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Pumpe zum Heben von Flüssigkeiten aus grosser Tiefe
Die Erfindung betrifft eine Pumpe zum Heben von Flüssigkeiten aus grosser Tiefe mittels Schwingungen der Flüssigkeit im Steigrohr, das an seinem unteren Ende mit wenigstens einem Windkessel und durch ein Rückschlagventil mit der Förderflüssigkeit in Verbindung steht.
Derartige Pumpen sind als Ersatz der üblichen Pumpen bekannt, deren Saughöhe maximal nur 6 - 7 m beträgt und die daher bei tiefem Brunnenbohrloch weit unterhalb der Erdoberfläche angebracht werden müssen, was neben hohen Gestehungskosten zahlreiche konstruktive und betriebstechnische Schwierigkeiten mit sich bringt, so dass das Anwendungsgebiet dieser Pumpen begrenzt ist.
Bei der der Erfindung zugrundeliegenden Pumpenart wird mit Hilfe eines am oberen Ende des Steig- rohres vorgesehenenDruckerzeugers, z. B. eines Kolbens, die Flüssigkeitssäule im Steigrohr in rhythmische Schwingungen versetzt, so dass die am unteren Ende des Steigrohres und im Windkessel entstehenden Druckschwankungen bei jeder Schwingung eine bestimmte Fördermenge durch das Rückschlagventil eintreten lassen.
Bei bekannten derartigen Ausführungen ist zwischen der Windkesselflüssigkeit und der Steigrohrflüssig- keit ein Ventil oder eine elastische Membran vorgesehen, um einen toten Bereich der Schwingungsamplitude zu vermeiden. Diese schwer zugänglichen Absperrorgane haben jedoch den grossen Nachteil, dass beim Betrieb der Pumpe harte Wasserschläge mit übergrosser Materialbelastung auftreten und dass ausserdem eine einwandfreie Selbstregulierung des Windkesselgasinhaltes behindert wird.
Die Erfindung hat den Zweck, die Pumpe so zu verbessern, dass bei einfacherem Aufbau und erhöhter Betriebssicherheit die genannten Nachteile vermieden werden. Erreicht wird dies dadurch, dass erfindungsgemäss die Verbindung zwischen Windkessel und Steigrohr eine Verengung aufweist, und dass im Steigrohr in den Windkessel mündende Entlüftungsöffnungen vorgesehen sind, die durch den Schwimmkol- ben abgedeckt bzw. beim Erreichen des niedrigsten Niveaus der Windkesselflüssigkeit freigegeben werden.
Bei einer Ausführung, bei der das Steigrohr konzentrisch in den zylinderförmig ausgebildeten Windkessel hineinragt, ist zweckmässig der Schwimmkolben konzentrisch auf dem Steigrohr geführt und die Verengung durch einen die Steigrohrmündung umgebenden Randwulst und einen diesem gegenüber angeordneten Füllkörper gebildet.
Der Windkessel wird zweckmässig so weit unter den Brunnenwasserspiegel abgesenkt, dass der Wasser- spiegelderWindkesselflüssigkeitinder Mittellage wenigstens ein Achtel, vorzugsweise mehr als ein Viertel der Förderhöhe unter dem Brunnenwasserspiegel liegt.
Der Gasraum des Windkessels kann mit dem Steigrohr durch eine oder mehrere auf gleichem Niveau liegende Öffnungen zum Entweichen überschüssigen Gases verbunden sein. Zwischen Flüssigkeit und Gasinhalt kann ein Schwimmkolben angeordnet sein.
DieDruckimpulseamoberenEnde des Steigrohres können in üblicher Weise durch eine Kolbenpumpe, die zweckmässig über eine Freilaufkupplung angetrieben wird, erzeugt werden, oder durch unmittelbare rhythmische Einwirkungen von Druckwasser, Wasserdampf oder Druckgas. In diesem Falle wird zweckmässig ein oben auf der Flüssigkeitssäule ruhender Schwimmkolben zwischengeschaltet.
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Der bei der Pumpe nach der Erfindung gegebene tote Bereich der Schwingungsamplitude ergibt nach rechnerischen Untersuchungennureine unbedeutende Verringerungder Förderzahl, während der theoretische Verlust an Wirkungsgrad durch die vorgesehene günstige Ausbildung der Strömungsverhältnisse sowie durch einegenügend tiefe Absenkung des Windkessels unter den Brunnenwasserspiegel der Förderflüssigkeit mehr als aufgewogen wird. Gegenüber bekannten Ausführungen ergeben sich dabei folgende wesentliche Vortei- le :
Der Unterwasserteil ist vereinfacht und nicht störanfällig.
Die Schwingungsbewegung der Wassersäule verläuft völlig stossfrei, da sich das einfache Rückschlagventil der Ansaugöffnung der Pumpe gleich zu Beginn des Wasserrücklaufes, also bei sehr langsamer Strömungsgeschwindigkeit, schliesst.
Der Gasinhalt im Windkessel reguliert sich betriebssicher und selbsttätig mittels kleiner Öffnungen in der Windkessel- bzw. Steigrohrwand, durch die ein Überschuss an Gasinhalt genau dosiert in das Steigrohr entweichen kann, sobald der Flüssigkeitsspiegel im Windkessel diese Öffnungen freigibt.
In vielen Fällen wird die Brunnenflilssigkeit hinreichend absorbiertes Gas enthalten, so dass sie wie bei einem Saugwindkessel den Gasinhalt des Windkessels laufend von selbst ergänzt. Andernfalls kann der Gasinhalt des Windkessels von aussen her durch eine Rohrleitung geringen Querschnittes ergänzt werden, ohne dass eine Überdosierung zu befürchten ist.
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, u. zw. zeigen : Fig. l eine schematische Darstellung einer Pumpe nach der Erfindung, deren Windkessel das untere Ende des Steigrohres konzentrisch umgibt, im Schnitt und Fig. 2 eine abgeänderte Ausführung mit einem oder mehreren seitlich vom Steigrohr angeordneten Windkesseln.
Das Steigrohr 1 ragt mit seinem unteren Teil 2 konzentrisch in einen zylinderförmigen Windkessel 3. Das Ende 2 des Steigrohres ist zur Erzielung eines geringen Strömungswiderstandes für die einlaufende Förderflüssigkeit mit einem hydraulisch günstigen Randwulst 4 und der Zufluss 26 zum Steigrohr gegebenenfalls durch Füllkörper 27 mit einer stetigen Verengung versehen. Unter der Mündung des Steigrohres liegt das aus einer Kugel bestehende Ansaugventil 5. Unterhalb des Ansaugventils 5 befindet sich ein mit den üblichen Sieben 6 versehener Ansaugkorb 7, der wie im Beispiel eine Fortsetzung des Windkessels bilden kann.
Am oberen Ende des Steigrohres 1 ist ein rhythmisch auf-und niederbewegbarer Druckkolben 8 vorgesehen, der in seiner oberen Stellung in der Zylinderwandung 9 angebrachte und durch den Kolben gesteuerte Auslassschlitze 10 fUr die über das Steigrohr 1 geförderte Flüssigkeit 11 freigibt, so dass diese in ein Sammelbecken 12 abfliesst. Das Sammelbecken 12 hat ein Überlaufrohr 13, aus dem die Flüssigkeit dann entnommen werden kann.
Der Antrieb des Kolbens 8 kann im einfachsten Falle von Hand durch einen Pumpenschwengel erfolgen oder maschinell durch einen Kurbeltrieb, u. zw. zweckmässig über einen Freilauf 15, so dass die Kurbelwelle 16 gegenüber der Antriebswelle 17 vorauseilen kann, besonders dann, wenn die Antriebswelle mit einem Schwungrad versehen ist.
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eines Schwimmkolben ausgeübt werden.
Um den besten Wirkungsgrad zu erhalten, muss der Windkessel genügend weit unter den Brunnenwas- serspiegel 18 abgesenkt werden, u. zw. zweckmässig so weit, dass der Wasserspiegel der Windkesselflüssigkeit 19 in der Mittellage wenigstens ein Achtel, vorzugsweise mehr als ein Viertel der Förderhöhe unter dem Brunnenwasserspiegel 18 liegt.
Günstig ist schliesslich, den Gasinhalt 20 und den Flüssigkeitsinhalt 19 im Windkessel 3 gegeneinander abzudecken. Zu diesem Zweck ist beim Ausführungsbeispiel ein auf dem Flüssigkeitsinhalt 19 ruhender Schwimmkolben 21 vorgesehen, der das Steigrohr 1 ringförmig umgibt.
Um eine selbsttätige Regulierung des Gasinhaltes 20 im Windkessel 3 zu ermöglichen, sind auf gleichem. Niveau eine oder mehrere Öffnungen 22 in dem innerhalb des Windkessels 3 liegenden Teil der Wandung des Steigrohres 1 vorgesehen, durch die ein Überschuss an Gasinhalt genau dosiert in das Steigrohr entweichen kann, sobald der Flüssigkeitsspiegel im Windkessel die Öffnungen 22 freigibt.
Um gegebenenfalls den Gasinhalt 20 im Windkessel 3 nachfüllen zu können, ist ein mit einem Rückschlagventil 23 versehenes Gaszuführungsröhrchen 24 im oberen Teil des Windkessels angeschlossen, das nach der Erdoberfläche geführt ist.
In geeigneten Fällen können in der in Fig. 2 angedeuteten Weise mehrere seitlich vom Steigrohr 1
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angebrachtewindkessel 3, 3' vorgesehenwerden. In diesem Falle müssen die in der Windkesselwandung vorgesehenen Öffnungen 22 zum Entweichen überschüssigen Gases durch einen schräg nach oben geführte Leitung 25 mit dem Steigrohr l verbunden sein. D er Zufluss 26 zwischen Steigrohr und Windkessel muss die strömungstechnisch günstigste Form erhalten und soll sich stetig verengen. Die Schwimmkolben 21 erhalten Zylinderform.
IngeeignetenFällenkanneineVereinfachung vorgenommen werden, indem an Stelle des Windkessels 3 mit dem Schwimmkolben 21 ein volumenelastischer Hohlkörper zur Aufnahme und Rückgewinnung derimSteigrohr l auftietendenDruckschwingungen der Flüssigkeitssäule 11 verwendet wird. In diesem Falle erübrigt sich auch das Vorsehen eines besonderen Luftvolumen und dessen Nachfüllung. Der volumenelastische Hohlkörper kann beispielsweise aus elastischem Kunststoff bestehen oder aus Metall mit einer Faltbalgwandung. Die Ausführung kann auch so abgeändert werden, dass der volumenelastische Hohlkörper zum Schutz gegen äussere Beschädigungen innerhalb des in Fig. 1 dargestellten Windkessels 3 angeordnet wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Pumpe zum Heben von Flüssigkeiten aus grosser Tiefe mittels Schwingungen der Flüssigkeit im Steigrohr, das an seinem unteren Ende mit wenigstens einem mit einem Schwimmkolben versehenen WindkesselunddurcheinRückschlagventilmitderFörderflüssigkeitinVerbindungsteht, dadurchgekennzeichnet, dassdieVerbindungzwischenWindkessel (3) und Steigrohr (1) eine Verengung (26) aufweist, und dass im Steigrohr (1) in den Windkessel (3) mündende Entlüftungsöffnungen (22) vorgesehen sind, die durch den Schwimmkolben (21) abgedeckt bzw. beim Erreichen des niedrigsten Niveaus der Windkesselflüssigkeit freigegeben werden.