DE320562C - Explosionsfluessigkeitspumpe ohne Schwungrad mit frei schwingendem Kolben - Google Patents

Explosionsfluessigkeitspumpe ohne Schwungrad mit frei schwingendem Kolben

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DE320562C
DE320562C DE1912320562D DE320562DD DE320562C DE 320562 C DE320562 C DE 320562C DE 1912320562 D DE1912320562 D DE 1912320562D DE 320562D D DE320562D D DE 320562DD DE 320562 C DE320562 C DE 320562C
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W J RUSDELL
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H A HUMPHREY
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04FPUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
    • F04F1/00Pumps using positively or negatively pressurised fluid medium acting directly on the liquid to be pumped
    • F04F1/06Pumps using positively or negatively pressurised fluid medium acting directly on the liquid to be pumped the fluid medium acting on the surface of the liquid to be pumped
    • F04F1/16Pumps using positively or negatively pressurised fluid medium acting directly on the liquid to be pumped the fluid medium acting on the surface of the liquid to be pumped characterised by the fluid medium being suddenly pressurised, e.g. by explosion

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Reciprocating Pumps (AREA)

Description

  • Explosionsflüssigkeitspumpe ohne Schwungrad mit frei schwingendem Kolben. Gegenstand der Erfindung ist eine Explosionsfiüssigkeitspumpe ohne Schwungrad mit frei schwingendem Kolben. Es ist bei Pumpen dieser Art bekannt, durch den Explosionshub des Kolbens ein elastisches Polster bis zu einem Druck zu verdichten, der den Rückhub des Kolbens veranl@ßt, sobald der Druck der expandierenden Treibgase genügend gefallen ist. Bisher hat man es für notwendig gehalten, den Kolben am Ende des Explosionshubes zu sperren, um so der zu fördernden Flüssigkeit ausreichend Zeit zum Druchströmen der Ventile zu geben. Die Bewegung des Kolbens erfolgt eben bei der bekannten Pumpe zu rasch, als daß die Flüssigkeit mit derselben Geschwindigkeit hätte folgen können.
  • Bei schwungradlosen Dampfpumpen ist es dagegen Grundregel, die gesamte schwingende Masse (Kolben und Wassersäule) unter Berücksichtigung des Gegendruckes so zu bemessen, daß die Kolbengeschwindigkeit unter dem Einfluß des anfänglich hohen Dampfdruckes nicht größer wird, als zur Erzeugung der festgesetzten und zulässigen Ventilgeschwindigkeit des Wassers erforderlich ist.
  • Auch bei Explosionsluftkompressoren mit frei schwingendem Kolben hat man schon erkannt, daß beim .Unterbringen des n5tigen Saugventilquerschnittes auf der Kompressorseite Schwierigkeiten entstehen und infolgedessen die Anwendung großer Kolbengeschwindigkeiten unmöglich ist, also ein Kolben geringer Masse nicht verwendet werden darf.
  • Bei der neuen Explosionsflüssigkeitspumpe )iat diese Grundregel in der Weise Anwendung gefunden, daß der hin und her gehende Kolben, der infolge seiner großen Massenträgheit keine höhere Geschwindigkeit annehmen kann; als mit Rücksicht auf die Z'entilgescliwindigkeit der geförderten Flüssigkeit zulässig ist, aus einer zwischen zwei starren Kolben oder zwischen einem starren Kolben und einem Windkessel eingeschlossenen Wassersäule besteht, daß für den Rückhub dieses Kolbens besondere Mittel verwendet werden, und daß mit einem der die Flüssigkeitssäule einschließenden Kolben ein besonderer Pumpenkolben verbunden ist, der unter Innehaltung der mit Rücksicht. auf die Ventilgeschwindigkeit der zu fördernden Flüssigkeit gebotene Geschwindigkeitsgrenze doch so schnell bewegt wird, däß in der Förderleitung ein ununterbrochener Flüssigkeitsstrom entsteht.
  • Aus Fig. i und 2 ergibt sich das einer Explosionspumpe mit großen schwingenden Kolbenmassen zugrunde liegende Prinzip. Es bezeichnet i den Verbrennungsraum einer Zweitaktmaschine und 2 eine starre hin und her gehende Masse, nach Fig. i als ein in einem Zylinder laufender Kalben von großem Massenge-,vicht gedacht, der am Ende 3 von den expandierenden Gasen beeinflußt wird und. selbst, mit seiner Seite 4 gegen die zu hebende oer weiter zu -drückende Flüssigkeit tätig ist. Ein Einlaß 5 für den Flüssigkeitszulauf ist mit den Ventilen 6 "und ein Auslauf 7 für die weiter zu fördernde Flüssigkeit mit den Ventilen 8 versehen. Zwischen einem Windkessel 9 und der Flüssigkeit liegt eiri Schwimmer oder Kolben io, der sich gegen einen Anschlag i i stüzt. Der Anschlag r I besteht zweckmäßig aus' nachgiebigem Material und kann durch die Stellspindel i2 verstellt werden. Mit dem Windkessel 9 können die Hilfswindkessel 15 und 16 in Verbindung gesetzt werden, zu welchem Zweck man nur die Hähne oder sonstigen Verschlußorgane 13 und 14 zu öffnen braucht.
  • Die Zweitaktarbeitsweise ist folgende: Bei der Zündung der in, Verbrennungsraum i verdichteten Ladung erfolgt der Vortrieb des Kolbens 2, der durch seine ihm dadurch erteilte lebendige Kraft Arbeit leisten soll, dabei aber infolge seiner Massenträgheit sich nicht schneller bewegen kann, als mit Rücksicht auf die Ventilgeschwindigkeit der geförderten Flüssigkeit zulässig ist. Die durch den Kolben verdrängte Flüssigkeit schiebt den Schwimmer ro vor sich her und drückt dadurch in j und, wenn die Hähne 13 und 14 offen sind, auch in 15 und 16 ein elastisches Luftkissen zusammen, bis schließlich der Druck so groß wird, daß die Auslaßventile 8 sich öffnen und die weitere Bewegung des Kolben 2 Flüssigkeit unter Druck durch 8 austreten läßt, bis endlich der Kolben, durch den Arbeitswiderstand aufgehalten, ohne ein Sperrwerk zum Stillstand kommt, der Druck auf die Ventile 8 aufhört und diese sich schließen. Die nun eintretende Expansion des verdichteten Luftkissens in 9 und gegebenenfalls auch in 15 und 16 veranlaßt den Rückhub des Kolbens z. Beim Rückhub wird frische Ladung, die zuvor in die Kammer i eingelassen wurde, auf der Kolbenseite 3 verdichtet und auf der Kolbenseite q. neue Flüssigkeit durch die sich öffnenden Ventile 6 eingesaugt. Flüssigkeit kann deshalb einströmen, weil nach Entspannung des Luftkissens 9 oder Stillsetzung des Schwimmers io durch den Anschlag ii der durch seine lebendige Kraft weiter zurückgetriebene Kolben 2 eine Druckverminderung hinter der Kolbenseite q. hervorruft. Bei Zündung der verdichteten Ladung wiederholt sich das Spiel. Im vorliegenden Fall wird also vor dem Heben oder Weiterdrücken. der Flüssigkeit erst Energie aufgespeichert durch Zusammenpressen eines elastischen Luftkissens bis zu einem bestimmten vom Förderdruck der Flüssigkeit abhängigen Druck. Deshalb kann auch diese aufgespeicherte Energie konstant bleiben, unabhängig von der bei der Förderung geleisteten Arbeit.
  • Im Viertakt wird die Maschine etwas anders arbeiten, etwa in der Weise, daß beim Explosionshub, wie beschrieben, Flüssigkeit durch 8 hindurch weitergedrückt wird, aber beim Rückhub des Kolbens 2 durch die Expansion der in 9 verdichteten Luft unter Ansaugung frischer Flüssigkeit durch 6 zunächst etwa im -Raum i ein elastisches Kissen verdichtet wird, das- aus Spülluft oder Abgasen bestehen kann. Dessen Expansion veranlaßt einen zweiten Vorwärtshub des Kolbens a, der dabei erneut im Windkessel 9 Energie ansammelt und gleichzeitig frische Ladung in die Kammer i einsaugt. Die Ladung wird darauf bei der Expansion des Kissens in 9 beim zweiten Kolbenrücklauf verdichtet, bis die Zündung erfolgt und das geschilderte Spiel sich wiederholt. In diesem Falle können die Kolbenhübe verschieden lang sein.
  • Nach Fig. -a kann die hin und her gehende Masse teils aus einem starren Kolben 17 und teils aus der Flüssigkeit im Rohr oder Zylinder 18 bestehen. Die anderen Teile sind. wie in Fig. i bezeichnet. Wie dort speichert der Explosionshuly zuerst Energie durch Zusammenpressen eines elastischen Kissens auf und gibt dann Flüssigkeit durch das Ventil 8 ab. Die übrigen Vorgänge spielen sich wie für Fig. i beschrieben ab.
  • In Fig. 3 ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der ein starrer Kolben 17 und außerdem ein Differentialkolben 21, 22- vorgesehen sind, dessen durch eine Stopfbüchse 23 abgedichteter Plunger 22 auf die zu hebende oder weiterzudrückende Flüssigkeit einwirkt. Durch die starren Kolben 17 und 21 ist als Teil der hin und her gehenden Massen im Rohr 18 eine Flüssigkeitssäule eingeschlossen, die zusamme!i mit 17 und 21 das nötige Arbeitsvermögen aufbringt. Das beim Explosionshub zusammengepreßte, Energie aufspeichernde Luftkissen ist unterteilt, es befindet sich einerseits in 24 bezw. 1511 und andererseits, wie vorher beschrieben, in dem Windkessel 9. Die Unterteilung 1511 dient zur Regelung insofern, als sie und 2.a. durch den Hahn 13 o. dgl. mit der Atmosphäre in Verbindung gebracht wird, wenn man die ganze Energie für den Rückhub der Massen nur in 9 aufspeichern will. Der Differentialkolben ermöglicht, eine geringere Flüssigkeitsmenge unter höherem Druck bei einer gegebenen ATassenbewegung, oder umgekehrt eine größere Flüssigkeitsmenge unter geringerem Druck weiterzufördern. Im letzten Fall muß der Durchmesser von 2a örößer als der von 21 sein.
  • Fig. 4. zeigt als eine weitere Ausführungsform eine Plungerverlängerung 25, die geringeren Durchmesser als 22-hat und an ihrem Ende 26 durch die unter Hochdruck stehende Flüssigkeit beeinflußt wird. Beim Explosionshub drückt der Plunger 22 wegen seines gegenüber 25 größeren Durchmessers Flüssigkeit durch die Ventile B. Der Kolbenrückhub kann durch den Druck der Flüssigkeit am Ende 26 des Plungers 25 hervorgerufen werden, «-obei frische Flüssigkeit bei 6 eingelassen wird. Ein Luftkissen- in 24 kann auch hier außerdem noch verwendet werden, ist aber nicht notwendig.
  • In Fig. 5 sind vier z. B. durch eine gemeinsame Kolbenstange miteinander verbundene Kolben 3o, 17, 34 und 35 vorgesehen; von diesen gehört 30 zu einer doppelt wirkenden Gaspumpe, während 17 der Arbeitskolben einer doppelt wirkenden Explosionskraftmaschine ist. Zwischen den Kolben 34 und 35 ist eine aus Flüssigkeit bestehende Masse im Rohr 36 eingeschlossen. Diese Flüssigkeitsmasse macht die Kolbenhübe mit und erhält dadurch Bewegungsenergie derart, daß sie, wenn die starren Kolben durch das Zusammenpressen der elastischen Kissen am Ende ihres Hubes aufgehalten werden, in dem Rohr 36 ihre Bewegung fortzusetzen sucht. So wird, wenn die Kolben ihren Hub nach rechts ausgeführt haben und die Auslaßöffnung des Ventils 38 freigelegt ist, die noch zweiter schwingende Flüssigkeitssäule zwischen 34 und 35 Flüssigkeit durch das Ventil 37 einsaugen und durch das -Auslaßventil 38 nach außen abgeben. Beim Rückhub tritt die entgegengesetzte Wirkung ein, die Flüssigkeit wird beim Einlaßventil 39 ein- und beim Ventil 40 austreten. - Wenn die Kolben 34 und 3 5 nicht derart angeordnet sind, daß sie die Auslässe 38 und 4o selbsttätig schließen, müssen, wie gezeichnet, Rückschlag< entile angeordnet sein. Energiespeicher in Gestalt von Luftkissen, durch abschaltbare Nebenräume 3a und 33 vergrößert, befinden sich an den geschlossenen Enden des Rohres 36, in dem die Kolben 34 und 35 hin und her laufen. Wenn, wie gezeichnet, das Rohr 36 zwischen 34 und 35 die Form eines Krümmers hat, hat man bei geringem Raumbedarf eine verhältnismäßig große Flüssigkeitsmenge zur Verfügung und kann die Kolben 34 und 35 nahe aufeinander rücken.
  • Wenn wie in Fig. 5 zwei starr miteinander verbundene und selbst starre Kolben einen Teil der hin und her gehenden Massen bilden, können ihre Durchmesser verschieden sein und dementsprechend auch die Durchmesser der miteinander verbundenen Zylinder. Im Volumen zwischen den zwei Kolben wird dann eine Änderung, d. h. eine Verminderung eintreten, sobald sich die Kolben nach der Seite des geringeren Durchmessers zu bewegen. Die dabei verdrängte Flüssigkeit kann in einen Windkessel und, sobald der Förderdruck erreicht ist, durch die Auslaßventile getrieben werden. Der Kolbenrückhub wird dann durch die Expansion des zwischen den Kolben wirksamen Puffers hervorgerufen, und während des letzten Teiles des Rückhubes erfolgt der Einlaß frischer Flüssigkeit.
  • Fig. 6 und 7 beziehen sich auf Pumpen, bei denen der schwere Kolben aus einer zwischen einem starren Kolben 17 und' einem Windkessel 45 eingeschlossenen Flüssigkeitssäule besteht und an den Kolben 17 ein besonderer Pumpenkolben 51 angesaugt ist, der der Förderflüssigkeit eine solche Geschwindigkeit erteilt, daß ein kontinuierlicher Flüssigkeitsstrom in einer Richtung erzeugt wird, wobei die lebendige Kraft der sich bewegenden Flüssigkeitssäule genügt, um ihre Bewegung zwischen den einzelnen Förderhüben fortzusetzen und die Massenträgheit des Kolbens Rücksicht auf die Ventilgeschwindigkeit der geförderten Flüssigkeit nimmt.
  • In Fig. 6 ist i wieder die . Verbrennungskammer, in der im Zweitakt gearbeitet werden kann. Der starre Kolben 17 trennt die Abgase von der im Rohr 44 hin und her laufenden Flüssigkeit. Der Rohrschenkel 45 steht senkrecht und ist an seinem Ende geschlossen, um so einen Luftpuffer zu bilden. Beim Explosionshub wird Energie teils durch Heben von Flüssigkeit in 45 und teils durch Verdichten des Puffers am Ende von 45 angesammelt. Diese aufgespeicherte Energie veranlaßt den Kolbenrückhub, der die Abgase aus der Kammer i austreibt und frische Ladung verdichtet. An dem oberen Ende der Kammer i ist ein Ausblasventil46 und ein Rückschlagventil.47 angeordnet. Das Ventil 46 öffnet sich unter seinem eigenen Gewicht und wird durch den hochgehenden Kolben 17 entgegen der Feder 48 geschlossen. Die Ventile 49 und 50, die in geeigneter Höhe rund an der Verbrennungskammer angeordnet sind, lassen Gas und Luft ein, in diesem Falle durch Ansaugen, nachdem die Expansion Atmosphärendruck erreicht hat und der Kolben 17 die Ventile freigegeben hat. Bei dem infolge der in dem senkrechten Rohr 45 aufgespeicherten Energie eintretenden Kolbenrückhub bewegt sich das brennbare Gemisch mit dem Kolben 17 aufwärts, die heißen Auspuffgase vor sich hertreibend und durch die Ventile 46 und 47 herausdrückend, bis der gegen die Feder 48 anstoßende Kolben 17 das Ventil 46 schließt. Die brennbare Ladung wird darauf in der Kammer i verdichtet und gezündet, was einen neuen Arbeitshub veranlaßt. Außerdem ,wird noch durch das Kolbenspiel eines Kolbens 51 Arbeit geleistet, der an der Stange 52 des Kolbens 17 sitzt. Wenn der Kolben 5, in seinem Zylinder 53 hin und her läuft, schließt er beim Abwärtshub die Flüssigkeitseinlaßventile 54 und setzt die Flüssigkeitssäule im Rohr 55 in Bewegung. Bei dem Aufwärtshub des Kolbens 51 tritt Flüssigkeit durch die Ventile 54 ein und fließt teilweise dem Kolben 51 und teilweise der Flüssigkeit nach, die sich im Rohr 55 bewegt, so daß in diesem ein ununterbrochener Strom aufrechterhalten wird. Soll im Viertakt gearbeitet werden, ' dann wird die Verbrennungskammer i gemäß Fig. 7 mit Ventilen 5.4 für das brennbare Gemisch und mit Ventilen 54" für Spülluft ausgestattet. In diesem Falle sind die Ventile 54 am Endc des Expansionshubes geschlossen und die Ventile 54d geöffnet, um Spülluft einzulassen. Beim ersten Kolbenrückhub «erden zunächst die Auspuffgase durch die Ventile 46 und 47 abgeblasen und nach Schließen des Auspuifventiles 46 ein Pufferaus Sgülluft verdichtet. Die Expansion dieses Puffers v eranlaßt den -zweiten Vorwärtshub des Kolbens 17, bei dem die Ventile 54 geöffnet werden und frische Ladung einlassen, während .die Ventile 54a geschlossen sind. Bei dem zweiten Kolbenrückhub wird die frische Ladung verdichtet, worauf deren Zündung einen neuen Arbeitshub veranlaßt.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE i. Explosionsflüssigkeitspumpe ohne Schwungrad mit frei schwingendem Kolben, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben, der infolge seiner Massenträgheit keine höhere Geschwindigkeit annehmen kann, als mit Rücksicht auf die Ventilgeschwindigkeit der geförderten Flüssigkeit zulässig ist, aus einer Flüssigkeitssäule besteht, die zwischen zwei starren Kolben (17, 21) derart eingeschlossen ist, daß sie ihre Hübe zu gleicher "Zeit wie die starren Kolben vollendet, von denen der eine (-21) ein Differentialkolben sein kann (Fig. 3). y. Ausführungsform nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der starren Masse oder Massen in einen Teil der Pumpe, eindringt, der hinter den Druckventilen in der Förderleitung liegt, derart, daß der Druck der geförderten Flüssigkeit den Rückhub dieses Massenteiles bewirkt oder fördert (Fig.4). 3. Ausführungsform nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß nach beendigtem Hub der starren Massenteile (34,35) das Moment des zwischen den starren Massen befindlichen flüssigen Massenteiles Flüssigkeit durch ein Druckventil (38,4o) abfließen und frische-Flüssigkeit ansaugen (37, 39) läßt (Fig. 5). 4. Ausführungsform nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß der schwere Kolben aus einer zwischen einem starren Kolben (17) und einem Windkessel (45) eingeschlossenen Flüssigkeitssäule besteht, wobei mit dem starren Kolben (17) ein besonderer Pumpenkolben (51) verbunden ist, der der Förderflüssigkeit eine solche Geschwindigkeit erteilt, daß ihre Bewegung in-derselben Richtung auch während des Rückhubes des starren Kolbens andauert und in der Förderleitung ein ununterbrochener Flüssigkeitsstrom entsteht (Fig. 6 und 7).
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