DE1162855B

DE1162855B - Hochdruck-Kolbenpumpe fuer tiefkalte Fluessigkeiten

Info

Publication number: DE1162855B
Application number: DEM53248A
Authority: DE
Inventors: Paul Duron
Original assignee: Maschinenfabrik Burckhardt AG
Current assignee: Burckhardt Compression AG
Priority date: 1961-06-19
Filing date: 1962-06-18
Publication date: 1964-02-13

Description

Hochdruck Kolbenpumpe für tiefkalte Flüssigkeiten Der Bau von Hochdruckpumpen für tiefkalte Flüssigkeiten stellt eine Reihe von besonderen Problemen, die sich aus der Natur der Aufgabe ergeben.
Bei sehr tiefer Temperatur verflüssigte Gase, z. B. Sauerstoff oder Stickstoff, müssen bei einer Temperatur gepumpt werden, die nur wenig von der Verdampfungstemperatur verschieden ist. Infolgedessen wird bei einer Druckerniedrigung die Verdampfungstemperatur unterschritten, und die Flüssigkeit beginnt spontan zu verdampfen. Dadurch wird der Betrieb der Pumpe unmöglich, weil am Ende des Saughubes der Zylinder nicht mehr mit Flüssigkeit, sondern größtenteils oder ganz mit Dampf gefüllt ist.
Es ist also erforderlich, die Pumpe mit einem Ansaugeventil auszurüsten, das einen möglichst geringen Durchgangswiderstand aufweist.
Weiter ist es notwendig, die Pumpe mit geringem schädlichem Raum zu bauen. Das im schädlichen Raum eingeschlossene Volumen ruß nach der Beendigung des Druckhubes auf den Saugdruck entspannt werden, bevor das Saugventil öffnen kann. Hierbei wird auch die im schädlichen Raum eingeschlossene Flüssigkeit zu verdampfen beginnen, und der volumetrische Wirkungsgrad der Pumpe wird dadurch stark beeinträchtigt, wenn der schädliche Raum zu groß ist.
Schließlich ist es notwendig, derartige Pumpen, die bei sehr tiefer Temperatur arbeiten müssen, gegen Wärmeeinstrahlung von außen zu schützen. Es ist klar, daß die Verdampfungsneigung der Flüssigkeit erhöht wird, wenn der Pumpenkörper oder die angesaugte Flüssigkeit selbst durch Wärmeeinstrahlung aus der Umgebung erwärmt wird.
Es sind Pumpen für tiefkalte, verflüssigte Gase bekannt, die versuchen, diese Probleme auf verschiedene Art zu lösen.
Bei einigen Pumpen wird ein geringer schädlicher Raum dadurch erreicht, daß ein Saugventil überhaupt vermieden wird und daß an Stelle davon der Kolben am Ende des Saughubes Schlitze freilegt, durch welche die Flüssigkeit nachströmt. Es sind ebenfalls Einrichtungen bekannt, bei denen der Antrieb dieses Kolbens nicht durch ein Kurbelgetriebe erfolgt, sondern durch einen besonderen Mechanismus, durch den der Kolben im äußeren Totpunkt längere Zeit stillsteht, so daß der Flüssigkeit mehr Zeit gegeben wird, durch die Schlitze in den Zylinder einzutreten und ihn vollständig zu füllen. Weiterhin sind Pumpen bekannt, bei denen die Einstrahlung von äußerer Wärme durch eine dicke Schicht von Isoliermaterial verhindert werden soll. Dies hat jedoch den Nachteil, daß die Abkühlungsdauer der Pumpe bedeutend verlängert wird.
In der österreichischen Patentschrift 212 706 ist eine andere Pumpe für verflüssigte Gase beschrieben, bei der ein geringer schädlicher Raum dadurch erreicht werden soll, daß das Saugventil in eine Höhlung des Kolbens hineinragt. Die in dieser Patentschrift beschriebene Pumpe ist eine sogenannte untergetauchte Pumpe, d. h., der Zylinder ist sehr lang ausgeführt und befindet sich im Innern des Flüssiggastanks, während der Antriebsmechanismus sich außerhalb befindet. Bei dieser Anordnung ist es infolgedessen nicht notwendig, die Pumpe abzukühlen, wenn sie in Betrieb genommen werden soll. Indessen entstehen ständige Wärmeverluste durch die wärmeleitenden Querschnitte des Zylinders, durch welche Wärme von außen in den Flüssiggastank hineinfließt. Außerdem ist die Zugänglichkeit dieser Pumpe nicht gut, da sie vor einer Demontage aus dem Flüssiggastank herausgenommen und aufgetaut werden ruß.
Die Erfindung bezweckt, derartige Pumpen zu verbessern und eine Pumpe zu schaffen, die nicht im Flüssiggastank untergetaucht werden ruß, sondern getrennt aufgestellt werden kann, und die trotzdem geringe Wärmeverluste und eine kurze Abkühlzeit hat. Die Erfindung betrifft eine Hochdruck-Kolbenpumpe für tiefkalte Flüssigkeiten mit einem zentrisch angeordneten Druckventil und einem konzentrisch zu diesem vorgesehenen ringförnügen Saugventil. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß das Saugventil mit einer ringförmigen Zulaufkammer verbunden ist, welche konzentrisch von einer mit Gas gefüllten Kammer umgeben ist, die mit der Zulaufkammer und mit Leckgassammelstellen im Zylinder in Verbindung steht.
Gemäß der Erfindung ist sowohl der Zylinder als auch der Ventilkopf von einem Mantel kalten Gases umgeben, welches die Wärmeeinströmung von außen verhindert bzw. eingeströmte Wärme unschädlich abführt, bevor sie in das Innere der Pumpe gelangen kann. Ferner wird durch die Art der Ventile ein besonders großer Querschnitt des Saugventils sowie ein besonders kleiner schädlicher Raum erreicht.
Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Hochdruck-Kolbenpumpe gemäß der Erfindung dar. Selbstverständlich ist diese Zeichnung schematisch, und der Erfindungsgedanke kann auch in anderer Form verwirklicht werden.
F i g. 1 zeigt eine Verdampfungsanlage mit dieser Hochdruck - Kolbenpumpe für das Pumpen einer Flüssigkeit von tiefer Temperatur; F i g. 2 ist ein vergrößert gezeichneter Längsschnitt der Pumpe in F i g. 1.
Die Anlage gemäß F i g. 1 setzt sich aus folgenden vier Hauptteilen zusammen: einem Behälter T als Speicher für die tiefkalte Flüssigkeit und für den Dampf, einem Verdampfer V, in den die geförderte, unter Druck stehende Flüssigkeit geleitet wird, einer Kolbenvorrichtung P und einem Ventilkopf H.
In F i g. 2 ist mit 5 der Zylinder und mit 6 der Kolben der Kolbenvorrichtung bezeichnet. 7 ist ein Saugventil, das sich auf der Kolbenstirnseite befindet, und 8 sind die Saugkanäle im Ventilkopf H. Die Flüssigkeit wird aus dem Tank T angesaugt, fließt durch das Rohr 9 (F i g. 1), die Saugkammer 10 im Ventilkopf H, die ringförmige, konzentrisch zur Kolbenachse angeordnete Zulaufkammer 11 und endlich durch die Kanäle bis zu den Eintrittsstellen, die während des Druckhubes vom Saugventil 7 gesperrt sind. Das Saugventil 7 wird von einer Schraubenfeder 12 gegen die Öffnungen der Kanäle 8 gepreßt. Während der Saugperiode wird die Feder 12 zusammengedrückt, und Flüssigkeit wird durch die Saugkanäle 8 in den Zylinder 5 gesaugt.
Das Kolbenende 6' des Kolbens 6 ist so geformt, daß es genau in die Bohrung 7' im Saugventil 7 paßt. Während des Druckhubes tritt also das Kolbenende in die Bohrung des Saugventils 7 hinein, welche zugleich die Öffnung des Auslaßventils ist, von dem gleich die Rede sein wird.
13 ist ein Auslaßventil, das mittels einer Schraubenfeder 14 gegen einen Auslaßkanal 15 gepreßt wird. Das Ventil 13 hat auf einer Seite ein flaches Ende, das durch eine Feder 16 gegen den Kanal 15 gepreßt wird, um das Auslaßventil zu schließen. Während der Ausstoßperiode tritt die Flüssigkeit durch im beweglichen Ventilkörper 13 vorgesehene Nuten aus. Durch die Kombination von vorstehendem Kolbenende 6', der dazu passenden Bohrung 7' und der konzentrischen Anordnung des Auslaßventils mit dem ringförmigen Saugventil 7 wird der schädliche Raum im Zylinder auf ein Minimum reduziert.
Wie aus F i g. 2 ersichtlich ist, verbindet eine Bohrung 17 den oberen Teil der Zulaufkammer 11 mit einer zweiten Kammer 18. Dadurch kann man Dampf aus der angesaugten Flüssigkeit entfernen, indem man ihn aus der Kammer 11 in eine Gasaustrittskammer 19 führt und von dort durch die Austrittsleitung 20 in den oberen, Dampf enthaltenden Teil des Behälters T leitet.
Das während des Druckhubes am Kolben 6 vorbeistreichende Leckgas gelangt durch Bohrungen 21, die Kammern 18 und 19 und die Leitung 20 in den Behälter T.
Durch die Zulaufkammer 11 wird erreicht, daß während der Saugperiode nur Flüssigkeit durch die Kanäle 8 und durch das Saugventil 7 in den Zylinder 5 gesaugt wird, während etwaiger Dampf in den Tank T zurückgeführt wird.
Durch die Anordnung der Leckgaskanäle werden die kalten Teile der Pumpe gegen Wärmezufuhr von außen geschützt. Die Zulaufkammer 11 ist umgeben von der Kammer 18; der Zylinderraum ist umgeben von zahlreichen Bohrungen 21.
Das Leckgas, welches durch die Bohrungen 21 und die Kammer 18 in den Tank T zurückfließt, wird also die aus der Umgebung eintretende Wärme aufnehmen und in den Tank führen, so daß die Wärme nicht in das Innere des Zylinders eintreten kann und eine Verdampfung der im Zylinder 5 befindlichen Flüssigkeit verhindert wird.

Claims

Patentansprüche: 1. Hochdruck - Kolbenpumpe für tiefkalte Flüssigkeiten mit einem zentrisch angeordneten Druckventil und einem konzentrisch zu diesem vorgesehenen ringförmigen Saugventil, dadurch gekennzeichnet, daß das Saugventil(7) mit einer ringförmigen Zulaufkammer (11) verbunden ist, welche konzentrisch von einer mit Gas gefüllten Kammer (18) umgeben ist, die mit der Zulaufkammer (11) und mit Leckgassammelstellen im Zylinder (5) in Verbindung steht.
2. Hochdruck-Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zulaufkammer (11) an der obersten Stelle mittels einer Bohrung (17) mit der Kammer (18) verbunden ist.
3. Hochdruck-Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (5) eine Anzahl von Bohrungen (21) aufweist, welche in die Kammer (18) führen.
4. Hochdruck-Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (6) mit seinem Kolbenende (6') in die Bohrung (7') des Saugventils (7) paßt. In Betracht gezogene Druckschriften: Österreichische Patentschrift Nr. 212 706.