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Mehrzylindrige Kolben-Preßpumpenanlage für hohe Flüssigkeitsdrücke
Zum Antrieb schwerer hydraulischer Maschinen, beispielsweise von hydraulischen Pressen,
bedient man sich meist einer Druckwasseranlage, bestehend aus einer mehrzylindrigen
Kolben-Preßpumpe und einem mit Druckluft belasteten Akkumulator. Innerhalb derartiger
Anlagen ist die Verwendung von sogenannten Drillingspumpen - einfach- oder doppeltwirkend
mit 120° Kurbelversetzung - vorherrschend, da diese Pumpenbauart bei einem erträglichen
Ungleichförmigkeitsgrad in der Wasserförderung einfach ist und verhältnismäßig wenig
Platz in Anspruch nimmt.
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Der Ungleichförmigkeitsgrad in der Wasserförderung, der aus dem sinusförmigen
Kurvenverlauf der Kolbengeschwindigkeit herrührt, beträgt bei einer Dreiplungerpumpe
etwa 13,4"/o, und liegt damit günstiger als der einer Vierplungerpumpe mit 29,311/o.
Selbst eine Sechsplungerpumpe hat keinen besseren Ungleichförmigkeitsgrad als eine
Dreiplungerpumpe. Bei Rohrleitungen zwischen Pumpe und Akkumulator sowie bei gewissen
Pressenbauarten ist aber eine Herabsetzung des Ungleichförmigkeitsgrades erwünscht.
Es sind bereits Siebenplungerpumpen in stehender Bauart ausgeführt worden, die einen
Ungleichförmigkeitsgrad von nur 2,511/o aufweisen. Die Breite für eine derartige
Pumpe ist aber auf Grund der Notwendigkeit, die Kurbelwelle zwischen je zwei Kröpfungen
zu lagern, sehr erheblich. Auch wird die Kurbelwelle ein recht schwierig herzustellendes
Schmiedeteil.
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Es wurde erkannt, daß man durch verhältnismäßig einfache Maßnahmen
unter Einsatz der bewährten Drillingspumpen zu Ungleichförmigkeitsgraden in der
Wasserförderung kommen kann, die denen einer Siebenplungerpumpe etwa entsprechen.
Die Erfindung besteht darin, daß bei einer mehrzylindrigen Kolben-Preßpumpenanlage
für hohe Flüssigkeitsdrücke zwei zum Netz oder Verbraucher parallel geschaltete
Drillingspumpen mit üblicher Kurbelversetzung von 120° vorgesehen werden, die unter
30° Kurbelwellenversetzung zueinander mit gleicher Drehzahl angetrieben sind. Zeichnet
man das Diagramm der Kolbengeschwindigkeit einer derartigen Preßpumpenanlage auf,
wie es in Abb. 1 der Zeichnung geschehen ist, so ergibt sich ein Ungleichförmigkeitsgrad
von nur 3,411/o.. Der Ungleichförmigkeitsgrad errechnet sich bekanntlich aus der
Differenz der maximalen und minimalen Wassergeschwindigkeit in der Druckleitung
geteilt durch die maximale Geschwindigkeit. Der Verlauf der Wassergeschwindigkeit
in der Druckleitung ist in Abb. 1 durch Addition der sinusförmig verlaufenden Kolbengeschwindigkeiten
ermittelt worden. Die sprunghafte Herabsetzung des Ungleichförmigkeitsgrades unter
Einsatz von zwei Drillingspumpen ist deshalb so überraschend, weil eine derartige
Preßpumpenanlage praktisch eine Sechsplungerpumpe darstellt, die nach bisheriger
Kenntnis der Fachwelt einen erheblich schlechteren Ungleichförmigkeitsgrad als eine
einzelne Drillingspumpe aufweisen würde. Die erfindungsgemäße Kurbelwellenversetzung
von 30° und der synchrone Antrieb beider Drillingspumpen ändern die Verhältnisse
hinsichtlich der Kontinuität der Wasserförderung schlagartig.
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Für den Aufbau einer Preßpumpenanlage gemäß der Erfindung ergeben
sich zahlreiche Möglichkeiten. Beide Drillingspumpen können durch je einen Synchronmotor
angetrieben werden, wobei durch eine sogenannte elektrische Welle die erforderliche
Kurbelwellenversetzung von 30° herbeigeführt wird. Durch elektrische Schaltungsmaßnahmen
ist hierbei sichergestellt, daß der eine Motor immer um 30° gegenüber dem anderen
Motor vor- oder nacheilt, die Drehzahlen der Motoren aber völlig gleich sind.
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Teuere Synchronmotoren können vermieden werden, wenn ein einziger
Antriebsmotor für beide Drillingspumpensätze vorgesehen wird und die beiden Pumpen
über eine lösbare und starre Kupplung getrieblich miteinander verbunden sind. Die
Kupplung muß dabei so eingerichtet sein, daß sie eine Einstellung der Kurbelwellenversetzung
von 30° ermöglicht. Am besten eignen sich hierzu sogenannte Zahnkupplungen.
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Die Verwendung zweier Synchronmotoren, die praktisch gleichzeitig
anlaufen, oder eines einzelnen Antriebsmotors hat aber den Nachteil, daß beim Einschalten
der Anlage sich eine sehr hohe Stromspitze
ergibt. Erfindungsgemäß
wird daher ferner vorgeschlagen, für jede Drillingspumpe je einen elektrischen Antriebsmotor
vorzusehen und die Pumpen untereinander über eine lösbare, die Einstellung der Kurbelwellenversetzung
ermöglichende starre Kupplung Betrieblich zu verbinden. Obwohl die starre Betrieb1iche
Verbindung der beiden Drillingspumpen eigentlich die Anordnung von zwei Einzelantrieben
widersinnig erscheinen läßt, ergibt sich der Vorteil, daß beim Anfahren der Anlage
beide Motoren in Zeitabständen hintereinander eingeschaltet werden können, wodurch
die Belastung des Stromnetzes erheblich verringert wird. In Anbetracht des großen
Widerstandes der ruhenden Wassersäule ist die zeitliche Aufteilung der Belastungsspitze
beim Anfahren recht wesentlich. Die beiden kleineren Antriebsmotoren sind zudem
billiger als eine einzige große Antriebsmaschine, die für die Aufnahme der Stromspitze
beim gleichzeitigen Anfahren beider Pumpensätze ausgelegt ist.
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Da Flüssigkeits-Kolben-Preßpumpen für hohe Drücke mit verhältnismäßig
geringer Drehzahl von etwa 120 bis 200 U/min umlaufen, können billige schnellaufende
Elektromotore nur unter Zwischenschaltung von Übersetzungsgetrieben verwandt werden.
Unter Aufrechterhaltung des Vorteils zweier Einzelmotoren ergibt sich gemäß der
weiteren Erfindung ein besonders einfacher Aufbau einer mehrzylindrigen Kolben-Preßpumpenanlage
dadurch, daß zwei elektrische Antriebsmotoren an ein Getriebe angeschlossen werden,
von dem die beiden Drillingspumpen mit je einem Abtriebszapfen angetrieben sind.
Mindestens an einem Abtriebszapfen muß eine lösbare, die Einstellung der Kurbelwellenversetzung
ermöglichende starre Kupplung vorgesehen sein. Dadurch, daß die Abtriebsstränge
des Getriebes zu den Drillingspumpen gleich lang gemacht werden können, werden unterschiedliche
Verdrehungen dieser Stränge vermieden, wodurch sich die eingestellte Kurbelwellenversetzung
von 30° verändern könnte.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
dargestellt, und zwar zeigt Abb. 1 das bereits erwähnte Diagramm der Kolbengeschwindigkeit
bzw. der Geschwindigkeit der Wasserförderung einer Preßpumpenanlage gemäß der Erfindung
und Abb.2 den Aufbau einer solchen Preßpumpenanlage in Draufsicht.
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Mit 1 und 2 sind zwei schnellaufende elektrische Antriebsmotoren bezeichnet,
die an ein übersetzungsgetriebe 3 angeschlossen sind. Dieses Getriebe liegt in der
Mitte zwischen zwei Dreiplungerpumpen 4, 5, die über gleich lange Abtriebswellen
6, 7 und Kupplungen F, 9 angetrieben werden. Eine dieser Kupplungen muß eine
starre, lösbare Kupplung von der Art sein, die eine Winkelverstellung der beiden
Kupplungshälften in kleinen Stufen ermöglicht, damit die Kurbelwellen der einen
Drillingspumpe um 30 gegenüber der Kurbelwelle der anderen Pumpe versetzt werden
kann. Zweckmäßig werden zu diesem Zweck sogenannte Zahnkupplungen verwendet. Elastische
Kupplungen sind wegen der Unmöglichkeit, die Kurbelwellenversetzung während des
Betriebes genau einzuhalten, weniger zu empfehlen.