DE1703829C3 - 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 Druckluftflüssigkeitsheber 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 die 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 Kammern erfolgen kann. Dies bedeutet, daß die Druckluft, die aus der mit Flüssigkeit zu füllenden Kammer entweicht, über den Verdichter in diejenige Kammer geleitel 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 Druckluftbetneb, 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 Rege! mehrere Verdichter hintereinandergeschaltet, damit jeder Verdichter möglichst im Bereich seines günstigsten Wirkungsgrades betrieben wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Druckluftflüssigkeitsheber der eingangs genannten Art so auszubilden, daß bei Beendigung des einstufigen Umfül'vorganges die Restluft ausgeblasen und die zur Auffüllung benötigte Luft bereits vor dem Ausblasen gel.efert wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß 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 Druckluftflüssigkeitshebers. 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 gestiegen. Der Druck in dem ivassergefüllten anderen Behälter beträgt immer nocn 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 Umfüllverdichters. 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 mit Wasser füllen. Während dieses Vorgangs wird die Druckluft im 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 verkür/t werden. Es wird allerdings in Kauf genommen, daß neben den Leckverlusten auch noch die Auspuffluft ergänzt werden muß.

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

F i g. 1 das Arbeitsschema eines Druckluflflüssigkeitshebersund

■55 F i g. 2 eine Ausführungsform der Schalteinrichtung.

Gemäß Fig. I weist der Druckluftflüssigkeitsheber drei Kammern C\, G und (Ί auf, die jeweils ein Flüssigkeitseinlaßventil Aw, Au und A\ 1 am Behälterboden aufweisen. Am oberen Ende des Behälters befindet sich am Ende einer in den Behälter hineinragenden Leitung 7Ί, Ti b/w. /", ein Schwimmerrückschlagventil Vi, Vi b/w. Vi zum Einlaß der Druckluft in die an die Schalteinrichtung D angeschlossenen Leitungen 71, T2 und Ti.

In jeden Behälter ragt eine Förderleitung An, A12, Au hinein. Sämtliche Förderleitungen sind an eine gemeinsame Sammelleitung Au angeschlossen.

Die Schaltnngseinrichtung Dist mit einem einstufigen

Umfüllverdichter COTund einem zweistufigen Verdichter CA verbunden, der Frischluft ansaugt. Die Druckleitung Ts des Umfüllverdichters COTist mit der Druckleitung Ti des zweistufigen Verdichters CA verbunden und über eine Leitung T_b mit der Druckluft-Sammelleitung COM der Schalteinrichtung D verbunden.

Die Schalteinrichtung hat die Aufgabe, die einzelnen Leitungen Ti, T₂ und Ti zyklisch mit der Sammelleiti-ng COM zu verbinden, um in die betreffende Kammer Druckluft einzuleiten und gleichzeitig eine andere Kammer über die Leitung 5 mit der Ansaugleitung Ta des Umfüllverdichters COT zu verbinden. Die dritte Kammer wird mit der Auslaßleitung SA verbunden, die in die freie Atmosphäre mündet.

Die Ansaugleitung 7} ist in der Nähe des Umfüllverdichters COT mit einem einstellbaren Federventil VA versehen, um die Ansaugung von Außenluft durch den Umfüllverdichter COT nur in der Anfangsphase zu gestatten. Durch das Federventil VA wird verhindert, daß Druckluft aus der Ansaugleitung T₄ nach außen abströmen kann.

Wenn die Flüssigkeit aus dem Behälter G durch durch die Leitung T] 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 Umfüllverdichter COT. dem sie in bereits verdichtetem Zustand zugeführt wird. Im Umfüllverdichter COT wird die Druckluft weiter komprimiert und durch die Leitung T5 geleitet, um sch in der Leitung T_b 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 Ti dem zweiten Pumpenkörper C2 zugeführt.

Der Umfüllverdichter 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 darauf 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 2^l/2-fachen der zu pumpenden Flüssigkeitsmenge entspricht. Den weitaus größeren Teil der Luftmenge liefert jedoch der UmfülWerdichter COT. dem bereits vorverdichtele 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 SA der Schalteinrichtung D in die Atmosphäre abgelassen, damit der Behälter G genügend Zeit hat, sich wieder mit Flüssigkeit zu füllen.

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

Bei dem Druckflüssigkeitsheber kann der Lufteinlaß to in einen Behälter erfolgen, l··- n . ^:;e Entleerungsphase des vorhergehenden Behälters beendet ist. Andererseits kann auch ohne vorzeitigen Lufteinlaß gearbeitet werden. Die Zeiten der verschiedenen Phasen können auf diese Weise so eingestellt werden, daß das System fc5 mit dem größmöglichen 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 Umfüllverdichter 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 Fig.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 Nockenwelle gesteuert werden. Aus Fig.2 sind die Sammelleitung COM sowie die Leitung S und SA als Ringleitungen ausgebildet. Konzentrisch hierzu sind segmentförmig Kammern K\. K₂ und K} angeordnet, die mit den Leitungen 7Ί, Ti und 7"i verbunden sind. Der einstufige Umfüllverdichter COT und der zweistufige Friichluftverdichter CA sind über Leitungen C5 und Ci an eine Leitung C_b angeschlossen, die die Druckluft in die Sammelleitung COM leitet.

Die Steuerung der Luftströmungen für die verschiedenen Kammern der Schalteinrichtung erfolgt durch drei Ventilgruppen V,, V₂. Vy, V₄, V₅, V₀ und V₇, V₈, V* Diese werden durch entsprechende einfach wirkende Kolben Pi. P₂, Pi; Pt, Ps, P_b und P₇, P₈, Pq, die Rückstellfedern aufweisen, mit Druckluft betrieben. Die Druckluft wird über eine Leitung T₈ aus der Leitung T_b abgezweigt. Die Ventile A\, A₂, A_s; Aa, A·,, A_b und Au -4«, /4q werden durch Nocken Qi, Q₂, Qs; Qa, Qs, Qt, und Qi, Qs, Q> betätigt, die an einer einzigen Nockenwelle im Winkel gegeneinander versetzt angeordnet sind und den zyklischen Betrieb der Schalteinrichtung steuern.

In der Darstellung nach Fig.2 schließt gerade der durch das Steuerventil A\ gesteuerte Kolben Pi das Ventil Vi, während der von dem Steuerventil Aa gesteuerte Kolben Pa zur Verdichtung des zweiten Behälters infolge der Vorverstellung bereits geöffnet ist. Der durch das Steuerventil As gesteuerte Kolben P₈ 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 Vi zum Einlaß von Druckluft in den ersten Behälter G, wird das Ventil V₈ für den Übertritt von Druckluft aus dem dritten Behälter Cj in den ersten Behälter G geschlossen, während das Ventil A₂ für den Übertritt von Druckluft vom ersten Behälter in den zweiten Behälter öffnet. Es wird somit Druckluft über die Leitung Ti in den zweiten Behälter G₂ eingelassen. Die Leitung Ti führt die Druckluft von dem Überlaufraum S zur Ansaugöffnung des Umfüllverdichters COT, der die auf den Betriebsdruck verdichtete Luft der von dem zweistufigen Verdichter CA kommenden Luft hinzufügt und in die Sammelleitung CO/Wleitet

Das Ventil V4 zum Einlaß der Drukluft in den zweiten Behälter ist bereits geöffnet, so daß die gesamte Druckluft aus der Sammelleitung COAi in den zweiten Behälter geleitet wird.

Gleichzeitig mit dem Ventil V> öffnet sich das Ventil

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

Nachdem durch das Ventil Vg die Restluft aus dem dritten Behälter in die Atmosphäre abgelassen worden ist und sich dieser Behälter mit Flüssigkeil gefüllt hat, wird das Ventil Vg durch das Steuerventil Ag und den Kolben F₉ geschlossen. Anschließend öffnet das Ventil Vi zum Einlaß der Druckluft in den dritten Behälter. Wie ersichtlich ist, öffnet das Ventil V₇ bevor das Ventil K₂ für den Drucklufteinlab in den zweiten Behälter Ci geschlossen wurde. Dieses vorzeitige öffnen des Ventils Vt vor dem Schließen des Ventils V₄ bildet die besondere Vorverstellung. Der Drucklufteinlaß in den nächstfol-

genden Behälter wird begonnen, bevor der 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 V4 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 V5 zum Umfüllen von dem zweiten Behälter in den dritten Behälter öffnet.

Hierzu 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 Umfüllverdichter (COT) ist,

   b) ein zweistufiger Verdichter (CA) Frischluft in die Druckleitung (Γ5) des Umfüllverdichters (COT) einspeist und

   c) die Schalteinrichtung (D) beim Umschalten auf den nächsten Behälter (Ci, C% C₃) aus dem vorhergehenden Behälter die Restluf¹ abbläst.