zu verbessern versuchen, weil bei derartigen Pumpen­konstruktionen 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 Druchschwankungen im Interesse der Steigerung des Gleichsförmigkeitsgrades in der För­derleitung können die Druckschwankungen zwar auf Kosten eines einfachen mechanischen Aufbaus und einer einfachen Steuerung zugunsten eines erheblichen technischen Mehr­aufwandes mildern, vermeiden können sie Ungleichförmig­keitsgrade der Förderung jedoch nicht.

[0004] Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Dickstoff­pumpen, welche Schlämme fördern. Infrage kommen dick­flüssige 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 För­derhöhen der Fall ist.

[0005] 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. Kolben­speicher lassen praktisch beliebige Förderdrücke zu und können deswegen mit Pumpen zusammen verwendet werden, die eine besträchtliche Förderhöhe erreichen.

[0006] 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 hoch­gespannten Gas. Während des Druckhubes der Förder­zylinder füllt sich der Speicherzylinder mit Förder­medium 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 Dickstoffförderung ver­bessert werden.

[0007] Nachteilig ist jedoch, daß eine vollständige Entleerung des Speicherzylinders nicht gewährleistet ist. Das hat unterschiedliche Ursachen, führt aber dazu, daß zum An­backen bzw. zur frühzeitigen Erhärtung neigendes Förder­medium den Speicher vergleichsweise schnell beeinträchtigt und schließlich blockiert. Dadurch werden nicht nur der Gleichförmigkeitsgrad der Förderung verschlechtert, sondern auch Förderstörungen herbei­geführt, die vergleichsweise schwer zu beseitigen sind.

[0008] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Zweizylinder-Dickstoffpumpe des eingangs beschriebenen allgemeinen Aufbaus eine Verbesserung des Gleichförmig­keitsgrades der Förderung zu erreichen, welche auch bei einem Fördermedium, das zum vorzeitigen Erhärten bzw. Anbacken an Teilen der Förderleitung neigt, einwandfrei funktioniert.

[0009] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

[0010] Da gemäß der Erfindung der Speicherkolben von einem hydraulischen Arbeitszylinder angetrieben wird, entfällt ein Gaspolster, welches den Speicherkolben belastet zu­gunsten des unmittelbar mit ihm verbundenen Speicher­antriebskolbens, dessen Zwangssteuerung mit den Förder­zylindern 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 Speicher­füllung in die Förderleitung drückt. Dabei sind die End­stellungen des Speicherantriebskolbens hydraulisch fest­gelegt 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 End­stellungen in jeder Schaltphase erzwungen werden, kann das in dem Speicher enthaltene Fördermedium zu keinem Zeitpunkt erstarren und den Speicher blockieren.

[0011] Das für die Energiezufuhr zum Speicherantriebszylinder erforderliche hydraulische Medium kann von dem Druck­erzeuger der Dickstoffpumpe kommen, deren Förderzylinder mit hydraulischen Arbeitszylindern unmittelbar an­getrieben sind. Dadurch ergibt sich eine wesentliche Vereinfachung des Speicherbetriebes, der keine externe Druckgasquelle benötigt. Die Zwangssteuerung des Speicherantriebskolbens beseitigt auch die Unregel­mäßigkeiten der Stellung des Speicherkolbens, die sich insbesondere dann einstellen, wenn die Hubzeiten der Förderzylinder variabel sind, was bei vielen Dick­stoffpumpen zur Regelung der Fördermengen der Fall ist.

[0012] 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 ent­sprechen 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 Speicherantriebskolben­ringraum 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.

[0013] Die Ausführungsform der Erfindung nach dem Patent­anspruch 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.

[0014] Die vorstehend beschriebene Regelung der Füllzeit des Speicherzylinders wird hydraulisch auf einfache Weise mit den Merkmalen des Anspruches 5 ermöglicht. Hier­bei 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.

[0015] 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.

[0016] Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Aus­führungsbeispieles näher erläutert, das in den Schalt­bildern wiedergegeben ist. Es zeigen

Fig. 1 schematisch, d.h. unter Fortlassung aller für das Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Einzelheiten den Schaltzu­stand 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.

[0017] Bei (1) ist die Verbindung zum hydraulischen Druckerzeu­ger der hydraulisch angetriebenen Förderzylinder der Dickstoffpumpe wiedergegeben. Bei (2) stehen Schaltsig­ nale an, die die Endstellungen der Kolben in den Förder­zylindern bzw. in hydraulischen Antriebszylindern der Dickstoffpumpe wiedergeben.

[0018] Die Förderzylinder der nicht dargestellten Dickstoff­pumpe 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 Förder­zylinder 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.

[0019] Zwei Sitzventile (12) und (14) steuern den hydraulischen Speicherantriebszylinder (7) und sind in der strich­punktierten Linie bei (11) angedeutet. Die Sitzventile (12) und (14) werden über ein 2/2 Wegeventil vor­gesteuert. Der von der vollen Kolbenfläche abge­schlossene 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) be­aufschlagt. In die Leitung (16) mündet vor dem Wege­ventil (15) die Leitung (19) zum Hydrospeicher (17). Vor der Leitung (19) liegt der Anschluß (20) an die vom Druckerzeuger kommende Leitung.

[0020] Das 2/2 Wegeventil 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.

[0021] 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) hydrau­lisches Arbeitsmedium gelangt, um die Druckölver­bindung zu dem von der Ringfläche des Speicher­antriebskolbens (8) verschlossenen Kolbenringraum (11) des Speicherantriebszylinders (7) zu sperren. Gleich­zeitig 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) frei­gibt. Unter Umgehung des 2/2 Wegeventiles gelangt da­durch aus dem Hydrospeicher (17) hochgespanntes hydrau­lisches Arbeitsmedium auf die Kolbenseite (15) des Speicherantriebskolbens, wodurch der Speicherkolben (10) das im Speicherzylinder (4) enthaltene Volumen an Fördermedium in die Förderleitung (3) drückt.

[0022] 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.

[0023] 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 Sitz­ventil (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 Speicheran­triebskolben (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 Druck­erzeuger (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 in­folge der Füllung des Speichers zu verhindern.

[0024] Die Rücklaufzeit des Arbeitskolbens (8) zur Füllung des Speichers (4) kann durch eine Verstellung des Stromregelventiles (25) von Hand eingestellt werden.

[0025] Diese Verstellung kann jedoch auch automatisch er­folgen mit dem Ziel, die Rücklaufzeit des Speicher­kolbens wechselnden Hubzeiten der Dickstoffpumpe anzupassen.

[0026] Anstelle der hydraulischen Druckumsteuerung des 2/2 Wegeventiles kann die Umsteuerung auch elektrisch über Endschalter vorgenommen werden.

Ansprüche

1. Zweizylinder-Dickstoffpumpe mit Kolbenspeicher, welcher während der Dick­stoffförderung mit den Förderzylindern ge­füllt und zwischen den Hüben der Förder­kolben in die Förderleitung zur Ver­minderung des Druckabfalls und der Fehl­fördermenge in der Förderleitung durch den druckmittelgesteuerten Speicherkolben ent­leert wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Druckmittelsteuerung (2) des Speicher­kolbens (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 ent­leertem und bei gefülltem Speicher­zylinder (4) am Speicherantriebszylinder (7) festgelegt sind.

2. Zweizylinder-Dickstoffpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Schalt­phase der Förderzylinder und Entlastung der Speicherantriebskolbenringfläche (25) die zur Entleerung des Speicherzylinders (4) dienende Speicherantriebskolbenfläche (15) mit hochgespanntem hydraulischen Druck be­lastet ist, während in der Pumpphase unter Druckbeaufschlagung der Speicherantriebs­ kolbenringfläche (25) und des Speicher­kolbens (10) durch das Fördermedium der Speicherantriebskolben (8) gegen den hydraulischen Druck auf die Speicher­antriebskolbenfläche in seine Ausgangs­stellung 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 Speicher­antriebskolbens (8) in die Ausgangsstellung für die Schaltphase der Förderzylinder durch Einstellung des Stromes in den Speicher­antriebskolbenringraum (11) regelbar ist.

4. Zweizylinder-Dickstoffpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die Druckmittel­zuleitung (16) zum Speicherantriebskolben­raum (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 End­stellung 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 Strom­ventil (25) selbsttätig in Abhängig­keit 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) Sitz­ventile (12, 14) und ein Wegeventil (15) dienen, welches von den Förderzylinder und von einem Schaltventil (32) gesteuert ist, das zur Festlegung der Endstellungen des Speicherantriebskolbens (8) dient.

Zeichnung