DE140451C - - Google Patents

Description

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KAISERLICHES

PATENTAMT.

KLASSE 59«.

Während bei Pumpen die hin- und hergehenden Massen des Kolbens, Gestänges und die Beschleunigung der Wassermassen in der Druckperiode lediglich den Druck im Gestänge beeinflussen, entstehen namentlich bei Eiloder Expreßpumpen, wo der Ventilhub gegen den Kolbenhub verhältnismäßig groß ausfällt, Unterspannungen durch die Saughöhe und den Einfluß der bewegten Wasser- und Ventilmassen, welche von schädlicher Wirkung auf den Lieferungsgrad der Pumpe und auf ihren ruhigen Gang sind. Da zur Überwindung dieser schädlichen Pressungen bekanntlich nur ι Atm. zur Verfugung steht, ist zugleich mit dieser Erkenntnis der Weg gewonnen, auf welchem eine möglichst vollkommene Pumpenbauart angestrebt werden muß, nämlich Vervollkommnung des Saugvorganges. Für eine beliebige Saughöhe oder angesaugte Wassersäule, welche im Gleichgewicht gehalten werden soll, ist immer eine ganz bestimmte Pressung nötig, während für die anderen Vorgänge beim Ansaugen allerhand erschwerende Nebenumstände, wie Querschnittsänderungen, Reibung, Wirbelungen, Undichtheiten und dergl. die endgültige Saughöhe beeinflussen. Dabei hat man naturgemäß den Ventilausbildungen die meiste Aufmerksamkeit gewidmet und vor allem auch die Verkleinerung derjenigen Wassersäule angestrebt, welche mit jedem Pumpenhube zur Ruhe kommt, also denkbarste Verkleinerung bewegter Massen.

Ein Verbessern aller dieser Vorgänge wird durch Steuern der Ventilsitze möglich. Bei Pumpen handelt es sich darum, vor Beginn des Ansaugens einer Wassersäule und dem Ventil eine gewisse Beschleunigung zu erteilen, welche im Momente des Saugbeginns durch Verzögerung kraftschlüssig frei wird und auf Ventilöffnen wirkt bezw. das Saugwasser dem ansaugenden Kolben bereits zubringt, also gewissermaßen um eine Verbundpumpe.

Ein Vergleich der bisher üblichen Saug- und Druckvorgänge mit den neuen soll hier näher klargelegt werden.

I. Saugen. Die größte Unterspannung während der Saugperiode möge bei Beginn derselben herrschen. Diese Unterspannung zerfällt

1. in eine konstante, zur Erhaltung der Wassersäule im Saugrohr,

2. in eine solche, die zur Erteilung der Beschleunigung jener Saugwassermasse nötig ist, welche mit jedem Pumpenhube zur Ruhe kommt,

3. in eine solche, welche nötig isf, das Ventil nebst darüber befindlicher Saugwassermasse nicht nur von seinem Sitz zu heben, sondern auch zu beschleunigen,

4. in eine solche, welche die Reibung im Ventil usw. zu überwinden hat. Diese soll vernachlässigt werden.

Die Unterspannung bei 1. ist für alle Pumpen dieselbe. Die Unterspannung bei 2. und 3. ist von der Kolbengeschwindigkeit bezw. Tourenzahl abhängig und wächst infolgedessen mit dieser, so daß bei außergewöhnlich großer Kolbengeschwindigkeit wegen der beschränkten Größe von 2. und 3. die Wassersäule abreißen muß, da die Unterspannungen 2. und 3. nicht mehr groß genug sind, die Wassermassen rechtzeitig und fortwährend den vom Saugkolben freigegebenen Raum ausfüllen zu lassen, sie

werden außer Zusammenhang mit denselben geraten und infolgedessen Stöße verursachen.

Ganz anders gestaltet sich die Sache, wenn die Ventil- und Wassermassen bereits vor Saughubbeginn eine gewisse Geschwindigkeit im Bewegungssinne der angesaugten Wassersäule besitzen und noch besser, wenn diese gesamte, in Bewegung befindliche Masse das Saugen unterstützt, indem sie unabhängig vom

ίο Kolben besonders gesteuert und gewissermaßen im Bewegungssinne der angesaugten Wassermasse dem Saugkolben zugeführt, im Momente des Saugbeginns ihre aufgespeicherten Massenkräfte durch Verzögerung frei werden und auf Ventilöffnen wirken. Man erreicht dies alles durch einen entlasteten Kolbenschieber, in welchen Ventile eingebaut werden. Er ist so zu steuern, daß er im Momente des Saugbeginns seine größte Geschwindigkeit bereits verläßt und verzögert bewegt wird, aber immer noch im Sinne der anzusaugenden Wassersäule läuft. Dieser Stellung entspricht in der Zeichnung SA. Es ist daher die Schieberkurbel der Kolbenkurbel um einen gewissen Winkel voraus aufzukeilen.

Durch Voreilen ersterer wird erreicht, daß der Saugvorgang weich, elastisch und sicher, ohne Unterspannungsverluste, ohne Ventilreibung und Kontraktion eingeleitet wird, weil eben wegen abnehmender Schiebergeschwindigkeit und zunehmender Kolbengeschwindigkeit die beschleunigten Massen auf Öffnen wirken und dabei die Richtung der Wassersäule mit dem Bewegungssinn des Schiebers und Kolbens zusammenfällt. Bei den großen Kolbengeschwindigkeiten (also fortgeschrittenem Saugvorgang) bewegt sich die Schieberkurbel in der Nähe ihres toten Punktes, in der Zeichnung B; die Pumpe arbeitet in dem Momente wie jede andere und leitet dann aber mit abnehmender Kolbengeschwindigkeit (abnehmender Saugperiode), wo sich bei entgegengesetzter Richtung von Wassersäule und Schieberbewegung die Geschwindigkeiten addieren, eine annähernd gleichbleibende Dürchfiußgeschwindigkeit im Ventil ein, wodurch dieses bis zuletzt seinen vollen Querschnitt behält und sich weich schließt, da beim Druckwechsel (wo die Schiebergeschwindigkeit bereits wieder kleinere Werte annimmt und die Kolbengeschwindigkeit Null geworden ist) der

Bewegungssinn des Ventils mit der Schieberrichtung zusammenfällt.

II. Das Drücken wird eingeleitet bei abnehmender Schiebergeschwindigkeit und entgegengesetztem Bewegungssinn mit der Druck-Wassersäule. Dadurch geschieht wegen sich addierender Geschwindigkeiten von Kolben und Wasser das Ventilöffnen rascher, präziser und zuverlässiger als bei anderen Ventilen, eventuell unter Wegfall von Gummi- oder Federbelastung. Bei den großen Kolbengeschwindigkeiten (also fortgeschrittenem Druckvorgang) sind bei gleichem Schieberbewegungssinn mit der Wassersäule die Reibung und Kontraktion im Ventil auf ein minimales Maß gebracht. Mit abnehmendem Druckvorgang (abnehmender Kolbengeschwindigkeit), wo auch die Schiebergeschwindigkeit anfängt abzunehmen, wird wegen der entgegengesetzten Bewegungsrichtung von Ventil und Schieber ein abermaliger rascher Ventilschluß entstehen, auch hier ohne Feder- und Gummibelastung.

Der Steuerungsvorgang- gewährleistet somit nicht nur rasches und sicheres Offnen der Saug- und Druckventile, sondern gestattet auch die Reibungs- und Ventilwiderstände beim Einleiten der Arbeitsvorgänge (Saugperiode) und bei Entfaltung der größten Kolbengeschwindigkeit (Druckperiode) auf ein Maß zu bringen, welches an Null streift. Der dynamische Wirkungsgrad solcher gesteuerter Pumpen gewinnt, da einmal der Schieberweg klein und die zu leistende Arbeit gering ist, wegen der vollkommenen Entlastung des Schiebers. Für bestimmte Druckhöhen werden die kritischen Durchmesser des Schiebers so gewählt, daß er nicht nur von der Druckwassersäule, sondern auch von seinem Eigengewicht und dem Druckunterschied von Atmosphärenüber- und Unterdruck entlastet ist. Wo mehrere Pumpen nebeneinander arbeiten, kann go er, liegend angeordnet, ohne Stopfbüchse ausgeführt werden; auch stehend in derselben Weise, indem der in der Figur gezeichnete Schieber beliebig viele Male aneinander gesetzt wird; sowie die Zahl der aneinander gereihten Schieberkammern (deren jede ein Saug- und ein Druckventil und einen Arbeitskolbeh enthält) durch 2 teilbar ist, wird ohne Benutzung der vorerwähnten kritischen Durchmesser eine vollendete Druckausgleichung ebenfalls möglich.

Die Reibungsarbeit des Schiebers als Plunger kann natürlich nicht beseitigt werden, dürfte jedoch verschwindend gering ausfallen und Null erscheinen wegen des elastischen Arbeitens, da in den heutigen Pumpen durch Erschütterungen mehr Arbeit verloren geht als hier die Reibung ausmacht. ,

Der volumetrische Gütegrad . ist wegen der verbesserten Bewegungsvorgänge an den Ventilen und wegen der senkrechten Aufhängung des Schiebers, welche eine einseitige Abnutzung ausschließt, ebenfalls gesichert. Die Pumpe wird sich auch für dicke und breiige Flüssigkeiten eignen. In bezug auf Gesamtwirkungsgrad wird sie die bisherigen Bauarten übertreffen, auch in bezug auf Herstellung und Aufstellung und Anschaffung.

Die Zugänglichkeit der Ventile und ihre Beaufsichtigung geschieht durch Herausnehmen des Schiebers, wobei gleichzeitig seine Laufflächen und Ventilsitze! nachgesehen werden können. Für hohe Drücke, z. B. Wasser-

hallungen mit 700 m Druckhöhe, ist mit Bereithaltung eines Reserveschiebers eine Pumpe von großer Zuverlässigkeit geschaffen. Das Pumpengehäuse wird ohne Verschraubungen und Verflanschungen ausführbar, es setzt sich aus einem vertikalen und einem horizontalen Rotationskörper zusammen, gestattet also spannungsfreien Guß und leichte Bearbeitung. Der Schieberhub wird durch zwei Anschläge fixiert, so daß bei Bruch einer Antriebsstange, des Exzenters oder dergl. der Schieber sich auf diese Anschläge aufsetzt und ein Arbeiten als langsam laufende Pumpe in der üblichen Weise stattfinden kann. Die Unterbringung der Windkessel kann sowohl im Schieber stattfinden, indem er verlängert wird, als auch außerhalb; die zum Auffüllen der Windkessel nötige Luft wird sich im Schieber leicht ausscheiden und kann in üblicher Weise mittels eines kleinen Kompressors, welcher seinen Antrieb vom Schieber erhalten kann, leicht aufgefüllt werden. Am oberen Ende des Schiebers etwa austretendes Druckwasser wird eine Art Wasserdichtung bilden, ein Hahn nebst Rohr führt das überschüssige Dichtungswasser in den Saugraum ab. Die Pumpe eignet sich des weiteren für Wasserwerke, Säuren, Preßpumpen. Desgleichen bei Vakuumpumpen und Kondensatoren zwecks Erzielung einer mögliehst tiefen Luftleere. Bei Dampfmaschinen wird sich das dadurch zeigen, daß die bekannte unschöne, abfallende Kurve der Luftleere in eine Gerade übergeht. Namentlich bei schon bestehenden schnellaufenden Dampfmaschinen mit engen Kanälen für den Abdampf dürfte sich der Nutzen der gesteuerten Pumpenventile ausweisen.

Werden die beiden in der Figur gezeichneten Ventile einander um so viel genähert, als es ein genügend großer Durchflußquerschnitt für das Steuerprodukt irgend möglich macht, also ein möglichst kleiner sogen, schädlicher Raum geschaffen, so eignet sich die Neuerung auch für Luftpumpen, Kompressoren und Gebläse.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Steuerung von Pumpenventilen, dadurch gekennzeichnet, daß Saug- und Druck-Ventilsitze in vom Wasser entlastete Kolbenschieber eingebaut werden, deren Steuerung in der Weise stattfindet, daß in der Saugwassersäule und dem Saugventil bei Beginn der Saugperiode durch Verzögerung der Schiebergeschwindigkeit Beschleunigungsdrücke frei werden, welche ein Abreißen der Wassersäule vom Kolben verhindern und sicheres, schnelles Ventilöffnen gewährleisten.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen,

   Berlin, gedruckt in der üeichsdruckerei.