DE2610745A1

DE2610745A1 - Cryogenic liq. pressure booster pump - has stepped piston arrangement and vacuum controlled return stroke

Info

Publication number: DE2610745A1
Application number: DE19762610745
Authority: DE
Inventors: Richard S Pauliukonis
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-03-13
Filing date: 1976-03-13
Publication date: 1977-09-22

Abstract

Pressure booster pump especially for liquids in the cryogenic range, where a piston is fitted which is adjustable against a return pressure. The piston has at least one reduction in diameter with the two sections of varying diameter of the piston (35, 38) being positioned tightly inside a housing (2) and cylinder chambers corresponding to the diameters of the piston sections (31, 32). The piston is then subjected to a pressure medium so that it moves in the direction of the side with the larger diameter (21) whilst at the same time emptying the closed off part of the larger cylinder chamber (31). Vacuum is used for the piston return strokes.

Description

Dru ckver stärkung spump e Booster pump e

-Die Erfindung betrifft eine Druckverstärkungspumpe, die insbesondere bei kryogenen flbertragungssystemen (Tiefsttemperaturanlagen) eingesetzt werden kann, bei denen eine Verstärkung des Flüssigkeitsdurckes notwendig wird, wenn diese aus Lagerbehältern, wie den sog.-The invention relates to a pressure booster pump, in particular be used in cryogenic transmission systems (cryogenic systems) may require an increase in fluid pressure if this from storage containers, such as the so-called.

Dewarbehältern, in Flaschen mit hohem Druck eingefüllt werden sollen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Anwendung beschränkt.Dewar containers intended to be filled into bottles at high pressure. However, the invention is not restricted to this application.

Die meisten Druckverstärker setzen Federn ein, um die Lage eines in einem Gehäuse angeordneten Kolbens verändern zu können oder Federn mit pneumatischen Dämpfsystemen, bei denen bei der Kolbenbewegung innerhalb des Gehäuses Luft verdrängt wird.Most pressure intensifiers use springs to move the position of an in a housing arranged piston to be able to change or springs with pneumatic Damping systems in which air is displaced within the housing when the piston moves will.

Der Einsatz von Federn bringt eine ganze Reihe von Nachteilen mit sich, von denen der größte der Energieverlust ist, der bei der Kolbenbewegung gegen die Federkraft auftritt. Im kryogenen Bereich, d.h. also im Bereich sehr tiefer Temperaturen, können Federn nicht ordnungsgemäß arbeiten, weil der Temperatureinfluß auf die Materialzusammensetzung und auf die Kristalltransformation, die bei sehr extremen Temperaturveränderungen auftritt, mit drastischen Folgen für die Arbeitsweise der Federn verbunden ist; Anderungen in der metallurSischen Phase, die durch sehr starke Temperaturänderungen eintreten können, führen nämlich zu einer vorzeitigen Fehlerquelle in den Federn. Noch kritischer ist die fliftdämpfung, wenn sie in Anlagen verwendet werden soll, bei denen verflüssigte Gase bei kryogenen Temperaturen verarbeitet werden.The use of springs has a number of disadvantages the greatest of which is the loss of energy that occurs in the Piston movement occurs against the spring force. In the cryogenic area, i.e. in the area very deep Temperatures, springs cannot work properly because of the influence of temperature on the material composition and on the crystal transformation, which occurs at very extreme temperature changes occur, with drastic consequences for the operation the springs are connected; Changes in the metallurgical phase caused by very strong temperature changes can occur, namely lead to premature Source of error in the springs. The flift damping is even more critical when it is used in systems to be used where liquefied gases are processed at cryogenic temperatures will.

Aus der Luft stammende Feuchtigkeit sammelt sich nämlich innerhalb der Durchströmöffnungen an und lagert sich dort als Eis ab. Die kalten Oberflächen solcher Einrichtungen wirken überdies als Luftpumpen, weil dieser die Feuchtigkeit entzogen wird und das führt aufgrund der Eisansammlung zu Fehlern in der gesamten Einrichtung. Druckverstärker finden auch Verwendung in pneumatischhydraulischen Anlagen, aber sie sind sehr kompliziert und teuer.Moisture from the air collects inside the through-flow openings and is deposited there as ice. The cold surfaces Such devices also act as air pumps, because this is the moisture is withdrawn and this leads to errors in the whole due to the accumulation of ice Furnishings. Pressure intensifiers are also used in pneumatic-hydraulic Plants, but they are very complicated and expensive.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfache Ausgestaltung für einen Druckverstärker zu schaffen, der für solche Fälle einsetzbar ist, bei denen zur Zeit noch Schwierigkeiten mit den vorhandenen Einrichtungen auftreten, und zwar soll es dadurch geschehen, daß das Prinzip eines luftleeren Raumes angewendet wird, durch dessen Wirkung der Kolben in die ursprüngliche Stellung zurückgeführt werden kann, so daß Energie gespart wird und weder Federn noch Luftüberströmöffnungen vorgesehen werden müssen, so daß der Verstärker besonders geeignet ist für den Einsatz kryogenen Bereichen.It is the object of the present invention to provide a simple design to create a pressure booster that can be used for such cases who are currently experiencing difficulties with the existing facilities, and it should be done by applying the principle of a vacuum is, by the action of which the piston is returned to its original position can be so that energy is saved and neither springs nor air overflow openings must be provided so that the amplifier is particularly suitable for use cryogenic areas.

Die Erfindung besteht darin, daß bei einer Druckverstärkungspumpe für Flüssigkeiten, insbesondere für sehr kalte Flüssigkeiten im kryogenen Bereich,-bei der ein gegen eine Rückstellkraft verschiebbarer - Kolben vorgesehen ist, der Kolben im'Durchmesser mindestens einmal abgesetzt ist, mit den beiden abgesetzten Eolbenteilen dicht in einem Gehäuse mit entsprechend im Durchmesser angepassten Zylinderräumen angeordnet und durch Druckmittel so beaufschlagbar ist, daß er in Richtung zu der mit dem größeren Durchmesser versehenen Seite unter gleichzeitiger Evakuierung des abgeschlossenen Teiles des größeren Zylinderraumes verschiebbar ist, so daß die Rückstellkraft vom Unterdruck ausgeübt wird.The invention consists in that in a pressure booster pump for liquids, especially for very cold liquids in the cryogenic range a piston which can be displaced against a restoring force is provided, the piston im'Durchmesser is set off at least once, with the two set off Eolben parts tight arranged in a housing with cylinder chambers correspondingly adapted in diameter and can be acted upon by pressure means in such a way that it is in the direction of the one with the larger one Diameter provided side with simultaneous evacuation of the completed Part of the larger cylinder space is displaceable, so that the restoring force from Negative pressure is applied.

Durch diese Ausgestaltung wird eine Druckverstärkungspumpe geschaffen, die selbsttätig, ohne daß die Gefahr sprühender Funken von Motoren o.dgl. auftritt, den Druck einer zu fördernden Flüssigkeit erhöhen kann.This configuration creates a pressure booster pump, the automatically, without the risk of sparks from engines or the like. occurs, can increase the pressure of a liquid to be pumped.

Dabei ist es zweckmäßig, wenn das Gehäuse mit fluchtenden Bohrungen mit drei verschiedenen Durchmessern versehen ist und beide Enden des Gehäuses an je einer Druckleitung anliegen, daß der Kolben drei verschiedene Durchmesserteile besitzt, daß der Zylinderraum mit dem mittleren Durchmesser an dem zum kleineren Zylinderraum hin gelegenen Ende mit einer Auslaßöffnung versehen ist und daß die größte Kolbenfläche einer Auslaßöffnung gegenüberliegt, die durch ein Dreiwegeventil gesteuert wird. Dwrch diese Ausgestaltung läßt sich der gewünschte Arbeitsablauf ermöglichen, ohne daß Rückstellfedern notwendig sind und ohne daß Dämpfungs- oder Betätigungsluft verwendet werden muß.It is useful if the housing has aligned bores is provided with three different diameters and attached to both ends of the housing each a pressure line rest, that the piston three different diameter parts has that the cylinder space with the mean diameter on the smaller The end of the cylinder chamber is provided with an outlet opening and that the largest piston area is opposite an outlet opening through a three-way valve is controlled. The desired workflow can be achieved by this configuration enable without return springs are necessary and without damping or Actuating air must be used.

Von dem kleinsten Zylinderraum und von der Auslaßöffnung im mittleren Zylinder können Leitungen zu einem Verbraucher geführt sein, in denen Rückschlagventile angeordnet sind, so daß die gewünschte Funktion erreicht wird. Die Länge des kleinsten Kolbenteiles kann dabei kürzer als die des Zylinderraumes mit dem kleinsten Durchmesser bemessen und so auf den Verschiebeweg des Kolbens abgestimmt sein, daß es in einer Endlage des Kolbens in dem Zylinderteil dichtend sitzt, währen es in der anderen Endlage aus diesem Zylinderteil herausgeführt ist. Der kleinste Kolbenteil wirkt dadurch als Abschlußventil. Wird auch der mittlere Kolbenteil etwas kürzer als der ihm zugeordnete Zylinderraum ausgebildet, dann kommt der größte kolbenteil zur Anlage an einer Schulter zwischen dem größten Zylinderraum und dem nächst größten Zylinderraum, so daß sich keinerlei Luft mehr zwischen dieser Schulter umd dem größten golben befindet. Durch entsprechende Steuerung und Verschiebung des Kolbens aus dieser Lage wird dann ein luftleerer Raum geschaffen, der wie eine Rückstellfeder wirkt, aber nicht die Nachteile mit sich bringt, wie das bei bekannten Anordnungen der Fall ist.From the smallest cylinder space and from the outlet opening in the middle Cylinders can have lines to a consumer in which check valves are arranged so that the desired function is achieved. The length of the smallest The piston part can be shorter than that of the cylinder space with the smallest diameter sized and matched to the displacement of the piston that it is in a End position of the piston in the cylinder part sits sealingly, while it is in the other End position is led out of this cylinder part. The smallest part of the piston works thereby as a closing valve. The middle part of the piston also becomes a little shorter than the cylinder space assigned to it is formed, then the largest piston part comes to rest on one shoulder between the largest Cylinder space and the next largest cylinder space, so that there is no more air between this shoulder and the largest piston is located. By controlling and shifting the Piston from this position then creates a vacuum that acts like a return spring works, but does not have the disadvantages, as is the case with known arrangements the case is.

Einrichtungen dieser Art, die weniger Einzelteile benötigen und die Leistung des gesamten Systems erhöhen können, sind auf allen Gebieten erwünscht, da sie recht einfache Mittel zur Verfügung stellen, um Flüssigkeiten bei höherem druck mit äußerster Zuverlässigkeit und billig umpumpen zu können.Facilities of this type which require fewer individual parts and which Can increase the performance of the entire system are desirable in all areas, since they provide fairly simple means of getting fluids at higher levels pressure with the utmost reliability and cheap to be able to pump over.

Vorteile und Einzelheiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles hervor, das in den Zeichnungen gezeigt ist. Dabei zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt eines durch ein Dreiwegeventil gesteuerten Druckverstärkers in einer ersten Stellung und Fig. 2 den Querschnitt der Fig. 1, jedoch in der zweiten Eolbenlage, in der der kleinste Teil des Kolbens seine Bohrung verlassen hat und in derer größte Zylinderraum unter Unterdruck steht.Advantages and details of the invention emerge from the following description of an embodiment shown in the drawings. Show: 1 shows a cross section of a pressure booster controlled by a three-way valve in a first position and FIG. 2 shows the cross section of FIG. 1, but in the second Piston position in which the smallest part of the piston has left its bore and in which the largest cylinder space is under negative pressure.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, ist ein Druckverstärker 1 vorgesehen, um den Druck einer Flüssigkeit zu erhöhen, die von einer Druckquelle 10 durch die Leitungen 11 und 21 zu einem Einlaß 12 an einem Gehäuse 2 geführt ist. Diese Einlaßöffnung 12 steht mit einem größeren Zylinderraum 8 in Verbindung, von dem aus eine Öffnung 9 über eine Leitung 13 zu einem Rückschlagventil 14 führt, die mit einer weiteren Leitung 15 verbunden ist, in der ebenfalls ein Rückschlagventil 16 angeordnet ist. Die Leitungen 13 und 15 führen zu einem Empfänger 17. Das andere Ende des Gehäuses, das wesentlich größer ist, ist über die Leitungen 18 und 19 ebenfalls an die Druckquelle 10 angeschlossen, die unter Druck stehende Flüssigkeit einem Dreiwegeventil 20 am größeren Ende 23 des Gehäuses 2 zuführt, um einen Differentialkolben 35 durch die Einlaßöffnung 22 hindurch zu beaufschlagen. Wird zunächst angenommen, daß die Druckquelle der Flüssigkeit in Betrieb ist und daß das Ventil 20 offensteht, dann ist die größere Endfläche 21 des Kolbens druckbeaufschlagt und der Kolben 35 wird in die in der Fig. 1 gezeigten Lage gebracht, in der die Einlaßöffnung 12 mit dem Kolbenende 36 verschlossen ist.As can be seen from the drawing, a pressure booster 1 is provided, in order to increase the pressure of a liquid which is supplied by a pressure source 10 through the Lines 11 and 21 are guided to an inlet 12 on a housing 2. This inlet port 12 is in connection with a larger cylinder space 8, from which an opening 9 leads via a line 13 to a check valve 14, which is connected to a further Line 15 is connected, in which a check valve 16 is also arranged. The lines 13 and 15 lead to a receiver 17. The other end of the housing, which is much larger, is also via the lines 18 and 19 to the pressure source 10 connected, the pressurized liquid to a three-way valve 20 on larger end 23 of the housing 2 feeds to a differential piston 35 to be applied through the inlet opening 22. It is initially assumed that the pressure source of the liquid is in operation and that the valve 20 is open, then the larger end face 21 of the piston is pressurized and the piston 35 is brought into the position shown in Fig. 1, in which the inlet opening 12 with the piston end 36 is closed.

Wird das Dreiwegeventil 20 geschlossen, dann kann die Arbeitsflüssigkeit aus dem größeren Gehäuseende 23 durch die Leitung 24 (Fig. 2) her ausströmen und der Druck der Druckquelle der Einlaßöffnung 12 wird so groß, daß der Kolben 35 die in der Fig. 2 angedeutete Endlage einnimmt, in der die Einlaßöffnung nicht mehr verschlossen ist und in derer Zylinderraum 8 mit Druckflüssigkeit aufgefüllt wird, während gleichzeitig ein Ringraum 26 zwischen dem Teil 38 und dem Gehäuse 2 sowie angrenzend an dem Kolbenteil 35 gebildet wird, der evakuiert ist.If the three-way valve 20 is closed, then the working fluid from the larger end of the housing 23 through the line 24 (Fig. 2) and flow out the pressure of the pressure source of the inlet port 12 is so large that the piston 35 the assumes the end position indicated in FIG. 2, in which the inlet opening is no longer is closed and in which cylinder space 8 is filled with hydraulic fluid, while at the same time an annular space 26 between the part 38 and the housing 2 as well is formed adjacent to the piston part 35 which is evacuated.

Der Druckverstärker 1 besitzt ein längliches, zylindrisches Gehäuse 2, dessen einer, größerer Durchmesser 23 ein offenes Ende 5 besitzt, das durch einen Deckel 28 mit einer Dichtung 29 und einer Öffnung 22 abgeschlossen ist. Das kleinere Ende 25 des Gehäuses 2 ist mit einer Abschlußwand 7 versehen, in der die Einlaßöffnung 12 zentrisch angeordnet ist und von der aus ein Schraubstutzen 6 nach außen ragt, in dem eine in der Gehäuseachse verlaufende, zylindrische Bohrung für die Einlaßöffnung 12 vorgesehen ist. Am größeren Ende 23 des Gehäuses 2 ist eine große Bohrung 30 vorgesehen, die sich teilweise zum Inneren des Gehäuses erstreckt und in eine zweite koaxiale, zylindrische Bohrung 32 übergeht, die kleineren Durchmesser besitzt und an ihrem einen Ende durch eine Schulter 33 von der größeren Bohrung 31 abgesetzt ist, an der radial nach außen die Auslaßöffnung 9 vorgesehen ist, durch die die unter Druck gesetzte Flüssigkeit aus dem Zylinder 8 bei beaufschlagtem Kolben 35 gemäß Fig. 1 entweichen kann.The pressure booster 1 has an elongated, cylindrical housing 2, one of which has a larger diameter 23 has an open end 5, which by a Lid 28 is closed with a seal 29 and an opening 22. The smaller one End 25 of the housing 2 is provided with an end wall 7 in which the inlet opening 12 is arranged centrally and from which a screw socket 6 protrudes to the outside, in which a cylindrical bore for the inlet opening running in the housing axis 12 is provided. At the larger end 23 of the housing 2 there is a large bore 30 provided, which extends partially to the interior of the housing and into a second coaxial, cylindrical bore 32 passes, which has a smaller diameter and separated from the larger bore 31 at one end by a shoulder 33 is, at the radially outwardly the outlet opening 9 is provided through which the pressurized fluid from cylinder 8 with piston 35 pressurized according to FIG. 1 can escape.

Der Differentialkolben 35 sitzt mit enger Gleitpassung in dem Zylinder 30 und besitzt ein größeres Kolbenende 21 mit einer Dichtung 27, das als Verstärkerteil wirkt und auch als sog. Betätigungskolben 21 bezeichnet werden kann. Das andere, dünnere Ende 36 des Kolbens betzt eine Dichtung 37 und dient als Abschlußkolben, wenn der Differentialkolben in der Lage der Fig. 1 ist. Zwischen diesen beiden Teilen liegt ein Kolbenteil 38 mit mittlerem Durchmesser, der eine Dichtung 39 besitzt und dieser Kolbenteil dient als sog. Verstärkerkolben 38.The differential piston 35 is seated with a tight sliding fit in the cylinder 30 and has a larger piston end 21 with a seal 27, which acts as a booster part acts and can also be referred to as so-called actuating piston 21. The other, thinner end 36 of the piston puts a seal 37 and serves as a final piston, when the differential piston is in the position of FIG. Between these two parts lies a piston part 38 with a medium diameter, which has a seal 39 and this piston part serves as a so-called booster piston 38.

Der Verdärkungsvorgang hängt ab von der Lage des Kolbens 35 innerhalb des Zylinders 30, wobei diese Lage nur durch das lZreiwegeventil 20 gesteuert wird. Ist dieses Ventil offen, so nimmt der Kolben die Lage nach Fig. 2 ein, wobei der Verstärkerkolben 38 bei niederem Druck nach links gedrückt wird und der Behälter 17 mit Flüssigkeit unter geringerem Druck von der Druckquelle her gefüllt werden kann. Wird das Dreiwegeventil umgeschaltet, um die Druckentlastung des Raumes 30 zu unterbinden und die Druckbeaufschlagung auf das Kolbenende 21 über die Leitungen 18, 19 und die Öffnung 22 freizugeben, dann wird diese, wesentlich größere als die anderen ausgebildete Kolbenfläche 21, aufgrund ihrer Beaufschlagung durch die unter gleichem Druck stehende Flüssigkeit nach rechts gedrückt, wobei zunächst die Zufuhröffnung 12 durch den Kolbenteil 36 abgeschlossen wird und dann der Druck innerhalb des Bing-raumes 8 zwischen dem kleinen Kolbenteil 36 und dem Zylinder 32 ansteigt und zwar aufgrund einer Kraft, die der Differenz der Flächen des Verstarkerkolbens 38 und des Betätigungskolbenendes 21 entspricht. Diese Druckbeaufschlagung bleibt solange aufrechterhalten, bis der Kolben 35 an der Schulter 33 innerhalb der Zylinderbohrung 31 anschlägt. Die Druckerhöhung innerhalb des Raumes 8 tritt dabei sofort ein, wenn die Fläche 21 des Kolbenteiles 35 nach rechts- bewegt wird, wogegen die intensive Druckerhöhung einsetzt, wenn die Dichtung 37 des kleinen Verschlußkolbens in die Öffnung 12 eingeschoben ist und somit zwischen den Dichtungen 37 und 39 des Verstärkerkolbens 38 sowie der Schulter 34 ein ständig kleiner werdender Raum eingeschlossen wird. Fig. 1 zeigt auch die normal9 Endlage des Kolbens innerhalb des Gehäuses, dessen größerer Teil 21 an der Schulter 33 anliegt und dabei etwa noch vorhandene Luft vollkommen zwischen dem Kolbenteil 21 und der Schulter 33 herausdrückt (siehe Fig. 1). Wird der Kolben 35 dann beaufschlagt, um seine Lage nach Fig. 2 einzunehmen, dann wird zwischen den Kolbenteilen 38 und der Bohrung 31 ein Ringraum gebildet, der luft leer ist und der daher bestrebt ist, den Kolben stets in der in Fig. 1 gezeigten Lage zu halten.The amplification process depends on the position of the piston 35 within of the cylinder 30, this position being controlled only by the two-way valve 20. If this valve is open, the piston assumes the position according to FIG. 2, the Booster piston 38 is pushed to the left at low pressure and the container 17 can be filled with liquid under lower pressure from the pressure source can. If the three-way valve is switched to relieve pressure in room 30 to prevent and the application of pressure to the piston end 21 via the lines 18, 19 and to release the opening 22, then this will be much larger than that other formed piston surface 21, due to their impact by the below liquid under the same pressure pushed to the right, initially opening the supply opening 12 is closed by the piston part 36 and then the pressure within the bing space 8 between the small piston part 36 and the cylinder 32 increases due to a force equal to the difference in the areas of the booster piston 38 and the actuating piston end 21 corresponds. This pressurization is maintained until the Piston 35 strikes against shoulder 33 within cylinder bore 31. The pressure increase within the space 8 occurs immediately when the surface 21 of the piston part 35 is moved to the right, whereas the intense pressure increase starts when the seal 37 of the small sealing piston is pushed into the opening 12 and thus between the seals 37 and 39 of the intensifier piston 38 and the shoulder 34 a constantly shrinking space is enclosed. Fig. 1 also shows the normal9 End position of the piston within the housing, the larger part 21 of which is on the shoulder 33 is applied and any air still present completely between the piston part 21 and the shoulder 33 pushes out (see Fig. 1). If the piston 35 is then acted upon, to take its position according to FIG. 2, then between the piston parts 38 and the bore 31 formed an annular space which is empty of air and which therefore strives to to keep the piston always in the position shown in FIG.

LeerseiteBlank page

Claims

Claims \ 1o jerk booster pump for liquids, in particular for very cold liquids in the cryogenic range, in which a counter-restoring force displaceable piston is provided, characterized in that the Eolbçn im Diameter is stepped at least once, with the two stepped piston parts (35, 38) tightly in a housing (2)) with a correspondingly adapted diameter Cylinder spaces (31, 32) are arranged and can be acted upon by pressure medium, that it is below in the direction of the side provided with the larger diameter (21) simultaneous evacuation of the closed part (26) of the larger cylinder space (31) is displaceable so that the restoring force is exerted by the negative pressure.

2.) jerk booster pump according to claim 1, characterized in that that the housing (2r with aligned bores (31, 32 and 12) with three different B diameter is provided and both ends (12 and 22) of the housing on each one pressure line (11 or 19) are in contact so that the piston has three different diameter parts (35, 38 and 36) has that the cylinder space (32) with the mean diameter at the provided with an outlet opening (9) towards the smaller cylinder space (12) and that the largest piston surface (21) is opposite an outlet opening (22), which is controlled by a three-way valve (20).

3. Pressure booster pump according to claims 1 and 2, characterized in that that of the smallest cylinder space (12) and of the outlet opening (9) in the middle Cylinder (32) lines (21 and 13) are led to a consumer (17) and that check valves (14 and 16) are arranged in each of these lines.

4. Pressure booster pump according to claims 1 to 3, characterized in that that the length of the smallest piston part (36) is shorter than that of the cylinder space (12) with the smallest diameter and thus on the displacement path of the piston it is coordinated that it is sealing in an end position of the piston in the cylinder part (12) sits, while it is led out of this cylinder part in the other end position is.

5.) jerk booster pump according to claims 1 to 4, characterized in that that the middle piston part (38) is also somewhat shorter than the cylinder space assigned to it (32) is so that the largest piston part (35) to rest on a shoulder (33) between the largest cylinder space (31) and the next largest cylinder space (32) comes.