DE102006016083A1

DE102006016083A1 - Kolbenpumpe für Dickstoffe

Info

Publication number: DE102006016083A1
Application number: DE102006016083A
Authority: DE
Inventors: Matthias Stabel
Original assignee: Putzmeister AG
Current assignee: Putzmeister Concrete Pumps GmbH
Priority date: 2006-04-04
Filing date: 2006-04-04
Publication date: 2007-10-11
Also published as: CN101410619A; JP2009532616A; JP5202512B2; US20100232996A1; EP2002121A1; CA2647794A1; ATE484676T1; DE502007005346D1; WO2007115665A1; EP2002121B1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kolbenpumpe für Dickstoffe, insbesondere für feststoffreiche Klärschlämme, Kohlenschlämme und Beton. Die Kolbenpumpe weist mindestens einen einen motorisch oder hydraulisch angetriebenen Förderkolben (20) enthaltenden Förderzylinder (16) auf, der eine Mündungsöffnung (12) aufweist, die nach Maßgabe der Bewegung des Förderkolbens (20) schiebergesteuert abwechselnd mit dem Inneren des Materialaufgabebehälters (10) und mit einer Druckförderleitung (30) kommuniziert. Um den Füllgrad des mindestens einen Förderzylinders (16) signifikant zu erhöhen, ist eine im Bereich der Mündungsöffnung (12) in den Förderzylinder (16) mündende Ringdüse (32) vorgesehen, die an eine mit einem Gleitmittel beaufschlagbare externe Druckleitung (34) angeschlossen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe für Dickstoffe mit mindestens einem einen motorisch oder hydraulisch angetriebenen Förderkolben enthaltenden Förderzylinder, der eine Mündungsöffnung aufweist, die nach Maßgabe der Bewegung des Förderkolbens schiebergesteuert abwechselnd mit dem Inneren eines Materialaufgabebehälters und mit einer Druckförderleitung kommuniziert.
Kolbenpumpen dieser Art werden zur Förderung von Feststoff-Flüssig-Gemischen mit hohem Feststoffanteil, wie z.B. Klärschlamm, Kohlenschlamm, Biomasse oder Beton eingesetzt. Derartige Dickstoffe weisen eine große innere Reibung auf, so dass der Füllgrad der Förderzylinder beim Saugvorgang häufig zu wünschen übrig lässt. Andererseits ist es bei Kolbenpumpen dieser Art bekannt (EP-B-633863), bei der Förderung von Dickstoffen zur Verminderung der Wandreibung am Eingang der Druckförderleitung ein Gleitmittel zwischen den Dickstoffstrang und die Wand der Druckförderleitung einzubringen. Dies erfolgt meist kontinuierlich und proportional zum Förderstrom in dosierter Menge, mit dem Erfolg, dass sich zwischen der Rohrinnenwand und dem Dickstoffstrang eine Grenzschicht bildet, durch die sich der Förderdruck reduzieren lässt. Da die Gleitschicht entlang der Förderstrecke allmählich verschwindet, muss in gewissen Abständen zusätzliches Gleitmittel in Druckförderleitung injiziert werden. Um den Füllgrad des Förderzylinders zu erhöhen, ist im Bereich des Materialaufgabebehälters üblicherweise eine Vorpresseinrichtung vorgesehen, mit der der Fülldruck um mindestens 1 bar erhöht werden kann. In vielen Fällen ist dies jedoch nicht ausreichend.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannte Kolbenpumpe für Dickstoffe dahingehend zu verbessern, dass auch bei ho hen Feststoffanteilen im Dickstoffmaterial der Füllgrad im Förderzylinder signifikant erhöht werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird die im Patentanspruch 1 angegebene Merkmalskombination vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Der erfindungsgemäßen Lösung liegt vor allem der Gedanke zugrunde, dass im Bereich der Mündungsöffnung eine in den Förderzylinder mündende Ringdüse angeordnet ist, die an eine externe Druckleitung angeschlossen ist, wobei die Druckleitung über eine Hochdruckpumpe mit einem Gleitmittel beaufschlagt werden kann. Vorteilhafterweise ist die Druckleitung über eine im Mündungsbereich des Förderzylinders angeordnete Bohrung an einen in die Ringdüse mündenden Ringkanal angeschlossen.
Eine bevorzugte konstruktive Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Förderzylinder einen Außenring trägt, der mindestens eine mit einem zur Ringdüse führenden Ringkanal außenseitig an die Druckleitung angeschlossene Bohrung aufweist, wobei der Ringkanal innenseitig durch eine Außenfläche des Förderzylinders oder eines an diesen axial anschließenden Innenrings und außenseitig durch eine Innenfläche des Außenrings begrenzt ist. Zweckmäßig greift der genannte Innenring in eine nach innen offene Ausnehmung des Außenrings ein und begrenzt zusammen mit diesem den Ringkanal und die Ringdüse. Der Innenring ist dabei vorteilhafterweise mit einem rückwärtigen, radial überstehenden Bund zwischen zwei einander zugewandten Ringflächen des Förderzylinders und des äußeren Ringkörpers eingespannt.
Um eine gleichmäßige Verteilung der Dickstoffe über den Umfang zu gewährleisten, weist der Ringkanal zweckmäßig mindestens eine ringförmige Querschnittserweiterung vor. Vorteilhafterweise sind zwei im Abstand voneinander angeordnete ringförmige Querschnittserweiterungen vorgesehen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist eine auf die Position und/oder die Hubrichtung des Förderkolbens im Förderzylinder ansprechende Steuereinrichtung und ein in der Druckleitung angeordnetes, auf ein Ausgangssignal der Steuereinrichtung ansprechendes Steuerventil vorgesehen, das beim Saughub des Förderkolbens öffnet und vor dessen Druckhub schließt. Das Steuerventil ist dabei zweckmäßig als über den Förderkolben vorzugsweise magnetisch ansteuerbares Wegeventil ausgebildet.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zwei in ihrem Mündungsbereich jeweils eine Ringdüse aufweisende Förderzylinder vorgesehen sind, deren Ringdüsen bei jedem Saughub der im Gegentakt angesteuerten Förderkolben über das Steuerventil mit Gleitmittel beaufschlagbar sind.
Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zum Betrieb einer Kolbenpumpe für Dickstoffe, bei welchem abwechselnd in einem Saughub Dickstoffmaterial in einen einseitig offenen Förderzylinder eingesaugt und bei einem anschließenden Druckhub aus dem Förderzylinder in eine Druckförderleitung gepresst wird. Um den Füllgrad des Förderzylinders signifikant zu erhöhen, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, dass bei jedem Saughub ein Gleitmittel in den Förderzylinder injiziert wird. Das Gleitmittel wird dabei vorteilhafterweise in den Trennbereich zwischen Dickstoffmaterial und Förderzylinderinnenfläche injiziert, und zwar über deren gesamten Umfang. Um eine ungewollte Entleerung der Zuleitungen für das Gleitmittel zu vermeiden, wird die Gleitmittelinjektion während des Druckhubs zweckmäßig unterbrochen. Das Gleitmittel wird mit einem Überdruck gegenüber dem im Förderzylinder angeordneten Dickstoff injiziert. Der Injektionsdruck beträgt zweckmäßig mehr als 50, vorzugsweise etwa 100 bar, während der Vor pressdruck im Dickstoffmaterial beim Saughub zweckmäßig bei ca. 2 bar liegt.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass im Falle einer Zweizylinder-Kolbenpumpe die Kolben in einem ersten und einem zweiten Förderzylinder im Gegentakt unter Ausführung eines Saughubs und eines Druckhubs angesteuert werden, wobei in die Förderzylinder bei jedem Saughub ein Gleitmittel injiziert wird und die Gleitmittelinjektion während des jeweiligen Druckhubs unterbrochen wird.
Mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen wird vor allem bei Dickstoffen mit hohem Feststoffanteil eine wesentliche Verbesserung des Füllgrads im Förderzylinder erzielt. Außerdem wird die sich im Förderzylinder bildende Gleitmittelschicht in die Druckförderleitung mitgenommen, so dass in einem ersten, an die Dickstoffpumpe anschließenden Leitungsabschnitt eine zusätzliche Gleitmittelinjektion entbehrlich wird. Erst bei langen Druckförderleitungen mit mehr als 50 bis 100 m Länge kann im Abstand von der Dickstoffpumpe zusätzliches Gleitmittel in die Druckförderleitung injiziert werden. Während das Gleitmittel in den Förderzylinder nur beim Saughub injiziert wird, sollte die Gleitmittelinjektion in die Druckförderleitung kontinuierlich erfolgen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen
1 eine Draufsicht auf eine Zweizylinder-Kolbenpumpe für Dickstoffe für den Anschluss an eine Förderleitung;
2a und b eine Draufsicht und eine Schnittdarstellung der Zweizylinder-Kolbenpumpe nach 1 in vergrößerten Darstellung ohne Materialaufgabebehälter;
3 einen vergrößerten Ausschnitt aus der Schnittdarstellung nach 2b;
4 einen Schnitt durch den Mündungsbereich eines der Förderzylinder in gegenüber 3 vergrößerter Darstellung.
Die in 1 schematisch dargestellte Zweizylinder-Dickstoffpumpe ist zur Förderung von feststoffreichen Dickstoffen, wie z.B. von teilentwässertem Klärschlamm, von Kohlenstaubschlamm oder von Beton bestimmt.
Die Kolbenpumpe besteht im wesentlichen aus einem Materialaufgabebehälter 10, zwei mit ihren stirnseitigen Mündungsöffnungen 12 über Wandungsöffnungen 14 an den Materialaufgabebehälter 10 angeschlossenen Förderzylindern 16, zwei in den Förderzylindern 16 im Gegentakt über hydraulische Antriebszylinder 18 antreibbaren Förderkolben 20 und einem zwischen den Antriebszylindern 18 und den Förderzylindern 16 angeordneten Wasserkasten 22. Innerhalb des Materialaufgabebehälters 10 ist ein Rohrschieber 21 angeordnet, der mit seiner Eintrittsöffnung 26 abwechselnd an die Mündungsöffnung 12 des Förderzylinders, dessen Kolben einen Druckhub ausführt, anschließbar ist und die Mündungsöffnung 12 des anderen Förderzylinders, dessen Kolben einen Saughub ausführt, freilässt, und dessen Austrittsöffnung 28 über einen am Materialaufgabebehälter 10 angeordneten Druckstutzen 30 an eine nicht dargestellte Druckförderleitung angeschlossen ist. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Rohrschieber 24 ein innerhalb des Materialaufgabebehälters 10 verschwenkbares, S-förmig gekrümmtes Schwenkrohr auf. Dementsprechend gelangt bei jedem Saughub Dickstoffmaterial aus dem Inneren des Materialaufgabebehälters 10 gegebenenfalls unter Ausübung eines Vorpressdrucks über die offene Mündungsöffnung 12 in den betreffenden Förderzylinder 16, während im anderen Förderzylinder 16 das dort befindliche Dickstoffmaterial durch den Förderkolben 20 unter Ausführung eines Druckhubs über das Schwenkrohr des Rohrschiebers 24 und den Druckstutzen 30 in das anschließende Druckförderrohr gepresst wird.
Eine Besonderheit der Erfindung besteht darin, dass im Bereich der Mündungsöffnung 12 eine Ringdüse 32 angeordnet ist, die über Druckrohre 34 Bohrungen 36 und einen Ringkanal 38 mit einem Gleitmittel unter einem Druck von ca. 50 bis 100 bar beaufschlagbar ist. Zur Bildung des Ringkanals 38 und der Ringdüse 30 schließt sich an den Förderzylinder 16 im Bereich der Mündungsöffnung 12 ein Innenrohr 40 axial an, das von einem auf den Förderzylinder 16 aufgeschraubten Außenrohr 42 übergriffen wird. Zu diesem Zweck weist das Innenring 40 einen radial überstehenden Bund 44 auf, der zwischen einer Ringfläche 46 des Außenrohrs 42 und der stirnseitigen Ringfläche 48 des Förderzylinders 16 so eingespannt ist, dass die Ringdüse 32 und der Ringkanal 38 zwischen Innenrohr und Außenrohr offen bleibt. Die Bohrungen 36 für die Gleitmittelzufuhr sind im Außenrohr 42 angeordnet. Das Innenrohr 40 weist an seiner den Ringkanal 38 begrenzenden Innenfläche zwei Ringnuten auf, die eine Querschnittserweiterung 50 bilden und für eine gleichmäßige Verteilung des aus der Ringdüse 32 austretenden Gleitmittels über den Umfang sorgen.
Für die Gleitmittelzufuhr zu den einzelnen Förderzylindern 16 wird eine externe, nicht dargestellte Steuerungsvorrichtung so gesteuert, dass nur beim Saughub Gleitmittel in den Förderzylinder injiziert wird. Das Gleitmittel gelangt dort in den Trennbereich zwischen Dickstoffmaterial und Förderzylinderinnenfläche, so dass der Füllgrad aufgrund der herabgesetzten Gleitreibung verbessert wird. Versuche haben gezeigt, dass mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen bei feststoffreichen Klärschlämmen eine Verbesserung des Füllgrads von mindestens 25 % erzielt werden kann. Beim anschließenden Druckhub gelangt das Gleitmittel mit dem Dickstoffmaterial in die Druckleitung und setzt auch dort die Gleitreibung und damit den für den Materialtransport erforderlichen Förderdruck herab. Während des Druckhubs wird die Gleitmittelinjektion jeweils unterbrochen. Damit wird die Gefahr eines Leersaugens der Gleitmittelleitung durch das vorbeiströmende Dickstoffmaterial vermieden.
Zusammenfassend ist folgendes festzuhalten: Die Erfindung bezieht sich auf eine Kolbenpumpe für Dickstoffe, insbesondere für feststoffreiche Klärschlämme, Kohlenschlämme und Beton. Die Kolbenpumpe weist mindestens einen einen motorisch oder hydraulisch angetriebenen Förderkolben 20 enthaltenden Förderzylinder 16 auf, der eine Mündungsöffnung 12 aufweist, die nach Maßgabe der Bewegung des Förderkolbens 20 schiebergesteuert abwechselnd mit dem Inneren eines Materialaufgabebehälters 10 und mit einer Druckförderleitung 30 kommuniziert. Um den Füllgrad des mindestens einen Förderzylinders 16 signifikant zu erhöhen, ist eine im Bereich der Mündungsöffnung 12 in den Förderzylinder 16 mündende Ringdüse 32 vorgesehen, die an eine mit einem Gleitmittel beaufschlagbare externe Druckleitung 34 angeschlossen ist.

Claims

Kolbenpumpe für Dickstoffe, mit mindestens einem einen motorisch oder hydraulisch angetriebenen Förderkolben (10) enthaltenden Förderzylinder (16), der eine Mündungsöffnung (12) aufweist, die nach Maßgabe der Bewegung des Förderkolbens (20) schiebergesteuert abwechselnd mit dem Inneren eines Materialaufgabebehälters (10) und mit einer Druckförderleitung (Druckstutzen 30) kommuniziert, gekennzeichnet durch eine im Bereich der Mündungsöffnung (10) in den Förderzylinder (16) mündende Ringdüse (32), die an mindestens eine externe Druckleitung (34) angeschlossen ist.
Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckleitung (34) über eine Hochdruckpumpe mit einem Gleitmittel beaufschlagbar ist.
Kolbenpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckleitung (34) über eine im Mündungsbereich des Förderzylinders (16) angeordnete Bohrung (36) an einen in die Ringdüse (32) mündenden Ringkanal (38) angeschlossen ist.
Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Förderzylinder (16) einen äußeren Ringkörper (42) trägt, der mindestens eine mit einem zur Ringdüse (32) führenden Ringkanal (38) außenseitig an die Druckleitung (34) angeschlossene Bohrung (36) aufweist.
Kolbenpumpe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkanal (38) innenseitig durch eine Außenfläche des Förderzylinders oder eines an diesen axial anschließenden Innenrohrs (40) und außenseitig durch eine Innenfläche des äußeren Ringkörpers (42) begrenzt ist.
Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an den Förderzylinder (16) stirnseitig ein Innenrohr (40) anschließt, das in eine nach innen offene Ausnehmung des äußeren Ringkörpers (42) eingreift und zusammen mit diesem den Ringkanal (38) und die Ringdüse (32) begrenzt.
Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkanal (38) mindestens eine ringförmige Querschnittserweiterung (50) aufweist.
Kolbenpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkanal (38) zwei im Abstand voneinander angeordnete ringförmige Querschnittserweiterungen (50) aufweist.
Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine auf die Position und/oder die Hubrichtung des Förderkolbens (20) im Förderzylinder (16) ansprechende Steuerungseinrichtung und ein in der Druckleitung (34) angeordnetes, auf ein Ausgangssignal der Steuerungseinrichtung ansprechendes Steuerventil.
Kolbenpumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das in der Druckleitung (34) angeordnete Steuerventil über die Steuerungseinrichtung beim Saughub des Förderkolbens (20) öffnet und vor dessen Druckhub schließt.
Kolbenpumpe nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil als über den Förderkolben (20) vorzugsweise magnetisch ansteuerbares Wegeventil ausgebildet ist.
Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwei in ihrem Mündungsbereich (12) jeweils eine Ringdüse (32) aufweisende Förderzylinder (16) vorgesehen sind, deren Ringdüsen (32) bei jedem Saughub der im Gegentakt ansteuerbaren Förderkolben (20) über das Steuerventil mit Gleitmittel beaufschlagbar sind.
Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohr (40) mit einem rückwärtigen, radial überstehenden Bund (44) zwischen zwei einander zugewandten Ringflächen (46, 48) des Förderzylinders (16) und des äußeren Ringkörpers (42) eingespannt ist.
Verfahren zum Betrieb einer Kolbenpumpe für Dickstoffe, bei welchem abwechselnd in einem Saughub Dickstoffmaterial in einen einseitig offenen Förderzylinder (16) eingesaugt und bei einem anschließenden Druckhub aus dem Förderzylinder in eine Druckförderleitung gepresst wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei jedem Saughub ein Gleitmittel in den Förderzylinder (16) injiziert wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitmittel in den Trennbereich zwischen Dickstoffmaterial und Förderzylinderinnenfläche injiziert wird.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitmittel über den gesamten Umfang der Förderzylinderinnenfläche injiziert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitmittelinjektion während des Druckhubs unterbrochen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, bei welchem die Kolben in einem ersten und einem zweiten Förderzylinder im Gegentakt unter Ausführung eines Saughubs und eines Druckhubs angesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, dass in die Förderzylinder bei jedem Saughub ein Gleitmittel injiziert wird und die Gleitmittelinjektion während des jeweiligen Druckhubs unterbrochen wird.