DE1277020B

DE1277020B - Pump for lifting liquids from great depths

Info

Publication number: DE1277020B
Application number: DEW30347A
Authority: DE
Inventors: Dr Friedrich Wenk
Original assignee: FRIEDRICH WENK DR
Current assignee: FRIEDRICH WENK DR
Priority date: 1961-07-14
Filing date: 1961-07-14
Publication date: 1968-09-05

Description

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 mit einem Schwimmkolben versehenen Windkessel und durch ein Rückschlagventil mit der Förderflüssigkeit in Verbindung steht.Pump for lifting liquids from great depths The invention relates to a pump for lifting liquids from great depths by means of vibrations of the Liquid in the riser, which at its lower end with at least one with a Air tank provided with floating piston and through a non-return valve with the fluid to be pumped communicates.

Derartige Pumpen sind als Ersatz der üblichen Pumpen bekannt, deren Saughöhe maximal nur 6 bis 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.Such pumps are known to replace the usual pumps, their The maximum suction height is only 6 to 7 m and that is the case with a deep well borehole must be installed far below the surface of the earth, which in addition to high production costs brings numerous constructional and operational difficulties with it, so that the field of application of these pumps is limited.

Bei der der Erfindung zugrunde liegenden Pumpenart wird mit Hilfe eines am oberen Ende des Steigrohres vorgesehenen Druckerzeugers, 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.In the case of the type of pump on which the invention is based, with the aid a pressure generator provided at the upper end of the riser pipe, e.g. B. a piston, the column of liquid in the riser is set in rhythmic oscillations, so that the pressure fluctuations occurring at the lower end of the riser pipe and in the air chamber With each oscillation, a certain flow rate occurs through the check valve permit.

Bei bekannten derartigen Ausführungen ist zwischen der Windkesselflüssigkeit und der Steigrohrflüssigkeit ein Ventil oder eine elastische Membran vorgesehen, um einen toten Bereich der Schwingungsamplitude zu vermeiden. Diese schwer zugänglichen Absperrorgane haben jedoch den weiteren großen Nachteil, daß beim Betrieb der Pumpe harte Wasserschläge mit übergroßer Materialbelastung auftreten und daß außerdem eine einwandfreie Selbstregulierung des Windkesselgasinhaltes behindert wird.In known designs of this type, there is between the air vessel liquid and a valve or an elastic membrane is provided for the riser liquid, to avoid a dead zone of the oscillation amplitude. These inaccessible However, shut-off devices have the further major disadvantage that when the pump is in operation hard water hammer with excessive material stress occur and that in addition proper self-regulation of the air vessel gas content is hindered.

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 die Verbindung zwischen Windkessel und Steigrohr eine strömungstechnische Verengung für die Förderflüssigkeit aufweist und in Höhe des niedrigsten Niveaus der Windkesselflüssigkeit durch den Schwimmkolben freigegebene und in das Steigrohr mündende Entlüftungsöffnungen vorgesehen sind.The invention has the purpose of improving the pump so that with simpler Construction and increased operational safety the disadvantages mentioned can be avoided. This is achieved by the connection between the air chamber and the riser pipe has a fluidic constriction for the conveyed liquid and in height the lowest level of the air chamber fluid released by the floating piston and vent openings opening into the riser pipe are provided.

Bei einer bekannten Pumpe ist hilfsweise am unteren Ende des Steigrohres ein Windkessel über ein Winkelrohr angeschlossen, dessen Querschnitt wesentlich kleiner ist, als derjenige des Steigrohres. Diese Anordnung dient zur elastischen Energiespeicherung, kann jedoch nicht zur Vergrößerung der Förderhöhe im Sinne der Erfindung verwendet werden, was zur Voraussetzung hätte, daß das Anschlußrohr für den Windkessel größeren Querschnitt als das Steigrohr hat und daß außerdem der Zufluß zum Steigrohr eine stetige strömungstechnische Verengung für die Förderflüssigkeit aufweist.In the case of a known pump, there is an auxiliary at the lower end of the riser pipe an air chamber connected via an angled pipe, the cross-section of which is substantial is smaller than that of the riser pipe. This arrangement is used for elastic Energy storage, however, cannot be used to increase the head in the sense of Invention can be used, which would have the prerequisite that the connecting pipe for the air vessel has a larger cross-section than the riser pipe and that, in addition, the inflow to the riser there is a steady flow constriction for the fluid to be pumped having.

Bei einer anderen bekannten Pumpe ist ein Windkessel über ein sich verengendes Rohr mit der Steigleitung verbunden. Hier handelt es sich jedoch lediglich um eine Maßnahme zur Vermeidung von Stößen während des ersten Teiles des Kolbenweges einer Pumpe normaler Förderhöhe, nicht aber um eine Tiefpumpe mit schwingender Flüssigkeitssäule, die es ermöglicht, das Pumpenaggregat über der Erde zu belassen.In another known pump, an air chamber is on top of itself narrowing pipe connected to the riser. However, this is just a matter of a measure to avoid shocks during the first part of the piston travel a pump with normal delivery head, but not a deep pump with a vibrating liquid column, which makes it possible to leave the pump set above the ground.

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.In an embodiment in which the riser pipe is concentric in the cylindrical shape formed air chamber protrudes, the floating piston is expediently concentric guided on the riser and the constriction by a surrounding the riser mouth Edge bead and a filler body arranged opposite this formed.

Der Windkessel wird zweckmäßig so weit unter den Brunnenwasserspiegel abgesenkt, daß der Wasserspiegel der Windkesselflüssigkeit in der Mittellage wenigstens ein Achtel, vorzugsweise mehr als ein Viertel der Förderhöhe unter dem Brunnenwasserspiegel liegt.The air tank is expediently so far below the well water level lowered so that the water level of the air chamber liquid in the central position at least one eighth, preferably more than a quarter of the delivery head below the well water level lies.

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.The gas space of the air chamber can be connected to the riser pipe through an or several openings at the same level to allow excess gas to escape be connected. A floating piston can be arranged between the liquid and the gas content be.

Die Druckimpulse am oberen Ende 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 Fall wird zweckmäßig ein oben auf der Flüssigkeitssäule ruhender Schwimmkolben zwischengeschaltet. Der bei der Pumpe nach der Erfindung gegebene tote Bereich der Schwingungsamplitude ergibt nach rechnerischen Untersuchungen nur eine unbedeutende Verringerung der Förderzahl, während der theoretische Verlust an Wirkungsgrad durch die vorgesehene günstige Ausbildung der Strömungsverhältnisse sowie durch eine genügend tiefe Absenkung des Windkessels unter den Brunnenwasserspiegel der Förderflüssigkeit mehr als aufgewogen wird. Gegenüber bekannten Ausführungen ergeben sich dabei folgende wesentliche Vorteile: Der Unterwasserteil ist vereinfacht und nicht störanfällig.The pressure pulses at the upper end of the riser pipe can be in the usual Way by a piston pump, which is expediently driven via an overrunning clutch will be generated, or through the immediate rhythmic effects of pressurized water, Water vapor or pressurized gas. In this case, a top of the liquid column is expedient stationary floating piston interposed. The one after the pump The dead zone of the oscillation amplitude given according to the invention results after arithmetic Investigations show only an insignificant reduction in the production rate, while the theoretical Loss of efficiency due to the intended favorable design of the flow conditions as well as by lowering the air chamber sufficiently deep below the well water level the pumped liquid is more than weighed. Compared to known designs This results in the following essential advantages: The underwater part is simplified and not prone to failure.

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.The vibrational movement of the water column runs completely smoothly, because the simple check valve of the suction opening of the pump is right at the beginning of the water return, i.e. at a very slow flow rate, closes.

Der Gasinhalt im Windkessel reguliert sich betriebssicher und selbsttätig mittels kleiner Öffnungen in der Windkessel- bzw. Steigrohrwand, durch die ein trberschuß an Gasinhalt genau dosiert in das Steigrohr entweichen kann, sobald der Flüssigkeitsspiegel im Windkessel diese Öffnungen freigibt.The gas content in the air tank regulates itself reliably and automatically by means of small openings in the wall of the air vessel or riser pipe, through which there is a surplus The gas content can be precisely dosed and can escape into the riser pipe as soon as the liquid level rises releases these openings in the air chamber.

In vielen Fällen wird die Brunnenflüssigkeit 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 many cases, the well fluid will be adequately absorbed Contain gas, so that they contain the gas content of the air chamber as in a suction air chamber constantly updated by itself. Otherwise the gas content of the air chamber can come from outside be supplemented forth by a pipeline of small cross-section, without a Overdose is to be feared.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt F i g.1 eine schematische Darstellung einer Pumpe nach der Erfindung, deren Windkessel das untere Ende des Steigrohres konzentrisch umgibt, im Schnitt, F i g. 2 eine abgeänderte Ausführung mit einem oder mehreren seitlich vom Steigrohr angeordneten Windkesseln.In the drawing, exemplary embodiments of the invention are shown, namely, Fig. 1 shows a schematic representation of a pump according to the invention, whose air chamber concentrically surrounds the lower end of the riser pipe, in section, F i g. 2 a modified version with one or more at the side of the riser pipe arranged air vessels.

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 zeit 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.The riser pipe 1 protrudes with its lower part 2 concentrically into one cylindrical air vessel 3, the end 2 of the riser pipe is to achieve a low flow resistance for the incoming pumped liquid with a hydraulic favorable edge bead 4 and the inflow 26 to the riser pipe optionally through packing 27 provided a constant narrowing. Lies under the mouth of the riser pipe the suction valve 5, which consists of a ball, is located below the suction valve 5 a suction basket 7 provided with the usual sieves 6, which as in the example can form a continuation of the wind chamber.

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 für 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.At the upper end of the riser pipe 1 is a rhythmically movable up and down Pressure piston 8 is provided, which in its upper position in the cylinder wall 9 mounted and controlled by the piston outlet slots 10 for the over the riser pipe 1 releases the conveyed liquid 11 so that it flows into a collecting basin 12. The collecting basin 12 has an overflow pipe 13 from which the liquid is then withdrawn can be.

Der Antrieb des Kolbens 8 kann im einfachsten Fall von Hand durch einen Pumpenschwengel erfolgen, oder maschinell durch einen Kurbeltrieb, und zwar 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. In geeigneten Fällen können die Druckimpulse auf die Flüssigkeitssäule 11 durch eine Druckflüssigkeit oder ein Druckgas bzw. Wasserdampf durch unmittelbare Einwirkung oder auch unter Zwischenfügung eines Schwimmkolbens ausgeübt werden.In the simplest case, the piston 8 can be driven by hand by a pump handle, or mechanically by a crank drive, suitably via a freewheel 15, so that the crankshaft 16 can run ahead of the drive shaft 17, especially when the drive shaft is connected to a Flywheel is provided. In suitable cases, the pressure pulses can be exerted on the liquid column 11 by a pressure fluid or a pressure gas or water vapor by direct action or with the interposition of a floating piston.

Um den besten Wirkungsgrad zu erhalten, muß der Windkessel genügend weit unter den Brunnenwasserspiegel 18 abgesenkt werden, und zwar 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.In order to obtain the best efficiency, the air tank must be sufficient be lowered well below the well water level 18, and expediently so far that the water level of the air chamber liquid 19 in the central position at least one eighth, preferably more than a quarter of the delivery head below the well water level 18 lies.

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 9 ruhender Schwimmkolben 21 vorgesehen, der das Steigrohr 1 ringförmig umgibt.Finally, it is beneficial to cover the gas content 20 and the liquid content 19 in the air chamber 3 from one another. For this purpose, a floating piston 21 resting on the liquid content 9 is provided in the exemplary embodiment, which piston surrounds the riser pipe 1 in a ring shape.

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 Steigrohrs 1 vorgesehen, durch die ein Öberschuß an Gasinhalt genau dosiert in das Steigrohr entweichen kann, sobald der Flüssigkeitsspiegel im Windkessel die Öffnungen 22 freigibt.In order to enable automatic regulation of the gas content 20 in the air chamber 3, one or more openings 22 are provided at the same level in the part of the wall of the riser pipe 1 located inside the air chamber 3, through which an excess of gas content can escape into the riser pipe in a precisely dosed manner as soon as the liquid level in the air chamber clears the openings 22.

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 order to be able to refill the gas content 20 in the air chamber 3 if necessary, a gas supply tube 24 provided with a check valve 23 is connected in the upper part of the air chamber, which is led to the surface of the earth.

In geeigneten Fällen können in der in Fig.2 angedeuteten Weise mehrere seitlich vom Steigrohr 1 angebrachte Windkessel 3, 3' vorgesehen werden. In diesem Fall müssen die in der Windkesselwandung vorgesehenen Öffnungen 22 zum Entweichen überschüssigen Gases durch eine schräg nach oben, geführte Leitung 25 mit dem Steigrohr 1 verbunden sein. Der Zufluß 26 zwischen Steigrohr und Windkessel muß die strömungstechnisch günstigste Form erhalten und soll sich stetig verengen. Die Schwimmkolben 21 erhalten Zylinderform.In suitable cases, several can in the manner indicated in FIG Laterally attached to the riser pipe 1 air vessel 3, 3 'are provided. In this In this case, the openings 22 provided in the wall of the air chamber must allow escape excess gas through an inclined upwardly guided line 25 with the riser pipe 1 connected. The inflow 26 between the riser pipe and the air tank must be the fluidic get the most favorable shape and should steadily narrow. The floating piston 21 received Cylindrical shape.

Claims

Claims: 1. Pump for lifting liquids from great depths by means of vibrations of the liquid in the riser pipe, which at its lower end with at least one air chamber provided with a floating piston and a check valve is in communication with the delivery fluid, characterized in that the connection a fluidic constriction (26) between the air chamber (3) and the riser pipe (1) for the conveyed liquid and at the level of the lowest level of the air vessel liquid Vent openings released by the floating piston (21) and opening into the riser pipe (1) (22) are provided.

2. Pump according to claim 1, in which the riser pipe protrudes concentrically into the cylinder-shaped air chamber, characterized in that the floating piston (21) is guided concentrically on the riser pipe (1) and the fluidic constriction (26) by a bead surrounding the riser pipe mouth (4) and a filling body (27) arranged opposite this is formed.

3. Pump according to claim 1 or 2, characterized in that a gas supply line (24) provided with a check valve (23) is connected in the upper part of the air vessel (3).

4. Pump according to one of claims 1 to 3, characterized in that the upper end (9) of the riser pipe (1) is widened and serves as an air chamber in which the liquid column vibrates directly through the rhythmic action of pressurized gas, pressurized water or water vapor is relocatable.

5. Pump according to claim 4, characterized in that a floating piston which preferably controls the outlet openings (10) of the pump is provided on the upper end of the liquid column (11). Considered publications: German Patent Nos. 628113, 617 688, 88 765; British Patent No. 492 530; U.S. Patent No. 1020,965.