DE230205C

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KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

^PATENTSCHRIFT^ PATENT LETTERING

-JKS 230205-KLASSE 59 c. GRUPPE -JKS 230205- CLASS 59 c. GROUP

THEODOR STEEN in CHARLOTTENBURG.THEODOR STEEN in CHARLOTTENBURG.

Flüssigkeitsspiegel.Liquid level.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 5. August 1909 ab.Patented in the German Empire on August 5, 1909.

Bei Förderung von Wasser aus Bohrbrunnen oder für Wasserhaltungen bei Ausführung von Tiefbauten ist es in vielen Fällen nötig, mit großen Differenzen in der Höhenlage des Wasserspiegels während des Betriebes zu rechnen. Solange das Wasser durch eine Kolbenpumpe o. dgl. gehoben wird, setzt man den Pumpenzylinder, so tief, daß die verlangte Wassermenge selbst bei größter AbsenkungWhen pumping water from boreholes or for holding water during execution of civil engineering it is necessary in many cases, with large differences in the altitude of the Water level to be expected during operation. As long as the water through a piston pump o. The like. Is raised, the pump cylinder is set so low that the required Amount of water even with the greatest reduction

ίο des Wasserspiegels von der -Kolbenpumpe angesaugt werden kann. . Bei Aufstellung einer Kolbenpumpe wird der geringste Arbeitsbedarf bei höchstem Wasserstand und der größte Arbeitsbedarf bei niedrigstem Wasserstand gebraucht. ίο the water level sucked in by the piston pump can be. . When installing a piston pump, the least amount of work is required used at the highest water level and the greatest labor requirement at the lowest water level.

Anders ist dieses Verhältnis, wenn das Wasser durch einen Mischluftwasserheber gefördert werden soll. In diesem Falle richtet sich die Höhe des Luftdruckes nach der Höhe der Wassersäule, 'die sich oberhalb des Fußstückes bzw. des Lufteinlasses befindet, indem die von dem Kompressor angesaugte Luft unter Einwirkung dieses Gegendruckes verdichtet werden muß.This relationship is different when the water is pumped through a mixed air water lifter shall be. In this case, the level of air pressure depends on the altitude the water column, 'which is located above the foot piece or the air inlet by the air sucked in by the compressor must be compressed under the action of this counter pressure.

Bei einem Wasserspiegel h der Fig. 1 möge die Höhe der Wassersäule oberhalb der Stelle für den Einlaß der Luft in die Förderleitung »#« m betragen. Infolgedessen würde die Luft auf einen Überdruck von χ · io,33 = fi Atm.In the case of a water level h in FIG. 1, the height of the water column above the point for the inlet of the air into the delivery line may be "#" m. As a result, the air would have an overpressure of χ · io.33 = fi Atm.

betragen. Geht der Wasserspiegel während des Pumpens von h auf h¹ zurück, so würde der Wasserdruck am Lufteinlaß in die Förderleitung »y« m betragen. Die von dem Kompressor angesaugte Luft müßte demnach auf einen Überdruck von y · 10,33 == P¹ Atm. gebracht werden. Da nun der Luftbedarf für die Hebung einer bestimmten Menge Wasser für den niedrigsten Wasserspiegel berechnet werden muß, damit die gewünschte Wassermenge auch wirklich gehoben werden kann, ergibt sich, daß bei den in Fig. 1 schematisch zur Darstellung gebrachten Verhältnissen der Luftdruck in normaler Höhe durch die Höhe der Wassersäule y gegeben wird. Als Förderhöhe kommt H¹ in Frage.be. If the water level drops from h to h ¹ during pumping, the water pressure at the air inlet into the delivery line would be "y" m. The air sucked in by the compressor should therefore have an overpressure of y · 10.33 == P ¹ Atm. to be brought. Since the air requirement for raising a certain amount of water for the lowest water level has to be calculated so that the desired amount of water can actually be raised, it follows that with the relationships shown schematically in FIG. 1, the air pressure is at normal height the height of the water column y is given. H ^{1 can be} considered as the delivery head.

Befindet sich nun bei Inbetriebsetzung des auf dieser Basis berechneten Mischluftwasserhebers der Wasserspiegel in der Höhe h, so ist es nötig, daß die von dem Kompressor angesaugte Luft auf einen Überdruck von y>x<i m Wassersäule gepreßt wird. Bei einer Förderhöhe H und einer Eintauchtiefe des Mischluftwasserhebers von r>x« m ist aber eine viel geringere Ansaugeleistung des Kompressors notwendig als bei einer Förderhöhe von H¹ und einer Eintauchtiefe y. Infolgedessen wird bei einem Wasserspiegel h der Mischluftwasserheber eine beträchtlich größere Wassermenge fördern, als dieses bei einem Wasserstand h¹ der Fall sein wird, weil der Bodendruck bei Einführung der Preßluft in die Förderleitung bei einer Eintauchtiefe von χ und einer Förderhöhe von H wesentlich größer ist als bei einer Eintauchtiefe von y und einer Förder-If, when the mixed air water lifter calculated on this basis is put into operation, the water level is at the height h, it is necessary that the air sucked in by the compressor is pressed to an overpressure of y> x <i m water column. With a delivery head H and an immersion depth of the mixed air water lifter of r> x « m, however, a much lower suction power of the compressor is necessary than with a delivery height of H ¹ and an immersion depth y. As a result, at a water level h, the mixed air water lifter will deliver a considerably larger amount of water than it will be the case at a water level h ¹ , because the ground pressure when the compressed air is introduced into the delivery line at an immersion depth of χ and a delivery height of H is significantly greater than with an immersion depth of y and a conveying

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höhe von H¹. Infolgedessen wird auch das außerhalb der Förderleitung anstehende Wasser bei einer Höhe von »%« m mit wesentlich größerer Geschwindigkeit in die Rohrleitung eintreten, als dieses bei einer Höhe von »y« m erfolgen würde. Allerdings würde der mechanische Wirkungsgrad des Pumpwerkes infolge der ungünstigen Verhältnisse bei »#« m Wassersäule, »H« m Förderhöhe und einem berechneten Luftvolumen für den Wasserspiegel h¹ nur ein sehr niedriger sein. Da indessen der niedrige mechanische Wirkungsgrad nur während der Zeit der Absenkung des Wasserspiegels von der Höhe h auf die Höhe h¹ eintritt, so könnte man denselben vernachlässigen; unangenehm ist jedoch der hohe Arbeitsbedarf, welcher für den Antrieb des Luftkompressors nötig wird, sobald die von ihm angesaugte Luftmenge auf einen Druck von »x« m Wassersäule verdichtet werden muß.height of H ¹ . As a result, the water outside the delivery line will also enter the pipeline at a height of "%" m at a much greater speed than would occur at a height of "y" m. However, due to the unfavorable conditions at »#« m water column, »H« m delivery head and a calculated air volume for the water level h ¹ , the mechanical efficiency of the pumping station would only be very low. Since, however, the low mechanical efficiency occurs only during the time the water level is lowering from height h to height h ¹ , it could be neglected; What is unpleasant, however, is the high level of work required to drive the air compressor as soon as the amount of air sucked in by it has to be compressed to a pressure of "x" m water column.

Damit dieser Übelstand gemildert wird, hat man bisher bei einem Mischluftwasserheber, wie dieses Fig. 2 der Zeichnung zeigt, mehrere Fußstücke übereinander angeordnet, um auf diese Weise die von dem Kompressor angesaugte Luft nicht von Hause aus auf die Höhe von »#« m, sondern nur auf die Höhe von »x¹« m zu verdichten. Beim Einlassen der Preßluft in die Förderleitung bei α wird der Wasserspiegel bis auf h² zurückgedrängt. Sobald jedoch der Wasserspiegel h² erreicht worden ist, wird die Luft in die Förderleitung bei b eingelassen. In diesem Falle wird die von dem Kompressor angesaugte Luft auf einen Druck von »#²« m Wassersäule gepreßt. Dadurch wird zwar der größere Arbeitsaufwand beim Anlassen des Kompressors nach Möglichkeit vermieden, doch treten dafür Störungen im Betrieb des Druckluftwasserhebers ein. Dieselben werden dadurch verursacht, daß man beim Verschließen der Öffnung des Einlaufe α die Luft auf eine höhere Pressung bringen muß, damit der Einlauf bei b erfolgen kann. Während dieser Zeit hört der Einlauf frischer Luft in die Förderleitung des Hebers auf. Infolgedessen wird auch der gleichmäßige Wasserstrom innerhalb der Förderleitung eine Unterbrechung erfahren.In order to alleviate this inconvenience, a mixed air water lifter, as shown in FIG. but only to be compressed to a height of »x ^{1« m.} When the compressed air is let into the delivery line at α , the water level is pushed back to h ^2. However, as soon as the water level h ² has been reached, the air is let into the delivery line at b. In this case, the air sucked in by the compressor is ^{pressed to a pressure of "# 2} " m water column. Although this avoids the greater amount of work involved in starting the compressor as far as possible, it does interfere with the operation of the compressed air water lifter. These are caused by the fact that when closing the opening of the inlet α, the air must be brought to a higher pressure so that the inlet can take place at b. During this time, the intake of fresh air into the delivery line of the lifter stops. As a result, the steady flow of water within the delivery line will also experience an interruption.

Die in dem Wasser der Förderleitung enthaltene Luft wird in bekannter Weise infolge ihres Auftriebes entweder ganz oder teilweise nutzlos entweichen. Erst nachdem die Preßluft wieder bei b in die Förderleitung eingelassen werden kann und eine genügende Luftmenge in die Förderleitung geführt wird, beginnt die Förderung des Wassers von neuem. Während dieser Zeit ist aber der Wasserspiegel bei einem Bohrbrunnen von der Höhe h² auf die Höhe h³ gestiegen. Infolgedessen ist auch eine noch etwas größere Pressung nötig, als dieses bei einem sofortigen Ausschalten von α nach b der Fall sein würde. Je größer das Luftvolumen der Luftleitung, Windkessel usw. ist, desto länger werden die Unterbrechungen sein, welche bei einer Ausschaltung des Lufteinlaufs in die Förderleitung von a nach b eintreten.The air contained in the water of the delivery line will escape in a known manner either completely or partially uselessly due to its buoyancy. Only after the compressed air can be let into the feed line again at b and a sufficient amount of air has been fed into the feed line does the water start again. During this time, however, the water level in a borehole has risen from height h ² to height h ^3. As a result, an even greater pressure is necessary than would be the case if α to b were switched off immediately. The larger the volume of air in the air duct, air chamber, etc., the longer the interruptions that occur when the air inlet into the conveying line is switched off from a to b .

Während man demnach nach dem bisherigen Verfahren bemüht war, lediglich die Höhe des Druckes der Preßluft zu verändern, damit auf diese Weise eine Einschränkung des Arbeitsbedarfs herbeigeführt wird, soll nach' der vorliegenden Erfindung zu demselben Zweck sowohl der Druck der Preßluft als auch die Preßluftmenge geändert werden, und zwar wird bei größerer Eintauchtiefe und kleinerer Förderhöhe eine kleinere Luftmenge von hoher Spannung und umgekehrt bei kleinerer Eintauchtiefe und größerer Förderhöhe eine größere Luftmenge von geringerer Spannung zugeleitet.While efforts were therefore made according to the previous procedure, only the amount to change the pressure of the compressed air, thus reducing the amount of work required is brought about is intended according to 'the present invention for the same purpose both the pressure of the compressed air and the amount of compressed air can be changed, namely With a greater immersion depth and a smaller delivery head, a smaller amount of air becomes higher Voltage and vice versa a greater one with a smaller immersion depth and greater delivery head Air volume supplied from a lower voltage.

Zu diesem Zweck kann man verschieden verfahren. So kann man z. B., falls nur geringere Höhenunterschiede zu überwinden sind, gemäß Fig. 3 eines der Saugorgane 5 des schematisch dargestellten Kompressorzylinders ausschalten, so daß der Kompressor, so lange als dies für die Absenkung des Wasserspiegels nötig ist, einfachwirkend arbeitet. Derselbe wird dadurch eine geringere Luftmenge liefern, doch wird die Spannung derselben bei ungefähr gleich großer Antriebskraft des Kompressors höher sein. Erst nachdem der Wasserspiegel die gewünschte Absenkung erfahren hat, kann das bis dahin ausgeschaltet gewesene Saugorgan freigegeben werden, damit der Luftkompressor doppeltwirkend arbeiten kann und eine größere Luftmenge von geringerer Spannung liefert. Sind jedoch die Höhenunterschiede größer, so daß dadurch auch der Unterschied in der Luftmenge und 10c Luftspannung wesentlich größer wird, dann verfährt man zweckmäßiger gemäß Fig. 4 oder 5.One can proceed differently for this purpose. So you can z. B., if only lower Height differences are to be overcome, according to FIG. 3, one of the suction members 5 of the schematically shown compressor cylinder off, so that the compressor, so long than is necessary for lowering the water level, single-acting works. Same will thereby deliver a smaller amount of air, but its voltage will be about equal to the driving force of the compressor must be higher. Only after the water level has experienced the desired reduction, it can be that which was switched off up to that point Suction element are released so that the air compressor work double-acting can and delivers a larger amount of air at a lower voltage. However, they are Height differences greater, so that the difference in the amount of air and 10c If the air tension becomes significantly greater, then it is more expedient to proceed according to FIG. 4 or 5.

Gemäß der schematischen Fig. 4 erfolgt die Verdichtung der Luft zunächst in einem Zylinder 6 und hierauf in einem zweiten Zylinder 7. Zu diesem Zweck wird die in 6 verdichtete Luft unter Vermittelung einer Leitung 8 und des in dieselbe eingebauten, aber geöffneten Absperrorgans 9 in den Kornpressor 7 übergeführt. Von hier aus wird die Druckluft unter Vermittelung der Leitung 10, die gegen die Leitung 8 durch ein Absperrorgan 11 abgeschlossen ist, der Verbrauchsstelle zugeführt. Die in die Leitung 8 mün- dende Leitung 12 ist durch ein Absperrorgan 13 geschlossen. Hat der Wasserspiegel eine gewisse Absenkung erfahren, dann werden die Absperrorgane 11 und 13 geöffnet, das Absperrorgan 9 dagegen geschlossen. Von nun ab fördert der Kompressor die bei 14 angesaugte und verdichtete Luft unter Vermitte-According to the schematic FIG. 4, the air is first compressed in a cylinder 6 and then in a second cylinder 7. For this purpose, the one in 6 is compressed Air through the intermediary of a line 8 and the shut-off device 9 built into the same, but open, into the compressor 7 transferred. From here, the compressed air is conveyed through the line 10, which is closed off from the line 8 by a shut-off element 11, fed to the point of consumption. The lines in line 8 The line 12 is closed by a shut-off device 13. Does the water level have a experience some lowering, then the shut-off devices 11 and 13 are opened, the shut-off device 9 on the other hand closed. From now on the compressor promotes the one sucked in at 14 and compressed air under

lung der Leitung 15 und des geöffneten Absperrorgans 11 unmittelbar in die Leitung 10, während der Kompressor 7 die Luft durch die Leitung 12 ansaugt und sie nach ihrer Verdichtung ebenfalls in die Leitung 10 fördert. ment of the line 15 and the open shut-off device 11 directly into the line 10, while the compressor 7 flows through the air the line 12 is sucked in and also promotes it into the line 10 after it has been compressed.

In der Fig. 5 ist der Fall schematisch dargestellt, wo der Kompressorkolben als Differentialkolben ausgebildet ist. Die beiden Arbeitsräume 16 und 17 des Kompressors sind in ähnlicher Weise miteinander verbunden wie die beiden Kompressorzylinder der Fig. 4. Es wird demzufolge für die Absenkung des Wasserspiegels der Kolben durch die Leitung 14 Luft ansaugen, dieselbe verdichten und durch die Leitung 8 und das geöffnete Absperrorgan 9 in den Arbeitsraum 17 befördern, wo sie weiter verdichtet und in die Leitung 10 gedrückt wird. Ist die Absenkung des Wasserspiegels erfolgt, dann werden die Absperrorgane 11 und 13 geöffnet, das Absperrorgan 9 dagegen geschlossen. Von nun ab wird die in 16 verdichtete Luft unmittelbar durch die Leitung 15 und das geöffnete Absperrorgan 11 in die Leitung 10 befördert, während die in dem Arbeitsraum 17 durch die Leitung 12 und das geöffnete Absperrorgan 13 angesaugte und sodann verdichtete Luft ebenfalls in die Leitung 10 befördert wird.In Fig. 5 the case is shown schematically where the compressor piston as a differential piston is trained. The two working spaces 16 and 17 of the compressor are connected to one another in a manner similar to that of the two compressor cylinders in FIG. 4. It is therefore responsible for lowering the water level of the piston through the pipe 14 Suck in air, compress it and through the line 8 and the open shut-off device 9 convey into the work space 17, where it is further compressed and into the line 10 is pressed. Once the water level has dropped, the shut-off devices are activated 11 and 13 open, the shut-off valve 9, however, closed. From now on the air compressed in 16 is passed directly through line 15 and the open shut-off element 11 promoted to line 10, while in the working space 17 through the line 12 and the open shut-off device 13 sucked and then compressed air is also conveyed into the line 10 will.

Claims

Patent-A N proverbs:

1. Method for conveying liquids by means of compressed air with lowerable Liquid level, characterized in that the compressor at greater immersion depth and lower delivery head a smaller amount of air with a higher voltage and vice versa with a smaller immersion depth and a larger delivery head supplies a larger amount of air with a lower voltage.

2. A method for conveying liquids by means of compressed air according to claim i, characterized in that when the liquid level is high, the suction organs the one side of the compressor can be switched off, so that the latter a smaller amount of air of a correspondingly higher Provides voltage while the other side of the compressor is switched on when the water level is low.

3. A method for conveying liquids by means of compressed air according to claim i, characterized in that at Using several compressors, these compress the air in stages when the liquid level is high and when the liquid level is low on the other hand, independently of one another, compress the air and feed it into the liquid siphon.

1 sheet of drawings.