ITPC20120013A1

ITPC20120013A1 - PISTON PUMP WITH HYDRAULIC DRIVE.

Info

Publication number: ITPC20120013A1
Application number: IT000013A
Authority: IT
Inventors: Mario Massa
Original assignee: Emmepiemme Srl
Priority date: 2012-05-10
Filing date: 2012-05-10
Publication date: 2013-11-11

Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

POMPA A PISTONI AD AZIONAMENTO OLEODINAMICO HYDRAULIC OPERATED PISTON PUMP

Vi sono processi che richiedono di movimentare prodotti pompabili all'interno di tubazioni con portata estremamente costante e indipendente dalla pressione. Tra questi processi si deve annoverare il trattamento termico di prodotti alimentari mediante riscaldamento ohmico o mediante alta frequenza o mediante microonde. In tutti e tre i casi per avere un riscaldamento costante è richiesto che il prodotto avanzi aH'intemo dei tubi con velocità estremamente costante. Spesso queste tecniche di riscaldamento vengono adottate quando il prodotto contiene particolato, anche di notevole dimensione, che risulterebbe di difficile riscaldamento mediante tradizionali riscaldatori basati sullo scambio termico. Per questa tipologia di impianti si utilizzano normalmente pompe a pistoni a valvole comandate che presentano basso danneggiamento dei pezzi e buona regolarità nel movimento. Il tipo di azionamento adottato può essere meccanico o oleodinamico. Il primo permette di ottenere ottime caratteristiche di regolarità di spinta del prodotto, ma presenta il limite di non permettere pressioni molto elevate, soprattutto nel caso di pompe di grossa dimensione. Le pompe presenti sul mercato utilizzanti un azionamento oleodinamico presentano per contro una regolarità di spinta non molto buona e difficoltà di aspirazione di prodotti costituiti da un miscuglio di pezzi di grossa dimensione e liquido poco viscoso. There are processes that require pumpable products to be handled within pipelines with extremely constant and pressure-independent flow rates. These processes include the heat treatment of food products by ohmic or high frequency heating or by microwaves. In all three cases, in order to have constant heating, the product must advance inside the tubes at an extremely constant speed. Often these heating techniques are adopted when the product contains particulate matter, even of considerable size, which would be difficult to heat using traditional heaters based on heat exchange. For this type of systems, piston pumps with controlled valves are normally used, which have low damage to the pieces and good regularity in movement. The type of drive adopted can be mechanical or hydraulic. The first allows to obtain excellent characteristics of product thrust regularity, but has the limit of not allowing very high pressures, especially in the case of large pumps. On the other hand, the pumps present on the market using a hydraulic drive have a not very good thrust regularity and difficulty in sucking products made up of a mixture of large pieces and low viscous liquid.

La presente pompa, grazie soprattutto al particolare circuito oleodinamico e al software di controllo, presenta grandissima costanza di portata e capacità di aspirare anche i prodotti più difficili. The present pump, thanks above all to the particular hydraulic circuit and to the control software, has a very high constant flow rate and ability to suck even the most difficult products.

La pompa può essere realizzata sia con cilindri orizzontali che verticali. In quest'ultimo caso si ha il duplice vantaggio di un ingombro in pianta ridotto e di avere le bocche di aspirazione e mandata a un livello molto basso il chè permette di aspirare anche da serbatoi bassi e di evitare salite e discese sul tubo di mandata. Le valvole di aspirazione e mandata possono essere di vario tipo, ma vantaggiosamente possono essere utilizzate valvole a sfera sanitarie ad azionamento pneumatico. Nella sua forma normale la pompa presenta due cilindri, ma è possibile utilizzarne 3 allo scopo di aumentare la portata. The pump can be made with both horizontal and vertical cylinders. In the latter case there is the double advantage of a reduced overall dimensions and of having the suction and delivery outlets at a very low level which allows suction even from low tanks and to avoid ascents and descents on the delivery pipe. The suction and delivery valves can be of various types, but pneumatically operated sanitary ball valves can advantageously be used. In its normal form the pump has two cylinders, but it is possible to use 3 of them in order to increase the flow rate.

In figura 1 e 2 è rappresentata la pompa vista frontalmente e lateralmente nella realizzazione a due cilindri verticali. In esse sono visibili: 1) cilindro, 2) pistone, 3) attuatore lineare oleodinamico sinistro, 4) attuatore lineare oleodinamico destro, 5) valvola di aspirazione, 6) valvola di mandata, 7) valvola evacuazione aria, 8) valvola iniezione acqua, 9) centralina oleodinamica sfilabile, 10) quadro elettrico. In figura 1) il pistone del cilindro di destra è rappresentato estratto dalla canna per permetterne il lavaggio e la manutenzione. Figures 1 and 2 show the pump seen from the front and from the side in the construction with two vertical cylinders. In them you can see: 1) cylinder, 2) piston, 3) left hydraulic linear actuator, 4) right hydraulic linear actuator, 5) intake valve, 6) delivery valve, 7) air evacuation valve, 8) water injection valve , 9) removable hydraulic unit, 10) electrical panel. In figure 1) the piston of the right cylinder is shown extracted from the barrel to allow washing and maintenance.

L'attuatore oleodinamico è costituito da un cilindro oleodinamico contenente allintero un trasduttore di posizione a magnetostrizione. Il quadro elettrico contiene un PLC di controllo in grado di controllare ogni parte della pompa. In figura 3 è rappresentato lo schema di principio dell'impianto idraulico esso si può notare come siano utilizzate due pompe entrambe azionate da motori elettrici comandati da inverter. Una, indicata con 11) costituisce la pompa principale e comanda l'avanzamento dei pistoni, l'altra, indicata con 12), costituisce la pompa ausiliaria, funzionante normalmente a pressioni notevolmente inferiori rispetto alla prima, che comanda il ritorno dei pistoni, la precompressione e la movimentazione manuale. Le pompe oleodinamiche possono essere di vario tipo, ma vantaggiosamente possono essere adottate pompe a ingranaggi interni che presentano bassa rumorosità e rendimento volumetrico estremamente elevato. Sulle mandate delle due pompe sono installati due trasduttori di pressione, rispettivamente 13) e 14). Una valvola di non ritorno 15) impedisce all'olio spinto dalla pompa principale di fluire verso la pompa secondaria. The hydraulic actuator consists of a hydraulic cylinder containing a magnetostriction position transducer inside. The electrical panel contains a control PLC capable of controlling every part of the pump. Figure 3 shows the basic diagram of the hydraulic system. It can be seen that two pumps are used, both driven by electric motors controlled by inverters. One, indicated with 11) constitutes the main pump and controls the advancement of the pistons, the other, indicated with 12), constitutes the auxiliary pump, normally operating at considerably lower pressures than the first, which controls the return of the pistons, the prestressing and manual handling. The hydraulic pumps can be of various types, but advantageously internal gear pumps can be adopted which have low noise and extremely high volumetric efficiency. Two pressure transducers, 13) and 14) respectively, are installed on the outlets of the two pumps. A non-return valve 15) prevents the oil pushed by the main pump from flowing towards the secondary pump.

Le valvole oleodinamiche 16), 17), permettono di inviare l'olio della pompa principale a uno o all'altro cilindro. Le valvole oleodinamiche a doppio solenoide 18), 19) permettono di inviare l'olio della pompa oleodinamica ausiliaria su un lato o l'altro dei due cilindri. The hydraulic valves 16), 17) allow the oil of the main pump to be sent to one or the other cylinder. The double solenoid hydraulic valves 18), 19) allow the oil of the auxiliary hydraulic pump to be sent to one side or the other of the two cylinders.

Le valvole 20) e 21) permettono di selezionare due diverse pressioni per la pompa ausiliaria o di metterla in scarico. L'utilizzo della doppia valvola permette un più regolare funzionamento della pompa qualunque sia la pressione di mandata, ma non è di per sè necessario al corretto funzionamento della pompa stessa. Valves 20) and 21) allow to select two different pressures for the auxiliary pump or to discharge it. The use of the double valve allows a more regular operation of the pump whatever the delivery pressure, but it is not in itself necessary for the correct operation of the pump itself.

Il funzionamento della pompa è il seguente: si consideri il pistone del cilindro di destra fermo in alto, quello del cilindro di sinistra a metà corsa che avanza spinto dalla pompa 11). Le valvole di aspirazione di entrambi i cilindri sono chiuse, quella di mandata del cilindro di sinistra aperta, quella del cilindro di destra chiusa. Sono aperte le valvole 16) e 17), sono chiuse le valvole 18) e 19). La pompa ausiliaria ruota a minima velocità e la valvola 20) è aperta verso lo scarico. Il prodotto è spinto a velocità costante dal pistone di sinistra. La costanza di portata è garantita dall'elevato rendimento volumetrico della pompa 11) e dal controllo della frequenza erogata dall'inverter effettuato dal PLC mediante il trasduttore di posizione inserito nel cilindro oleodinamico. The operation of the pump is as follows: consider the piston of the right cylinder stopped at the top, that of the left cylinder at half stroke which advances pushed by the pump 11). The intake valves of both cylinders are closed, the delivery valve of the left cylinder open, that of the right cylinder closed. Valves 16) and 17) are open, valves 18) and 19) are closed. The auxiliary pump rotates at minimum speed and the valve 20) is open towards the drain. The product is pushed at a constant speed by the left piston. The constant flow rate is guaranteed by the high volumetric efficiency of the pump 11) and by the control of the frequency delivered by the inverter carried out by the PLC by means of the position transducer inserted in the hydraulic cylinder.

Non appena il pistone di sinistra è in prossimità della fine della corsa, viene aperta la valvola di mandata del cilindro di destra. A questo punto entrambi i pistoni avanzano spinti dalla pompa 11), ma essendo la portata della pompa invariata, la quantità di prodotto spinto nell'unità di tempo rimane invariata. Pochi istanti dopo l'apertura della valvola di mandata del cilindro di destra, vengono chiuse la valvola 16) e la valvola di mandata del cilindro di sinistra: il pistone di sinistra si ferma e il flusso del prodotto è mantenuto dal solo cilindro di destra. Inizia a questo punto la fase di aspirazione del cilindro di sinistra. Tale fase può essere effettuata con o senza ritardo dell'apertura della valvola di aspirazione. Un ritardo nell'apertura della valvola di aspirazione permette di creare il vuoto allintero del cilindro grazie al'arretramento del pistone: in questo modo al momento dell'apertura della valvola di aspirazione il prodotto è aspirato violentemente: questo permette di aspirare prodotti particolarmente difficili, in particolare prodotti costituiti da grossi pezzi sospesi in un liquido poco viscoso. La elevata velocità del prodotto fa sì che entrambe le fasi avanzino insieme, evitando che il liquido fluisca attraverso i pezzi fermi. Questo ritardo porta a un danneggiamento di parte dei pezzi aspirati durante la fase di apertura della valvola, che deve essere la più veloce possibile, per cui il tempo di ritardo deve essere il più breve possibile. Se il ritardo non è necessario è possibile aprire la valvola di aspirazione un attimo prima che il pistone inizi la fase di ritorno. In ogni caso, dopo la chiusura della valvola di mandata, viene chiusa la valvola 20) e la pompa ausiliaria è portata al regime richiesto per la voluta portata della fase di aspirazione. Viene eccitata la bobina della valvola 18) che invia olio alla camera lato stelo dellattuatore oleodinamico di sinistra tramite la pompa ausiliaria: il pistone di sinistra arretra aspirando prodotto all'interno del cilindro attraverso la valvola di aspirazione. Quando il pistone giunge in prossimità della fine della canna, viene ridotta la velocità di rotazione della pompa ausiliaria e dopo poco chiusa la valvola oleodinamica 18). Contemporaneamente viene chiusa la valvola di aspirazione. Appena questa è chiusa, inizia la fase di precompressione, che ha lo scopo di mettere in pressione il prodotto aspirato in modo da evitare che al momento dell'apertura della valvola di mandata prodotto ritorni attraverso essa nel cilindro di sinistra, causando una momentanea riduzione della portata. Viene eccitata la bobina dell'elettrovalvola 18) che invia olio al lato fondello delfattuatore oleodinamico di sinistra tramite la pompa ausiliaria. Durante questa fase si comandano le elettrovalvole 20) e 21) in modo da selezionare la pressione richiesta per la precompressione. Dopo poco viene chiusa la valvola oleodinamica 18) e la valvola 20) viene messa in scarico. A questo punto viene aperta la valvola 11 ) in modo da portare la pressione all'interno del cilindro allo stesso valore di quella di mandata. In questo modo le valvole di aspirazione e mandata vengono azionate sempre con pressione differenziale quasi nulla, garantendo velocità di movimentazione e assenza di usura. 11 sistema rimane in attesa che il pistone di destra sia in prossimità della fine della corsa e il ciclo ricomincia con i cilindri scambiati. As soon as the left piston is near the end of its stroke, the delivery valve of the right cylinder is opened. At this point both pistons advance pushed by the pump 11), but since the pump flow rate is unchanged, the quantity of product pushed in the unit of time remains unchanged. A few moments after opening the delivery valve of the right cylinder, the valve 16) and the delivery valve of the left cylinder are closed: the left piston stops and the product flow is maintained by the right cylinder only. At this point the intake phase of the left cylinder begins. This phase can be carried out with or without delay in the opening of the intake valve. A delay in the opening of the suction valve allows to create a vacuum inside the cylinder thanks to the retraction of the piston: in this way, when the suction valve is opened, the product is sucked violently: this allows to suck particularly difficult products, in particular products consisting of large pieces suspended in a low viscous liquid. The high speed of the product causes both stages to advance together, preventing liquid from flowing through stationary pieces. This delay leads to damage to part of the parts sucked in during the opening phase of the valve, which must be as fast as possible, so the delay time must be as short as possible. If the delay is not necessary, it is possible to open the intake valve just before the piston starts the return phase. In any case, after the delivery valve has closed, the valve 20) is closed and the auxiliary pump is brought to the speed required for the desired flow rate of the suction phase. The coil of the valve 18) is energized, which sends oil to the rod side chamber of the left hydraulic actuator by means of the auxiliary pump: the left piston withdraws, sucking product inside the cylinder through the intake valve. When the piston reaches the end of the barrel, the rotation speed of the auxiliary pump is reduced and after a short time the hydraulic valve 18) is closed. At the same time, the suction valve is closed. As soon as this is closed, the pre-compression phase begins, which has the purpose of putting the sucked product under pressure in order to avoid that when the product delivery valve is opened it returns through it into the left cylinder, causing a momentary reduction of the product. scope. The coil of the solenoid valve 18) is energized and sends oil to the bottom side of the left hydraulic actuator by means of the auxiliary pump. During this phase the solenoid valves 20) and 21) are controlled so as to select the pressure required for the prestressing. After a while the hydraulic valve 18) is closed and the valve 20) is discharged. At this point the valve 11) is opened so as to bring the pressure inside the cylinder to the same value as the delivery pressure. In this way the suction and delivery valves are always operated with almost zero differential pressure, guaranteeing movement speed and absence of wear. The system waits for the right piston to be near the end of the stroke and the cycle restarts with the cylinders exchanged.

Le valvole di evacuazione aria 7) hanno lo scopo di eliminare l'aria all'interno dei cilindri, soprattutto al momento dell'inizio della produzione quando i cilindri sono vuoti di prodotto. Tale valvola viene aperta per un breve istante al momento che il pistone giunge al fine corsa in basso dopo che la valvola di mandata è stata chiusa e prima di aprire quella di aspirazione. L'apertura delle valvole 7) può essere programmata perchè venga effettuata durante i primissimi cicli della pompa e poi in seguito solo molto raramente. The air evacuation valves 7) have the purpose of eliminating the air inside the cylinders, especially at the moment of the start of production when the cylinders are empty of product. This valve is opened briefly when the piston reaches the bottom stroke after the delivery valve has been closed and before opening the suction valve. The opening of the valves 7) can be programmed to take place during the very first cycles of the pump and then only very rarely thereafter.

Tali valvole possono essere utilizzate anche come valvole di drenaggio liquido alla fine della corsa di aspirazione. In tal caso la fase di precompressione è composta da una prima fase durante la quale il pistone avanza spinto dalla pompa 12) con la valvola di evacuazione aria aperta in modo da espellere l'eccedenza di liquido aspirato, e da una seconda fase già descritta che ha lo scopo di precomprimere effettivamente il prodotto. These valves can also be used as liquid drain valves at the end of the suction stroke. In this case, the pre-compression phase is composed of a first phase during which the piston moves forward pushed by the pump 12) with the air evacuation valve open in order to expel the excess of sucked liquid, and by a second phase already described which is meant to actually pre-compress the product.

Le valvole di iniezione acqua 8) hanno lo scopo di mantenere bagnata e lavata la guarnizione posteriore dei pistoni. Tale valvola viene aperta per un tempo determinato durante la discesa dei pistoni, in modo da immettere un piccolo quantitativo di acqua sulla parte posteriore dei pistoni. Tale acqua viene poi eliminata ogni volta che il pistone giunge alla fine della corsa indietro. Vantaggiosamente l'acqua utilizzata è quella di uscita dal sistema di raffreddamento della centralina oleodinamica. The water injection valves 8) have the purpose of keeping the rear piston seal wet and washed. This valve is opened for a certain time during the descent of the pistons, in order to introduce a small quantity of water on the rear part of the pistons. This water is then eliminated each time the piston reaches the end of the reverse stroke. Advantageously, the water used is that which comes out of the cooling system of the hydraulic unit.

In qualsiasi momento è possibile estrarre un pistone dal proprio cilindro per lavaggio o manutenzione mediante opportuni pulsanti manuali. A questo scopo viene utilizzata la sola pompa ausiliaria fatta ruotare a velocità molto ridotta. Durante i movimenti manuali le valvole di mandata rimangono sempre chiuse, mentre quelle di aspirazione vengono opportunamente comandate in modo da evitare fuoriuscita di prodotto e al contempo permettere l'avanzamento e l'arretramento dei pistoni all'interno dei cilindri. At any time it is possible to extract a piston from its cylinder for washing or maintenance by means of suitable manual buttons. For this purpose, only the auxiliary pump is used, which is rotated at a very low speed. During the manual movements the delivery valves always remain closed, while the suction valves are suitably controlled in order to avoid product leakage and at the same time allow the pistons to move forward and back inside the cylinders.

Claims

CLAIMS HYDRAULIC OPERATED PISTON PUMP 1) Pump for food products with two or more cylinders operated by hydraulic pistons equipped with magnetostrictive position transducers, comprising a hydraulic control unit equipped with at least two pumps, one main and one auxiliary, driven by independent asynchronous electric motors each controlled by an electronic frequency.

2) Pump as 1) characterized by the fact that the suction and delivery valves are made by means of pneumatically operated sanitary type ball valves.

3) Pump as above characterized by the fact that the cylinders are arranged with the vertical axis.

4) Pump as above characterized by the fact that the hydraulic unit contains a non-return valve on the delivery of the auxiliary pump to allow the product contained inside each cylinder to be put under pressure before the respective delivery valve opens.

5) Pump as above characterized by the fact of having installed a pneumatically controlled valve of modest size placed near the end of each cylinder suitable for evacuating the air or excess liquid from inside the cylinders.

6) Pump as above characterized by the fact that it is equipped with a solenoid valve for each cylinder capable of introducing water on the rear part of each piston to lubricate and wash the relative gasket.

7) Pump as above characterized by the fact of being controlled by a PLC whose program allows to open the suction valves after a suitable time from the start of the return stroke of the piston.

8) Pump as previous, characterized by the fact that the hydraulic control unit is housed inside the frame of the pump itself and can be easily removed from it to allow maintenance.

9) Pump as previous characterized by the fact that the hydraulic actuators allow the complete exit of the pistons from the cylinders in order to be able to wash and maintain the