DE2749958A1

DE2749958A1 - Unterwasser-atemgaspumpe

Info

Publication number: DE2749958A1
Application number: DE19772749958
Authority: DE
Inventors: John R Colston
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1976-11-08
Filing date: 1977-11-08
Publication date: 1978-05-11
Also published as: CA1081189A; GB1584808A; JPS5359906A; FR2369962A1; IT1091939B

Description

Unterwasser-Atemgaspumpe

Die Erfindung betrifft eine Unterwasser-Atemgaspumpe für Taucheinrichtungen mit einer Vielzahl von Kolbenpumpen, die auf einen gemeinsamen Zuluftkessel arbeiten und gemeinsam angetrieben werden.

Atemgaspumpen in Form von Kolbenpumpen, die zur Versorgung von Tauchern mit Atemgas oder Atemluft dienen, tendieren dazu, sehr geräuschvoll zu arbeiten und das Atemgas bzw. die Atemluft pulsierend abzugeben. Wenn derartige Atemgaspumpen innerhalb einer Taucherglocke oder Taucherkugel bzw. einer Taucherschleuse oder dergl. angeordnet sind, nehmen sie nicht nur sehr viel Raum in Anspruch, sondern stellen auch eine Lärmbelästigung für die Taucher dar, die sich innerhalb der Taucherglocke bzw. Taucherkugel aufhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Unterwasser-Atemgaspumpe zu schaffen, bei der einerseits die Lärmbelästigung für die Taucher innerhalb der Taucherglocke bzw. Taucherkugel stark reduziert werden kann und mit der außerdem ein gleichmäßiger, nahezu pulsationsfreier Atem-

Fs/mü

£09819/0991

FLEUCHAUS & WEHSER

* ^ : WSlOP-1643

gasstrom zu schaffen ist.

Diese Aufgabe wird für eine eingangs erwähnte Atemgaspumpe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zumindest vier Kolbenpumpen mit phasenverschobenem Pumphub derart zueinander angeordnet sind, daß zwei aufeinanderfolgende Pumphübe sich teilweise überlappen.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von weiteren Ansprüchen.

Mit einer nach den Merkmalender Erfindung aufgebauten Unterwasser-Atemgaspumpe wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß durch die Überlagerung der Pumphübe der gegeneinander phasenverschobenen Pumpen

ein nahezu pulsationsfreier Atemgasstrom erzeugt werden kann, wodurch sich auch eine sehr starke Geräuschverringerung und damit eine verringerte Lärmbelästigung der Taucher ergibt.

Die Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Unterwasser-Atemgaspumpe gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ein Diagramm, aus dem der phasenverschobene Pumpbetrieb von vier einer Gruppe zugeordneten Pumpen hervorgeht, wobei mehrere derartige Gruppen Verwendung finden können;

Fig. 3 eine geschnittene Draufsicht auf die Unterwasser-Atemgaspumpe in einer bevorzugten Ausgestaltung;

Fig. 4 809814/0911

FLEUCHAUS 4 WEHSER

WSlOlP-1643

Fig. 4 eine Alternative der Anordnung der Pumpenzylinder für eine weitere Ausgestaltung der Erfindung;

Fig. 5 eine auseinandergezogene Darstellung einer Unterwasser-Atemgaspumpe mit vier Kolben;

Fig. 6 eine perspektivische Seitenansicht einer weiteren Aüsführungsform einer Unterwasser-Atemgaspumpe mit einem daneben dargestellten Zylindergehäuse;

Fig. 7 eine schematische Darstellung des Einsatzes der Unterwasser-Atemgaspumpe in Verbindung mit einer Taucherkugel und einem von dieser aus arbeitenden Taucher.

In Fig. 1 ist eine Unterwasser-Atemgaspumpe 1 beispielsweise dargestellt, welche vier Zuluftpumpen Sl bis S4 und 4 Absaugpumpen Rl bis R4 in Zweiergruppen umfaßt, welche längs einer gemeinsamen Achse 5 der Antriebswelle 6 des Elektromotors 7 angeordnet sind. Jede Pumpe ist mit einem Zylinderkolben 8 ausgerüstet, der mit der Antriebswelle 6 verbunden ist und sich innerhalb einer Zylinderkammer hin und her bewegt, um das Atemgas über Rückschlagventile entweder abzugeben oder anzusaugen.

Gemäß der Erfindung sind die Zylinderkolben 8 der Zuluftpumpen der Antriebswelle 6 derart zugeordnet, daß sie mit einer Phasenverschiebung von 90 nacheinander den Arbeitshub ausführen und dabei das Atemgas in einen Zuluftkessel 10 über entsprechende Zuluftleitungen 11 abgeben. Entsprechend sind auch die vier Zylinderkolben der Absaugpumpen mit der Antriebswelle 6 derart verbunden, daß ihr Arbeitshub mit einer Phasenverschiebung von 90 aufeinanderfolgt und damit Atemgas von dem Abluftkessel 12

FLEUCHAUS &WEH8ER

luftkessel 12 über Ansaugleitungen 14 mit entsprechender Phasenverschiebung absaugt.

In Fig. 2 ist die um jeweils 90 phasenverschobene Abgabe des Atemgases zum Zuluftkessel 10 dargestellt, wodurch man einen im wesentlichen impulsfreien Druckzustand im Zuluftkessel erhält, wie dies mit der Kurve ST in Fig. 2 angedeutet ist. Aufgrund dieser Tatsache erhält man auch einen verhältnismäßig ruhigen Lauf der Pumpen, wie dies durch die experimentelle Anwendung in einer Tauchkugel 15 von einem Taucher festgestellt werden kann, der das Atemgas von dem Zuluftkessel über eine Versorgungsleitung DS erhält. Die Unterdrückung der sich additiv überlagernden Pulsation im als Druckkessel wirkenden Zuluftkessel 10 und damit der erzielte beruhigte Betrieb des Systems hängt von den Betriebsparametern einerseits und der konstruktivenAusgestaltung andererseits ab. Das Volumen des Zuluftkessels hat einen kapazitiven Effekt auf den periodischen Gasstrom von den Pumpen, wogegen die Zuluftleitungen 11 zum Zuluftkessel einen induktiven Effekt auf den periodisch fließenden Gasstrom haben. Durch eine geeignete Auswahl des Volumens des Zuluftkessels 10 sowie der Größe und der Länge der Zuluftleitung 11 läßt sich eine optimale Dämpfung der phasenverschobenen Atemgas -zufuhr für einen bestimmten Gesamtgasfluß erzielen.

Eine Versuchskonstruktion, mit der eine gute Beruhigung erzielbar ist,

2 -1 hat einen Gesamtgaszufluß von etwa 1 416 cm see bei einer Betriebs - drehzahl für die Antriebswelle der Zylinderkolben von 1 725 Umdrehungen /Minute, wobei ein Zuluftkessel mit einer Länge von etwa 122 cm und einem Durchmesser von etwa 5 cm Verwendung findet, der über Zuluftleitungen mit einem Durchmesser von etwa 1, 27 cm und einer Länge von etwa 15,2 bis etwa 20,3 cm an die Zuluftpumpen angeschlossen ist.

In entsprechender Weise werden auch die Absaugpumpen Rl bis R4 mit einer Phasenverschiebung ihres Arbeitehubes von 90 betrieben, um eine möglichst pulsations freie Absaugung des Atemgases vom Abluft*

kessel Ig

FLEUCHAUS & WEHSER Patentanwälte _Ä

⁸^ "J- V Ur,MrZ.ich.n_: WSlOlP-1643

kessel 12 zu erzielen, an welchen die im Versorgungsschlauchbündel enthaltene Abluftleitung DR angeschlossen ist.

Wie in Fig. 1 schematisch angedeutet, wird das Atemgas von einer externen Quelle aus zugeführt, z.B. aus dem Innern der Tauchkugel 15, wie aus Fig. 7 erkennbar ist, wobei es über eine Zuführleitung SFB einem Versorgungskessel 16 zugeführt wird und über Ansaugleitungen 17 von den Zuluftpumpen angesaugt wird.

In entsprechender Weise sind die Absaugpumpen Rl bis R4 an einen Absaugkessel 18 über Absaugleitungen 19 angeschlossen, so daß die über die Abluftleitung DR vom Taucher kommende und über den Abluftkessel 12 sowie die Ansaugleitungen 14 angesaugte Abluft über eine Abgabeleitung RTB und einen Absaugkessel 18 zur Tauchkugel 15 zurückgeführt wird, wobei diese Abluft von den Absaugpumpen über die Ansaugleitungen 14 angesaugt und über die Absaugleitungen 19 zum Absaugkessel 18 abgegeben wird.

Aus Fig. 7 kann man erkennen, daß das Atemgas aus der Tauchkugel 15 entnommen wird, welches z. B. aus einer Mischung aus Helium und Sauerstoff besteht und von an der Außenseite der Tauchkugel angebrachten Behältern 20 entnommen wird. Die üblicherweise vorhandenen automatischen Einrichtungen, um den Atemgasdruck innerhalb der Tauchkugel 15 aufrechtzuerhalten und um das in der ausgeatmeten Luft enthaltene Kohlendioxid zu entfernen, sind in der Zeichnung nicht dargestellt. Der außerhalb der Tauchkugel 15 arbeitende Taucher wird mit dem Atemgas von der Unterwasser-Atemgaspumpe 1 aus über die Zuführleitung SFB, ein Überwachungsgerät 24, einen Zuluftschlauch SU und ein Traggerät 23 versorgt, das an den Atemhelm 21 angeschlossen ist, der seinerseits mit dem Tauchanzug 22 in Verbindung steht. Der Abluftschlauch zum Abführen der ausgeatmeten Luft verbindet den Taucher mit dem Überwachungsgerät^^

809819/oiii

FLEUCHAUS & WEHSER

"·"·= « j u»«,2*h«K WSlOlP-1643

gerät 24, von dem aus die Abluftleitung DR das ausgeatmete Gas über die Atemgaspumpe 1 und die Abgasleitung RTB zur Tauchkugel 15 zurückführt. Sobald der Taucher D in die Tauchkugel 15 zurückkehrt, kann er den Tauchhelm abnehmen und innerhalb der Tauchkugel frei atmen. Wenn unter diesen Umständen die Atemgaspumpe zur Versorgung weiterer Taucher außerhalb der Tauchkugel 15 arbeitet, so ist ohne weiteres erkennbar, daß die ruhige Arbeitsweise der Atemgaspumpe für den in der Tauchkugel sich befindlichen Taucher von besonderem Interesse ist.

Die Zuluft- und Absaugpumpen zusammen mit den zugehörigen Elektromotoren und ferner die verschiedenen Kessel 10, 12, 16 und 18 sowie die die Kessel mit den Pumpen verbindenden Leitungen 11, 14, 17, 19 sind in dem Zylindergehäuse 25 angeordnet. Dieses Zylinder gehäuse ist mit Kühlrippen 26 versehen, die in einem Ringraum 27 vertikal um den innerem Umfang des Zylindergehäuses 25 herum verlaufen. Der Ringraum wird nach der Innenseite mit einem Innenzylinder 28 begrenzt, an dem die Kühlrippen enden. Das untere Ende des Ringraumes sowie des Innen Zylinders ist nach unten offen, wogegen das untere Ende des Zylindergehäuses 25 mit einem Boden 30 Versehen ist. Entsprechend ist auch der obere Ringraum und der Innenzylinder nach oben hin offen, wogegen das Zylindergehäuse mit einem Deckel 31 nach oben verschlossen ist. Mit den Elektromotoren sind in der Fig. 1 nicht dargestellte Ventilatoren verbunden, die eine Kühlgas zirkulation von dem Boden 30 ausgehend entlang den Motoren nach oben erzwingen, so daß das Kühlgas durch den Ringraum 27 längs der Außenwandung des Zylindergehäuses 25 nach unten fließt und dabei durch die das Zylinder gehäuse umgebende Flüssigkeit abgekühlt wird. Dieser Kreislauf des Kühlgases ist mit den Pfeilen 33 gekennzeichnet. Dabei kann das Kühlgas das Atemgas sein, das die Taucher zur Atmung verwenden.

Aus den

609818/0

FLEUCH AUS & WEHSER S.U.: ^ - Un«irZ.lch.n_: WSlOlP-1643

Aus den Fig. 3 und 6 geht eine andere Anordnung der einzelnen Kessel 10, 12, 16 und 18 hervor, die als schlanke zylindrische Behälter ausgebildet sind und sich zwischen den Zylindern der Zuluftpumpen und der Absaugpumpen vertikal über fast die ganze Länge des Zylindergehäuses erstrecken. Diese Anordnung der Kessel in Verbindung mit den einander gegenüberliegenden Zylinderkolben der einzelnen Pumpen ermöglichen einen sehr kompakten Aufbau der Atemgaspumpe.

Owohl der in Fig. 1 dargestellte Aufbau der Atemgaspumpe mit der einander gegenüberliegenden Zuordnung einer Zuluftpumpe und einer Absaugpumpe sehr zufriedenstellend arbeitet, kann es wünschenswert s ein, die Zuluftpumpen und die Absaugpumpen jeweils einander gegenüberliegend anzuordnen und einem sie gemeinsam antreibenden Elektromotor zuzuordnen. Dieser Aufbau ist in Fig. 4 schematisch angedeutet. Dadurch erhält man eine gleichmäßigere Druckbelastung der einander paarweise gegenüberliegenden Zuluftpumpen bzw. Absaugpumpen, da die einander gegenüberliegenden Zuluftpumpen und entsprechend auch die einander gegenüberliegenden Absaugpumpen jeweils gemeinsam auf dieselben Kessel arbeiten.

Es kann auch eine andere als die beschriebene Anzahl von Zuluft- und Absaugpumpen für einen pulsationsfreien Betrieb der Atemgaspumpe geeignet sein, wobei jeder Zylinderkolben einer solchen Pumpe bei einer Drehung der Kurbelwelle um 180 einen vollen Arbeitshub ausführt. So können z. B. sechs Pumpen, die gegeneinander um 60 phasenverschoben sind, oder fünf Pumpen, die gegeneinander 72 phasenverschoben sind, bzw. auch acht Pumpen, die gegeneinander um 45 phasenverschoben sind. Verwendung finden. Bei diesen Pumpen ist unabhängig von der Phasenverschiebung zueinander der Drehung der Kurbelwelle um 180 einerseits ein Druckhub und um die restliche Drehung von 180 andererseits ein Saughub zugeordnet.

In Fig. 5

609819/Oili

FLEUCH AUS A WEHSER

ü»-rzrt*«v WSlOlP-1643

In Fig. 5 ist eine Vierzylinder-Atemgaspumpe, wie sie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 Verwendung findet, in auseinandergezogener Darstellung gezeigt. Diese Pumpe umfaßt Zylinderköpfe 119, Zylinderkopfdichtungen 120, Auslaßventile 121, Ventilplatten L2£» Einlaßventile 123, Zylinderdichtungen 124, Zylinder 125, 'Kolbenringe und Kolbendichtringe 126, 127, Kolben mit Bleuelstangen 128, Gleitringe 129, Exzenterscheiben 130, Steckstifte 131, Halteringe 132, Lüfterräder 133 und 134, Abdeckhauben mit Luftschlitzen 135, Wellenadapter 136 und eine Vielzahl von Kleinteilen. Diese Pumpen werden von einem Elektromotor 7 angetrieben, auf dessen Welle die Pumpen angeordnet sind. Mit Hilfe der Exzenterscheiben 130 kann die Phasenverschiebung der Pumpen gegeneinander eingestellt werden.

Patentansprüche

809818/0·!·

Claims

Patentansprüche

Unterwasser-Atemgaspumpe für Taucheinrichtungen mit einer Vielzahl von Kolbenpumpen, die auf einen gemeinsamen Zuluftkessel arbeiten und gemeinsam angetrieben werden, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest vier Kolbenpumpen mit phasenverschobenem Pumphub derart zueinander angeordnet sind, daß awei aufeinanderfolgende Pumphübe sich teilweise überlappen.

Unterwasser-Atemgaspumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpen von einer gemeinsamen Kurbelwelle aus angetrieben werden und sich in radialer Richtung erstrecken, und daß die Pumpen und die ihnen zugeordneten Kessel (10, 12, 16, 18) in einem koaxial zur Kurbelwelle angeordneten und mit Kühlrippen (26) versehenen Zylindergehäuse (25) untergebracht sind.

Unterwasser-Atemgaspumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vier Zuluftpumpen (Sl bis S4) vorgesehen sind, deren sich etwa über einen Drehwinkel von 180 erstreckender Pumphub gegenüber dem Pumphub der nächstfolgenden Pumpe um 90 phasenverschoben ist.