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CN102648376A - 活塞构件、包括活塞构件的设备和活塞构件与设备的方法与用途 - Google Patents

活塞构件、包括活塞构件的设备和活塞构件与设备的方法与用途 Download PDF

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CN102648376A CN2010800466980A CN201080046698A CN102648376A CN 102648376 A CN102648376 A CN 102648376A CN 2010800466980 A CN2010800466980 A CN 2010800466980A CN 201080046698 A CN201080046698 A CN 201080046698A CN 102648376 A CN102648376 A CN 102648376A
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Abstract

一种活塞构件(1、1′、1″)，包括设有活塞(3、3′、3″)的活塞杆(4)，该活塞(3、3′、3″)用于在缸筒(5、6、7、5′、6′、7′、5″、6″、7″)内往复移动，所述活塞(3、3′、3″)将缸筒腔(34a、34a′、34a″、34b、34b′、34b″)分成具有与活塞(3、3′、3″)相对的近侧封盖端(35a、35a′、35a″)的近侧缸筒腔(34a、34a′、34a″)和具有与活塞(3、3′、3″)相对的远侧缸筒端(35b、35b′、35b″)的远侧缸筒腔(34b、34b′、34b″)。活塞构件包括至少一个密封环(8、8′、8″)或座，所述密封环或座在远侧缸筒腔(34b、34b′、34b″)内布置在远侧缸筒端(35b、35b′、45″)处。优选地，三个连贯的活塞构件(1、1′、1″)在用于向气化器运输煤粉的设备中布置成连续地操作。活塞在缸筒内的移动被相对于彼此控制，以向高压反应器运输分配的煤粉批量。

Description

活塞构件、包括活塞构件的设备和活塞构件与设备的方法与用途
技术领域
本发明涉及一种包括活塞杆的活塞构件，所述活塞杆设有在缸筒内往复移动的活塞，所述活塞将缸筒腔分成具有与活塞相对的近侧封盖端的近侧缸筒腔和具有与活塞相对的远侧缸筒端的远侧缸筒腔。
本发明还涉及一种用于向诸如气化器或反应器的接收器连续运输分配的材料批量的设备。
本发明还涉及在高压下向诸如气化器或反应器的接收器连续运输分配的材料批量的方法。
尤其地，本发明涉及用于运输煤粉及其他固体材料的设备和方法的用途。
背景技术
化石燃料、生物质或废料的气化当前广泛地在工业规模上用于发电。气化依赖于在高于700℃的高温的化学过程，这在连续向气化器供给原材料时、尤其地由于有毒的爆炸性气体的存在，所以对安全规则提出高的要求。在气化器中，含碳原材料经历多个不同的过程。首先，随着含碳粒子变热，发生热解过程。释放挥发性气体，并产生炭，导致煤的重量损失。该过程取决于含碳材料的特性，并决定随后将经历气化反应的炭的结构和成分。接下来，挥发性产物和一些炭与氧反应，以在燃烧过程中形成二氧化碳和一氧化碳，这为随后的气化反应提供热，在该气化反应中，炭与二氧化碳和蒸汽反应，以产生一氧化碳和氢。通过将氧或空气引入气化系统，有机材料被转变成一氧化碳和能量，用于驱动将有机材料进一步转变成氢和附加的二氧化碳的二次反应。
然而，由于高的设备成本和差的材料特定，所以固体进入高压反应器的供给总是困难的。作为用于克服压力进行供给的最常用方案的活底料斗具有的严重问题在于加压和转移所使用的惰性气体的消耗非常高。这对于供给具有低的密度或具有形成桥接的趋势的固体尤其如此。活底料斗的一个另外的主要缺点是该活底料斗是分批式操作。由于料斗之间的阀必须在移动的同时在高的固体浓度下可操作，所以阀在操作条件下经受附着和密封失效。由于硬的固体在压差的影响下从中通过的快速移动，减压阀和通风管线经受严重的磨蚀条件。因此，这样的系统经受顺序控制失效，并且由于高的成本而不适于连续操作。
EP 1 425 089涉及一种用于微粒产品在不同的压力区之间的转移的方法和设备。在流槽(sluice)系统中，微粒产品首先被运输通过分配装置，该分配装置产生由均匀的颗粒自由空间分开的均匀的产品部分的序列。随后，所述产品部分被分别地运输通过流槽装置，该流槽装置包括至少一个流槽腔和两个空气阀，所述空气阀中的至少一个空气阀在任何时候确保两个压力区之间的压力密闭屏障，并且产品部分借助于轴线实际上与流槽腔的轴线成一直线的活塞螺旋推进器而从第一区被强制加载到流槽腔中，并且产品部分借助于所述活塞螺旋推进器或活塞或者借助于以比第二压力区的压力高的压力供应的气体、蒸汽或液体而被强制从流槽腔卸载并进入第二压力区。在EP 1 425 089中描述的设备的密封面非常易于磨损，导致设备易于泄漏。如果气体用作压力流体，则当必须使流槽腔减压以便再次装填时，必须释放在流槽腔中被压缩的气体。因此，来自流槽腔的气体在每个活塞冲程期间被释放至大气。这意味着设备仅可装入不可燃、不可爆或者无毒的大气，或者惰性排气的消耗、即由供给机构中的任何泄露产生的气体的消耗将非常高。
发明内容
在根据本发明的主要方面中，提供一种活塞构件、设备和方法，借助于所述活塞构件、设备和方法能补救现有技术的不利。
在根据本发明的第二方面中，提供一种活塞构件、设备和方法，借助于所述活塞构件、设备和方法能在无安全风险的情况下将材料运输到易燃、可爆和/或有毒的气氛中。
在根据本发明的第三方面中，提供一种具有比迄今已知更低的磨损频率的活塞构件和设备。
在根据本发明的第四方面中，提供一种能以最低的成本和最短的停工时间更换设备部件的设备。
在根据本发明的第五方面中，提供一种活塞构件、设备和方法，借助于所述活塞构件、设备和方法，能在无阻塞的情况下向包括气化器或反应器的接收器运输可燃材料的微细颗粒。
在根据本发明的第六方面中，提供一种用于在无桥接的情况下向热的接收器连续运输分配的材料批量的设备。
由此根据本发明实现的以上方面中的至少一个方面的新颖独特的特征在于，优选地为韧性密封环或韧性座的至少一个密封环或座在远侧缸筒腔内布置在远侧缸筒端处。
在本发明的范围内，“韧性材料”被限定为具有可塑性变形而不断裂的机械特性的材料。
韧性密封环或韧性座借助于力在向前活塞冲程中被活塞碰撞，导致韧性密封环或韧性座变形，使得在缸筒腔、韧性密封环或座与活塞的接触面之间形成液密密封。座可由内缸筒壁上的环形突起构成，或者可由单独的嵌件密封环构成。在第一种情况下，必须替换整个缸筒部，在后一种情况下，仅需要替换密封环。在两种情况下，座或密封环构成缸筒腔的直径减小的环形突出端部，该端部在向前活塞冲程的终端处被活塞碰撞，所述活塞运输在其前面的材料。因此，活塞构件设计有比活塞的轴向长度长的活塞行程。
由于韧性密封环或韧性座的材料的韧性，所述韧性密封环或韧性座在返回活塞冲程期间恢复其初始构造。因此，韧性密封环或韧性座用作有利地移动的座，用于使活塞与缸筒密封地接合。其中在被活塞碰撞时形成韧性密封环或韧性座足够的变形的活塞构件的优选实施例包括：由例如硬化钢的硬金属制成的活塞；和由例如奥氏体不锈钢的韧性金属制成的韧性密封环或韧性座。奥氏体不锈钢具有高的韧性和高的极限抗拉强度，导致在活塞构件的部件与韧性密封环或韧性座之间的非常可靠的金属-金属密封，其中韧性密封环或韧性座有利地在每个活塞冲程之后再生。该实施例适用于向高压接收器运输固体可燃材料。
在密封环或座由非韧性金属制成的情况下，所述密封环或座可能不能够恢复其形状，但由于在活塞构件的部件与密封环或座之间紧密的金属-金属密封，所以密封能力仍存在并且可靠。在该实施例中，密封环或座可与缸筒一起铸造。
与常常延长在维修期间的停工时间的传统设备形成对比，不管密封环或座是否由韧性材料制成，一旦磨损需要维持可靠的密封，就能以低的成本替换密封环或座。
这样的密封环或座的另一优点是，能打破或切割沉积物、聚集物或任何异物，而在对于密封部件即密封环或座的密封特性没有不利后果。密封环或座的边缘在被活塞碰撞时用作用于在缸筒中存在的任何运输材料的切刀，因而密封环或座的另外的内在有利特性是作为用于防止缸筒中的堵塞和积聚的工具。
有利地，活塞可具有面朝远侧缸筒腔的位于前方的鼻部，以补偿活塞的体积与材料在其向接收器运输的过程中进入的中间隔室的总体积的差异。运输可以连贯分配的体积批量连续进行，每个分配的体积批量大致与中间隔室的体积对应，以便运输过程维持压力为中性的。因此，鼻部优选地设计成使得当鼻部突出在所述中间隔室内时，中间隔室的总体积变得接近活塞的体积。由于当以彼此流体连通的方式耦联两个管状构件时需要的耦联凸缘，并且由于活塞和供给腔的制造公差，所以出现体积之间的差异。通过合适地确定突出鼻部关于大小和形状的尺寸，能获得对活塞与中间隔室的体积之间的上述体积比的控制。鼻部可具有不影响活塞冲程或者妨碍活塞的往复运动的任何便利的设计，因而有利地同样不阻止活塞绕活塞轴线旋转，以进一步确保活塞上的鼻部对于多个合作的活塞构件的余隙角和余隙面积。
在优选的实施例中，鼻部具有轴向切口或轴向凹陷，所述轴向切口或轴向凹陷构造成为另一活塞提供空间，所述另一活塞与装备有鼻部的活塞垂直地往复移动。
如稍后更详细地描述地，示例性中间隔室例如是由大致彼此垂直布置的连贯往复移动的合作活塞构件建立的临时中间隔室。作为体积比的示例，如果中间隔室的体积与活塞的体积之间的比率为11∶10，则活塞构件在10巴的背压时具有气体的零运输。由于固体材料占据中间隔室中的一些体积，所以能够获得达到100巴的反应器压力的中性压力。
通常地，供给加压反应器的合作活塞构件的流槽系统不是密闭的并导致气体的流动，因而诸如一氧化碳的气态物质泄漏至周围环境，或者大气被引入流槽系统的操作过程中。在传统的活塞构件应用中，在一段时期的操作之后常常检测到线性密封的功能性的下降。当活塞与非常有磨蚀性的诸如生物质或煤粉的固体材料接触时，该时段可能不可接受地短。
如果活塞构件突然停止以液密方式的操作，则活塞构件可具有与活塞构件直接或间接连通的、用于检测加压气体或流体从反应器或通过缸筒腔的泄露的装置。
用于检测加压气体或流体的泄露的装置的示例性实施例可包括与加压腔流体连通的压力测量仪器，所述加压腔由活塞与缸筒的内壁之间的周向余隙和布置在缸筒腔的壁中或缸筒腔的壁处的两个间隔开的环形密封构件界定。
对于在本申请中的使用，术语“加压腔”被理解为具有高于周围环境压力的压力的腔。
最后，在活塞筒腔的端部处的密封环或座，即位于活塞冲程的终端处的密封环在许多活塞冲程期间例如由于磨损变成无效的或者有缺陷的，或者由于与较硬部件接触被损坏。此时，非常重要的是立即替换密封环或座。因此，泄露的早期检测对于活塞构件有效、有利并且有益的操作是至关重要的。此外，空气或气体经由裂缝、裂纹、差的焊接部或者经由差的凸缘耦联从活塞构件逸出，以及空气可在这样的位置处进入活塞构件。在任何情形下，空气或气体将导致检测区中的油压升高或降低并立即显示已出现泄漏。因此，压力偏离固定的标准压力或压力区间的任何指示是泄漏存在的指示。
如果压力测量仪器经由管道与加压腔流体连通，则构成线性密封的加压腔可用处于比接收器处的压力高的油压的加压油装填。间隔开的环形密封构件可布置在所述管道的相对侧上，以提供具有延长的寿命的可靠加压腔。与密封环或座相对，可始终给活塞加油。如果往复移动系统中的压力下降到低于诸如在接收器处的压力的期望的水平，则由于气态物质被迫或者自动地经由到压力测量仪器的油管逸入加压腔，所以立即检测到往复移动系统的任何部分中的泄露。压力测量仪器可触发关于压力已下降到不希望的水平并且需要采取措施以补救泄露的原因的警报或其他指示。
优选地，环形密封是指构件是布置在缸筒腔的内部环形壁中的凹进中的唇形密封件或一个或更多个O型环。唇形密封件具有柔性唇缘，所述柔性唇缘磨擦往复移动的活塞，以防止油的泄露和污垢侵入到加压腔中。一旦存在泄露，密封能力就不够，这对活塞构件可具有多种不同的影响，包括影响活塞的移动速度。加压腔中的油压试图使压差平衡，该作用由压力测量仪器记录到。在本发明的范围内可使用许多类型的专有唇缘。
至少一个周向滑动密封件可布置在介于到加压腔的管道入口与环形密封构件之间的缸筒腔壁中，以便于活塞在缸筒内平稳的往复运动，并且该滑动密封件在优选的实施例中可以是
Figure BDA0000153718000000071
密封件。
密封环或座的尺寸可形成为在远侧缸筒腔内径向延伸远侧缸筒腔的内径的2‰-2％之间的距离，以便在远侧缸筒端处在到中间隔室过渡处或到用于通过活塞冲程的终端处的活塞运输的材料的其他接收器的过渡处获得有效密封。如果活塞构件的尺寸形成为具有适合于使密封环变形或接触密封环的冲程长度，以在缸筒腔与活塞之间密封，则可进一步确保该密封能力。
如上所述，本发明还涉及一种利用上述活塞构件中的至少一个活塞构件向接收器连续运输分配的材料批量的设备。接收器例如可以是在高压下燃烧固体颗粒材料的气化器或反应器，然而由于活塞构件正好能够向任何接收器运输并输送材料，所以接收器不需要是以高压操作的种类，并且在本发明的范围内，可以安全可靠的方式向任何种类的接收器运输任何种类的材料。
尤其适用于向以高的过程压力工作的接收器连续运输分配的材料批量的设备可包括先前描述种类的至少三个活塞构件。在已去除并排除原材料与接收器之间任何的流体连通并且不能出现桥接的系统中，这样的设备有利地用作流槽系统，其中分配的材料批量作为单独的部分被输送向接收器。
这样的设备的优选实施例可有利地构造成使得：
第一活塞构件可接收要运输的材料，第一活塞构件具有在缸筒内往复移动的第一活塞，第一活塞将第一缸筒的第一缸筒腔分成具有第一封盖端的第一近侧缸筒腔和具有相对的第一远侧缸筒端的第一远侧缸筒腔，
第二活塞构件可具有在第二缸筒内往复移动的第二活塞，第二活塞将第二缸筒的第二缸筒腔分成具有第二封盖端的第二近侧缸筒腔和具有相对的第二远侧缸筒端的第二远侧缸筒腔，
第三活塞构件可具有在第三缸筒内往复移动的第三活塞，第三活塞将第三缸筒的第三缸筒腔分成具有第三封盖端的第三近侧缸筒腔和具有相对的第三远侧缸筒端的第三远侧缸筒腔，其中
第一活塞构件在其第一向前的活塞冲程中可将供给至第一远侧缸筒腔的材料运输到由至少第二远侧缸筒腔和位于第三活塞的第三远侧端处的第三活塞限定的第一中间隔室或流槽中，并且
第二活塞构件在其第二向前的活塞冲程中可将来自第一中间隔室或流槽的材料运输至由第三远侧缸筒腔、第二活塞的远侧端和接收器限定的第二中间隔室。
借助于这样的设备，在不压缩材料并且仅在交替的活塞冲程中借助于活塞构件的活塞向前推材料的情况下，能向例如气化器或反应器运输固体材料。由于由顺序工作的活塞在它们相应的缸筒腔内的受控的往复运动限定的有限中间隔室或流槽，所以在原材料供给器与接收器之间不存在直接连通。永远不可能出现桥接，并且设备比已知的螺旋供给器系统安全，具有更高的操作能力，并且在良好的工作状态下容易维护。诸如操作故障或停止的操作问题不常发生，但如果出现，则通过通常非常简单地替换诸如例如经受磨损的密封环的部件，可快速容易地补救。在整个供给循环期间，能建立并维持相对接收器中的过程压力的较好的机械密封。
材料仅在由相应缸筒中往复移动的活塞给予的操作循环中被一个隔室接着一个隔室地推动通过临时的中间隔室，所述缸筒布置成彼此连通，使得第一活塞构件的第一活塞能够将材料输送至第二缸的第二缸筒腔，并且一旦这种情形出现，就使得第二活塞能够将分配的材料批量输送到第三活塞构件的第三缸筒腔中，所述第三活塞构件的第三活塞最终将分配的材料批量推入接收器。在操作循环步骤期间，下一分配的材料批量可能已进入循环，以使得重复地装填中间隔室。因此，操作循环一再地连续重复。活塞构件在不压缩材料的情况下使材料向前移动，并且大致不扰乱颗粒大小分布(PSD)。
优选地由韧性金属制成的至少一个密封环或座有助于为限定了向最终的接收器输送材料的流槽系统的中间隔室提供密封。在整个运输期间维持初始的纹理和颗粒大小分布。
在操作循环中为向接收器连续输送分配的材料批量需要仅一个活塞构件，所述操作循环包括步骤：
使活塞缩回至近端，以扩大远侧缸筒腔，
将材料供应至远侧缸筒腔，以及
执行朝缸筒腔的远侧端的活塞冲程，以向接收器输送分配的材料批量。
如果要向不加压的接收器输送材料，则该简单的方法可能是优选的。
包括超过一个活塞构件的根据本发明的优选方法包括向设备的第一活塞构件连续地供给分配的原材料批量，和操作设备以在重复的供给器循环中通过使第一活塞构件的第一活塞、第二活塞构件的第二活塞和第三活塞构件的第三活塞往复移动向接收器运输原材料批量，其中活塞被设置成限定中间隔室以用于供给至第一活塞构件的第一远侧缸筒腔的材料批量的序列。
根据本发明的优选方法可包括另外的步骤：
(a)将第一活塞布置在第一缸筒的近端处，
(b)将第二活塞布置在第二缸筒的远侧端处，并将第三活塞布置在第三缸筒的远侧端处，
(c)在使第二活塞返回至第二缸筒的近端的同时，将要输送至接收器的分配的原材料批量在高压下供应至第一远侧缸筒腔，
(d)使第一活塞朝第一缸筒的远侧端移动，以将原材料供给到在第二活塞构件的第二活塞前面的第一中间隔室中，并且借助于第一活塞和第一密封环或座提供在第一缸筒与第二缸筒之间的第一密封，
(e)使第三活塞移向第三缸筒的近端，同时维持第一缸筒与第二缸筒之间的第一密封，
(f)使第二活塞朝第二缸筒的远侧端移动，以借助于第二密封环或座和第二活塞提供在第二缸筒与第三缸筒腔之间的第二密封，由此将原材料供应到在第三活塞构件的第三活塞前面的第二中间隔室中，
(g)在使第一活塞返回至第一缸筒的近端的同时维持第二密封，同时使第三活塞移向第三缸筒的远侧端，以向接收器输送原材料，以及
(h)重复步骤b-g。
在根据本发明的变型方法中，当重复操作循环时，所有活塞构件打开。
因此，在变型实施例中，方法可包括下面的操作循环步骤：
(a′)将第一活塞布置在第一缸筒的近端处，将第二活塞布置在第二缸筒的近端处，并将第三活塞布置在第三缸筒的近端处，
(b′)将第一活塞布置在第一缸筒的远侧端处，将第二活塞布置在第二缸筒的远侧端处，并将第三活塞布置在第三缸筒的远侧端处，
(c′)将第二活塞布置在第二缸筒的近端处，并将第一活塞布置在第一缸筒的近端处，
(d′)将要输送至接收器的分配的原材料批量在高压下供应至第一远侧缸筒腔，并使第一活塞朝第一缸筒的远侧端移动，以将原材料批量供给到第一隔室中，
(e′)使第三活塞朝第三缸筒的近端缩回，
(f′)使第二活塞朝第二缸筒的远侧端移动，以将原材料批量供给到第二隔室中，
(g′)使第三活塞朝第三缸筒的近端移动，
(f′)重复步骤c′-g′。
在活塞构件、设备或方法的以上任何实施例中，该至少一个活塞构件可以是液压的或气动的。
附图说明
现在通过图示了具有三个活塞构件的设备的示例描述本发明。应理解的是，如果认为合适，则在根据本发明的设备中可实现超过三个的活塞构件。
图1示出没有鼻部的根据本发明的活塞构件的第一实施例的分解透视图；
图2示出具有螺旋供给器和根据本发明的三个活塞构件的设备的透视图，其中为了说明性目的已去除设备的外壁的一部分，以显示设备的内部结构；
图3示出沿着图2所示的第二活塞的线III-III的截面；
图4是图3的圆圈区域C1的放大比例图；
图5是图3的圆圈区域C2的放大比例图；
图6示出沿图2中的线VI-VI的剖视图，以图示在根据本发明的设备的操作循环的操作步骤中的活塞构件的活塞；
图7示出与图6相同的剖视图，但活塞在另一操作步骤中。
具体实施方式
图1示出适合于向接收器(未示出)输送材料的根据本发明的活塞构件1的第一实施例的部件的分解图。
活塞构件1由近侧端盖2、具有活塞杆4的活塞3、活塞筒5、管状加压腔缸6、T形耦联缸部7、密封环8和具有凸缘10的出口管9组成。可用于活塞的行程的总的缸筒由活塞缸筒5、管状加压腔缸6和T形耦联缸部7组成，其中，T形耦联缸部7形成总的缸筒的远侧端。
近侧端盖2具有用于与活塞缸筒5上对应的第一耦联凸缘12a耦联的第一耦联凸缘11。活塞缸筒5具有与第一耦联凸缘12a相对的第二耦联凸缘12b，用于与加压腔缸6上对应的第一凸缘13a耦联。与第一耦联凸缘13a相对，加压腔具有适合于与管状T形耦联缸部7上对应的第一凸缘14耦联到一起的第二耦联凸缘13b。与第一凸缘14轴向相对，所述管状T形耦联缸部7具有用于在所示的情况下耦联至出口管9的凸缘10的第二凸缘15。然而，第二凸缘15还可如稍后将描述地设置用于耦联至另一活塞构件上的另一耦联件。与管状T形耦联缸部7的轴线垂直，所述管状T形耦联缸部7具有耦联件16，所述耦联件16具有用于耦联至例如螺旋供给器、另一活塞构件或其他材料供应系统的第三耦联凸缘17。
根据本发明的活塞构件由能装配至或者用于活塞供给器的部件组成，所述活塞供给器用于向接收器供给原材料。每个单独的部件具有可接受的有效寿命，但也容易替换。由于活塞构件由可容易替换的单独的较小的单元组成，所以停工时间能保持在最低限度。
将参考附加的附图更详细地描述活塞构件单独的部件以及与附加的活塞构件合作的活塞构件的结构、成分、布置和功能，以向本领域的技术人员进一步阐明根据本发明的设备和方法如何操作。
图2示出具有三个合作的活塞构件1、1′和1″的根据本发明的设备18的透视图。向图2中的左上方所看到地，活塞构件1″构成设备18的第三活塞构件，并且在用于将由螺旋供给器21供应的原材料运输到诸如气化器的高压接收器(未示出)中的大致相同的活塞构件1、1′、1″的顺序序列中在最后，在所述高压接收器中，例如煤粉被转变成气态燃料。活塞构件1、1′、1″大致与图1中所看到的活塞构件对应，并且除了第一活塞构件1的部件不用撇号指示、第二活塞构件1′的部件用一个撇号指示而第三活塞构件1″的部件用两个撇号指示外，相同的部分具有相同的附图标记。
螺旋供给器21借助于远侧耦联凸缘22耦联至第一活塞构件1的第一耦联件16的第三耦联凸缘17。螺旋供给器21由螺旋供给器耦联件23组成，所述螺旋供给器耦联件23具有用于耦联至原材料储存器(未示出)的螺旋供给器耦联件凸缘24。螺旋供给器耦联件23布置成向螺旋推进器25供给原材料，所述螺旋推进器25借助于轴27可旋转地布置在供给管26内。
如在图2中右上方的圆圈切掉部分所能看到地，第一和第二活塞构件1、1′与图1中所看到的活塞构件的不同之处在于活塞构件3、3′设置有位于前方的鼻部19、19′。切掉部分显示第二活塞构件1′的加压腔6′的内部结构，其中第一和第二环形的唇形密封构件28′、29′沿在油入口管30′的相对侧上的轴向距离布置，所述油入口管30′用于向加压腔的内部环形壁与活塞3′之间的余隙供应加压油。第一和第二环形密封构件28′、29′容纳于在加压腔的内壁中制成的适当凹进30′、31′中。加压腔在替代例中能够沿缸筒向上游或下游移位。
图3示出了沿图2中所示的第二活塞的线III截取的截面。活塞3的近端具有构造为凹形实心体的鼻部19′，所述鼻部19′用于补偿在活塞的体积与在缸筒中在鼻部前方形成的中间隔室的体积之间的差异，这将在下面参考图6和图7描述。
如在作为图3的圆圈区域C1的放大比例图的图4中更清楚地看到地，第一和第二环形的唇形密封构件28′、29′与第二活塞构件1′沿在油入口管30′的相对侧上的轴向距离布置在加压腔6′的内壁中的凹进31a′、31b′中。滑动密封件32′、33′介于环形的唇形密封构件28′、29′与油管入口30′之间。加压腔6′的整个线性密封便利地用于给往复移动的活塞3′加油和用作用于检测往复移动的设备中的气体泄漏的装置。第一活塞构件1以相似的方式配置有在加压腔6的内壁中的凹进31a、31b中的环形的唇形密封构件28、29、油管入口30以及滑动密封件32、33。此外，第三活塞构件1配置有在加压腔6″的内壁中的凹进31a″、31b″中的环形的唇形密封构件28″、29″、油入口管30″以及滑动密封件32″、33″。
图5是图3的圆圈区域C2的放大比例图并示出密封环8′，所述密封环8′布置在缸筒5′、6′、7′的远侧端35b′处，用于接合活塞3′，以在第三活塞3′使初始地由第一活塞构件1输送的分配的原材料经由出口管9朝接收器移动的同时，在第三活塞构件1″与第二活塞构件1′之间形成稳固的液密密封屏障。
图6和7图示了图2所示的设备18的操作原理和利用设备18的方法。
第一活塞3将第一缸筒腔34分成第一近侧缸筒腔34a和第一远侧缸筒腔34b，第二活塞3′将第二缸筒腔34′分成第二近侧缸筒腔34a′和第二远侧缸筒腔34b′，而第三活塞3″将第三缸筒腔34″分成第三近侧缸筒腔34a″和第三远侧缸筒腔34b″。
在设备18的操作循环中，第一活塞3开始位于第一缸筒5、6、7的第一近侧缸筒腔34a中的近端35a处，以使第一远侧缸筒腔34b暴露，用于从螺旋供给器21接收一批原材料。在鼻部19′稍微突出到第三缸筒腔34″中的情况下，第二活塞3′位于第二缸筒5′、6′、7′的第二远侧缸筒腔34b′中。第二活塞3′大致与第一活塞3和第三活塞3″垂直布置，并与密封环8、8′、8″一起提供朝第一活塞构件3和第三活塞构件3″的密封。供给隔室36由第一远侧缸筒腔34b、第一密封环8、第二活塞3′和螺旋供给器21界定。
一旦原材料被转移至接收隔室36，具有鼻部19的第一活塞3就朝第二活塞3′向前移动，直到所述第一活塞3碰撞密封环8以将分配的原材料批量输送到第一隔室37中为止。
如图7中所看到地，在维持第一缸筒3与第二缸筒3′之间的密封的同时，第三活塞3″移入第三远侧缸筒腔34a″。于是，初始地阻塞材料到第二缸筒腔34′的通路的第二活塞构件1′的第二活塞3′返回至第二缸筒腔34′的近端35a′，以使来自第一中间隔室36的原材料批量能够进入在第二活塞3′的鼻部19′前面的第二远侧缸筒腔34b′。第二远侧缸筒腔34b′与第一活塞3的鼻部19和第三活塞3″一起界定液密的第二中间隔室38。
在操作循环的下一步骤中，第二活塞3′移入第二缸筒34′的第二远侧缸筒腔34b′。在第二活塞3′的活塞冲程的终端处，在同时重新产生密封的同时，借助于第二密封环8′、第二活塞3′和第三活塞3″建立在第二缸筒腔34′与第二缸筒腔34″之间的密封，以允许第一活塞3以安全的方式返回至第一缸筒腔34的近端35a。同时，第三活塞3″同时移向第三缸筒腔34″的远侧端35b″，以向接收器输送原材料。只要需要，供给器循环就重复。
示例
具有韧性密封环的先导供给设备
供给设备被设计成在没有气体从过程流入或流出的情况下、克服60巴的反应器压力供给具有650kg/m3的堆积密度和1300kg/m3的颗粒密度的煤粉。第一活塞构件借助于连续的螺旋供给器靠重力轴向地供给。第一活塞构件与全部具有直径700mm的缸筒和1000mm的冲程长度的第二活塞构件和第三活塞构件合作。
第二活塞构件和第三活塞构件的活塞速度在材料的向前运输期间为250mm/秒，而在使第二活塞和第三活塞返回并缩回期间350mm/秒，然而，第一活塞构件的速度在向前移动期间为350mm/秒，并在返回并缩回期间为400mm/秒。在活塞构件的向前移动的终端处，活塞碰撞韧性密封环并使该韧性密封环变形，并将材料压缩至足够获得防止泄露的密封能力的程度。活塞在其远侧向前位置停留大约0.5秒，以确保有效密封的检测，导致大约15-20秒的活塞冲程循环时间。
设备的生产能力为每冲程0.384m3或者对于16秒的循环的活塞冲程循环时间为0.024m3/秒。在90％的装填速率的情况下，生产能力近似为每小时50吨煤粉。
活塞迫使煤粉进入在下一活塞前面的腔，并在克服过程压力和由运输的材料产生的任何物质的内在力的同时形成密封。
在向前活塞冲程中向缸筒内的韧性密封环施加400-500N/mm2的向前活塞力。韧性密封环大约为2200mm长，并在远侧缸筒端处接合活塞。大约1.1MN的向前活塞力的施加影响(hold against)在700mm的活塞上施加2.7MN的过程压力。必须一起克服密封环或座在活塞上施加的力、过程压力和任何摩擦力。用于使煤粉朝相应缸筒腔的远侧缸筒端移动的总的大约4MN的活塞力超过所需要的力。
获得安全可靠的密封以使泄露最小或防止泄露所需的活塞力对于每个活塞一样，但不同活塞所需的功具有很大的差异。
第一活塞必须克服双向的运输摩擦力，并且仅当遇到在第一缸筒腔的远侧端处的第一韧性密封环时，对于第一向前活塞冲程最后的2-4mm需要大约4MN的大的密封力。
第二活塞在朝第二缸筒腔的远侧端的向前冲程时克服运输摩擦力和过程压力，并且对于向前冲程最后的2-4mm当遇到第二韧性密封环时需要大约4MN的大的密封力，并用以克服在朝第二缸筒的近端的返回冲程上的运输摩擦力。
第三活塞需要反抗朝第三缸筒腔的远侧端的向前冲程上的过程压力，并且对于向前冲程最后的2-4mm需要大约4MN的大的密封力。当第三活塞朝第三缸筒腔的近端移动时，在第三活塞的返回冲程中有利地利用煤粉被输入的反应器中的过程压力。
活塞以在相应的缸筒内具有大约2mm的容差的方式往复移动，所述缸筒被相应的端盖端接，以便当活塞在所述缸筒腔内往复移动时，限定在缸筒的近侧腔的批量与远侧缸筒之间的期望的比率。
在本示例中，克服60巴供给具有650kg/m3的堆积密度和1300kg/m3的颗粒密度的煤粉。需要两个体积之间的比率为36∶35的，以获得中性流。如果该比率较小，则将有泄漏流，如果该比率较大，则活塞将会把空气泵入到过程中。
活塞构件的活塞有利地在活塞冲程的终端处朝下一活塞构件的缸筒腔密封，所述下一活塞构件布置在连贯操作的活塞构件的序列中。在设备仅包括两个活塞构件的情况下，在两个活塞构件之间必须插入过渡站，以避免桥接，并有效防止在原材料供应器与最终的接收器之间的直接或间接的流体连通。因此，尽管在本发明的范围内可使用两个活塞构件，但具有三个或更多个活塞构件的设备是更优选的。
在仅一个活塞构件的情况下，所述活塞构件用于在单个往复移动操作中向接收器供应分配的批量。尽管在该简单的实施例中不太要求密封能力，但可使用活塞构件。
优选地，三个连贯的活塞构件在用于向气化器运输煤粉的设备中布置成连续地操作。活塞在缸筒内的移动被相对于彼此控制，以向高压气化器运输分配的煤粉批量。

Claims (22)

1.一种活塞构件(1、1′、1″)，所述活塞构件(1、1′、1″)包括活塞杆(4)，所述活塞杆(4)设有在缸筒(5、6、7、5′、6′、7′、5″、6″、7″)内往复移动的活塞(3、3′、3″)，所述活塞(3、3′、3″)将缸筒腔(34a、34a′、34a″、34b、34b′、34b″)分成近侧缸筒腔(34a、34a′、34a″)和远侧缸筒腔(34b、34b′、34b″)，所述近侧缸筒腔(34a、34a′、34a″)具有与所述活塞(3、3′、3″)相对的近侧封盖端(35a、35a′、35a″)，并且所述远侧缸筒腔(34b、34b′、34b″)具有与所述活塞(3、3′、3″)相对的远侧缸筒端(35b、35b′、35b″)，其特征在于，至少一个密封环(8、8′、8″)或座在所述远侧缸筒腔(34b、34b′、34b″)内布置在所述远侧缸筒端(35b、35b′、35b″)处。
2.根据权利要求1所述的活塞构件(1、1′、1″)，其特征在于，所述至少一个密封环(8、8′、8″)或座由韧性材料制成。
3.根据权利要求1或2所述的活塞构件(1、1′、1″)，其特征在于，所述活塞(3、3′、3″)具有前方的鼻部(19、19′、19″)，所述鼻部(19、19′、19″)面朝所述远侧缸筒腔(34b、34b′、34b″)。
4.根据权利要求3所述的活塞构件(1、1′、1″)，其特征在于，所述鼻部(19、19′、19″)具有轴向的切口或轴向的凹陷，所述切口或凹陷构造成提供用于另一活塞(3、3′、3″)的空间，所述另一活塞(3、3′、3″)与具有所述鼻部(19、19′、19″)的所述活塞(3、3′、3″)垂直地往复移动。
5.根据权利要求1-4中的任一项所述的活塞构件(1、1′、1″)，其特征在于，所述活塞构件(1；18)具有与所述活塞构件(1、1′、1″)直接或间接连通的、用于检测加压气体或加压流体从接收器的泄露或通过缸筒腔(34a、34a′、34a″、34b、34b′、34b″)的泄露的装置。
6.根据权利要求5所述的活塞构件(1、1′、1″)，其特征在于，用于检测加压气体或加压流体的泄露的所述装置包括与加压腔(6、6′、6″)流体连通的压力测量仪器，所述加压腔(6、6′、6″)由在所述活塞(3、3′、3″)与所述缸筒(5、6、7、5′、6′、7′、5″、6″、7″)的内壁之间的周向余隙和布置在所述缸筒腔(34a、34a′、34a″、34b、34b′、34b″)的壁中或所述缸筒腔(34a、34a′、34a″、34b、34b′、34b″)的壁处的两个间隔开的环形密封构件(28、28′、28″、29、29′、29″)界定。
7.根据权利要求5或6所述的活塞构件(1、1′、1″)，其特征在于，所述压力测量仪器经由管道(30、30′、30″)与所述加压腔流体连通，所述加压腔(6、6′、6″)将加压油保持在比接收器处的压力高的油压，并且所述间隔开的环形密封构件(28、28′、28″、29、29′、29″)布置在所述管道(30、30′、30″)的相对侧上。
8.根据权利要求7所述的活塞构件(1、1′、1″)，其特征在于，至少一个周向滑动密封件(32、32′、32″、33、33′、33″)布置在介于到所述加压腔的管道(30、30′、39″)的入口与所述环形密封构件(28、28′、28″、29、29′、29″)之间的所述缸筒腔(34a、34a′、34a″、34b、34b′、34b″)的壁中。
9.根据权利要求6、7或8中的任一项所述的活塞构件(1、1′、1″)，其特征在于，所述环形密封构件(28、28′、28″、29、29′、29″)为唇形密封件或一个或多个O型环。
10.根据权利要求7或8所述的活塞构件(1、1′、1″)，其特征在于，所述滑动密封件(32、32′、32″、33、33′、33″)是密封件。
11.根据前述权利要求1-10中的任一项所述的活塞构件(1、1′、1″)，其特征在于，所述密封环(8、8′、8″)或座的尺寸形成为在所述远侧缸筒腔(34b、34b′、34b″)内径向延伸所述远侧缸筒腔(34b、34b′、34b″)的内径的2‰-2％之间的距离。
12.根据前述权利要求1-11中的任一项所述的活塞构件(1、1′、1″)，其特征在于，所述活塞构件(1、1′、1″)的尺寸形成为具有适合于使所述密封环(8、8′、8″)变形或接触所述密封环(8、8′、8″)以在所述缸筒腔(34a、34a′、34a″、34b、34b′、34b″)与所述活塞(3、3′、3″)之间密封的冲程长度。
13.根据前述权利要求1-12中的任一项所述的活塞构件(1、1′、1″)，其特征在于，所述活塞构件(1、1′、1″)为液压的或气动的。
14.一种用于向接收器连续运输分配的材料批量的设备(18)，其特征在于，所述设备(18)包括至少一个根据前述权利要求1-13中的任一项所述的活塞构件(1、1′、1″)。
15.根据权利要求14所述的用于向接收器连续运输分配的材料批量的设备(18)，其特征在于，所述设备(18)包括至少三个根据前述权利要求1-13中的任一项所述的活塞构件(1、1′、1″)。
16.根据权利要求14或15所述的设备(18)，其特征在于，所述设备(18)包括：
第一活塞构件(1)，所述第一活塞构件(1)接收要运输的材料，所述第一活塞构件(1)具有在第一缸筒(5、6、7)内往复移动的第一活塞(3)，所述第一活塞(3)将所述第一缸筒(5、6、7)的第一缸筒腔(34a、34b)分成具有近侧封盖端(2)的第一近侧缸筒腔(34a)和具有相对的第一远侧缸筒端(35b)的第二远侧缸筒腔(34b)，
第二活塞构件(1′)，所述第二活塞构件(1′)具有在第二缸筒(5′、6′、7′)内往复移动的第二活塞(3′)，所述第二活塞(3′)将所述第二缸筒(5′、6′、7′)的第二缸筒腔(34b′、34b′)分成具有第二封盖端(2′)的第二近侧缸筒腔(34a′)和具有相对的第二远侧缸筒端(35b′)的第二远侧缸筒腔(34b′)，
第三活塞构件(1″)，所述第三活塞构件(1″)具有在第三缸筒(5″、6″、7″)内往复移动的第三活塞(3″)，所述第三活塞(3″)将所述第三缸筒(5″、6″、7″)的第三缸筒腔(34a″、34b″)分成具有第三封盖端(2″)的第三近侧缸筒腔(34a″)和具有相对的第三远侧缸筒端(35b″)的第二远侧缸筒腔(34b″)，其中
所述第一活塞构件(1)在其第一向前的活塞冲程中将供给至所述第一远侧缸筒腔(34b)的材料运输到第一中间隔室(37)或流槽中，所述第一中间隔室(37)或流槽由至少所述第二远侧缸筒腔(34a′)和位于第三远侧端(35b″)处的所述第三活塞(3″)限定，并且
所述第二活塞构件(3′)在其第二向前的活塞冲程中将材料从所述第一中间隔室(37)或流槽运输至第二中间隔室(38)，所述第二中间隔室(38)由第三远侧缸筒腔(34a″)、所述第二活塞(3′)的远侧端(35b′)和所述接收器限定。
17.根据权利要求14、15或16中的任一项所述的设备(18)，其特征在于，所述设备(18)包括液压或气动的活塞构件。
18.根据前述权利要求14-17中的任一项所述的设备(18)，其特征在于，所述接收器为气化器或反应器，优选地为高压的气化器或反应器。
19.一种借助于根据前述权利要求1-13中的任一项所述的活塞构件(1、1′、1″)向接收器连续运输分配的材料批量的方法，其特征在于，所述方法包括如下操作循环：
使所述活塞(3、3′、3″)缩回至所述缸筒腔(34、34′、34″)的近侧端(35a、35a′、35a″)，以扩大所述远侧缸筒腔(34b、34b′、34b″)，
将分配的材料批量供应至所述远侧缸筒腔(34b、34b′、34b″)，以及
执行朝所述缸筒腔(5、6、7；5′、6′、7′；5″、6″、7″)的远侧端的活塞冲程，以向接收器输送分配的材料批量。
20.一种借助于根据前述权利要求14或18中的任一项所述的设备(18)在高压下向接收器连续运输分配的材料批量的方法，其特征在于，所述方法包括向所述设备(18)的第一活塞构件(1)连续地供给分配的原材料批量，和操作所述设备(18)以在重复的供给器循环中通过使所述第一活塞构件(1)的第一活塞(3)、所述第二活塞构件(1′)的第二活塞(3′)和所述第三活塞构件(1″)的第三活塞(3″)往复移动向接收器运输所述原材料批量。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下另外的步骤：
(a)将所述第一活塞(3)布置在所述第一缸筒(5、6、7)的近侧端(35a)处，
(b)将所述第二活塞(3′)布置在所述第二缸筒(5′、6′、7′)的远侧端(35b′)处，且将所述第三活塞(3″)布置在所述第三缸筒(5″、6″、7″)的远侧端(35b″)处，
(c)在使所述第二活塞(3″)返回至所述第二缸筒(5′、6′、7′)的近侧端(35a′)的同时，将要输送至接收器的分配的原材料批量在高压下供应至所述第一远侧缸筒腔(34b)，
(d)使所述第一活塞(3)朝所述第一缸筒(5、6、7)的远侧端(35b)移动，以将原材料供给到在所述第二活塞构件(1′)的第二活塞(3′)前面的所述第一中间隔室(37)中，并且借助于所述第一活塞(3)和所述第一密封环(8)或座提供所述第一缸筒(5、6、7)与所述第二缸筒(5′、6′、7′)之间的密封，
(e)使所述第三活塞(3″)移向所述第三缸筒(5″、6″、7″)的近侧端(35a″)，同时维持所述第一缸筒(5、6、7)与所述第二缸筒(5′、6′、7′)之间的密封，
(f)使所述第二活塞(3′)朝所述第二缸筒(5′、6′、7′)的远侧端(35b′)移动，以借助于所述第二密封环(8″)或座和所述第二活塞(3′)提供所述第二缸筒(5′、6′、7′)与所述第三缸筒(5″、6″、7″)之间的密封，所述第二活塞(3′)将原材料供给到在所述第三活塞构件(1″)的第三活塞(3″)前面的第二中间隔室(38)中，
(g)在使所述第一活塞(3)返回至所述第一缸筒(5、6、7)的近侧端(35a)的同时维持所述密封，而同时使所述第三活塞(3″)移向所述第三缸筒(5″、6″、7″)的远侧端(35b″)，以向所述接收器输送分配的原材料批量，以及
(h)重复步骤b-g。
22.根据前述权利要求14-18中的任一项所述的设备(18)和/或根据前述权利要求19-21中的任一项所述的方法的用于运输煤粉的用途。
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