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Explosionspumpe mit schwingender Flüssigkeitssäule, die beim Einwärtshube
die neue Gemischfüllung in der Verbrennungskammer verdichtet. Die Erfindung betrifft
Explosionspumpen mit schwingender Flüssigkeitssäule, welch letztere bei ihrem jedesmaligen
Zurückströmen in die Verbrennungskammer die hier vorhandene neue Gemischladung verdichtet.
Die Erfindung besteht in der besonderen Art und Weise, wie die Zuführung von Luft
und Gas in die Verbrennungskammer und das Austreiben der Verbrennungsgase erfolgt,
und wie die Zuführung von Luft und Gas entweder von dem Speisebehälter der zu fördernden
Flüssigkeit oder von einem Windkessel in der Druckleitung aus bewirkt wird. Im Zusammenhange
hiermit ist die besondere Form der Verbrennungskammer von Bedeutung.
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Der Gegenstand der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß während
der Auswärtsbewegung der Flüssigkeitssäule Lüft und Gas in die Verbrennungskammer
eingeführt und ein Teil der Verbrennungsprodukte ausgetrieben wird, während bei
der Einwärtsbewegung das Austreiben der Verbrennungsprodukte vollendet und die frische
Ladung verdichtet wird.
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In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in zwei Ausführungsbeispielen
erläutert. Fig. I zeigt einen senkrechten Schnitt durch eine nach dem Verfahren
gemäß der vorliegenden Erfindung arbeitende Pumpe. Fig. 2 stellt in einem senkrechten
Schnitt eine andere Ausführungsform der Pumpe dar, wobei der Druckbehälter als Pumpvorrichtung
für das frische Gemisch dient. In Fig. I besitzt der Hauptkörper der Verbrennungskammer
I kreisförmigen Querschnitt. Sein oberer Teil 2 ist ringförmig ausgeführt. Er ist
geschlossen bis auf einen Ring von Einlaßventilen 3 und V für Luft und Gas. An einer
tieferen Stelle befinden sich die Auspuffventile 4, die sich durch ihr eigenes Gewicht
öffnen und durch die auf sie treffende ansteigende Flüssigkeit geschlossen werden.
In einer Scheidewand 6 des Auspuffkanales sind Rückschlagventile 5 angeordnet, durch
die die verbrannten Gase dem Auspuffrohr 7 zuströmen können, die aber ein Rückströmen
der verbannten Gase unmöglich machen. Diese Ventile 5 können sehr leicht ausgeführt
werden, so daß sie sich schon unter -geringem Drucke öffnen und sich durch ihr eigenes
Gewicht schließen. Die Kammer = steht durch einen Krümmer 8 mit einem Einlaßventilgehäuse
9 in Verbindung, in dem sich die Saugventile io für die zu fördernde Flüssigkeit
befinden. Das Gehäuse 9 steht mit der die Flüssigkeifssäule in sich aufnehmenden
Förderleitung ii in Verbindung. Die zu fördernde Flüssigkeit befindet sich in einem
Behälter 12 und strömt diesem durch ein Einlaßrohr 13 zu. Die Einlaßventile 3 und
3 a werden im allgemeinen durch schwache Federn geschlossen gehalten. Sie können
sich aber durch Saugwirkung im Innern der Verbrennungskammer öffnen und lassen dann
ein brennbares Gemisch einströmen.
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Die Einrichtung arbeitet wie folgt unter
der Voraussetzung,
daß der Behälter I2 vorerst nicht gemäß Fig. I, sondern als offener Behälter ausgebildet
ist: Im oberen Teil der Kammer 2 wird eine komprimierte brennbare Füllung entzündet.
Die Expansion der Gase treibt die Flüssigkeit nach unten in die Kammer I und nach
außen durch die Leitung II hindurch. Hierdurch erhält die in der Leitung II befindliche
Flüssigkeitssäule eine bedeutende Bewegungsenergie. Die Gase mögen bis auf atmosphärischen
Druck expandiert sein, wenn sich der Flüssigkeitsspiegel in der Kammer I bei der
Höhenlinie a-a befindet. Die Flüssigkeitssäule in der Leitung II strömt dann bei
den gewählten -Verhältnissen mit erheblicher Geschwindigkeit weiter, und die Ventile
Io öffnen sich und lassen Flüssigkeit in die Ventilkammer g strömen, welche der
sich bewegenden Flüssigkeitssäule folgt. Die Auspuffventile 4 öffnen sich unter
ihrem Gewicht. Aber die Luftverdünnung, die in der Kammer I hervorgerufen wird,
kann keine Verbrennungsprodukte aus der Auspuffleitung 7 zurücksaugen, da die Ventile
5 unter der Wirkung des Unterdruckes in Kammer I geschlossen gehalten sind. Bei
weiterer Bewegung der Flüssigkeitssäule senkt sich der Flüssigkeitsspiegel bis zur
Höhenlinie b-b und verursacht ein Einströmen eines brennbaren Gemisches durch die
Ventile 3, 3a, Das nachströmende Gemisch füllt also den Raum in der Kammer 2 etwa
bis zur Höhe c-c und verdrängt die Verbrennungsprodukte aus diesem Teile der Kammer.
Wenn die Flüssigkeit in der Kammer I zur augenblicklichen Ruhe gekommen ist, hört
die Saugwirkung in dieser Kammer auf, und die Ventile 3, 3a werden durch ihre Federn
geschlossen. Flüssigkeit fließt nun vom Behälter I2 in die Kammer I, obgleich die
Flüssigkeitssäule im Rohr II sich noch in der Auswärtsschwingung befindet; durch
die einströmende Flüssigkeit steigt der Wasserspiegel in I und die Austreibung der
Verbrennungsprodukte durch Ventile 4 und 5 beginnt. Die Veränderung des Gasvolumens
in der Kammer I, die durch das Fallen der Flüssigkeit von dem Spiegel a-a bis auf
den Spiebel b-b in der Kammer hervorgerufen wird, läßt sich durch Veränderung des
Flüssigkeitsspiegels im Behälter Iz regeln. Wenn der Flüssigkeitsspiegel in dem
Behälter 12 höher wird, so strömt infolge des größeren Höhenunterschiedes gegenüber
dem Flüssigkeitsspiegel in der Kammer I eine größere Menge von Flüssigkeit aus dem
Behälter 12 in die Kammer I über, wodurch die Volumenveränderung des Gases in der
Kammer I geringer wird. Wenn umgekehrt der Flüssigkeitsspiegel in dem Behälter 12
fällt, so wird die Änderung des Gasvolumens in der Kammer x größer. Durch derartige
Regu lierung des Wasserspiegels kann man erreichen, daß die Gemischfüllung im Behälter
2 sich annähernd bis zum Spiegel c-c, d. h. oberhalb der Auspuffventile 4, erstreckt.
Die Flüssigkeitssäule im Druckrohr II beginnt nun entweder unter dem Einfluß ihrer
eigenen Druckhöhe oder unter dem Druck eines elastischen Kissens nach der Verbrennungskammer
zurückzuströmen. Da die VentileIo nun gleichfalls durch ihre Federn geschlossen
werden, so steigt die Flüssigkeit in der Kammer I, verdrängt im wesentlichen den
Rest der Verbrennungsgase durch die Ventile 4, schließt diese Ventile und komprimiert
die Füllung des Gemisches in dem oberen Teil der Kammer 2, bis die Flüssigkeitssäule
wieder zur Umkehr kommt. Darauf leitet die Zündung der Füllung einen neuen Arbeitsgang
ein.
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Die Verbrennungskammer hat eine solche Form erhalten, daß das brennbare
Gemisch sich nicht mit den verbrannten Gasen vermischt und so ein Verlust von brennbaren
Gasen durch Entweichen mit den verbrannten -Gasen durch die Ventile 4 vermieden
wird. Die in Fig. i dargestellte ringförmige Gestalt des Teiles z der Kammer 2 und-
die Verwendung einer Anzahl von Einlaßventilen genügt diesen Bedingungen. Beim Betrieb
empfiehlt es sich, Luft zunächst einströmen. zu lassen und dann erst das Gemisch.
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Die Ventile für die Gas- und Luftzufuhr sind auf einer Kreislinie
angeordnet, derart, daß abwechselnd auf ein Gasventil ein Luftventil folgt, und
ihr Gewicht und die Stärke ihrer Federn läßt sich so bemessen, daß sich zu Beginn
des Saughubes zunächst die Luftventile 3 öffnen. -In Fig. i ist ferner eine Einrichtung
dargestellt, die eine gleichförmigere Wirkungsweise gewährleistet und das Zumessen
einer bestimmten Gemischfüllung ermöglicht. Der Saugbehälter i2 ist durch einen
luftdichten Deckel 15 abgeschlossen, und seine Wandung ist nach oben bin verlängert,
so daß ein zweiter Flüssigkeitsbehälter 16 gebildet wird. In. dem letzteren befinden
sich zwei Behälter 17 und 18 für Gas und Luft, die auf verschiedene Tiefe in die
Flüssigkeit eingetaucht werden können. Der äußere ringförmige Behälter 18 nimmt
den Behälter 17 in sich auf und nimmt diesen bei seiner Aufwärtsbewegung durch einen
Flansch ig mit. Der geschlossene Behälter i2 besitzt einen Lufteinlaß 2o mit Klappenventil
2i. Durch dieses wird Luft eingesaugt, wenn sich der Flüssigkeitsspiegel im Behälter
12 senkt. Wenn der Flüssigkeitsspiegel sich hebt, so wird Luft durch ein Rohr 22
und ein Rückschlagventil
23 in den Behälter 18 gedrückt, so daß
sich dieser hebt. Mit einem Rohr 25, das in den Behälter 17 führt, steht ein Gaseinlaßrohr
24 in Verbindung. Das Gas strömt in den Behälter 17 durch das Rohr 25 und dessen
Rückschlagventil 26, wenn sich der Behälter 17 hebt, d. h. durch den Behälter 18
angehoben wird. Auslaßrohr 27 und z8 für Gas und Luft führen zu getrennten Ringkanälen
29 und 30, welche den Einlaßventilen 3 a und 3 Gas und Luft zuführen. Wenn diese
Ventile im Kreise angeordnet sind, so kann man abwechselnd dem einen Gas und dem
nächsten Luft zuführen, und zwar dienen im vorliegenden Falle die Ventile 3 a zur
Gaszufuhr und die Ventile 3 zur Luftzufuhr. Man erreicht hierdurch, daß außerhalb
der Kammer I ein explosives Gemisch nicht hergestellt wird. Im Gasrohr 27 befindet
sich ein Drosselventil 31, das durch einen Hebel 32 gesteuert wird. Dieser ist an
eine Feder 33 angeschlossen, die das Ventil 31 zu schließen sucht. An dem gegenüberliegenden
Ende des Hebels ist ein Gewicht 34 befestigt, welches das Ventil 31 zu öffnen sucht.
Ein an dem Behälter 18 im Punkte 36 und am Gewicht 34 befestigtes Seil 35 ist über
Rollen 37 geführt, die auf Zapfen 38 gelagert sind. Die Länge des Seiles ist so
bemessen, daß das Ventil 31 in der Höchstlage des Behälters 18 durch die Feder 33
geschlossen wird, während bei einem Sinken des Behälters 18 das Gewicht 34 angehoben
wird und durch sein Auftreffen auf den Hebel 32 das Ventil 31 öffnet. Wenn beispielsweise
der Behälter 18 sich zur Hälfte senkt, so wird das Ventil 31 geöffnet. Es bleibt
dann während des letzten Teiles der Abwärtsbewegung des Behälters offen.
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Das Sinken des Flüssigkeitsspiegels in dem Behälter 12 wird während
des Arbeitshubes der Pumpe durch das plötzliche Einströmen von Flüssigkeit in die
Leitung II durch die Ventile Io herbeigeführt. Das Steigen des Flüssigkeitsspiegels
findet dann vor dem nächsten Absaugen von Flüssigkeit durch Zuströmen von frischer
Flüssigkeit durch das Rohr r3 statt. Der Arbeitsgang möge mit der Zündung eines
brennbaren Gemisches in der Kammer I beginnen. Wenn sich die Gase bis zur Höhenlinie
a-a ausgedehnt haben, so mögen sie wiederum den Atmosphärendruck erreicht haben.
In diesem Augenblick hat die Flüssigkeit in dem Behälter 12 ungefähr ihren Höchststand
erreicht. Ein Absaugen von Flüssigkeit aus 12 durch die auswärts schwingende Flüssigkeitssäule
konnte bis dahin noch nicht eintreten, da das Eigengewicht und die Federspannung
bei den Ventilen Io so bemessen sind, daß diese sich nicht öffnen können, bevor
der Druck der expandierenden Gase in der Kammer r auf etwa Atmosphärendruck gefallen
ist. Es befand sich also bis zur Erreichung des Atmosphärendruckes ein geringster
Betrag von Luft in dem Behälter 12 und ein größter Betrag in dem Behälter 18, der
sich in seiner Höchstlage befindet. Der Luftdruck in dem Behälter i8 treibt nun
unter der saugenden Mitwirkung der weiter in der Kammer i bis auf den Spiegel b-b
-sinkenden Flüssigkeit die Luft aus dem Behälter 18 durch die Ventile 3 in die Kammer
i. Wenn man eine genügende Menge von Luft einführt, so kann man die verbrannten
Gase durch die Ventile 4 so lange austreiben, wie diese offen bleiben, während also
die Flüssigkeit zunächst fällt und dann wieder steigt. Der Gasbehälter
17 kann sich erst senken, wenn der- Behälter 18 sich so weit gesenkt hat,
daß er das Ventil 31
öffnet. Von nun an senken sich beide Behälter gleichzeitig,
so daß der Kammer i Gas und Luft zugeführt wird und im oberen Teile 2 der Kammer
ein brennbares Gemisch erzeugt wird. Das Einströmen des Gemisches kann fortgesetzt
werden, bis die in der z steigende Flüssigkeit die Ventile 4 erreicht und schließt.
Infolgedessen kann die Einströmperiode sich über den Teil des Arbeitsspieles erstrecken,
in dem die Flüssigkeitssäule in der Leitung ii ihre Geschwindigkeit vermindert,
zur Umkehr kommt und einen erheblichen Teil ihrer Bewegung in der entgegengesetzten
Richtung ausführt. Diese Periode erstreckt sich über den größten Teil eines vollständigen
Arbeitsganges. Aus diesem Grunde kann eine hinreichende Menge von Spülluft eingeführt
werden, an die sich das Einströmen der brennbaren Bestandteile anschließt, ohne
daß höhere Drucke erforderlich wären, als in Gasbehältern allgemein üblich ist.
Während der zwischen dem Schließen der Ventile - 4 und ihrer nächsten Öffnungsbewegung
liegenden Zeit steigt der Flüssigkeitsspiegel im Behälter r2, so daß eine neue Luftzufuhr
zum Behälter 18 durch das Rohr 22 stattfinden kann. Hierdurch werden beide Behälter
i7, 18 angehoben und- aufs neue gefüllt. Zu beachten ist, daß die Flüssigkeit aus
dem Behälter 12 in die Kammer i zu fließen sucht, wenn der Spiegel in dem ersteren
höher liegt. . -Die in Fig. i dargestellten beweglichen Gasbehälter zum Einführen
von Gas und Lüft können durch eine feststehende Einrichtung ersetzt werden. Eine
solche ist in Fig. 2 dargestellt, in der das Steigen und Fallen de,7 Flüssigkeit
nicht auf- der Saugseite in dem Zuführungsbehälter 12, sondern in dem Druckwindkessel
der Förderleitung ausgenutzt wird. Das Schwingungsrohr ii endigt in einen konischen
Druckwindkessel
40, an den der Auslaß 41 für die Förderflüssigkeit sich anschließt. Der Behälter
4o ist oben geschlossen und mit einer Scheidewand 42 versehen, die nach unten unter
den tiefsten Flüssigkeitsspiegel l bis l ragt. Hierdurch wird der Raum oberhalb
der Flüssigkeit in zwei Abteilungen 43 und 44 zerlegt, die zur Aufnahme von Gas
und Luft dienen. Das Gas strömt durch ein Rohr 45 der Abteilung 43 zu, das in dem
Behälter bis zur Höhe l2 bis l2 senkrecht nach unten geführt ist und in einer Abzweigung
ein Klappenventil 46 besitzt. Das Gas strömt wieder durch ein Rohr 47 dem Ringkanal
29 zu, durch den es der Verbrennungskammer I zugeführt wird. Die Luft strömt dem
oberen Teile 44 des Behälters 4o durch ein Rohr 48 zu, das bis zur Höhenlinie l1
bis l1 nach unten ragt und in einer Abzweigung ein Klappenventil 49 besitzt. Das
Rohr 50 führt sodann die Luft dem Ringkanal 30 oberhalb der Kammer i zu. Die Wirkungsweise
der Einrichtung ist wie folgt: Wenn die Zündung in der Kammer I stattfindet, hat
die Flüssigkeit in der Kammer 40 ihren tiefsten Stand, nämlich den Stand l bis l.
Flüssigkeit strömt nun durch die Leitung II in den Behälter 40, so daß sich hier
der Flüssigkeitsspiegel bis auf die Höhe l1 bis l1 hebt, während die verbrannten
Gase bis auf atmosphärischen Druck expandieren und die Auspuffventile 4 sich öffnen.
Durch das Steigen des Flüssigkeitsspiegels von der Höhe l bis l bis auf die Höhe
l1 bis l1 wird die Lut aus der Kammer 44 durch das Rohr 48 in die Atmosphäre zurückgedrängt.
Ein weiteres Steigen der Flüssigkeit über das untere Ende des Rohres 48 hinaus schneidet
dessen Verbindung mit der Atmosphäre ab, so daß die im Behälterteil 44 eingeschlossene
Luft durch das Rohr 50 in den Ringkanal 30 und aus diesem durch die Einströmventile
3 in die Kammer I gedrückt wird und die Verbrennungsprodukte aus dieser Kammer austreibt.
Etwas später erfolgt die Förderung von Gas aus der Kammer 43 durch die Leitungen
47, 29 und die Ventile 3 a in die Kammer I. Ein Teil des Gases wird durch das Rohr
45 während des Steigens des Flüssigkeitsspiegels von der Höhe l bis l auf die Höhe
l2 bis l2 in die Zuleitung zurückgedrängt. Während des Überganges des Flüssigkeitsspiegels
von der Höhe l2 bis l2 auf den Höchststand l3 bis l3 werden Gas und Luft gleichzeitig
der Verbrennungskammer zugeführt. Die Ventile 3 und 3a schließen sich, und der Flüssigkeitsspiegel
im Behälter 40 senkt sich wieder zum Teil infolge des fortgesetzten Ausströmens
der Flüssigkeit durch das Rohr 41 und zum Teil infolge des Zurückschwingens _ der
Flüssigkeit durch die Leitung ii in die Verbrennungskammer, wodurch die Vonfile
4 geschlossen werden und die neue Gemischfüllung komprimiert wird. Während des Sinkens
der Flüssigkeit in 43 und 44 lassen die Rückschlagventile 46 und 49 Gas und
Luft in 43 und 44 einströmen, bis die unteren Auslaßenden der Rohre 45 und 48 freigelegt
werden. Wenn der tiefste Flüssigkeitsstand l bis l wieder erreicht
ist, sind auch die Kammern 43 und 44 wieder gefüllt, so daß der Arbeitsgang wieder
beginnen kann. Dadurch, daß man die Rohre 45 und 48 in der Höhe verstellbar macht,
läßt sich die Menge des verdrängten Gases und der verdrängten Luft und demnach die
Menge des der Verbrennungskammer zugeführten Gemisches verändern.