<Desc/Clms Page number 1>
EMI1.1
nssY"-s2-in"6i aangedreven door Windenergie
Debietreselststeem voor een vertikale zuigerpompDe voorliggende uitvinding betreft een debietregelsysteem voor een vertikale zuigerpomp, aangedreven door windenergie, gekarakteriseerd door het feit dat de persklep over een passend deel van de zuigslag wordt opengehouden, zodat de vermogens van de pomp, resp. de windmolen, beter op mekaar worden afgestemd bij veranderlijke windsnelheid.
Vertikale zuigerpompen worden klassiek gebruikt in geboorden putten, ook met grote diepte ; ze kunnen o. m. met windmolens worden aangedreven, veelal zgn. traaglopers met horizontale as. Via een kruk-en drijfstangsysteem of dergelijke wordt de vertikale zuigerstang op en neer bewogen ; de zuiger bevindt zich onderin de put.
Meestal is de gevraagde opvoerhoogte nagenoeg constant. In dit geval zal een constante overbren- ging (zoals gebruikelijk) tussen de windmolen en de pomp slechts bij een bepaalde windsnelheid een optimaal rendement van het geheel verzekeren.
Bij afwijkende windsnelheden gaat het rendement snel achteruit. Inderdaad : de windmolensnelheid zou evenredig met de windsnelheid moeten variëren, waarbij het beschikbaar vermogen varieert met de derde macht van de windsnelheid. De pomp daarentegen zal met veranderlijk toerental (en constante opvoerhoogte) een lineair variërend vermogen opnemen. Om hieraan te verhelpen wordt soms de slag van de zuiger aangepast in functie
<Desc/Clms Page number 2>
van de snelheid. Dit i8 eenvoudig doenbaar bij stilstand, maar moeilijk en duur als het automatisch tijdens de werking moet gebeuren, zoals wenselijk zou zijn onder veranderlijke wind.
In principe zou men een windmolen met automatisch veranderlijke schoephoek kunnen gebruiken, maar dit wordt zelden gedaan omdat het vrij duur en kwetsbaar is.
Anderzijds heeft men ook de pompprestaties aangepast door luchtballact in de zuiger te laten bij relatief te lage windsnelheden. Dit is bv. met membraanpompen gedaan.
In de meeste gevallen wordt geen automatische regeling gebruikt, met als gevolg een onderbelasting van de windmolen bij hoge snelheid ; bij lage windsnelheid daarentegen is er overbelasting.
De start is daarmee moeilijker.
Volgens de huidige uitvinding wordt aan een windmolen/zuigerpomp combinatie een klep-regelsysteem toegevoegd, dat hetzij met de hand hetzij automatisch (meer bepaald hydraulisch) kan worden bediend zoals uiteengezet wordt in de hierna volgende tekst met bijhorend tekeningen. Deze zijn gegeven als niet beperkende illustratie.
Fig 1. toont een schematische langsdoorsnede van een pomp met handbediende regeling (die ook tijdens de werking bruikbaar is), terwijl de figuren 2 en 3 automatische regelsystemen laten zien die hierbij bruikbaar zijn.
Men onderscheidt op fig. l een cylinder 1 en
<Desc/Clms Page number 3>
een perspijp l', een zuiger 2, een zuigklep 3 in de cylinderbodem en een persklep 4 in de vermelde zuiger 2. De zuiger 2 is voorzien van een beugel 9, verbonden met een zuigerstang 10, die op en neer wordt bewogen door de windmolen (die hier niet is voorgesteld). Zover is alles zeer klassiek.
De persklep 4 heeft echter een (vertikale) holle klepsteel 5 met bovenaan een bus 6. Concentrisch in deze klepsteel zit-met vlotte speling- een controlestang 8 met onderaan een stop 7 die axiaal (vertikaal) kan glijden t. o. v. de klep-met-steel (4+5) over een begrensde amplitude die iets groter is dan de slag S van de pomp.
Indien de klepstang 8 wordt opgelicht kan die -door contact van stop 7 en bus 6 - de klep oplichten. Omgekeerd : als de zuiger 2 met zijn persklep 4 op en neer beweegt kan de persklep 4 door de klepstang 8 worden weerhouden. De klep- stang is naar boven toe verlengd, en concentrisch in de (holle) zuigerstang 10 gemonteerd. Bovenaan de put, op reikhoogte, kan deze controlestang d. m. v. een hefboom 16 met een vast punt 17 met de hand op een geschikte hoogte worden gesteld.
Onderstel nu dat de controlestang 8 zieh in zijn laagste stand bevindt, d. w. z. zö ingesteld t. o. v. de pompzuiger, dat de persklep 4 samen met de zuiger ongehinderd op en neer kan gaan. De pomp werkt dan normaal, op vollast, en effectief over de volledige slaglengte.
Indien nu de controlestang 8 hoger wordt gesteld zodat de stop 7 contact maakt met de klepsteel 5
<Desc/Clms Page number 4>
f via bus 6), dit uiteraard vooraleer de zuiger in zijn laagste stand, dan zal de persklep 4 opengehouden worden ook tijdens een deel van de volgende opgaande slag. Zolang de peraklep 4 open is blijft de zuigklep 3 gesloten. Een deel van de opgaande zuigslag wordt dus ineffectief.
De effectieve slaglengte van de pomp, het pompdebiet en het opgenomen hydraulisch vermogen zijn daardoor verminderd.
Hoe hoger de controlestang 8 wordt opgetrokken, hoe kleiner de effectieve slag van de pomp wordt.
Deze wordt zelfs tot 0 herleid indien de klepstang 8 over de volledige slaglengte S van de pomp wordt opgelicht. De persklep 4 wordt dan volledig opengehouden. De pomp werkt nu in "vrijloop".
Handinstelling tijdens de werking is eenvoudig mogelijk via de gezegde hefboom 16 die bovenaan de put op reikhoogte kan worden gemonteerd en voorzien van een blokkeerinrichting. Dit ka. t bv. dagelijks gebeuren, volgens de verwachte windsnelheid.
Om onder veranderlijke wind voortdurend het maximale rendement te benaderen zou. het systeem automatisch moeten reageren, en wel zb dat de pomp een vermogen opneemt dat variëert volgens de derde macht van de windsnelheid en dit met een pompsnelheid die rechtevenredig met de windsnelheid verandert.
Bij nagenoeg constante opvoerhoogte onderstelt dit dat de effectieve slaglengte varieert volgens
<Desc/Clms Page number 5>
het kwadraat van de windsnelheid.
Dit kan met een eenvoudige hydraulische regelaar.
Fig. 2 toont de essentiële onderdelen van zulke regelaar.
Concentrisch en in lijn met de hogervermelde zuigerstang 10 en de klepstang 8, en vast beviestigd aan de perspijp l'zit een servopompje 20 met plunjer 21 en zuig- en perskleppen 22.
De gezegde plunjer 21 wordt door de bewegende zuigerstang 10 op het einde van de dalende slag naar onder gedrukt en door een veer 23 bv. weer opgelicht.
De effectieve slag S'van dit servopompje is slechts een kleine fractie van de slag S van de waterpomp ; hij wordt naar boven toe begrensd door een va, 3te stop 24, en anderzijds bepaald door de stand van een regelbare stoter 24', bv. op de zuigerstang 10.
Het servopompJe zit in de perspijp l'gemonteerd zodat putwater wordt aangezogen via een opening 25, en weer weggepest via bv. een naaldafsluiter 26. De scuurdruk Px an het servopompje 20 wordt mede bepaald door de ingestelde slaglengte S' èn door de stand van de naaldafsluiter 26. Overigens variëert deze (pulserende) stuurdruk Px met het kwadraat van de pompsnelheid. Hij wordt aangelegd aan een vertikale werkcvlinder 27, vast verbonden met het pompje 20.
De daarin vertikaal beweegbare zuiger 28 is verbonden met de klepstang 8 die vroeger al in vermeld (cfr fig 1), en wordt door een veer 29 opwaarts getrokken, tegen de naar onder werkende stuurdruk Px in.
<Desc/Clms Page number 6>
Bij stilstand van de windmolen/pomp combinatie zal de veer 29 de klepstang 8 omhoog trekken, waarbij eventueel water wordt weggeperst uit de werkcylinder 27 via de naaldafsluiter 26.
De veer 29 wordt zò gekozen en opgesteld dat in dit geval de waterpomp volledig is ontlast, klaar voor de volgende start.
Gaat het geheel (onbelast)) in werking, dan zal de nagenoeg kwadratisch met de snelheid oplopende stuurdruk Px de zuiger 28, en ook de klepstang 8 naar onder verplaatsen, tegen de veer 29 in. De pomp in de put wordt dus geleidelijk belast. Mits een goede afstelling van de effectieve slag S'val. het pompje 20, van de druksti ft 24', van de naaldafsluiter 26, en van de veer 29, wordt de slag S van de waterpomp volledig effectief benut bij een vooraf gekozen maximum windsnelheid.
Bij een lagere snelheid dealt ook de stuurdruk Px (kwadratischt) zodat de klepstang 8 gedeeltelijk
EMI6.1
wordt opgelicht feccieve de waterpomp wordt daardoor verminderd, d. aangepast aan het verminderd windenergie-aarbod.
Indien de windmolen en de pomp passend zijn gekozen (mede in functie van de gewenste opvoerhoogte) dan zal deze combinatie onder veranderlijke wind altijd streven naer een werkingspunt met optimaal rendement.
Een betrouwbare werking onderstelt uiteraard dat het putwater behoorlijk zuiver is. Een filter 25'ter hoogte van de inlaatopering 25 kan beveiliging bieden tegen toevallige onzuiverheden.
<Desc/Clms Page number 7>
Voor vuil of beladen water kan een uitvoering volgens fig. 3 uitkomst bieden. In dit geval wordt een afzonderlijk hydraulisch circuit gebruikt bv. met oui.
De onderdelen 27, 28, 29, kunnen hier weer concentrisch met de zuigerstang 10 en de klepstang 8 worden opgesteld. Het oliepompje (20) echter met zijn onderdelen 21, 22, 23, 25, 26, wordt in een oliereservoir 30 gemcteerd, met hermetische rubberen kap 31. De plunjer 21 wordt nu bv. via een hefboom 32 aangedreven door de zuigerstang 10, waarbij weerom de plunjerslaglengte S'kan worden geregeld via een regelbare drukstift 24'.
Eventuele lekolie uit de werkcylinder 27 wordt door gravitatie teruggevoerd naar het reservoir 30. Overigens is de werking helemaal analoog aan het systeem van fig. 2, mutatis mutandie.
Indien bij hevige wind de stuurdruk Px oploopt, kan deze worden benut om een hydraulisch gestuurde klep in de uitlaat van de waterpomp in de put gedeeltelijk te sluiten. Daardoor wordt een hogere druk geleverd, en groter vermogen opgenomen.
Dit kan het geheel helpen beveiligen tegen oversnelheid.
De technische voordelen van een regelsysteem volgens de huidige uitvinding zijn duidelijk.
1. De start van de windmolen-pomp combinatie is volledig ontlast.
2. In een gamma van windsnelheden tussen 0 en een gekozen maximum streeft de combinatie
<Desc/Clms Page number 8>
steeds naar een optimum rendement. Dit zal vooral in veranderlijke wind de gemiddelde jaarprestaties bterk verbeteren.
3. Bij windsnelheden hoger dan het vooropgezette maximum wordt het'geheel beveiligd tegen te hoge snelheden.
4. Ook economisch lijkt de zaak overtuigend.
De voordelen worden gekocht mits beperkte investeringen en onderhoud. Deze zijn beperkt vanwege
EMI8.1
de grote eenvoud van het systeem, met inherent grote betrouwbaarheid. Overigens kan het regel- systeem op reikhoogte (d. w. z. zeer toegankelijk) worden opgesteld.