DE137765C

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Publication number: DE137765C
Application number: DENDAT137765D
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Description

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- JVl 137765 -KLASSE 27 d.

M. F. GUTERMUTH in DARMSTADT. Hydraulischer Luftkompressor.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 7. Februar igo2 ab.

Die bisherigen Ausführungen hydraulischer Luftkompressoren sind nur für Wasserkräfte von verhältnifsmäfsig kleinen Gefällen und grofsen Wassermengen geeignet.

Der Grund hierfür besteht darin, dafs die angesaugten Luftblasen im Saugkopf sowohl wie im Fallrohr vollständig von Wasser umgeben sein müssen, damit sie von letzterem nach unten fortgeführt werden können. Unter dieser Voraussetzung kann aber nur eine Luftmenge, welche höchstens gleich der Wassermenge ist, eingesaugt und im Apparat komprimirt werden.

Bei grofsen Gefällen und kleinen Wassermengen gelingt es nicht, mit den üblichen Saugköpfen und den einfachen Fallröhren, das hier für eine rationelle Ausnutzung der Wasserkraft erforderliche Luftvolumen anzusaugen und zu komprimiren, weil dasselbe alsdann ein Vielfaches des verfügbaren Wasservolumens betragen mufs.

Es erhellt dies aus der Beziehung zwischen der verfügbaren Leistung der Wasserkraft und der für die Kompression angesaugten Luft aufzuwendenden Arbeit.

Es mufs sein

Dabei bedeutet Q die sekundliche Wassermenge in Cubikmetern, ν die sekundlich angesaugte Luftmenge, H das Gefälle, γ das Gewicht eines Cubikmeters Wassers, ρ die Ansauge und p^l die Kompressionsendspannung.

Unter der Annahme, dafs am unteren Ende des Fallrohres Luft von 6,0 Atm. ausgeschieden

wird, also für lgn— = 1,79 ergiebt sich aus

obiger Beziehung für 27 = 17,9, Q. = v, d. h. für gröfsere Gefälle als 17,9 m wird theoretisch bereits Q. = v, so dafs z. B. für i2"=53,7, ν = 3 Q. würde.

Die Fortführung solcher Luftmengen durch wesentlich kleinere Wassermengen ist in einem weiten Rohre praktisch ausgeschlossen.

Dagegen gelingt es unter Benutzung der bekannten Erfahrung, dafs in engen Röhren den ganzen Querschnitt ausfüllende Luftblasen eingesaugt und fortgeschoben werden können, wenn sich zwischen den einzelnen Blasen entsprechend kleine Wassermengen befinden. Hier werden also die Luftblasen an den Seiten von der Rohrwand und nur oben und unten von Wasser eingeschlossen und so gegenüber dem bisherigen Verfahren der Vortheil erzielt, dafs das von der Seite her die Luftblasen begrenzende Wasser in Wegfall kommen kann.

Diese enge Rohrform, welche im Allgemeinen nicht über 5 cm lichter Weite angenommen werden kann, mufs sowohl an der Einsaugstelle im Saugrohr angewendet werden, als auch in dem eigentlichen Fallrohr sich so weit fort-

setzen, bis die Zusammenpressung der Luft so weit vorgeschritten ist, dafs die Luftblasen infolge der mit der Kompression entstehenden Volumverminderung wieder vom Wasser vollständig umgeben sind und von diesem in bisher üblicher Weise weiter fortgeführt werden können. Von da ab würde die enge Rohrform wegen grofser Reibungswiderstände nur schädlich wirken, so dafs der folgende Theil des Fallrohres wieder zu erweitern ist.

Hieraus ergiebt sich als Normalform eines solchen hydraulischen Kompressors:

Das obere Ende des Fallrohres wird aus langen Saugröhren gebildet, welche ganz oder theilweise aus Bündeln dünner Rohre bestehen und welche daher mit ihren oberen Theilen in der Saugzone liegen, mit ihren unteren Theilen dagegen der Druckzone angehören. An letztere schliefst sich ein weites freies Rohr, wie bei den bisherigen Ausführungen. Auch hat die Einsaugung zweckmäfsig nicht an einem Punkt, sondern an verschiedenen Stellen der Saugstrecke stattzufinden.

Fig. ι zeigt schematisch den Vorgang der Lufteinsaugung im engen Rohr;

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung im Längsschnitt;

Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform im Längsschnitt;

Fig. 4 zeigt eine dritte Ausführungsform im Längsschnitt;

Fig. 5, 6 und η zeigen in vergröfsertem Mafsstabe verschiedene mögliche Querschnittsformen zu Anordnungen nach Fig. 3 und 4.

In Fig. ι ist α der Obergraben, aus welchem sich das Wasser mit grofser Geschwindigkeit in ein dünnes Saugrohr b stürzt; c und d stellen zwei Wassermengen dar, welche in einer kleinen Zeitdifferenz aus dem Obergraben in das Saugrohr fallen. Dann sind mit b_x , b₂ bis b₇ die Entfernungen bezeichnet, welche infolge der zunehmenden Fallgeschwindigkeit die beiden Theilchen annehmen, und welche ein Vacuum zwischen sich erzeugen würden. Werden also an den entsprechenden Stellen Lufteinlässe angebracht, so wird entsprechend dem sich vergröfsernden Zwischenraum eine stufenweise Lufteinsaugung stattfinden und entsprechend lange Luftblasen zwischen den beiden Wassermengen nach unten befördert werden.

In diesem Rohre verbleibt dann das Gemisch, bis die Luftmengen auf das Volumen des Wasser oder weiter komprimirt sind, und dann kann das Rohr einen beliebigen Querschnitt annehmen.

In Fig. 2 ist eine entsprechende Anordnung gezeigt.

Hier ist der äufsere Umfang des Saugrohres c vergröfsert und aufser den äufseren Säugöffnungen 0 sind innen noch Luftsaugrohre ρ angebracht, welche oberhalb von dem Gefäfsjf ausgehen, dessen oberer Rand über den Wasserspiegel des Obergrabens reicht. Hierdurch wird eine gleichmäfsige Luftzuführung gesichert und die für die weitere Saugperiode erforderliche Trennung von Wasser und Luft eingeleitet. Dieses Saugrohr geht dann in das Rohr m über, in dessen unterer Grenze der Atmosphärendruck erreicht ist, und in welches noch durch die Oeffnungen q weitere Luft eingesaugt wird.

Hierauf folgt das Fallrohr n, in welchem die Kompression stattfindet.

Fig. 3 zeigt in kleinerem Mafsstabe eine Anordnung mit einem Röhrenbündel, wie es in der Regel vorkommen wird. Hier ist, wie in Fig. 2, in dem oberen Saugrohr c eine gleichmäfsige Luft- und Wasservertheilung angestrebt, um den einzelnen Röhren m des Bündels gleichmäfsige Antheile des Gemisches zuzuführen.

An dieses Röhrenbündel schliefst sich dann wieder das weite Fallrohr n an.

Bei der Bauart nach Fig. 4 gehen gleich von dem Obergraben eine Reihe dünner gelochter Rohre aus. Hier ist das Röhrenbündel m ersetzt durch eine Reihe zusammenhängender Kanäle, welche einzeln als dünne Rohre wirken und in beliebiger Weise durch Einbauen von Scheidewänden (s. Fig. 6 und 7) in ein gröfseres Rohr hergestellt sein können.

Dabei ist ein besonderes Zwischenstück ν vorhanden, in welchem die Einzelkanäle sich einander zu dem Querschnitt des Kompressionsrohres nähern.

Claims

Patent-Ansprüche:

ι . Hydraulischer Luftkompressor, dadurch gekennzeichnet, dafs Luft in gröfserer Menge als das Wasser in enge Röhren eingesaugt und in diesen so weit nach unten geführt wird, bis das Mischungsverhältnifs von Wasser- und Luftvolumen ein solches geworden ist (ungefähr 1:1), dafs die Luftblasen frei vom Wasser nach unten fortgeführt werden können.
2. Ausführungsform der Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, dafs ein Röhrenbündel (p) unterhalb des nach Anspruch ι gegebenen Punktes wieder in ein einheitliches offenes Rohr (nt) übergeht.
3. Ausführungsform der Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, dafs die Einsaugung der Luft durch eine Reihe längs der Saugzone vertheilter Oeffnungen (o) erfolgt.
4. Ausführungsform der Vorrichtung nach Anspruch ι und 3, dadurch gekennzeichnet,

dafs der obere Theil des Saugrohres (c) als ein einheitliches Rohr mit Luftzuführung sowohl von aufsen wie von innen gebildet ist, zum Zwecke, einen Theil der Luft früher einzusaugen und gleichmäfsig vor dem Beginn der zweiten Saugperiode in dem Wasser zu vertheilen.

Ausführungsform der Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, dafs der Kompressor auf der ganzen Saugstrecke aus einem Bündel getrennter Röhren (p^lj besteht, welche in der Kompressionszone zu einer Reihe benachbarter Kanäle zusammengeführt werden.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.