DE262625C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 262625 KLASSE 59 ev GRUPPE

Patentiert im Deutschen Reiche vom 8. November 1910 ab.

Bei bekannten Flüssigkeitshebern wird Wasser dadurch ■ gehoben, daß verdichtetes Luftgasgemisch über einer Wasserfläche zur Verpuffung gebracht und das Wasser vorwärts geschleudert wird. Das Verdichten des Gemisches wird durch die rückwärts pendelnde Wassersäule bewirkt. Der größte Verdichtungsdruck, der hierbei erreicht werden kann, hängt von der Höhe, auf welche das Wasser

ίο gefördert wird, ab, und zwar ist der Zusammenhang des Verdichtungsdruckes mit der Förderhöhe durch eine Exponentialfunktion gegeben, derart, daß ζ. Β. einer Förderhöhe von io m im höchsten Falle eine Verdichtung von 5 Atm. abs., einer Förderhöhe von 2 m nur eine solche von 1,45 Atm. abs. entspricht.

Bekanntlich ist aber der Wirkungsgrad des

Verpuffungsprozesses um so besser, je höher die Verdichtungsspannung ist. Zur Verbesserung des Wirkungsgrades ist man nun herangegangen, sogenannte Zweitaktpumpen mit schwingender Wassersäule zu bauen, bei welchen durch Aufwand einer größeren Wassermasse auch tatsächlich eine höhere Verdichtung erreicht werden kann. Für sehr kleine Förderhöhen ist jedoch auch hier die Verdichtung noch eine geringe, zudem haben besonders die zweizylindrigen Zweitaktpunipen den Nachteil, daß sie für große Wassermengen schwerer werden als gleich große Viertaktpumpen.

Zum Ansaugen des Gemisches brauchen obige Pumpen einen vollständigen Hub, d. h. eine halbe Pendelbewegung der Wassersäule, während welcher eine Förderung von Nutzwasser nicht stattfindet. Bei den Viertaktpumpen sind zu einem Nutzhub zwei ganze Pendelungen der Wassersäule nötig, bei Zweitaktpumpen eine solche. Die Zeit, während welcher Nutzwasser gefördert wird und frisches Wasser aus dem Saugraum in die Pumpe ge-

langen kann, ist daher nur ungefähr — oder

— Sekunden, wenn Z die Dauer eines ganzen

Spieles bedeutet. Besonders für Niederdruckpumpen, die sehr, große Wassermassen zu fördern haben, ergibt sich daraus eine sehr große Ventilzahl, um den nötigen freien Querschnitt für das zuströmende Wasser zu er- halten.

Nun hat man bereits früher bei Explosionswasserhebern mit Rückschlagventilen am Anfang der Förderleitung das Brennstoffluftgemisch vom Pumpenraum getrennt verdichtet, zur Entzündung gebracht und darauf erst den Pumpenraum freigegeben, so daß hierdurch die Unabhängigkeit von der Förderhöhe er-

reicht wird. Dann bleibt aber immer noch der oben erwähnte Nachteil der geringen Zeit zum Saugen und der dadurch bedingten sehr großen Ventilzahl.

Hier soll die Erfindung einsetzen, nach welcher bei gleichzeitiger Anwendung der bekannten Trennung von Verdichtung und Verpuffung vom Pumpenraum die durch die Expansion in Bewegung gesetzte Flüssigkeitssäule

ίο durch die den leer gewordenen Pumpenraum sofort vollständig .füllende Flüssigkeit an der Rückkehr verhindert wird, so daß ein Eintaktverfahren entsteht, in dem sämtliche Hübe der Flüssigkeitssäule Nutzhübe sind und die Flüssigkeitssäule stets nur in einer Richtung strömt, ein Zurückpendeln der Säule also nicht stattfindet und das Saugen fast ununterbrochen erfolgen kann, wodurch auch die Ventilzahl verringert werden kann.

An Hand der in der Zeichnung in den Fig. ι und 2 im Schnitt dargestellten Flüssigkeitsheber sei die Erfindung näher erläutert. Als zu fördernde Flüssigkeit sei beispielsweise Wasser angenommen. In Fig. 1 ist 1 der Pumpenraum, der durch eine Anzahl Ventile 2 mit dem Saugbehälter 3 in Verbindung steht. Auf dem nach oben sich zuspitzenden Pumpenraum befindet sich die Verbrennungskammer 4, die durch das Kammerventil 5 vom Pumpenraum 1 abgeschlossen wird. In die Verbrennungskammer 4 münden noch der Mischraum 7 und der Luftkanal 8, die durch die Ventile 6 und 9 abgeschlossen werden. Ferner ist die Verbrennungskammer mit einer Zündvorrichtung 10 versehen. In einem sackartigen Ansatz des oberen Pumpenraumes ist ein Auspuffventil 11 angebracht (in der Fig. 1 strichpunktiert gezeichnet).

Um zu verhindern, daß Wasser in die Nähe des Kammerventiles 5 gelangt, kann die obere Einschnürung des Pumpenraumes mit einer leichten Rückschlagkappe 12 versehen werden.

Das Kammerventil 5 hat die Aufgabe, die

Verbrennungskammer 4 verschlossen zu halten, während das Gemisch in die Kammer gepreßt wird. Die Spannung der Feder 13 ist so bemessen, daß das Ventil erst bei einem Druck, der größer als die Verdichtungsspannung ist, sich öffnet. Das Ventil 5 ist ferner so eingerichtet, daß es schnell und mit möglichst geringem Widerstand sich öffnet, jedoch langsam sich schließt, so daß der vollkommene Schluß erst dann erreicht ist, wenn die Expansion und die daran anschließende Ausspülung des Verbrennungsraumes vollendet ist.

Die Wirkungsweise des Ventils 5 ist folgende: Findet in der Kammer 4 eine Verpuffung statt, so wird das Ventil 5 aufgeworfen, wobei es keinen anderen Widerstand als den der Feder 13 zu überwinden hat. Durch die Bohrungen 14 wird aus dem Räume 15 Sperrflüssigkeit (ζ. B. Öl) angesaugt, die ohne Widerstand hinter den Kolben 16 gelangen kann, da das Rückschlagventil 17. den Weg freigibt. Schließt sich jedoch das Ventil 5 unter der Einwirkung der Feder 13, so findet die von dem Kolben 16 verdrängte Sperrflüssigkeit das Rückschlagventil 17 verschlossen und ist nun gezwungen, sich durch den kleinen Kanal 18 hindurchzuzwängen. Durch eine Schraube 19 kann dieser Kanalquerschnitt vergrößert oder verringert und damit die Schlußzeit des Ventils 5 reguliert werden.

Die Erfordernisse, Schließen und öffnen des Ventils 5 in einem gegebenen Zeitpunkt, lassen sich jedoch auch noch auf andere Weise erzielen. Das Ventil 5 kann z. B. mit einer Steuerung versehen werden oder mit einer Ausklinkvorrichtung, derart, daß das durch die Verpuffung aufgeworfene Ventil in eine Sperrklinke einschnappt, die z. B. durch das schließende Auspuffventil ausgelöst wird. Das Ventil schließt hierauf ebenfalls durch seine Federkraft.

Bei großen Ventilquerschnitten oder hohen Verdichtungsdrücken wird es sich empfehlen, das Ventil 5 teilweise entlastet auszuführen.

Um den Verbrennungsraum 4 möglichst vor Strahlung zu schützen, ist derselbe in be- go kannter Weise mit einem isolierenden Mantel 20 umgeben.

Der Flüssigkeitsheber arbeitet in folgender Weise: Der Pumpenraum 1 sei bis zur Höhe χ mit Wasser gefüllt, in die Verbrennungskammer 4 werde brennbares Gemisch unter Druck eingeführt. Die Ventile 5, 6 und 9 sind geschlossen. Durch die Zündvorrichtung 10 bekannter Art wird das Gemisch zur Verpuffung gebracht, das Ventil 5 wird aufgeworfen, und die hochgespannten Gase strömen in den Pumpenraum 1, das Wasser vor sich hertreibend. Hierdurch wird die Wassersäule im Pumpenraum und in einer langen, an den Pumpenraum anschließenden Rohrleitung beschleunigt, so daß sie infolge ihrer kinetischen Energie noch lange ihre Bewegung fortsetzt, nachdem die Gase bis auf die Atmosphäre herab expandiert sind. Ist der Druck im Pumpenraum 1 aber bis nahe auf Atmosphärendruck gesunken, so öffnen sich die Ventile 2 unter dem statischen Druck der Wassersäule im Saugbehälter 3, und Frischwasser strömt in den Pumpenraum 1, teilweise dem Laufe der noch vorwärts bewegten Säule folgend, teilweise den Pumpenraum 1 bis zur Höhe * anfüllend. Sobald die Expansion der Verbrennungsgase bis auf Atmosphärendruck gesunken ist, öffnen sich, gesteuert oder automatisch, das Auspuffventil

Ii und das Spülluftventil 9. Es wird nun Spülluft durch die Verbrennungskammer geschickt und diese hierdurch von den Rückständen gesäubert. Gleichzeitig verdrängt das durch die Ventile 2 einströmende Wasser die Auspuffgase aus dem. Pumpenraum 1. Noch bevor hier das Wasser die Höhe χ erreicht hat, schließen sich die Ventile 5 und 9, während durch das geöffnete Ventil 6 aus dem Mischraum 7 frisches Gemisch unter Druck zuströmt. Sobald der Pumpenraum 1 bis auf die Höhe x, aufgefüllt und die auswärts geschleuderte Wassersäule zum Stillstand gekommen ist, erfolgt eine neue Zündung, womit das Spiel von neuem beginnt.

Das zur Verwendung gelangende Gemisch kann auf irgendeine der bekannten Weisen verdichtet werden. Es kann hierzu ein gewöhnlicher Kolbenkompressor oder ein Turbokompressor verwendet werden, der z. B. von einer Turbine angetrieben wird, die ihr Treibwasser von einem Druckbehälter erhält, der von dem Wasserheber gespeist wird. Es kann auch die in Bewegung gesetzte Wassersäule zum Verdichten des Gemisches verwendet werden.

An Stelle von Gas kann natürlich auch irgendein' flüssiger Brennstoff verwendet werden. In diesem Falle ist der Gaskompressor· durch eine Einspritzvorrichtung ersetzt (Dieselverfahren).

Es kann auch zwischen der Wassersäule und dem expandierenden Gas ein Kolben eingeführt werden, was bei Explosionswasserhebern an sich bekannt ist. Diese Vorrichtung gewährt den großen Vorteil, daß die Pumpe mit Saugwirkung ausgeführt werden kann. In Fig. 2 ist eine derartige Pumpe dargestellt. Es ist wieder 4 der Verbren-

4.0 nungsraum (im Querschnitt gezeichnet; alle weiteren zur Verbrennungskammer gehörenden Einzelheiten sind weggelassen) und 5 das Kammerventil. 21 ist die Leitung für die Hauptwassersäule, 22 eine zu einem Verdichter führende Zweigleitung. Der Verdichter kann jedoch auch durch einen besonders angetriebenen Verdichter irgendwelcher Art ersetzt werden. Die Saugventile 2 sind hier in einem Saugkorb 32 angebracht. Innerhalb des eigentlichen Pumpenkörpers 1 befindet sich der Zylinder 33, in dem sich der Kolben 34 frei bewegen kann. Mit dem Kolben 34 starr verbunden ist ein weiterer Kolben 35 im Zylinder 36. Die Stopfbüchsen 37 und 38 dienen dazu, die Zylinder 36 und 33 gegen die Außenluft abzudichten. Am obern Teil des Pumpenkörpers befindet sich ein kleines Ventil 39, durch welches etwa angesammelte Luft ausgeblasen werden kann. In den Zylinder 33 ragt ein Auspuffventil hinein, das jedoch nicht auf der Zeichnung dargestellt ist.

Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung ist folgende:

Zu Beginn des Arbeitsganges befindet sich der Kolben 34 in der in Fig. 2 gezeichneten Stellung/und das Kammerventil 5 ist geschlossen. Der Zylinder 33 und der Pumpenraum ι sind mit Wasser angefüllt. Erfolgt nun eine Zündung in der Kammer 4, so wird das Kammerventil 5 aufgeworfen, und die hochgespannten Gase strömen hinter den Kolben 34. Hierdurch wird dieser mit großer Kraft und Geschwindigkeit nach vorn getrieben und das Wasser aus dem Zylinder 33 verdrängt, wodurch dem in der Rohrleitung 21 befindlichen Wasser ebenfalls Geschwindigkeit erteilt wird. Ist die Expansion der Verbrennungsgase in der Kammer 4 zu Ende und der Kolben 34 am Ende seiner Bahn angelangt, so wird durch die im Zylinderraum 36 durch den Kolben 35 komprimierte Luft der Kolben zum Stillstand gebracht und durch deren Expansion wieder in seine alte Lage zurückgeführt. Das Wasser ist aber noch nicht zur Ruhe gelangt, da es infolge seiner ihm erteilten kinetischen Energie noch vorwärts strömt. Zwischen Wassersäule und Kolben entsteht also ein Unterdruck, der ein Hochsaugen des Wassers aus dem Sumpfe durch die Ventile 2 des Saugkorbes 32 veranlaßt, und zwar so lange, bis die Säule zum Stillstand gekommen ist. Unterdessen ist (z. B. durch die Wassersäule im Rohr 22) neues Gemisch verdichtet und die Verbrennungskammer 4 neu gefüllt worden, so daß der Vorgang von neuem beginnen kann. Statt der dargestellten Puffervorrichtung, die den Kolben aufhält und wieder zurückführt, kann auch beides je von besonderen Vorrichtungen bewerkstelligt werden. In diesem Falle wählt man zum Aufhalten des Kolbens z. B. den bekannten Puffer und läßt das Zurückführen des Kolbens durch eine Feder, Gewicht o. dgl. ausführen.

Claims (2)

Patent-Ansprüche:

1. Explosionswasserheber mit beschleunigter, frisches Wasser nachsaugender Wassersäule und vom Pumpenraum getrenntem Explosionsraum, bei welchem das Gemisch getrennt vom Pumpenraum verdichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgetriebene Flüssigkeitssäule durch die angesaugte Flüssigkeit, welche den leer gewordenen Pumpenraum sofort vollständig wieder füllt, an der Rückkehr verhindert wird, so daß sämtliche Hübe der Flüssigkeitssäule Nutzhübe sind.

2. Explosionswasserheber nach Anspruch 1,

bei welchem die entzündeten Gase auf einen Kolben wirken und die Expansion der entzündeten Gase durch Aufhalten des Kolbens mittels Puffers begrenzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben durch denselben oder einen anderen Puffer, Luftpolster, Feder, Gewicht u. dgl., in seine frühere Lage zurückgeführt und der leere Raum zwischen Kolben und Wassersäule durch angesaugtes Wasser ausgefüllt wird, so daß ein Zurückkehren der Wassersäule nicht stattfindet.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.