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DUferentialkolbenpumpe.
Bohrloehpumpen werden vielfach als Differentialkolbenpumpen mit einem Arbeitskolben und einem Plungerkolben ausgebildet. Die Arbeits-bzw. Kraftverhältnisse solcher Pumpen sind ungünstig, weil einerseits ihr Arbeitshub einen erheblichen Kraftbedarf bedingt und anderseits die Differenz zwischen dem Kraftbedarf des Arbeitshubes und demjenigen des Leerhubes unverhältnismässig gross ist. Diese ungünstigen Arbeits-bzw. Kraftverhältnisse der Differentialbohrloehpumpen sind darin begründet, dass sich der Arbeitskolben tief unten im Pumpenzylinder und der Differentialkolben oben im Pumpenzylinder befindet, die Druckhöhe des Arbeitskolbens also wesentlich grösser ist als diejenige des Plungerkolbens.
Die Erfindung bezweckt einerseits eine Verringerung des Kraftbedarfes von Differentialkolbenpumpen beim Arbeitshub und anderseits einen Ausgleich des Kraftbedarfes soleher Pumpen beim Arbeitshub und Leerhub. Der Erfindungszweck wird dadurch verwirklicht, dass der Plungerkolben und damit seine Wirkung bis ungefähr zur Oberkante des Arbeitskolbens nach abwärts verlängert wird, die Druckhöhen von Arbeitskolben und Plungerkolben also annähernd gleich sind.
Bezüglich des Kraftbedarf für den Arbeitshub und für den Leerhub lässt sich eine noch günstigere Ausgleichung der Kräfte erreichen, welche die Anwendung eines Gegengewichtes am Kurbelgetriebe überhaupt überflüssig macht, wenn dem nach unten bis in Nähe des Arbeitskolbens geführten Plungerkolben eine besondere Ausbildung gegeben wird. Diese besteht nach der Erfindung darin, dass der als Schwimmerhohlkolben ausgebildete Plungerkolben sich nach unten hin stufenförmig verjüngt. Dadurch werden auch, wie Versuche und rechnerische Ergebnisse beweisen, die übrigen Kraft-und Festigkeitsverhältnisse sehr günstig beeinflusst.
Es ergeben sich gegenüber andern Ausbildungen des Plungerkolbens sehr geringe Beschleunig1mgsdrÜcke der auf und nieder gehenden Gewichtsmassen, ein geringer Zapfendruck am Kurbelgetriebe bei gleichzeitiger Erzielung einer hohen Knickfestigkeit des Schwimmerhohlkolbens.
Auf der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in zwei Ausführungsbeispielen dargestellt. Es zeigt Fig. 1 eine Pumpe der alten Ausführungsform, Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der neuen Pumpe und Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel der neuen Pumpe.
Die Pumpe der Fig. 1 besteht aus dem Pumpenzylinder 1 mit Saugkorb 2 und Rückschlagventil 3, dem Arbeitskolben 4 mit zwei Rückschlagventilen 5, dem Plungerkolben 6, dem beide Kolben 4, 6 miteinander verbindenden Gestänge 7, dem. Kurbelantrieb 8 für Plungerkolben 6 und Arbeitskolben 4 sowie aus der Druckleitung 9 für den Hochbehälter 10.
Besitzt die Oberfläche des Arbeitskolbens 4 die Grösse a, die Unterfläche des Plungerkolbens 6 die Grösse b, die Höhe der Wassersäule über dem Arbeitskolben 4, d. h. die Druckhöhe des Arbeitskolbens 4, die Grösse a1 und die Flüssigkeitssäule über der Unterfläche des Plungerkolbens 6, d. h. die Druckhöhe des Plungerkolbens 6, die Grösse bl, so ergibt sich für den Aufgang des Arbeitskolbens 4, d. h. für seinen Arbeitshub der Kraftbedarf : a. a1-b. bl + Gestänge-und Kolbengewieht, dagegen für den Niedergang
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Die Pumpe der Fig. 2 unterscheidet sich von derjenigen der Fig. 1 dadurch, dass das aus einer 'infachen dünnen Stange 7 bestehende Gestänge durch ein Sehwimmergestänge ersetzt ist, also durch
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ein Gestänge, welches aus einzelnen (beim vorliegenden Ausführungsbeispiel aus vier) miteinander sowie mit dem Arbeitskolben und dem Plungerkolben durch je eine Kupplung 11 verbundenen Schwimmern 12 besteht.
Die Schwimmer 12 besitzen denselben Durchmesser wie der Plungerkolben 6 und haben einen
Auftrieb, welcher annähernd gleich ist dem Gesamtgewicht der bewegliehen Pumpenglieder. Durch diese Ausbildung des Gestänges ist der Plungerkolben 6 praktisch nach unten hin verlängert bis ungefähr zur Oberkante des Arbeitskolbens 4. Bei dieser Gestängeausbildung ergibt sich folgender Kraftbedarf für den Arbeitshub der Pumpe : a. a1-b. c1 und für den Leerhub der Pumpe : b. el.
Der Kraftbedarf für den Arbeitshub der Pumpe ist also einerseits um das Gewicht sämtlicher beweglicher Pumpenglieder verringert. Die grösste Verringerung des Kraftbedarf ist jedoch dadurch erzielt, dass die Druckhöhe des Plungerkolbens bei der Pumpe der Fig. 3 annähernd gleich ist der Druckhöhe des Arbeitskolbens.
Der Arbeitsbedarf für den Leerhub ist bei der neuen Pumpe grösser als bei der alten Pumpe, weil. einerseits die Druckhöhe des Plungerkolbens gegenüber dieser Grösse der alten Pumpe wesentlich erhöht ist und ausserdem das Gesamtgewicht der beweglichen Pumpenglieder durch die Schwimmer ausgeglichen ist, also nicht mehr zur Wirkung kommt. Dieser Umstand ist jedoch insofern günstig, als sieh nunmehr der Kraftbedarf beim Leerhub der Pumpe dem Kraftbedarf bei ihrem Arbeitshub nähert, also ein annähernd gleicher Kraftbedarf für den Arbeitshub und den Leerhub der Pumpe erforderlich ist. Infolgedessen ist das bei den bekannten Pumpen infolge ihrer ungleichmässigen Belastung beim Arbeitshub und Leerhub auftretende Schlingen des Gestänges beseitigt, und die Pumpe kann mit viel höherer Drehzahl laufen.
Die Anordnung mehrerer Schwimmer hat noch den Vorteil, dass beim Undiehtwerden des einen oder andern Schwimmers die übrigen Schwimmer noch in Funktion bleiben. Abgesehen hievon könnte man bezüglich des Kraftbedarfs der Pumpe dieselbe Wirkung erzielen, wenn man den Plungerkolben ohne Unterbrechung bis zum untersten Schwimmer durchführt und selbst als Schwimmer ausbildet.
Der Antrieb der Pumpe ist naturgemäss ein beliebiger.
Die Pumpe der Fig. 3 besteht aus einem Pumpenzylinder 15 mit Saugkorb 16 und Rückschlagventil 17, dem Arbeitskolben 18 mit den beiden Rückschlagventilen 19 und dem Plungerhohlkolben 2ss. der durch eine Pleuelstange mit dem Kurbelantrieb 21 verbunden ist. Der Plungerkolben 20 besteht bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus drei miteinander durch Muffen o. dgl. verbundenen Rohren 20a, 20b, 20c, von denen das mittlere Rohr 20b einen kleineren Durchmesser als das Rohr 'Ca und das Rohr 20c einen kleineren Durchmesser als das Rohr 20b hat, so dass ein nach unten mehrfach abgestufter Rohrkörper gebildet ist, dessen unteres Ende durch eine Stange 22 mit dem Arbeitskolben 18 verbunden ist.
Die Längen der Stufen und die Differentialflächen sind so gewählt, dass der Kraftbedarf beim Arbeitshub praktisch gleich gross ist dem Kraftbedarf beim Leerhub. Dadurch wird die Umfangskraft am Kurbelzapfen konstant, so dass Gegen-und Ausgleichsgewichte nicht mehr erforderlich sind, und damit bleibt auch der Lagerdruck der Kurbelachse gleich gross. Die Querschnittsabnahme des Hohlkolbens nach unten passt sich dabei den Kniekbeanspruehungen genau an, d. h. der Kolben hat gerade immer den günstigsten Querschnitt für die jeweils auftretende Kniekbeanspruehung.
Die Abstufung des Schwimmerhohlkolbens richtet sich natürlich nach dem abgesenkten Wasserspiegel im Brunnen, es können also auch zwei oder mehr als drei Stufen vorgesehen sein.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Differentialkolbenpumpe mit Arbeitskolben und Plungerkolben, dadurch gekennzeichnet. dass der Plungerkolben und damit seine Wirkung nach unten bis in die Nähe des Arbeitskolbens durchgeführt ist.