DE1703829B2 - Druckluftflüssigkeitsheber - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckluftflüssigkeitsheber mit mindestens drei Behältern, die jeweils über eine , Schalteinrichtung wechselweise mit der Saug- und der Druckleitung eines Verdichters verbunden werden, und einer Einrichtung zum Ersetzen von Verlustluft.

Bei einem bekannten Druck!jftflüssigkeitsheber dieser Art (GB-PS 4 16 199) wird jeweils einer von mehreren in die Flüssigkeit eingetauchten Behältern, die an ihren unteren Enden Öffnungen aufweisen, mit Druckluft beaufschlagt, so daß die Flüssigkeit aus diesem Behälter durch ein Tauchrohr hindurch entweicht. Zur gleichen Zeit wird -lie Druckluft aus einem anderen Behälter abgelassen. Um eine größere Pumphöhe zu erreichen, kann der Verdichter zwei- oder mehrstufig ausgebildet sein. Die aus einem Behälter abgelassene Druckluft wird dem Expansionsteil des Verdichters zugeführt und trägt zu dessen Abtrieb bei. Anschließend wird die Druckluft in die Atmosphäre abgelassen.

Ferner ist ein Druckluftflüssigkeitsheber bekannt (DE-PS 3 56 943), bei dem über den Verdichter ein Druckluftausgleich zwischen den beiden Kammirn erfolgen kann. Dies bedeutet, daß die Druckluft, die aus der mit Flüssigkeit zu füllenden Kammer entweicht, über den Verdichter in diejenige Kammer geleitet wird, die mit Druckluft zu füllen ist. Auf diese Weise stellt sich ein Druckausgleich ein und der Verdichter braucht nur noch etwa die Hälfte des vollen Drucks für die mit Druckluft zu füllende Kammer aufzubringen. Diese Arbeitsweise wird als geschlossener Zyklus bezeichnet. Der Verdichter kann ein- oder mehrstufig ausgeführt sein. Bei mehrstufiger Ausführung wird die eine Verdichterstufe zeitweise ausgeschaltet und läuft leer mit.

Bei der Betriebsart eines Druckluftflüssigkeitshebers im geschlossenen Zyklus wird zwar der Energieverbrauch gering gehalten, da lediglich die Leckverluste ergänzt werden müssen, jedoch nimmt jeder Arbeitszyklus eine erhebliche Zeitdauer in Anspruch, weil erst nach erfolgtem Druckausgleich durch Verdichten zusätzlicher Luft aus der Atmosphäre der Aufbau des vollen Druckes erfolgen kann.

Schließlich ist es bekannt, Verdichter ein-, zwei- oder mehrstufig so auszulegen, daß der geringste Energiebedarf gegeben ist (FMA POKORNY, Taschenbuch für Druckluftbetrieb, 1959, Seiten 23 bis 34. und Frenkel, Kolbenverdichter (VEB-Verlag 1969). Seiten 109-129).

Der Wirkungsgrad eines Verdichters hängt stark von dem Verdichtungsverhältnis ab. Ein einstufiger Verdichter arbeitet mit dem günstigsten Wirkungsgrad bei einem Verdichtungsverhältnis von etwa 1 :3. Bei höheren Verdichtungen werden in der Regel mehrere Verdichter hintereinandergeschaltet, damit jeder Verdichter möglichst im Bereich seines günstigsten Wirkungsgrades betrieben wird. Aufgabe der Erfindung ist es, einen DrucHuftflüssig keitsheber der eingangs genannten Art so auszubilden, daß bei Beendigung des einstufigen Umfüllvorganges die Restluft ausgeblasen und die zur Auffüllung benötigte Luft bereits vor dem Ausblasen geliefert wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß

'5 vorgesehen, daß der Verdichter ein einstufiger Umfüllverdichter ist, ein zweistufiger Verdichter Frischluft in die Druckleitung des Umfüllverdichters einspeist und die Schalteinrichtung beim Umschalten auf den nächsten Behälter aus dem vorhergehenden Behälter die Restluft abbläst

_ Hierbei arbeiten beide Verdichter gleichzeitig auf die Behälter des Druckiuftfiüssigkeitshebers. Der einstufige Verdichter arbeitet über die Schalteinrichtung als Umfüllpumpe, bis in dem einen Behälter der Druck von etwa 10 bar auf etwa 3 bar gesunken ist. Das Verdichtungsverhältnis ist dann an einem einstufigen Umfüllverdichter von 1 auf etwa 3 geitiegen. Der Druck in dem wassergefullten anderen Behälter beträgt immer noch z.B. 10 bar. Da das Wasser aus jenem Behälter aber noch nicht ganz verdrängt ist, muß zum Verdrängen der ganzen Behälterfüllung Druckluft mit etwa 10 bar zugespeist werden. Dies erfolgt zweistufig durch Einspeisung von Frischluft mittels des zweistufigen Verdichters in die Druckleitung des Umfüllverdich- ters. Durch Betätigung der Schalteinrichtung werden die beiden Verdichter nunmehr auf einen dritten Behälter umgeschaltet. Gleichzeitig wird die Restluft aus dem einen Behälter ausgepumpt. Er kann sich daraufhin selbsttätig wieder mil Wasser füllen. Während dieses Vorgangs wird die Druckluit ',m Umfüllverdichter von dem zweiten Behälter in den dritten Behälter gepumpt und von dem zweistufigen Verdichter die Verlustluft (Leckverluste und Auspuffluft) in den dritten Behälter gefördert.

Auf diese Weise kann die Arbeitszyklusdauer im Vergleich zu ein- und zweistufigem Betrieb verkürzt werden. Es wird allerdings in Kauf genommen, daß neben den Leckverlusten auch noch die Atispuffluft ergänzt werden muß.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Figuren ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 das Arbeitsschema eines Druckluftflüssigkeits- !'icbers und

F i g. 2 eine Ausführungsform der Schalteinrichtung.

Gemäß Fig. 1 weist der Druckluftflüssigkeitsheber drei Kammern Q. Ci und Q auf, die jeweils ein Flüssigkeitseinlaßventil Au. A\₂ und 4uam Behälterboden aufweisen. Am oberen Ende des Behälters befindet sich am Ende einer in den Behälter hineinragenden Leitung Tj₁ Tj bzw. Tj "in Schwimmerrückschlagventil V_u V₇ bzw. V, zum Einlaß der Druckluft in die an die Schalteinrichtung D angeschlossenen Leitungen Tu T₂ und T).

In jeden Behälter ragt eine Förderleitung Au, An. Λ η hinein. Sämtliche Förderleitungen sind an eine gemeinsame Sammelleitung At* angeschlossen.

Die Schaltungseinrijhtung Dist mit einem einstufigen

Umfüllverdichter COTund einem zweistufigen Verdichter CA verbunden, der Frischluft ansaugt. Die Druckleitung T₅ des Umfüllverdichters CO7~ist mit der Druckleitung T₁ des zweistufigen Verdichters CA verbunden und über eine Leitung Ta mit der Druckluftsammelleitung COM der Schalteinrichtung D verbunden.

Die Schalteinrichtung hat die Aufgabe, die einzelnen Leitungen Ti, Ti und T₃ zyklisch mit der Sammelleitung COM zu verbinden, um in die betreffende Kammer Druckluft einzuleiten und gleichzeitig eine andere Kammer über die Leitung S mit der Ansaugleitung Ά des Umfüllverdichters COT zu verbinden. Die dritte Kammer wird mit der Auslaßleitung SA verbunden, die in die freie Atmosphäre mündet.

Die Ansaugleitung 7i ist in der Nähe des Umfüllverdichters COT mit einem einstellbaren Federventil VA versehen, um die Ansaugung von Außenluft durch den UmfüHverdichter COT nur in der Anfangsphase zu gestatten. Durch das Federventil VA wird verhindert, daß Druckluft aus der Ansaugleitung Tt, nach außen abströmen kann.

Wenn die Flüssigkeit aus dem Behalte. Ci durch durch die Leitung Ti eingelassene Druckluft ausgetrieben worden ist, wird die Druckluft anschließend wieder abgelassen und durch die Sammelleitung S dem Verteiler D zugeführt Von dort gelangt die Druckluft zu dem einstufigen UmfüHverdichter COT, dem sie in bereits verdichtetem Zustand zugeführt wird. Im UmfüHverdichter COT wird die Druckluft weiter komprimiert und durch die Leitung T5 geleitet, um sich in der Leitung Tf, mit der von dem zweistufigen Verdichter CA kommenden Druckluft zu vermischen. Die Druckluft aus den beiden Verdichtern COTund CA wird über die Sammelleitung COM und die Leitung Tj dem zweiten Pumpenkörper Ci zugeführt.

Der Umfüliverdichter COT liefert, da ihm bereits vorverdichtete Luft zugeführt wird, den größten Teil der für den Betrieb der Anlage erforderlichen Druckluft, während die Arbeit des zweistufigen Verdichters CA sich daraui beschränkt, die verhältnismäßig geringe Druckluftmenge zu liefern, die erforderlich ist, um die Leckverluste und die abgeblasene Luft auszugleichen.

Die beiden Verdichter COT und CA saugen annähernd gleiche volumetrische Luftmengen an. die etwa dem 2- bis 272-fachen der zu pumpenden Fiüssigkeitsmenge entspricht. Den weitaus größeren Teil eier Luftmenge liefert jedoch der Umfüllverdichter COT,dem bereits vorverdichtete Luft zugeführt wird.

Wenn der Druck im Behälter G auf einen niedrigen Restwert abgesunken ist, dann wird die restliche Luft dieses Behälters durch den Auslaß 5,4 der Schalteinrichtung D in die Atmosphäre abgelassen, damit der Behälter C\ genügend Zeit hat, sich wieder mit Flüssigkeit zu füllen.

Die Füllung des Behälters G mit Flüssigkeit erfolgt bis zur Höhe des Schwimmerventils V], das einen Flüssigkeitsüberlauf von dem Behälter G zum Verteiler D verhindert.

Bei dem Druckflüssigkeitsheber kann der Lufteinlaß in einen Behälter erfolgen, bevor die Entleerungsphase des vorhergehenden Behälters beendet ist. Andererseits ksnn auch ohne vorzeitigen Lufteinlaß gearbeitet werden. Die Zeiten der verschiedenen Phasen können auf diese Weise so eingestellt werden, daß das System mit dem größmöglrhcn Wirkungsgrad arbeitet, um den zweistufigen Verdichter CA mit möglichst geringer Leistung zu betreiben.

Da der Energieverbrauch zum Verdichten einer bestimmten Luftmenge auf einen bestimmten absoluten Enddruck um so kleiner ist, je niedriger das Verdichtungsverhältnis ist, sollte der UmfüHverdichter COTmit möglichst kleinem Verdichtungsverhältnis betrieben werden.

Die Schaltungseinrichtung D ist mit einem Rückschlagventil versehen, um zu verhindern, daß während der Umfüllung, bei der sich zwei Behälter in der Umfüllphase befinden, ein Luftübertritt von dem Behälter höheren Drucks in den Behälter niedrigeren Drucks stattfindet

Ein Ausführungsbeispiel für die Schalteinrichtung D ist in F i g. 2 dargestellt. Es entspricht weitgehend der durch die US-PS 33 19 654 bekanntgewordenen Schalteinrichtung. Hierbei erfolgt die Steuerung der Druckluft durch hydraulisch oder pneumatisch betätigte Ventile, die ihrerseits durch eine NockenweHe gesteuert werden. Aus Fig.2 sind die Sammelleitung COM sowie die Leitung S und SA als Ringleitungen ausgebildet. Konzentrisch hierzu sind segmentf""mig Kammern K_x, Λ2 und Λ] a -!geordnet, die mit den Leitungen T₁, Tz und Ti verbunden sind. Der einstufige Umfüllverdichter COT und der zweistufige Frischluftverdichter CA sind über Leitungen O₁ und Ci an eine Leitung Cb angeschlossen, die die Druckluft in die Sammelleitung COMIeitet

Die Steuerung der Luftströmungen für die verschiedenen Kammern der Schalteinrichtung erfolgt durch drei Ventilgruppen V₁, V₂, V,; V₄, V5, V₆ und Vy, Vs, V₉. Diese werden durch entsprechende einfach wirkende Kolben P_u Pi, Py, P₄, Ps. P₆ und P₇, P₈, P₉, die Rückstellfedern aufweisen, mit Druckluft betrieben. Die Druckluft wird über eine Leitung Tg aus der Leitung T₆ abgezweigt. Die Ventile A_u Ai, Ay, A₄, A5, A₆ und Ay, As, Ag werden durch Nocken Qi, Qi, Q}·, Qa. Qs. Q₆ und Qi, Qs Qj betätigt, die an einer einzigen Nockenwelle im Winkel gegeneinander versetzt angeordnet sind und den zyklischen Betrieb der Schalteinrichtung steuern.

!n der Darstellung nach F i g. 2 schließt gerade der durch das Steuerventil Ai gesteuerte Kolben P] das Ventil V], während der von dem Steuerventil A4 gesteuerte Kolben P₄ zur Verdichtung des zweiten Behälters infolge der Vorverstellung bcreiis geöffnet ist.

Der durch das Steuerventil As gesteuerte Kolben Ps für das Ventil V₈ steuert den Übertritt von Druckluft von dem dritten Pumpenkörper in den ersten Pumpenkörper und schließt gerade. Alle anderen Ventile sind geschlossen.

Im weiteren Verlauf des Arbeitszyklus, und zwar in der Phase nach dem Schließen des Ventils V] zum Einlaß von Druckluft in oen ersten Behälter G, wird das Ventil Vi für den Übertritt von Druckluft aus dem dritten Behälter C3 in den ersten Behälter G geschlossen, während das Ventil Ai für den Übertritt von Druckluft vom ersten Behälter in den zweiten Behälter öffnet. Es wird somit Druckluft über die Leitung T₄ in den zweiten Behälter C₂ eingelassen. Die Leitung Ti führt die Druckluft von dem Überlaufraum S zur Ansaugöffnung des UmfüHverdicrtters COT, der die auf den Betriebsdruck verdichtete Luft der von dem zweistufigen Verdichter CA kommenden Luft hinzufügt und in die Sammelleitung COMIeitet.

Das Ventil V₄ zum Einlaß der Drukluft in den zweiten Behälter ist bereits geöffnet, so daß die gesamte Druckluft aus der uamnulleitung COM in den zweiten Behälter geleitet wird.
Gleichzeitig mit dem Ventil V2 öffnet sich das Ventil

V₉ zum Ablaß der Kcstluft aus dem dritten Behälter in die Atmosphäre, so daß der dritte Behälter mit Flüssigkeit gefüllt wird.

Nachdem durch das Ventil V₉ die Restluft aus dem dritten Behälter in die Atmosphäre abgelassen worden ist und sich dieser Behälter mit Flüssigkeit gefüllt hat, wird das Ventil V₉ durch das Steuerventil Aq und den Kolben P₉ geschlossen. Anschließend öffnet das Ventil V₇ zum Einlaß der Druckluft in den dritten Behälter. Wie ersichtlich ist, öffnet das Ventil V; bevor das Ventil V₂ für den Drucklufteinlaß in den /weiten Behälter G geschlossen wurde. Dieses vorzeitige öffnen des Ventils Vj vor dem Schließen des Ventils V₄ bildet die besondere Vorverstellung. Der Druckluftcinlaß in den nächstfolgenden Behälter wird begonnen, bevor d;r Drucklufteinlaß in den vorherigen Behälter geschlossen wird. Aufgrund dieser Überlappung ist es möglich, eine gleichmäßige Flüssigkeitsförderung zu erzielen.

Nach dem Öffnen des Ventils Vj für den Drucklufteinlaß in den dritten Behälter schließt das Ventil V₁ zum Drucklufteinlaß in den zweiten Behälter C2.

Nach dem Schließen des Ventils V₄ für den Drucklufteinlaß in den zweiten Behälter schließt das Ventil V₂ zum Umfüllen der Druckluft von dem ersten Behälter in den zweiten Behälter, während das Ventil Vi zum Umfüllen von dem zweiten Behälter in den dritten Behälter öffnet.

Hicr/u 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Druckluftflüssigkeitsheber mit mindestens drei Behältern, die jeweils über eine Schalteinrichtung wechselweise mit der Saug- und der Druckleitung eines Verdichters verbunden werden, und einer Einrichtung zum Ersetzen von Verlustluft, dadurch gekennzeichnet, daß

   a) der Verdichter ein einstufiger U müllverdichter (COT) ist.

   b) ein zweistufiger Verdichter (CA) Frischluft in die Druckleitung (T₅) des Umfüll Verdichters (COT) einspeist und

   c) die Schalteinrichtung (D) beim Umschalten auf den nächsten Behälter (Ci, C₂, C₃) aus dem vorhergehenden Behälter die Restluft abbläst.