CH656435A5 - Pumpeinrichtung mit einem hydraulischen widder. - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Pumpeinrichtung mit einem hydraulischen Widder gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Insbesondere in trockenen Ländern mit Wassermangel tritt oft der Fall ein, dass sich die Pumpvorrichtungen sehr stark schwankenden Quellschüttungen anpassen müssen, wobei ausserdem kein Wasserverlust durch Überlauf am Hochbehälter geduldet werden kann. In diesen Gegenden steht ausserdem meist keine elektrische Kraft zur Verfügung, um Niveauschalter und dergleichen betätigen zu können,

ganz abgesehen von den hohen Kosten solcher Geräte.

Die Erfindung bezweckt, eine Pumpeinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, in welcher insbesondere das Anstossen des hydraulischen Widders, aber auch sein Anhalten, ohne Zuhilfenahme von Fremdenergie in Abhängigkeit vom Wasserstand im Trieb- oder Hochbehälter gesichert werden kann.

Erfindungsgemäss weist die Pumpeinrichtung die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmale auf. Die Speisung des Hilfsventilkolbens mit dem Steuerdruck hängt hierbei von der jeweiligen Steuerungsart ab, von welcher einige Möglichkeiten Gegenstand von abhängigen Patentansprüchen bilden.

Nachstehend werden einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes anhand der Zeichnung erläutert, in welcher drei triebseitige Steuerungsvarianten des Hilfsventilkolbens, nämlich eine Variante A mit schräger Triebleitung, eine Variante B mit Triebschacht und eine Variante C mit Zentrifugalpumpe, sowie eine Variante D mit Hoch- bzw. Druckbehältersteuerung gleichzeitig dargestellt sind.

Den erwähnten Steuerungsvarianten gemeinsam ist gemäss Zeichnung ein mit einem Windkessel 1 versehener Widderkörper 2, in welchem eine Stosskammer 3 ausgebildet ist, die zu ihrer Wasserspeisung mit einem Triebanschluss 4 für die Verbindung mit einer schematisch dargestellten Triebleitung 5 versehen ist. In einer in einen Auslassraum 6 mündenden Öffnung der Stosskammer 3 ist ein auslasseitiges Stossventil 7 angeordnet, das einen mit einem Hubendpuffer 8 versehene Stossventilschaft 9 hat. Die Federkraft einer auf die Stossventilwelle 9 wirkenden Stossventilfeder 10 ist mittels eines Gewindezapfens 11 und einer Gegenmutter 12 einstellbar. Im Gewindezapfen 11 ist ferner ein axial verschiebbarer Anwurfstift 13 für den Stossventilschaft 9 gelagert. In einer weiteren, in den Windkessel 1 mündenden Öffnung der Stosskammer 3 ist ein druckseitiges Rückschlagventil 14 mit einer Druckventilfeder 15 angeordnet, das auf einem Stiftfortsatz 16 des Stossventils 7 axial beweglich gelagert ist. Zwischen der Stosskammer 3 und der Aussenseite des Widderkörpers 2 befindet sich eine ein Schnüffelloch bildende Bohrung 17 zur Belüftung des Windkessels 1. Die Grösse des Luftkissens im Windkessel 1 ist durch ein Druckrohr 18 festgelegt. Ein Steiganschluss 19 erlaubt die Verbindung des im Windkessel 1 befindlichen Wassers mit einer schematisch dargestellten Steig- oder Druckleitung 20.

Um den dargestellten hydraulischen Widder ohne Betätigung des Anwurfstiftes 13 und ohne Fremdenergie automatisch anstossen , u können, ist im Widderkörper 2 zusätzlich

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ein Hilfsventilkolben 21 zwischen dem Auslassraum 6 und einem Steueranschluss 22 angeordnet. Der Ventilkolben 21 ist axial gleitend in einer zylindrischen Vertiefung 23 des Widderkörpers 2 und auf dem Stossventilschaft 9 gelagert. In seiner dargestellten Schliesslage liegt er mit einer hülsenförmi-gen Verlängerung 24 an einem Anschlagbund 25 des Stossventils 7 an.

Da der Ventilkolben 21 im dargestellten Ausführungsbeispiel eine grössere Fläche als der Ventilteller des Stossventils 7 aufweist, wird beim Anlegen eines Wasserdrucks am Steueranschluss 22 gemäss einer der nachfolgend erläuterten Steuerungsvarianten die Wirkung der Stossventilfeder 10 derart verstärkt, dass auch bei Druckgleichheit zwischen der Stosskammer 3 und dem Steueranschluss 22 das Stossventil 7 von seinem Sitz abhebt, indem der Ventilkolben 21 mit seiner hül-senförmigen Verlängerung 24 auf den Anschlagbund 25 des Stossventils 7 presst. Lange bevor durch das Stossventil 7 der volle Strömungsquerschnitt für die am Triebanschluss 4 anstehende Wassersäule freigegeben wird, kreuzt die Unterkante des Ventilkolbens 21 die Kantenebene 26 des Auslassraums 6 und lässt das Steuerwasser ausfliessen, wodurch die Steuerdruckbeaufschlagung des Ventilkolbens 21 verschwindet. Die wirksame Federkennlinie reduziert sich für die verbleibende Hubbewegung somit auf diejenige der Stossventilfeder 10. Anschliessend wird das Stossventil 7 in an sich bekannter Weise durch die bei offenem Stossventil nun beschleunigte Wassersäule der Triebleitung gegen die Kraft der Stossventilfeder 10 schlagartig in Richtung ihrer Schliesslage gedrückt. Sobald die Unterkante des Ventilkolbens 21 -nun in Abwärtsbewegung des Ventilkolbens in der Zeichnung - die Kantenebene 26 des Auslassraums 6 erneut kreuzt, wirkt auf den Ventilkolben 21 der am Steueranschluss 22 immer noch anstehende Steuerdruck. Somit wirkt der Ventilkolben 21 als hydraulischer Hilfspuffer, indem er die auf das Stossventil 7 wirkende Federkraft in einem von der Schliesslage des Stossventils sich in Richtung zu seiner Öffnungslage erstreckenden Teilabschnitt des gesamten Hubs des Stossventils künstlich erhöht und damit ein das Anlaufen des Widders beeinträchtigendes «Kleben» des Stossventils verhindert.

Diese Wirkung des Ventilkolbens 21 liegt aber nur so lange vor, bis sich nach dem sich über eine bestimmte Anzahl von Hubbewegungen des Stossventils 7, z.B. etwa zwanzig Hubbewegungen, erstreckenden Anstossen des Widders die am Steueranschluss 22 mündende Steuerleitung in nachstehend noch erläuterter Weise entleert hat. Dann, d.h. bei Wegfall des Steuerdrucks, wird der Ventilkolben 21 durch sein eigenes Gewicht in der unteren Stellung gehalten, ohne die Bewegungen des Stossventils 7 mitzumachen. Er dient dann lediglich als zusätzliche Führung des Stossventilschafts 9, was ausserdem die genaue Zentrierung des druckseitigen Rückschlagventils 14 durch den aus dem Stossventil 7 austretenden Stiftfortsatz 16 erleichtert und die dort oft auftretenden Druckabfälle durch optimale Strömungsführung reduziert.

Ausser dem beschriebenen Betriebsabschnitt des Anstos-sens des Widders und einem nachfolgend noch erläuterten Betriebsabschnitt des Anhaltens des Widders funktioniert der vorliegende Widder in bekannter Weise, auf die nicht näher einzugehen ist.

Die folgenden Steuerungsvarianten werden nachstehend anhand der Zeichnung beschrieben.

A. Triebseitige Steuerung mit schräger Leitung aus Triebbe-hälter:

Bei dieser Steuerungseinrichtung ist in einem Triebbehäl-ter 28 ein abgewinkeltes Triebrohr 29 angeordnet, das ein Schnüffelloch 30 hat und das über eine schräge Triebleitung 31 mit dem Triebanschluss 4 des Widders verbunden ist. Ferner ist am Triebbehalter 2K ein Überlauf 32 angeordnet, der

über eine Steuerdruckleitung 33 mit dem Steuerdruckanschluss 22 des Widders verbunden ist.

Dies ist die einfachste Steuerungsart, da sie ausser dem beschriebenen Widder keine weiteren bewegten Teile benötigt. Erreicht der Wasserspiegel im Triebbehälter 28 den Überlauf 32, so füllt sich die mit dem Steueranschluss 22 verbundene Leitung 33, bis der statische Druck am Ventilkolben 21 den Widder anwirft. Sobald der Widder arbeitet, sinkt der Wasserspiegel und die Leitung 33 entleert sich. Angehalten in , ■ geschlossener Stellung des Stossventils 7 wird der Widder, sobald der Wasserspiegel das Schnüffelloch 30 im abgewinkelten Triebrohr 29 erreicht. Im Verhältnis des Rohrbogen-Druckabfalles zum Schnüffelloch-Durchmesser saugt nun die Triebleitung 31 ein Luft/Wasser-Gemisch an, das infolge Ela-stizitätserhöhung in der Stosskammer 3 den Stossventil-Saug-effekt durch den Entspannungs-Rückfluss unterbindet. Das Stossventil 7 bleibt demzufolge in geschlossener Stellung stehen.

;.o B. Triebseitige Steuerung mit Triebschacht:

Bei dieser Steuerungsvariante weist der Triebbehälter 28 einen Triebschacht 34 auf, in welchen eine Triebleitung 35 mündet, welche demnach etwa waagrecht verläuft. Zum Anstossen des Widders ist wie bei der Steuerungsvariante A >5 der Überlauf 32 mit der Steuerdruckleitung 33 vorgesehen. Der Widder kann jedoch nur dadurch angehalten werden, dass der Entspannungsrückfluss und der dazugehörige Saugeffekt unterbunden werden. Hierzu ist in der in den Triebschacht 34 mündenden Triebleitung 35 ein bei einem Rück-in fluss schliessendes Rückschlagventil 36 angeordnet, das bei höherem Wasserspiegel durch einen Schwimmer 36' ausser Funktion gesetzt wird.

C. Triebseitige Steuerung mit Zentrifugalpumpe:

r> Zur Speisung einer Triebleitung 37 ist eine Zentrifugalpumpe 38 in Kombination mit einem Speicher 39 vorgesehen. Der Druck der Zentrifugalpumpe 38 ist zudem dem Steueranschluss 22 des Widders über eine Steuerdruckleitung 40 und ein Differenzventil 41 zugeführt. Zur Steuerung des Differì renzventils 41 ist im Widderkörper 2 ein in die Stosskammer 3 mündender Betriebszustand-Sensor angeordnet, der aus einer Rückschlagkugel 42 und einer dazu parallelgeschalteten Drossel 43 besteht und der über eine Pilotleitung 44 mit dem Differenzventil 41 verbunden ist.

■s ■ Springt nach dem Einschalten der Zentrifugalpumpe 38 der Widder bei offenem Differenzventil 41 an, so baut sich in der Pilotleitung 44 der gleiche Druck wie im Windkessel 1 auf, da die Rückschlagkugel 42 wohl die Druckspitze durch-lässt, deren Abbau aber nur langsam über die Drossel 43 >» möglich ist. Das Differenzventil 41 versperrt also die Verbindung vom Pumpendruck zum Ventilkolben 21, solange der Widder läuft, d.h. die Kombination Rückschlagkugel 42/Drossel 43 dient als Betriebszustand-Sensor des Widders, der bei laufendem Widder den Förderdruck und bei stehen-dem Widder den Triebdruck als Signal abgibt. Das Anhalten des Widders wird hier durch das Abschalten der Zentrifugalpumpe 38 besorgt.

D. Druckseitige Steuerung durch Hochbehälter oder Druck-• Speicher:

Der Hochbehälter, in welchen durch den beschriebenen Widder Wasser gefördert wird, befindet sich oft in einer Entfernung von mehreren Kilometern vom Widder. Es ist deshalb von Bedeutung, den Wasserstand im Hochbehälter an den Ort des Widders signalisieren zu können, und insbesondere von ausschlaggebender Bedeutung, die Steig-, Druckoder Förderleitung auch als Signalleitung für die Steuerung des Widders (Anlassen und Anhalten) verwenden zu können.

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Gemäss der Zeichnung dient in einem Hochbehälter 45 ein Nadelschwimmer 46 oder ein sonstiges Sperrorgan, das ein mit der Steig- oder Druckleitung 20 verbundenes Förderrohr 47 dicht schliesst, als Signalgeber. Die Steig- oder Druckleitung 20 ist über ein Differenzventil 48 und über eine Steuerleitung 49 mit dem Steueranschluss 22 des Widders verbunden. Der Widder ist wiederum mit dem für die Steuerungsvariante C bereits erwähnten, die Rückschlagkugel 42 und die dazu parallele Drossel 43 enthaltenden Betriebszu-stand-Sensor versehen, welcher über eine Pilotleitung 50 mit dem Differenzventil 48, das eine Vorspannfeder 51 und einen Ventilstift 52 hat, verbunden ist. Am Windkessel 1 des Widders ist zudem ein in dessen Luftkissen mündendes Überdruckventil 53 angeordnet, welches mit der Triebleitung 5 verbunden ist, über welche der Widder aus einem Triebbehälter oder Triebschacht mit Wasser gespeist wird.

Erreicht in dieser Einrichtung der Wasserstand den Schliesspegel des Schwimmers 46, so steigt der Druck in der Steig- oder Druckleitung 20, bis das Überdruckventil 53 anspricht und aus dem Luftkissen des Windkessels 1 in die Triebleitung 5 abbläst, so dass der Widder zum Stillstand kommt. Der erhöhte Druck in der Steig- oder Druckleitung 20

hält auch das durch die Feder 51 auf Betriebsdruck vorgespannte Differenzventil 48 trotz des Verschwindens des Pilotdruckes des Betriebszustand-Sensors 42,43, so dass der Steueranschluss 22 des Widders drucklos ist.

Fällt der Wasserpegel im Hochbehälter 45, so wird die Steig- oder Druckleitung 20 vorerst auf den Betriebsdruck entspannt. Die Vorspannfeder ^1 des Differenzventils 48 hebt den Ventilstift 52 von seinem Sitz, wodurch eine Verbindung zwischen der Leitung 20 und dem Ventilkolben 21 hergestellt •) und der Widder dementsprechend angestossen wird. Die Betriebsnahme des Widders erzwingt über den Pilotdruck des Betriebszustand-Sensors 42,43 das Schliessen des Differenzventils 48 und somit den gewünschten stationären Betriebszustand.

"> Anstelle des Hochbehälters 45 kann auch ein Druckspeicher 54 (ein Expansionsgefäss) sinngemäss eingesetzt werden, wobei dann der Nadelschwimmer 47 ebenfalls entfällt.

Neben den beschriebenen Steuerungsmöglichkeiten sind weitere Kombinationen, Fremdsteuerungen und Berücksichti--•» gungen anderer Parameter denkbar: alle sind jedoch auf den abkoppelnden Ventilkolben mit Hilfspuffercharakteristik angewiesen.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

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1. Pumpeinrichtung mit einem hydraulischen Widder, der in einer mit einem Triebanschluss (4) versehenen Stosskam-mer (3) ein ausflusseitiges, federbelastetes Stossventil (7) und ein druckseitiges, zu einem mit einem Steiganschluss (19) versehenen Windkessel (1) führendes Rückschlagventil (14) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Stossventil (7) auf einen einem Steuerdruck aussetzbaren Hilfsventilkolben (21) abstützt, welcher als ein über einen Teil des Hubs des Stossventils (7) wirksamer Hilfspuffer ausgebildet und nach dem Anstossvorgang des Widders von der Bewegung des Stossventils (7) abkoppelbar ist.

2. Pumpeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsventilkolben (21) koaxial zum Stossventil (7), z.B. zu einem federbelasteten Stossventilschaft (9), frei beweglich angeordnet ist und eine Auflagefläche für das Stossventil (7) aufweist, wobei die eine Seite des Hilfsventil-kolbens (21) mit einem Steuerdruckanschluss (22) und seine andere Seite mit einem Auslassraum (6) des Stossventils (7) in Verbindung stehen, und wobei der Hub des Hilfsventilkol-bens (21) von seiner Schliessendlage bis zu seiner Öffnungslage, in welcher der Steuerdruckanschluss (22) mit dem Auslassraum (6) in Verbindung steht, kleiner ist als der Hub des Stossventils von seiner Schliesslage bis zu seiner Öffnungsendlage.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Pumpeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das druckseitige Rückschlagventil (14) durch einen Stiftfortsatz (16) des Stossventils (7) zentriert ist.

4. Pumpeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein in einem Triebbehälter (28) angeordneter Überlauf (32) über eine Steuerleitung (33) mit einem bzw. dem Steuerdruckanschluss (22) des Hilfsventilkol-bens (21) verbunden ist.

5. Pumpeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zum Anhalten des Widders bei Schliesslage des Stossventils (7) ein im Triebbehälter (28) angeordnetes, mit dem Triebanschluss (4) des Widders über eine schräge Triebleitung (31,5) verbundenes, abgewinkeltes Triebrohr (29) mit einem Schnüffelloch (30) versehen ist.

6. Pumpeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit dem Triebanschluss (4) des Widders verbundene, in einem Triebschacht (34) mündende Triebleitung (35) mit einem bei einem Rückfluss in der Triebleitung (35) schliessenden Rückschlagventil (36) versehen ist, das bei höherem Wasserspiegel durch einen Schwimmer (36') ausser Funktion setzbar ist.

7. Pumpeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Triebleitung (37) einer Zentrifugalpumpe (38,39) mit dem Triebanschluss (4) des Widders verbunden ist, dass der Triebdruck der Zentrifugalpumpe (38,39) einem bzw. dem Steuerdruckanschluss (22) des Hilfsventilkolbens (21) über eine Steuerleitung (40) und ein Differenzventil (41) zugeführt ist, und dass ein aus einer Rückschlagkugel (42) und einer dazu parallel geschalteten Drossel (43) bestehender Betriebszustand-Sensor in der Stoss-kammer (3) angeordnet und über eine Pilotleitung (44) mit dem Differenzventil (41) zu dessen Steuerung verbunden ist, um das Differenzventil (41) und damit die Steuerleitung (40) zu schliessen.

8. Pumpeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der am Steiganschluss (19) vorliegende förderseitige Druck über ein vorgespanntes Differenzventil (48) und eine Steuerleitung (49) dem Steueran-schluss (22) des Hilfsventilkolbens (21) zugeführt ist, und dass ein aus einer Rückschlagkugel (42) und einer dazu parallel geschalteten Drossel (43) bestehender Betriebszustand-Sensor in der Stosskammer (3) angeordnet und über eine Pilotleitung (50) mit dem Differenzventil (48) zu dessen Steuerung verbunden ist, um das Differenzventil (48) und damit die Steuerleitung (49) zu schliessen.

9. Pumpeinrichtung nach Anspruch 3 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass zum Anhalten des Widders bei Schliesslage des Stossventils (7) am Windkessel (1) ein mit dem Triebanschluss (4) verbundener Luftkissen-Druckbegrenzer (53) angeordnet ist.