DE2649082A1

DE2649082A1 - Piston motor driven by low water head - has outlet pipe housing rotary slide plate and valve operated synchronously with piston

Info

Publication number: DE2649082A1
Application number: DE19762649082
Authority: DE
Inventors: Johann Andrae
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-10-28
Filing date: 1976-10-28
Publication date: 1978-05-03

Abstract

The piston motor uses water heads of less than 10m. It has an outlet-sided suction pipe (7) extending over the largest part of the height of fall. The pipe contains a main slide (8), actuated synchronously with the motor stroke. The side of the slide facing the piston (3) carries the outlet of a valve or slide (11), which is connected to the inlet of the motor. The valve or slide is mainly closed during the working stroke, and open during the suction of the piston. The valve-slide may be positioned in the piston, or by-pass channel or fitting channel (9).

Description

Wassersäulen-Kolbenmotor Water column piston engine

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wassersäulen-Kolbenmotor.The invention relates to a water column piston engine.

IWasscrsiiulenmaschinen sind seit langem bekannt. Es handelt sich hicrbei um Kolbenkraftmadchinen, welche die potentielle Energie einer in einer Rohrleitung auf einer Seite eines Arbeitskolbens anstehenden Wassersäule in kinetische Energie umwandeln, wobei das acl oberen Ende der Wassersäule ergänzte Wasser in der Säule allmählich abwärts wandert und dabei entsprechend der Fallhöhe Energie gewonnen wird.Water column machines have long been known. It is about This involves piston engines, which show the potential energy of a person in a pipeline Kinetic energy of water present on one side of a working piston convert, with the acl top of the water column replenished water in the column gradually migrates downwards, gaining energy according to the height of the fall will.

In bestimmten Anwendungsfällen ist jedoch das untere Ende des die wirksame Wassersäule enthaltenden Rohrleitungsabschnittes oder Kanals schlecht zugänglich, so daß die Steuerung der Wasserstiulenmaschine und die Ableitung der gewonnenen mechanischen Energie Schwierigkeiten bereitet.In certain applications, however, the lower end of the pipe section or channel containing an effective water column is difficult to access, so that the control of the water column machine and the derivation of the won mechanical energy causes difficulties.

Durch die vorliegende Erfindung soll daher die Aufgabe gelöst werden, einen Wassersäulen-Kolbenmotor zur Ausnützung von Gefällen unter 1(3 m so auszubilden, daß die Teile des Motors für Reparatur und Wartung leicht zugänglich sind und die gewonnene mechanische Energie auf der Seite des Oberwassers unter Vermeidung von Kraftübertraguiigsi"iitteln zur Verfügung steht.The present invention is therefore intended to solve the problem to design a water column piston engine to utilize slopes of less than 1 (3 m, that the parts of the engine for Easily accessible for repair and maintenance and the mechanical energy gained on the upstream side with avoidance of power transmission equipment is available.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein sich über den größeren Teil der Nutz-Falliiöiie erstreckendes, auslaßseitiges S@ugrohr, in welchem sich ein synchron mit dem Motortakt betätigter Hauptschieber befindet, auf dessen dem Kolben zugewandten Seite der Ausgang cines mit dem Einlaß des Motors verbundenen Ventil- ober Schieberorganes mündet, das im wesentlichen während des Arbeitsliubes des Kolbens geschlossen und im wesentlichen während des Saugilubes des Kolbens geöffnet ist.This object is achieved according to the invention by a Suction pipe on the outlet side, extending larger part of the useful fall, in which there is a main slide operated synchronously with the engine cycle, on whose the side facing the piston of the outlet cines connected to the inlet of the engine Valve upper slide member opens, which essentially during the Arbeitsliubes of the piston is closed and essentially opened during the suction of the piston is.

Es versteht sich, daß eine ltethe derartiger Kolbenmotoren zu einer Wasserkraftmaschine zusa1:imengesehlo ssen werden, wobei die einzelnen Kolben auf eine gemeinsrnlle Kurbelwelle arbeiten.It will be understood that a lot of such piston engines to one Hydro power machine can be closed together, with the individual pistons on a common crankshaft will work.

Es ist zwar ebenfalls seit langer Zeit bekannt, die Auslaßseite von Wasserturbinen als Saugrohr auszubilden, welches sich über einen Teil der Nutz-Fallhöhe erstreckt und dicsen Teil der Fallhöhe für die Gewinnung mechanischer Energie in der Turbine nutzbar macht. Eine erfindungsgemäß vorgeschlagene Ausrüstung eines Wassersäulen-Kolbenmotors mit einem Saugrolir bringt jedoch besondere Vorteile mit sich, die insbesondere dann bedeutsam sind, wenn es bei der Ausnützung eines Gefälles weniger auf einen maximalen Wirkungsgrad und mehr auf Betriebssicherheit unter erschwerten Betriebsbedingungen ankommt. Dies ist bei der Ausnützung von Gefällen in Kanalisationssystemen vornehmlich der Fall.Although it has also been known for a long time, the outlet side of Train water turbines as a suction pipe, which extends over part of the useful head extends and covers part of the height of fall for the extraction of mechanical energy in the turbine makes usable. A proposed equipment according to the invention However, a water column piston engine with a suction roller has special advantages which are particularly important when using a gradient less on maximum efficiency and more on operational reliability under difficult conditions Operating conditions. This is when taking advantage of slopes in sewer systems mainly the case.

Die Anordnung des Wassersäulen-Kolbenmotors der hier vorgeschlagenen Art im wesentlichen am oberen Ende der Wassersäule bringt eine wesentliche Vereinfachung des Aufbaus mit sich, da die Konstruktionsteile nur in bedeutend geringerem Maße von den beim Stillsetzen der Wasserströmung in der Wassersäule auftretenden Wasserschlägen beansprucht werden. Beim Schließen des vorstehend erwähnten Hauptschiebers bildet sich unterhalb desselben allenfalls ein Vakuum aus, welches die Wassersäule des Saugrohres, die noch ein geringes Stück in dein Saugrohr nach abwärts gewandert ist, wieder nach aufwärts zieht. Schlägt das obere Ende der Wassersäule dann gegen die Unterseite des IIauptschiebers, so entsteht ein verhältnismäßig schwacher Wasserschlag, der durch geeignete Kanäle und Ventilmittcl bei entsprechender Steuerung der Ventile und Schieber zn Zwecken der Reinigung ausgenützt werden kann, worauf weiter unten noch einLregangen wird.The arrangement of the water column piston engine proposed here Art essentially at the top of the water column brings a substantial simplification of the structure, since the structural parts only to a significantly lesser extent of the at Stopping the flow of water occurring in the water column Water hammer. When closing the above-mentioned main slide At most, a vacuum is formed below it, which creates the water column of the suction pipe, which has moved a little way down into your suction pipe is pulling up again. The top of the water column then strikes against it the underside of the main slide, this creates a relatively weak water hammer, through suitable channels and valve means with appropriate control of the valves and slide can be used for cleaning purposes, which is further below is still being entered.

Im übrigen bilden zweckmäßige Ausgestaltungen Gegenstand der anliegenden Ansprüche, auf welche hier zur Vereinfachung und Verkürzung der Beschreibung ausdrücklich hingewiesen wird.In addition, expedient configurations form the subject of the attached Claims to which here to simplify and shorten the description expressly is pointed out.

Nachfolgend werden einige Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung näher erläutert. Es stellen dar: Figur i einen schematischen Sclmitt durch einen Wassersäulen-Kolbenmotor, Figur 2 einen weiteren schematischen Schnitt durch einen Wassersäulen-Kolbenmotor gebjäß einer anderen Ausführungsform, Figur 5 eine schematische Einzelheit des Motors geäß Figur 2 und Figur 4 eine schematische, ausschnittsweise Abbildung eines Teiles des Wassersäulen-Kolbenmotors in wiederum einer anderen Ausführungs form.Some embodiments are described below with reference to FIGS attached drawing explained in more detail. It shows: Figure i a schematic Sclmitt by a water column piston engine, Figure 2 a further schematic Section through a water column piston engine according to another embodiment, Figure 5 is a schematic detail of the engine according to Figure 2 and Figure 4 is a schematic, partial illustration of part of the water column piston engine in turn another embodiment.

Der rotor nach Figur 1 ist nahe einem Oberwasserkanal 1 angeordnet, an dessen Boden ein Zylinder 2 angesetzt ist. In diesem Zylinker ist ein Kolben 5 geführt, der über eine Pleuelstange 4 und eine Kurbelscheibe 5 mit einer Welle 6 gekuppelt ist.The rotor according to Figure 1 is arranged near an upper water channel 1, a cylinder 2 is attached to the bottom. In this cylinder is a piston 5 guided via a connecting rod 4 and a crank disk 5 with a shaft 6 is coupled.

Die Auslaßseite des Zylinders 2 ist mit einem Saugrohr 7 verbunden, welches gegenüber dem Innenraum des Zylinders 2 mittels eines schematisch bei 8 angedeuteten Schiebers absperrbar ist. Unmittelbar oberhalb des Schiebers 8 mündet ari unteren Ende des Zylinders 2 ein Füllkanal 9 ein, welcher bei 10 von der Einlaßseite des Zylinders oder von dem Oberwasserkanal 1 abzweigt und welcher ein Ventil- oder Schieberorgan 11 enthält, das ebenso wie der Hauptschieber 8 über Kraftübertragungsmittel oder Steuergestänge 12 bzw. 13 von der Welle 6 aus betätigt wird.The outlet side of the cylinder 2 is connected to an intake manifold 7, which is opposite the interior of the cylinder 2 by means of a schematic at 8 indicated slide is lockable. Immediately above the slide 8 opens ari lower end of the cylinder 2 a filling channel 9, which at 10 from the inlet side of the cylinder or branches off from the upper water channel 1 and which is a valve or Slider member 11 contains which, like the main slide 8, has power transmission means or control linkage 12 or 13 is actuated from shaft 6.

Im Betrieb wirkt bei der in Figur i gezeigten Arbeitsphase auf den Kolben 3 ein hydraulischer Druck entsprechend der Gefällehöhe H1 und ein Sog entsprechend der Gefällehöhe H2. Hat der Kolben 3 seinen Arbeitshub beendet, so wird der Hauptschieber 8 geschlossen und das zuvor in Schließstellung gestellte Ventil-oder Schieberorgan 11 wird aufgesteuert, so daß von dem Oberwasserkanal 1 Wasser in den nnrnaehr abgeschlossenen Zylinderraun auf der Unterseite des Kolbens 3 gelangen kann. Der Kolben 3 kann somit nach dem Arbeitshub ungehindert einen Saughub ausführen, wenn sich die Kurbel scheibe 5 unter der Wirkung einer Schwungscheibe weiter im Gegenuhrzeigersinn dreht und der Kolben 3 von der Pleuelstange 4 hochgezogen wird.In operation, the work phase shown in Figure i acts on the Piston 3 has a hydraulic pressure corresponding to the gradient height H1 and a suction correspondingly the slope height H2. When the piston 3 has finished its working stroke, the main slide becomes 8 closed and the valve or slide member previously placed in the closed position 11 is opened, so that from the upper water channel 1 water in the nnrnaehr closed Cylinder brown can get on the underside of the piston 3. The piston 3 can thus After the working stroke, carry out a suction stroke unhindered when the crank disk is in motion 5 continues to rotate counterclockwise under the action of a flywheel and the piston 3 is pulled up by the connecting rod 4.

IIat der Kolben 3 die oberste Lage erreicht, so wird der Hauptschieber wieder geöffnet und das Ventil- oder Schieberorgan 11 wird geschlossen. Das auf der Unterseite des Kolbens 3 befindliche Wasservolumen des Zylinderraumes des Zylinders 2 vereinigt sich dann mit dem in dem Saugrohr 7 nach Schließen des Hauptschiebers 8 verbliebenen Wasservolumen zu einer Wassersäule der Länge 112, welche wiederum saugend auf der Unterseite des Kolbens 3 wirksam wird, so daß sich das bisher beschriebene Arbeitsspiel wiederholt.When the piston 3 reaches the topmost position, it becomes the main slide opened again and the valve or slide member 11 is closed. That on the underside of the piston 3 located water volume of the cylinder space of the cylinder 2 then merges with that in the suction pipe 7 after closing the main slide 8 remaining water volume to a water column of length 112, which in turn sucking on the underside of the piston 3 takes effect so that repeats the work cycle described so far.

Bei der Ausführungsform nach Figur 2 ragt der Zylinder 2 des Wassersäulen-Kolbenmotors in den Oberwasserkanal 1 hinein, so daß der Anteil lIl der Gesamtwassersäule, welcher über dem rbeitskolben 3 ansteht, gegenüber dem saugend auf der Unterseite des Kolbens 3 wirksam werdenden Wassersäulenteil H2 noch kleiner wird. Die Wände des Zylinders 2 sind in ihrem oberen Teil mit Schlitzen 14 versehen, die mit dem Kolben 3 als Schieberöffnungen zusammenwirken und das Füllen des unter dem Kolben 3 und oberhalb des Hauptschiebers 8 befindlichen Zylinderraumes währcnd des Saughubes des Kolbens 3 unterstützen, ohne daß während des Arbeitshubes wesentliche Verluste auftreten.In the embodiment according to FIG. 2, the cylinder 2 of the water column piston engine protrudes into the upper water channel 1, so that the portion lIl of the total water column, which pending above the working piston 3, opposite the suction on the underside of the piston 3 becoming effective water column part H2 becomes even smaller. The walls of the cylinder 2 are provided in their upper part with slots 14, which with the piston 3 as Slide openings cooperate and the filling of the under the piston 3 and above of the main slide 8 during the suction stroke of the piston 3 support without significant losses occurring during the working stroke.

Der IIauptschieber 8 ist bei der Ausführungsform nach Figur 2 als eine aus mehreren schwenkbaren Segmenten 15 aufgebaute Blende ausgebildet, wobei die Blendensegmente über einen gemeinsamen Zahnkranz 16 und ein Antriebsritzel 7 sowie einen Steuerantrieb 18 betätigt werden, der über die Kraftübertragungsmittel 13 mit der Welle G in Verbindung steht.The main slide 8 is in the embodiment of Figure 2 as formed from a plurality of pivotable segments 15 aperture, wherein the diaphragm segments via a common toothed ring 16 and a drive pinion 7 and a control drive 18 are operated, which via the power transmission means 13 is connected to the shaft G.

Während bei den Ausführungsformen nach den Figuren i und 2 jeweils ein gesonderter Füllkanal 9 vorgesehen ist, der sich zwisehen dem Oberwasserkanal 1 und dem unteren nde des Zylinders 2 erstreckt, kann eine Füllung des unteren Zylinderraumes auch über den Kolben 3 vorgenommen werden, wie in Figur 4 schematisch gezeigt ist. Die Pleuelstange 4 trtigt hierzu ein Drehschiebersegment 19, welches aufgrund der Pleuelstangenbewegung in dem als Schiebergehäuse ausgestalteten Kolben gegenüber einer Schieberöffnung 20 verschwenkt wird.While in the embodiments according to Figures i and 2, respectively a separate filling channel 9 is provided, which is between the headwater channel 1 and the lower end of the cylinder 2, a filling of the lower cylinder space can can also be carried out via the piston 3, as is shown schematically in FIG. The connecting rod 4 trtigt this a rotary valve segment 19, which due to the Connecting rod movement in the piston designed as a valve housing opposite a slide opening 20 is pivoted.

Figur 2 läßt schließlich noch einen Umgehungskanal 21 erkennen, der ein Überdruckventil 22 enthält. Wenn beim Schließen des Hauptschiebers 8 die Wassersäule in dem Saugrolir 7 nicht sofort stillgesetzt wird, sondern zunächst weiter nach abwärts sinkt und dann durch den Unterdruck auf der Unterseite des Hauptschiebers 8 wieder hochgezogen wird, so bewirkt die gegen die Unterseite des Hauptschiebers 8 auschlagende Wassersäule einen das Überdruc kventil 22 zum Ansprechen bringenden Überdruck, welcher bewirkt, daß das gerade in Öffnungsstelung befindliciie Ventil-oder Schieberorgan 11 durch einen schlagartigen Wasserstoß durch strömt und daher gereinigt wird.Finally, FIG. 2 shows a bypass channel 21 which a pressure relief valve 22 includes. If when closing the Main slide 8 the water column in the suction roller 7 is not stopped immediately, but initially further downwards and then by the negative pressure on the underside of the main slide 8 is pulled up again, it causes the against the underside of the main slide 8 knocking water column a the overpressure kventil 22 to respond Overpressure, which causes the valve or valve that is currently in the open position Slider member 11 flows through by a sudden surge of water and therefore cleaned will.

Den nusfiihrung sf orlnen nach den Figuren 1 und 2 ist gemeinsart, daß die Plcuelstange 4 unmittelbar durch das Wasser des Oberwasserkanals 1 hindurchgeführt ist, so daß sich besondere Abdichtungen erübrigen und beim Betrieb das Wasser stets in heftiger Bewegung gehalten wird, wodurch ein Zusetzen vermieden werden kann. Die hier vorgeschlagene Wassersäulenmaschine eignet sich daher besonders gut zur Ausnützung von Geftillen in Abwassersystemen. An die Welle G Itami dazu beispielsweise ein kleiner elektrischer Generator angekuppelt werden, der über eine Pufferbatterie zum Betrieb cines Pumpenaggregates cingesetzt wird, das an anderer Stelle etwa zur Überwindung von Stufen im Abwassersystem eingesetzt werden muß.The following is common to the guides according to Figures 1 and 2, that the plcuel rod 4 passed directly through the water of the upper water channel 1 so that special seals are unnecessary and the water is always used during operation is kept in vigorous motion, whereby clogging can be avoided. The water column machine proposed here is therefore particularly suitable for Utilization of geftilles in sewage systems. To the wave G Itami for example a small electrical generator can be connected, which has a backup battery is used to operate a pump unit, which is used elsewhere, for example for Overcoming steps in the sewage system must be used.

Claims

Claims 1. Water column piston engine to utilize slopes below about 10 m, characterized by a larger part of the usable fall height extending, anslaßseitiges suction pipe (7), in which a synchronous with the Motor cycle actuated main slide (8) is located on its piston (3) facing Side of the outlet of a valve or slide member connected to the inlet of the engine (11 or 19, 20) opens, which essentially during the working stroke of the piston is closed and essentially open during the suction stroke of the piston.

2. Water column piston engine according to claim 1, characterized thereby, that the valve or slide member is arranged (19, 20) in the piston (3).

3. water column piston engine according to claim 1 characterized gekennzeichllet, daI3 the valve or slide member (ii) in a bypass channel or filling channel (9) is arranged.

4. Water column piston engine according to one of claims 1 to 3, characterized characterized in that the main slide (8) is constructed as one of segments (15) Aperture is formed (Figure 3).

5. Water column piston engine according to one of claims 1 to 4, characterized characterized in that between the input side and the output side of the main slide (8) a bypass channel (21) runs which contains a pressure relief valve (22), so, data on after closing the main slide on the outlet side the same occurring overpressure is transmitted to the inlet side and a cleaning Rüc kströmung caused by the valve or slide member that has just been opened.

6. Water column piston engine according to one of claims 1 to 5, characterized characterized that a connecting rod of the engine directly from the piston (3) to a crankshaft (6) thereby the headwater is passed through.

7. Water column piston engine according to one of claims 1 to 6, thereby characterized in that the cylinder (2) of the piston engine in an upper water channel (1) protrudes and with slots extending over part of the piston stroke (14) is provided, which cooperate with the piston as slide openings.

8. Use of a water column piston engine according to one of the claims 1 to 7, for utilizing slopes in sewage systems.

9. Use according to claim 8, characterized in that the engine serves to drive a sewage pump via a buffer battery.