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Vorrichtung zum Fördern von Flüssigkeiten.
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Fördern von Flüssigkeiten, insbesondere von Flüssigkeiten mit Beimengungen mineralischer, vegetabiler oder anderer Art, wie Spülsehlamm bei
Tiefbohrungen, Spülversatz im Bergbau, von Kanälwässern, Mörtel, flüssigem Beton usw.
Für das unmittelbare Fördern derartiger Flüssigkeiten sind Kolben-oder Zentrifugalpumpen wenig geeignet, da ihre beweglichen Teile, wie Laufräder, Verdränger, Ventile usw., durch die harten
Beimengungen der Flüssigkeit einem bedeutenden Verschleiss unterworfen sind, was zu häufigen Betriebs- störungen Anlass gibt. Ein grosser Verschleiss tritt insbesondere an den Saug-und Druckventilen der
Pumpen auf, welche je nach der Hubzahl der Pumpe minutlich viele Male auf ihre Sitzflächen bzw. auf die an diesen haftenden Gesteinsstücke gepresst werden, deren Lebensdauer daher mit der Höhe des
Förderdruckes und der minutlichen Hubzahl der Ventile abnimmt.
Es sind Verfahren zum Fördern verunreinigter Flüssigkeiten unter Druck bekannt, die darin bestehen, dass die Flüssigkeit durch die Saugwirkung einer Luftpumpe zuerst in einen geschlossenen
Behälter gehoben und anschliessend daran aus diesem geschlossenen Behälter mittels Druckluft herausgepresst wird. Werden zu diesem Zweck zwei Behälter verwendet und miteinander in geeigneter Weise verbunden, so kann eine gewisse Kontinuität im Betriebe erzielt werden, indem während der Zeit des Abdrückens der Flüssigkeit aus dem einen Behälter neue Flüssigkeit in den andern Behälter angesaugt wird.
Die Erfindung beruht auf der Feststellung, dass ein solches Verfahren, wenn es mit Druckbehältern beliebig grossen Fassungsraumes ausgeführt wird, die Möglichkeit bietet, dass die bewegten Abschlussorgane der Behälter, wie Hähne, Schieber, Ventile usw., nur in verhältnismässig grossen Zeitabständen betätigt, d. h. auf ihre Sitzflächen gepresst werden, wo durch ihr Verschleiss vermindert wird.
Der Nachteil eines solchen pneumatischen Förderverfahrens gegenüber der Verwendung von gewöhnlichen Pumpen liegt jedoch in den bedeutenden Arbeitsverlusten, welche bei der Erzeugung von hochgespannter Druckluft eintreten und den Betrieb unwirtschaftlich gestalten, ferner darin, dass weitere Verluste infolge Absorption der Luft durch die zu fördernde Flüssigkeit entstehen, wozu noch kommt, dass der Vorgang des Ansaugens und des Abdrückens in verschiedenen Zeiträumen erfolgt, wodurch die Bewegung der Flüssigkeit keine kontinuierliche ist, ein Abdrücken der Flüssigkeit aus dem Behälter vielmehr erst erfolgt, wenn die Verdrängerluft im Behälter durch die Luftpumpe ebenso hoch verdichtet wurde, als es der Widerstandshöhe der Flüssigkeit entspricht.
Diese Nachteile treten namentlich dann in Erscheinung, wenn verunreinigte Flüssigkeiten, wie beispielsweise der Spülsehlamm, bei Tiefbohrungen mit sehr hohem Druck und ohne Unterbrechung in Bohrlöcher eingeführt werden sollen.
Es sind auch Verfahren zum Fördern von verunreinigten Flüssigkeiten bekannt, bei welchen die Kolben der Pumpen wie auch deren Laufbüchsen und Stopfbüchsen in einer reinen Flüssigkeit arbeiten, wobei diese Flüssigkeit durch Membranen von der zu fördernden verunreinigten Flüssigkeit getrennt ist, derart, dass die Bewegungsimpulse der einen Flüssigkeit auf die andere übertragen werden. Bei derartigen Pumpen sind zwar die Kolben und Stopfbüchsen vor einer Berührung mit der verunreinigten Flüssigkeit und somit vor einem Verschleiss geschützt, nicht jedoch die Ventile, welche nach wie vor in der verunreinigten Flüssigkeit arbeiten und überdies in der Zeiteinheit ebenso oft auf die verunreinigten Sitzflächen aufgedrückt werden, als die Pumpenkolben Hübe ausführen.
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Es ist aber auch bekannt, eine von Zentrifugalpumpen mit Saug-und Druckwirkung in Umlauf gesetzte Flüssigkeit abwechselnd auf Membranen zweier geschlossener Behälter wirken zu lassen und dadurch von der reinen Flüssigkeit auf die unreine Flüssigkeit Saug-und Druckimpulse zu übertragen.
Der Nachteil dieser bekannten Vorrichtungen liegt in der häufigen Umsteuerung der Behälter, welche jedesmal mit einem Spiel der Ventile der Forderflüssigkeit verbunden ist ; ferner auch darin, dass die selbsttätige Steuerung derartiger Pumpen durch eine Drucksteigerung auf die Membrane eingeleitet wird, und schliesslich darin, dass Zentrifugalpumpen in ihrer Leistung nur wenig oder nur auf umständliche Weise geregelt werden können.
Gemäss der Erfindung wird von diesen bekannten Verfahren zum Fördern von unreinen Flüssigkeiten Gebrauch gemacht, wobei jedoch der Behälter mit der nachgiebigen Wand für die Hilfsflüssigkeit, der aber auch von mehreren kleineren Behältern gebildet werden kann, entsprechend gross bemessen wird : Die Hilfsflüssigkeit, die zum Ansaugen und Abdrücken der zu fördernden Flüssigkeit dient, strömt also in einen bzw. aus einem die beiden Flüssigkeiten trennenden, nachgiebig ausgebildeten Behälter (Verdränger) solchen Fassungsraumes, dass auf mehrere Arbeitsspiele der die Hilfsflüssigkeit in Bewegung setzenden Pumpe nur ein Arbeitsspiel der zu fördernden Flüssigkeit (d. i. Ansaugen und Abdrücken) erfolgt.
Dadurch wird für die Förderung unreiner Flüssigkeiten erreicht, dass die Umsteuerung der Verdränger und somit auch der Behälter der zu fördernden unreinen Flüssigkeit und daher auch die Betätigung der mit der zu fördernden Flüssigkeit in Berührung kommenden Organe (Ventile, Hähne od. dgl.
Absperrorgane) nur in grossen Zeitabständen erfolgt, wodurch der Verschleiss dieser Organe vermindert und daher deren Lebensdauer erhöht wird. Damit ist noch der Vorteil verbunden, dass die Membranen bzw. nachgiebigen Behälter bzw. Verdränger bei der Arbeit wenig beansprucht werden.
Die Vorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung kann in verschiedener Weise ausgeführt werden, je nachdem, ob es sich darum handelt, in gewissen Zeitabständen eine gewisse Flüssigkeitsmenge abzudrücken, beispielsweise um einen Sammelbehälter mit verunreinigter Flüssigkeit zu entleeren, oder darum, einen ständigen Flüssigkeitsstrom von entsprechendemDruck zu erzeugen, wie ein solcher beispielsweise zum Ausspülen von Bohrlöchern bei Tiefbohrungen bei der sogenannten Dickspülung o d. dgl. erforderlich ist. Im ersteren Falle genügt zur Durchführung des Verfahrens ein einziger Druckbehälter für die verunreinigte Flüssigkeit und eine Saug-und Druckpumpe für die reine Flüssigkeit.
Der Vorgang spielt sich dann derart ab, dass mittels der Pumpe die Hilfsflüssigkeit aus dem Verdränger im Druckbehälter abgesaugt und in einen offenen Sammelbehälter befördert wird, wobei durch das dabei erzeugte Vakuum der Druckbehälter mit verunreinigter Flüssigkeit gefüllt wird. Sobald dies beendet ist, wird die Saugleitung der Pumpe umgeschaltet, so dass Hilfsflüssigkeit aus dem Sammelbehälter angesaugt und in den Verdränger der mit verunreinigten Flüssigkeit gefüllten Druckbehälter gedrückt wird, wodurch erstere abgeleitet wird.
Soll aber ein kontinuierlicher Flüssigkeitsstrom erreicht werden, so werden gemäss der Erfindung mindestens zwei Verdränger angewendet, welche mit der Saug-und Druckleitung der Pumpe derart verbunden sind, dass die beim Füllen aus einem Verdränger abgesaugte Hilfsflüssigkeit sogleich in den zweiten Verdränger gedrückt wird und dass nach erfolgter Umsteuerung der zweite Verdränger
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der Flüssigkeitsbewegung ein, in ähnlicher Weise, wie dies bei Kolbenpumpen in den Totpunkten der
Kurbelbewegung der Fall ist. Derartige Bewegungsschwankungen können jedoch durch den Einbau von Windkesseln in die Leitungen ausgeglichen werden.
Durch Vermehrung der miteinander arbeitenden Druckbehälterpaare kann man die Ungleichmässigkeit in der Flüssigkeitsbewegung ebenso ausgleichen, wie dies durch die Anordnung mehrzylindriger Pumpen gegenüber einzylindrigen Pumpen erreicht wird.
Das Umschalten kann von Hand aus, zweckmässiger aber auch selbsttätig erfolgen. Die Einrichtung wird zweckmässig so getroffen, dass die selbsttätige Umsteuerung von den Druckverhältnissen in den Verdrängern ganz unabhängig vollzogen wird, so dass deren Wände einer Beanspruchung bei der Umschaltung nicht unterliegen. So z. B. kann die Umsteuerung nach einer gewissen Anzahl von Pumpenhüben oder Umdrehungen erfolgen oder durch Steuerungen, welche von sehwimmerähnlichen Vorrichtungen betätigt werden, die jedoch zweckmässig nicht von der verunreinigten Flüssigkeit, sondern von der Hilfsflüssigkeit beeinflusst werden. Es können sowohl die Zu-und Ableitungsorgane der Hilfsflüssigkeit als auch jene der zu fördernden unreinen Flüssigkeit zwangsläufig, beispielsweise mittels Hähnen, gesteuert werden.
Es ist jedoch auch möglich, die bewegten Abschlussorgane der Druckbehälter als selbsttätig wirkende Ventile auszubilden, die zum Unterschiede von Pumpenventilen, welche bei jedem Pumpenhub auf die Ventilsitze aufgedrückt werden, nur in grossen Zeitabständen, beispielsweise einmal nach 1000 Umdrehungen der Pumpe der Hilfsflüssigkeit, zur Wirkung kommen, wodurch ihre Lebensdauer im gleichen Verhältnis verlängert ist.
Die für die Aufnahme der Hilfsflüssigkeit dienenden und diese von der zu fördernden Flüssigkeit nach Art einer Membrane trennenden Behälter bzw. Verdränger können vollkommen in die Druckbehälter der zu fördernden Flüssigkeit hineinverlegt werden, wodurch erreicht wird, dass sie von allen Seiten dem gleichen Druck ausgesetzt und daher unbelastet sind. Sie können aus Leder, Gummi, wasserdichten Stoffen od. dgl. bestehen. Das Material der Verdränger muss nicht dehnbar sein, sondern es genügt vielmehr, wenn sich dessen Wände nach Art eines Blasebalges beim Saugen aneinanderlegen und beim
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Drücken aufblähen.
Nachdem der Wirkungsgrad und die Leistung der Pumpe unabhängig davon sind, ob die Behälter, d. h. die Verdränger ganz oder mir teilweise mit Hilfsflüssigkeit gefüllt werden, ist es nicht notwendig, die Behälter für die Hilfsflüssigkeit (Verdränger) bis zur Grenze ihres Fassungsraumes zu füllen. Bei der Arbeit mit zwei Druckbehältern können die Verdränger überhaupt nicht zum Bersten gebracht werden, u. zw. auch dann nicht, wenn die Steuerung versagen sollte, wenn mit einer geringeren
Menge von Hilfsflüssigkeit gearbeitet wird, als dem Fassungsraum eines Verdrängers mit der Hilfspumpe und den Rohrleitungen entspricht. Eine wesentliche Beanspruchung der Verdränger tritt nur ein, wenn die Hilfsflüssigkeit, beispielsweise reines Wasser, ein geringeres spezifisches Gewicht besitzt als die zu befördernde Flüssigkeit, beispielsweise Spülschlamm.
In einem solchen Falle haben die Verdränger das Bestreben zu schwimmen, woran sie aber durch eine Belastung mit Gewichten oder durch Festhalten mittels Federn verhindert werden können. Da jedoch der Unterschied zwischen den spezifischen Gewichten der beiden Flüssigkeiten im allgemeinen nur ein geringer sein wird, ist die hiedurch entstehende Beanspruchung des Materials auch gering. Eine höhere Beanspruchung des Materials der Verdränger kann eintreten bei einer vollkommenen Entleerung der Druckbehälter, beispielsweise im Falle des Berstens eines Rohres. In einem solchen Falle sind die Verdränger mit dem Gewicht der Hilfsflüssigkeit belastet.
Um sie vor einer Beschädigung zu bewahren, ist es zweckmässig, sie mit Sicherheitsventilen auszurüsten, welche im Falle einer Überlastung den Inhalt in den Druckbehälter entleeren. An Stelle eines einzigen Verdrängers können in einem Behälter für die Druckflüssigkeit auch mehrere kleinere Verdränger untergebracht werden. Auch die Druckbehälter lassen sich aus mehreren Stücken, beispielsweise aus Röhren zusammensetzen. Eine derartige Ausbildung ist insbesondere für transportable Pumpanlagen empfehlensweit.
Zweckmässig ist es, für die Bewegung der Hilfsflüssigkeit Pumpen mit Tauch-oder Scheibenkolben zu verwenden. Solche Pumpen haben nicht nur den Vorteil, dass sie mit hohem Wirkungsgrad arbeiten, sondern auch, dass sie zur Erreichung hoher Drücke besonders geeignet sind und überdies leicht eine Regelung der Flüssigkeitsmenge durch Änderung der Umlaufzahl oder andere Mittel ermöglichen.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise veranschaulicht. In Fig. 1 ist in einem Schema die Wirkungsweise einer Pumpvorrichtung für unreine Flüssigkeiten, gemäss der Erfindung, dargestellt.
Eine mit Tauchkolben ausgebildete Pumpe 1 dient zum Ansaugen einer reinen Hilfsflüssigkeit, die über ein Druckventil 2, eine Rohrleitung 3, einen Vierweghahn 4 und eine Rohrleitung 5 in einen sackartigen, aus nachgiebigem Material hergestellten Behälter, d. h. Verdränger 6 gedrückt wird und dadurch die in einem starren Behälter 7 befindliche unreine Flüssigkeit über ein Druckventil 8 in den Windkessel 9 und in die Druckleitung 10 verdrängt. Das gleichzeitige Ansaugen der reinen Hilfsflüssigkeit durch die Pumpe erfolgt aus einem gleichartigen zweiten Verdränger 11 durch die Rohrleitung 12 über den Vierweghahn 4 und die Saugleitung 13 mit Saugventil14.
Die Vergrösserung des Raumes zwischen dem Verdränger 11 und dem starren Behälter 15 bewirkt das Einströmen der zu fördernden unreinen
Flüssigkeit aus einem Sumpf 16 über den Saugkorb 17 und über das Saugventil M in den Behälter 15.
Wenn der Verdränger 6 gefüllt ist, so ist der Verdränger 11 entleert. Durch Verdrehung des Vierweg- hahnes 4 mittels eines Handhebels 19 um 900, d. h. in die Stellung der Fig. 2, wird die Wirkungsweise umgekehrt und Füll-und Entleerungsvorgang verlaufen in umgekehrtem Sinne, ohne die Pumpe für die Hilfsflüssigkeit ausser Betrieb zu setzen.
In der Rohrleitung 3 ist an höchster Stelle ein Napf 20 mit Hahn 21 angeordnet, welcher zum
Füllen der Hilfsbehälter und Rohrleitungen mit reiner Flüssigkeit vor Beginn der Arbeit dient.
Es ist zweckmässig, die durch Undichtheiten eventuell verlorengegangene Hilfsflüssigkeit zu ersetzen, um die Pumpvorrichtung nur in möglichst grossen Zeitabständen umsteuern zu müssen. Die
Vorrichtung zu diesem Zwecke besteht in einer Klappe 22, welche durch eine Feder 23 und einen mit Ölbremse 24 versehenen Hebel 25 gegen das Ende der Druckleitung 26 in die Schliessstellung gedrückt wird. Solange die Pumpe Hilfsflüssigkeit fördert, wird die Klappe weggedrückt und die mit dem Hebel 25 verbundene Stange 27 gibt ein in die Saugleitung 13 eingebautes, federbelastetes Ventil 28 derart frei, dass es sich schliessen und die Absaugung von Hilfsflüssigkeit aus dem Vorratsbehälter 29 unterbrechen kann.
Befindet sich dagegen zu wenig Flüssigkeit im Umlauf, so schliesst sich die Klappe 22, wobei der Hebel 25 das Ventil 28 anhebt, wodurch die Pumpe aus dem Vorratsbehälter 29 so lange Flüssigkeit ansaugen kann, bis der Kreislauf wieder geschlossen ist.
Die Umschaltung von dem einen Druckbehälter 7 auf den andern Druckbehälter 15 oder umgekehrt erfolgt bei dem Ausführungsbeispiel der Zeichnung selbsttätig durch die umgesteuerten Ventile 8 und 18 bzw. 30, 31.
Man kann jedoch die Umschaltung auch mit einem Vierweghahn ähnlich dem Hahne 4 bewirken, wobei die beiden Hähne miteinander zwangsläufig durch Kette, Zahnräder, Hebel, Stangen od. dgl. verbunden sein können.
Die Ventile erleiden eine wesentlich kleinere Abnützung als wenn sie einer gewöhnlichen mit der unreinen Flüssigkeit arbeitenden Pumpe angehören würden. Denn bei einer solchen Förderung werden sie in der Zeiteinheit viele Male auf die verunreinigte Sitzfläche aufgedrückt, während sie im vorliegenden
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Falle je nach der Grösse der Druckbehälter erst in grossen Zeitabständen, welche ein Vielfaches, sei es das lOOOfache, der Zeit eines Pumpenhubes betragen können, einmal geschlossen werden.
Wenn die Umsteuerung nicht von Hand, sondern selbsttätig bewirkt wird, so kann bei Verwendung von zwei Druckbehältern ein ebenso kontinuierlicher Betrieb erreicht werden wie bei einer einzylindrigen doppeltwirkenden Saug-und Druckpumpe.
Wird auf einen ununterbrochenen Betrieb kein Wert gelegt, sondern das Verfahren lediglich dazu benutzt, um die in einem Sumpf befindliche unreine Flüssigkeit zu heben und unter Druck zu fördern, so genügt ein einziger Druckbehälter.
In Fig. 3 ist eine Ausführungsform des unteren Teiles des sackartigen, nachgiebigen Verdrängers für die Hilfsflüssigkeit dargestellt.
Da die zu befördernde unreine Flüssigkeit zumeist ein höheres spezifisches Gewicht besitzt als die Hilfsflüssigkeit, so besteht das Bestreben, dass der sackartige Verdränger im Druckbehälter aufsteigen, d. h. schwimmen will. Es könnten dabei die nachgiebigen Wände des Verdrängers in Lagen geraten, die Anlass von Betriebsstörungen bieten könnten. Es ist daher zweckmässig, die Verdränger durch nachgiebige Mittel, z. B. Federn, oder durch Gewichtsbelastung, wie in Fig. 3 dargestellt, niederzuhalten, so dass ihre Wände bestimmte Lagen einnehmen müssen.
Da die Verdränger vollständig in die Druckbehälter verlegt sind, so sind erstere bei der Arbeit Beanspruchungen durch Ausdehnung nicht unterworfen, ihre Wände dienen lediglich als Scheidewände.
Eine Beanspruchung kann jedoch auftreten, wenn die Druckbehälter beispielsweise durch Bersten eines Rohres plötzlich vollkommen entleert werden. In einem solchen Falle wirkt das Gesamtgewicht der Hilfsflüssigkeit, das bei hohen Behältern unter Umständen sehr bedeutend sein kann, auf die nachgiebigen Wände, d. h. Verdränger. Es ist daher empfehlenswert, in den Verdrängern Sicherheitsventile anzuordnen, die bei einem gewissen Überdruck die Hilfsflüssigkeit ausfliessen lassen. Die Sicherheitsventile können dabei gleichzeitig durch ihr Gewicht ein Schwimmen der Verdränger verhindern.
In Fig. 3 wird ein beispielsweise aus Leder, Gummi oder einem andern nachgiebigen, imprägnierten oder flüssigkeitsdichten Stoff hergestellter sackartiger Verdränger 50 durch ein gelochtes Rohr 51 gefüllt und entleert. Dieses ist in einem zweiten feststehenden Rohr 52 leicht verschiebbar angeordnet, damit der Verdränger beim Aufsteigen oder Sinken geführt ist. Am unteren Ende des beweglichen Rohres 51 ist ein birnenförmiger mit Öffnungen versehener Hohlkörper 53 angeschraubt, in dessen Boden ein Sicherheitsventil 54 angeordnet ist.
Der Verdränger ist an den Hohlkörper 53 mittels einer an diesen angesehraubten ringförmigen Scheibe 55 mit nach unten abgebogenem Rand befestigt und abgedichtet. Die Abrundung der Scheibe verhindert eine Verletzung des Materials des Verdrängers bei eventuellem Schwimmen. Im entleerten Zustande schmiegen sich die Wände des Verdrängers den Umrissen des Hohlkörpers und der Rohre an (punktiert dargestellt).
In den Fig. 4,5 und 6 ist im Längsschnitt und in zwei Querschnitten eine Ausführungsform von Druckbehältern für verunreinigte Flüssigkeiten aus Rohren dargestellt. Eine derartige Anordnung ist namentlich für transportable Pumpanlagen zweckmässig, wie solche beispielsweise für tiefbohrtechnische Zwecke in Betracht kommen.
Das den Mantel der Druckbehälter bildende Rohr 66 ist an beiden Enden durch angeflanschte, halbkugelförmige Kappen 67, 68 abgeschlossen, welche, um die Verbindungsschrauben und das Rohr von Zugbeanspruchungen zu entlasten, durch zwei Zuganker 69, 70 und einen Querbügel 71 gegeneinander gepresst werden. Beide Kappen gehen in exzentrisch angeordnete Rohrstützen über. An dem einen Stutzen ist ein kleinerer, zylindrischer Behälter 72 angeschraubt, in dessen Deckel 73 ein Rohrstück 14 eingesetzt ist. Auf diesem ist ein dünnwandiger Ringschwimmer 75 auf-und abbeweglich, der mit einer spezifisch leichteren Flüssigkeit als Wasser, z. B. Öl oder Alkohol, oder einer festen leichten Masse, z. B. Bimsstein, Kork od. dgl., gefüllt ist, damit er vom Flüssigkeitsdruck nicht eingedrückt werden kann.
Am Anschlussstutzen der zweiten Kappe ist ein Gehäuse 76 angeschraubt, in dessen Einsatz 77 ein federbelastetes Sicherheitsventil 78 geführt ist. Wenn sich aus den früher erwähnten Ursachen dieses Ventil öffnet, so fliesst der Inhalt des Hilfsbehälters 79 durch die Rohrleitung 80 ab.
Der Hilfsbehälter, d. h. Verdränger 79 im Inneren des Druckbehälters ist aus nachgiebigem Material, z. B. Gummi, hergestellt und wird an den Flanschen der Stutzen festgehalten und mittels eines Ent- lüftungspfropfens N in der Rohrwand befestigt. Wird in den sackartigen Verdränger 79 durch ein mit zahlreichen Löchern versehenes Rohr 82 Hilfsflüssigkeit eingepumpt, so bläht er sich auf und passt sich schliesslich der Innenform des Druckbehälters 66 an (strichpunktierte Lage in Fig. 4 und 5). Wird er beim Absaugen der Hilfsflüssigkeit durch dasselbe Rohr 82 vollständig entleert, so nimmt er die in Fig. 6 strichpunktierte Schleifenform an.
Beim Einfüllen der Hilfsflüssigkeit durch die Öffnung 83 steigt der Schwimmer 75 am Rohr 74 so lange empor, bis er an den Deckel 73 anstösst und in dieser Lage stehen bleibt. Gleichzeitig wird die zwischen Druckbehälter-und Verdrängerwand befindliche unreine Flüssigkeit in eine hier nicht dargestellte Rohrleitung verdrängt (vgl. 122 in Fig. 12). Wird nach Beendigung der Druckperiode die Hilfsflüssigkeit wieder abgesaugt, so bleibt der Schwimmer so lange in seiner höchsten Lage, bis der Flüssig-
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keitsstand im Hilfsbehälter die Hohe der Rohrleitung ? erreicht.
Anschliessend daran sinkt der Schwimmer mit grosser Geschwindigkeit und drückt mit seinem Gewicht auf einen Hebel 84, dessen nach aussen abge- dichtete Welle einen zweiten Hebelarm 85 verdreht, der eine Umsteuerung auslöst, wodurch die nächste Druckperiode einsetzt.
In der Fig. 4 ist noch eine Fülleinrichtung, bestehend aus einem Trichter 86 mit Hahn 87, dargestellt, um den Druckbehälter 66 vor der Inbetriebsetzung mit Flüssigkeit zu füllen, damit eine Saugwirkung zustande kommt. Ferner ist noch am Druckbehälter ein Sicherheitsventil 88 angeordnet, welches im Falle einer Überlastung selbsttätig öffnet.
Bei dem Ausführungsbeispiele der Zeichnung arbeiten zwei gleich ausgeführte Druckbehälter 66 (Fig. 4 bzw, 5) und 89 (Fig. 6) in der Weise zusammen, dass der Füllung des einen die Entleerung des andern entspricht.
In Fig 7 ist in einem Längsschnitt, in Fig. 8 in der Vorderansicht, in Fig. 9 in einem Querschnitt und in Fig. 10 in der Draufsicht ein Ventilsystem dargestellt, welches dazu dient, an Stelle eines Vierweghahnes die Zu-und Ableitung der Hilfsflüssigkeit in die Verdränger zu regeln. Die Steuerung dieser Vorrichtung erfolgt mittels Hubelektromagneten, wie solche beispielsweise zum Anheben von Bremsgewichten allgemein verwendet werden. Das Ventilsystem besteht aus vier Ventilen 95,96, 97, 98, welche in einem gemeinsamen Gehäuse 99 untergebracht sind.
Die Verbindungskanäle der Ventilkammern
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der Pumpe, an den Anschlussstutzen 101 die Druckleitung derselben, an den Anschlussstutzen 102 die Rohrleitung, die zu dem einen Verdränger, und an den Anschlussstutzen 103 die Rohrleitung, die zu dem andern Verdränger führt, angeschlossen. Die vier untereinander gleichen Ventile sind mittels Führungsstücken 104, 105 geführt und nach aussen durch Manschetten 106, 107 aus Leder, Gummi u. dgl. abgedichtet. Sie werden durch Federn 108, 113 auf ihre Sitze gedrückt. Die beiden Ventile 95 und 98 sind mit Hubmagneten 109, 110 und durch Hebel 111, 112 mit den Ventilen 96 und 97 verbunden. Wird der eine Elektromagnet, z. B. 109, eingeschaltet, so hebt er das Ventil 95 an und gestattet der Feder 113 das zweite Ventil 96 auf den Sitz zu drücken.
Wird der Magnet 109 ausgeschaltet, so zieht die Feder 108, da sie stärker ist als die Feder 113, das Ventil 95 auf seinen Sitz zurück und öffnet gleichzeitig das Ventil 96.
Die Schaltung der Elektromagnete kann von der in Fig. 4 beschriebenen Schwimmereinrichtung betätigt werden. In der gezeichneten Ventilstellung saugt die Pumpe (vgl. 1 im Schema, Fig. 1) durch die an den Anschlussstutzen 100 angeschlossene Rohrleitung über das offene Ventil 97 aus dem an 103 angeschlossenen Verdränger und drückt durch die an 101 angeschlossene Rohrleitung über das offene Ventil 96 in den an 102 angeschlossenen zweiten Verdränger. Schaltet die erwähnte Schwimmervorrichtung den Elektromagneten 109 aus und den Elektromagneten 110 ein, so kehrt sich der Vorgang um.
Die Fig. 11, 12, 13 und 14 zeigen im Aufriss, Grundriss und Seitenansicht von vorn und hinten eine aus den in den Fig. 4-10 dargestellten Elementen zusammengesetzte Pumpvorrichtung für unreine Flüssigkeiten in einer beispielsweisen Ausführungsform. Die Bezugsziffern sind dieselben wie in den genannten Figuren.
Es sind zwei Druckbehälter 66 und 89 vorhanden, welche zwecks leichterer Entleerung in etwas geneigter Lage auf einem Transportrahmen 120 aufgesattelt sind. Der Rahmen trägt am hinteren Ende die Ventilsteuerung 99 (Fig. 7) mit der selbsttätig wirkenden Regelung für das Zu-und Abfliessen der Hilfsflüssigkeit und am vorderen Ende, zwischen den Behältern 66 und 89, die in einem gemeinsamen
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unreine Flüssigkeit. Die Druckbehälter 66 und 89 sind mit dem Ventilkasten 121 durch Krümmer 122, 123 verbunden. 124 ist die gemeinsame Saugleitung, 9 der gemeinsame Windkessel und 10 die gemeinsame Druckleitung für die zu fördernde Flüssigkeit.
Die Druckbehälter sind mit Vakuum-und Druckmanometern 125, 126 und Sicherheitsventilen 88 ausgerüstet und besitzen ferner Füllvorrichtungen 86 zu oben angeführtem Zweck. 69, 70 sind die Zuganker, 71 die Querbügel.
An den Druckbehältern sind vorne die Gehäuse 76 der Sicherheitsventile für die Verdränger angeschraubt. Diese Gehäuse sind durch Rohrleitungen 127 mit den Räumen über den Druckventilen 8. 31 verbunden, wodurch ein Druckausgleich zwischen den Druckbehältern und den Verdrängern erfolgt.
In diese Leitungen können auch nicht dargestellte Filter, beispielsweise aus Filz, eingebaut werden, um das Eindringen von Unreinigkeiten in die Gehäuse 76 zu verhindern.
Ferner sind an die Druckbehälter vorne die Behälter 72 angeschlossen, welche die Schwimmervorrichtung aufnehmen. Die Schwimmer wirken mittels Hebeln 85 (Fig. 13) und Verbindungsstange 128 auf die elektrische Schaltvorrichtung 129 der Hubmagnete 109, 110 in der Weise, dass ein Gewichtspendel 130 von einem gegabelten Hebel 131'in seine höchste Stellung angehoben wird, bis es umkippt, dadurch den elektrischen Schalter des einen Magneten betätigt und so lange wirken lässt, bis durch das Sinken des zweiten Schwimmers das Gewichtspendel wieder angehoben wird und nach der andern Seite umkippt, wodurch der erste Elektromagnet ausgeschaltet und der zweite eingeschaltet wird.
An das Gehäuse 99 der Umsteuervorrichtung für die Hilfsflüssigkeit sind die Saugleitung 131 und die Druckleitung 132 einer nicht dargestellten Pumpe angeschlossen. Die Pumpe kann eine Kolbenpumpe oder eine Zentrifugalpumpe sein. Für tiefbohrtechnische Zwecke ist es zweckmässig, Pumpen mit
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veränderlicher Leistung zu benutzen. Diese kann bei Kolbenpumpen durch Veränderung der Hubzahl pro Zeiteinheit, bei Zentrifugalpumpen mit mehreren Druckstufen durch Veränderung der Zahl der wirk- samen Druckstufen erreicht werden.
In Fig. 15 ist in einem Längsschnitt, in Fig. 16 in einem Querschnitt und in Fig. 17 in einer Seitenansicht ein aus einer Kolonne von drei neben-und übereinander liegenden Röhren, beispielsweise Bohrröhren 135, 136, 137, gebildeter Druckbehälter schematisch dargestellt. Am höchstliegenden Behälter ist die wiederholt erwähnte Füllvorrichtung 138 aufgesetzt, während an einem der am tiefsten liegenden Behälter die gemeinsame Schwimmervorrichtung 139 angebracht ist.
Die Behälter sind mit einer durchlaufenden Rohrleitung 140 ausgerüstet, die durch gelochte Scheiben 141 gestützt wird. Zwischen diesen befindet sich eine Anzahl von aufblähbaren Behältern, d. h. Verdrängern 142, denen die Hilfsflüssigkeit durch eine Anzahl von Lochern in der zentralen Rohrleitung zu-oder abgeführt wird. Die Druckbehälter sind miteinander durch Rohrleitungen 143 verbunden, welche, in eine einzige Sammelleitung zusammengefasst, zu den Umsteuerorganen der zu fördernden Flüssigkeit führen.
In den Fig. 18 und 19 ist eine Ausführungsform einer selbsttätig wirkenden Umsteuervorrichtung für die Verdränger im Schnitt dargestellt, bei welcher die Schaltung des Steuerorgans (z. B. des Vierweghahnes) nach einer gewissen Anzahl von Pumpenhüben, z. B. einer Dampfpumpe, oder nach einer gewissen Anzahl von Umdrehungen, z. B. einer Zentrifugalpumpe, durch eine Klinkensteuerung erfolgt.
Die Fig. 20-27 zeigen schematisch die Wirkungsweise der Steuerung und die Fig. 28 und 29 die Aussenansicht der gesamten Vorrichtung und ihren Antrieb.
Die Betätigung der Umsteuerung nach bestimmten, wählbaren Zeitabschnitten ist deshalb durchführbar, weil der Wirkungsgrad des neuen Pumpverfahrens, abweichend vom pneumatischen Verdrängerverfahren, nicht von der Vollfüllung der Verdränger abhängt, also auch bei einer Teilfüllung gleich günstig ist.
Bei dem Ausführungsbeispiele der Zeichnung erfolgt die Umsteuerung durch einen Vierweghahn 146, dessen Küken 147 durch ein fallendes Gewichtspendel 245 um 90a verdreht wird. Das Anheben des Pendels in seine höchste Stellung und das Freigeben desselben erfolgt durch eine Klinkensteuerung. Die Klinkensteuerung enthält federbelastete Klinkenpaare 149, die nach der einen Drehrichtung arbeiten, und federbelastete Klinkenpaare 150, die nach der andern Drehrichtung arbeiten. Die Klinkenpaare 149, 150 sind in einem Klinkenträger 151 gelagert, der mittels einer Lenkerstange 152 um die Achse der Welle 153 eine schwingende Bewegung ausführen kann.
Jedes Klinkenpaar greift in verzahnte, auf der Welle 153 aufgekeilte Scheibenpaare 154 bzw. 155 ein. Die Zähne der Scheiben eines Paares sind gegeneinander um eine halbe Teilung versetzt, um trotz kräftiger Ausbildung den toten Gang der Klinken um die Hälfte
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Festhalteklinkenpaare 158, 159 ein.
Die Scheiben sind in einem trommelförmigen Gehäuse 160 gelagert, das an jenen Stellen, wo die Klinken arbeiten sollen, Schlitze besitzt. Auf der Nabe des auf der Welle 153 frei drehbaren Gehäuses
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Mitnehmer 165 beim Herunterfallen des Pendels um 1800 verdreht wird. Die Drehbewegung wird durch ein Zahnradsegment 166 auf die Kükenwelle 167 im Verhältnis 1 : 2 übertragen. Sie kann auch auf einen zweiten Hahn, welcher die unreine Flüssigkeit umsteuert, übertragen werden. Für das Verbindungsgestänge sind im Zahnsegment Löcher vorgesehen. An das Hahngehäuse 146 sind die Saugleitung 168, die Druckleitung 169 der nicht dargestellten Pumpe, ferner die Rohrleitungen 170, 171, welche zu den Hilfsbehältern führen, angeschlossen.
Ein am Ende der Welle 153 aufgekeiltes Ritzel 172 verdreht ein Stirnrad 173, in welchem zwei
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179 verbunden, welche Nasen 180, 181 besitzen. Die Scheiben sind auf der Pendelwelle 162 aufgekeilt.
Werden die Arbeitsklinken 149 schwingend bewegt, so versetzen sie die Zahnscheiben 154, 155 in ruckweise Drehung (Pfeil a in Fig. 18). Diese pflanzt sich über das Ritzel 172, Zahnrad 173, Klinken 175,
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wird aber auch über Zahnsegment 161 die Trommel 160 verdreht ; hiedurch werden die Klinken 149 und 158 ausser Eingriff gebracht und die Klinken 150 und 159 können durch den zweiten Schlitz in der Trommel in die Zahnscheiben 155 für die umgekehrte Drehrichtung (Pfeil d in Fig. 22) einschnappen.
Durch das herunterfallende Pendel werden aber auch die Scheiben 178, 179 dem Zahnrad 17.'3
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und in der untersten Stellung des Pendels (Fig. 22) die zweite Klinke 174 in den Zahn 181 der Scheibe 179 eingreift. Das Pendel wird in umgekehrter Richtung (Pfeil {in Fig. 23) wieder in seine höchste Stellung
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Fig. 24 gebracht, fällt in dieser Richtung wieder herunter (Fig. 25 und 26) und dreht den Vierweghahn in seine ursprüngliche Stellung zurück Nun beginnt das Spiel von neuem.
In Fig. 28 und 29 ist der Antrieb der Steuervorrichtung durch eine Kurbelscheibe 182 mit einstellbarem Hub, welche von einer Umlaufpumpe oder von einer Riementriebpumpe betätigt wird, dargestellt. Selbstverständlich kann aber auch die Lenkerstange 152 mit einem hin und her gehenden Teil einer Kolbenpumpe, beispielsweise der Kolbenstange einer Dampfpumpe, direkt verbunden werden.
Die Vorrichtung ist auf einem Transportrahmen 183 montiert.
Es ist selbstverständlich, dass durch Steuerungen der beschriebenen Art nicht nur Hähne, sondern auch Ventile, Schieber und andere geeignete Vorrichtungen betätigt werden können, ferner, dass die Umsteuerung auch durch andere geeignete Vorrichtungen eingeleitet oder durchgeführt werden kann, als es die vorstehend beschriebenen sind. So ist es insbesondere möglich, auch die Umsteuerung eines entleerten Behälters bzw. Verdrängers mit ähnlichen, durch das Aussetzen des Wasserstromes betätigten Vorrichtungen durchzuführen, wie sie in Fig. 1 dargestellt sind und dort zum selbsttätigen Ersatz der
EMI7.1
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zum Fördern von Flüssigkeiten, insbesondere unreiner Flüssigkeiten, mittels anderer, zweckmässig reiner Flüssigkeiten, bei der die zu fördernde Flüssigkeit durch Volumenschwankungen (pulsierende Bewegung) eines Verdrängers angesaugt und abgedrückt wird, welcher Verdränger als geschlossener Hohlkörper mit nachgiebiger Wand ausgebildet und mittels einer Rohrleitung an die die Hilfsflüssigkeit bewegende Saug-und Druckpumpe angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der wirksame Fassungsraum des pulsierenden Verdrängers grösser ist als die volumetrische Leistung der Pumpe für die Hilfsflüssigkeit bei einem vollen Arbeitsspiel oder einer vollen Umdrehung.