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Pumpe zum Fördern eines flüssigen oder zähflüssigen
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Mediums Die Erfindung betrifft eine Pumpe zum Fördern eines flüssigen
oder zähflüssigen Mediums, mit einer sich zumindest angenähert in senkrechter Richtung
erstreckenden und mit einer Eingangsöffnung versehenen Pumpenkammer, die an ein
Entleerungsrohr und eine zum wahlweisen Zuführen oder Ableiten eines Gases dienende
Leitung angeschlossen ist, mit einem den Druckausgang aus der Pumpenkammer sperrenden
Rückschlagventil in der Eingangsöffnung, mit einem dem Entleerungsrohr zugeordneten
und während eines Entleerungsvorganges offenen Sperrventil und mit einem Mehrwegeventil
in der zum wahlweisen Zuführen oder Ableiten eines Gases dienenden Leitung, mittels
dessen die Leitung mit einem unter Druck stehenden Gas oder dem normalen Umgebungsdruck
verbindbar ist.
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Ein derartiges Ventil ist aus der US-PS 1.596.303 bekannt. Wenn die
Pumpe in die jeweils zu fördernde Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, eingetaucht
wird, füllt sich die Pumpenkammer durch das die Eingangsöffnung in Einströmrichtung
freigebende
Rückschlagventil. Während des Füllens befindet sich
das Mehrwegeventil in derjenigen Betriebsstellung, in der die Pumpenkammer mit dem
narmalen Umgebungsdruck verbunden ist. Zur Einleitung des anschließenden Entleerungsvorganges
wird das Mehrwegeventil umgeschaltet, so daß mit IIilfe von Druckluft die in der
Pumpenkammer befindliche Flüssigkeit durch das Entleerungsrohr herausgedrückt wird.
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Nachteilig ist es bei dieser Pumpe, daß das Mehrventil in verhältnismäßig
großer Entfernung von der Pumpenkammer angeordnet ist. Es befindet sich somit zwischen
dem Mehrwegeventil und dem Ausgang der Pumpenkammer ein verhältnismäßig große Leitungsvolumen,
das einerseits nicht mehr ein zum Fördern der Flüssigkeit nutzbares Volumen ist,
während es andererseits dasjenige Volumen vergrößert, in dem der zwischen dem Füllvorgang
und dem Entleerungsvorgang sowie zwischen dem Entleerungsvorgang und dem Füllvorgang
notwendige Druckwechsel stattfinden muß. Wenn die Pumpenkammer zum IIerausdrücken
der Flüssigkeit mit Druckluft beaufschlagt wird, so herrscht auch ein entsprechend
hoher Druck in der zwischen der Pumpenkammer und dem Mehrwegeventil verlaufenden
Leitung. Die in dieser Leitung befindliche, unter hohem Druck stehende Luft bewirkt
am Ende eines Entleerurlqsvorganges, wenn der hohe Druck zur Vorbereitung des Füllvorganges
abgebaut werden muß, eine Verzögerung des Druckabbaus in der Pumpenkammer selbst,
denn zunächst muß der in der Leitung befindliche Druck über das MehrwecTeventil
abgebaut
werden. Bereits hierdurch wird der Wirkungsgrad der bekannten Pumpe nachteilig beeinflußt.
Es kommt jedoch hinzu, daß sich ähnliche Nachteile auch für den Übergang zwischen
dem Füllvorganq und dem Entleerungsvorgang ergeben, denn zu Beginn des Entleerungsvorganges
muß ein ausreichend großer Druck aufgebaut werden. Da dieser Druckaufbau auch in
dem für den eigentlichen Fördervorgang nicht nutzbaren Volumen der zum Mehrwegeventil
führenden Leitung erfolgen muß, ist die für den Druckaufbau in diesem Bereich notwendige
Energie nutzlos. Der hierdurch verursachte Energieverlust ist um so größer, je höher
der Betriebsdruck für das Entleeren gewählt wird.
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Somit hat die bekannte Pumpe einen äußerst unbefriedigenden Wirkungsgrad.
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Ferner ist auch die Leistung der Pumpe ungenügend. Es wird für den
Druckaufbau und den Druckabbau überaus viel Zeit benötigt, so daß sich die Folge
der Arbeitsvorgänge nicht mehr steigern läßt, und zwar auch nicht durch Erhöhung
des Betriebsdruckes zum Entleeren der Pumpenkammer.
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Hiervon ausgehend war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Wirkungsgrad
und Leistung einer derartigen Pumpe wesentlich zu verbessern.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß
das Mehrwegeventil im oberen Bereich der Pumpenkammer oder allenfalls in unmittelbarer
Nähe der Pumpenkammer außerhalb derselben angeordnet
ist.
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Unter unmittelbarer Nähe ist hierbei zu verstehen, daß das Mehrwegeventil
allenfalls bis zu einem Meter von der Pumpenkammer entfernt ist. Der mit dieser
Pumpe erzielbare Wirkungsgrad sollte bei Anordnung des Mehrwegeventils außerhalb
der Pumpenkammer um nicht mehr als 10 % gegenüber einer Anordnung des Mehrwegeventils
im oberen Bereich der Pumpenkammer herabgesetzt sein. Im übrigen ist der Begriff
Mehrwegeventil nur funktionell zu verstehen, das heißt, daß ein derartiges Ventil
auch durch Einzelventile in entsprechender Anordnung gebildet sein kann.
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Durch die Erfindung wird der Vorteil erzielt, daß der Druckwechsel
im wesentlichen nur in einem Volumenbereich erfolgen muß, der gleichzeitig auch
für die Menge der förderbaren Flüssigkeit maßgeblich ist. Es wird also entsprechend
weniger Energie zum Aufbau des Detriebsdrucks in der Pumpenkammer für das Entleeren
derselben benötigt. Es kann der Abbau des Druckes nach dem Entleeren in einer kürzeren
Zeit vor sich gehen, da bereits in unmittelbarer Nähe der Pumpenkammer die Verbindung
mit dem Umgebungsdruck erfolgt. Somit läßt sich außer der Herabsetzung der für jeden
Pumpvorgang notwendigen Energie auch eine Verkürzung der für einen Pumpvorgang notwendigen
Zeit erzielen, was eine entsprechende Leistungserhöhung bedeutet.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist gegeben, wenn dem
Mehrwegeventil ein Rückschlagventil
zugeordnet ist derart, daß
der der Pumpenkammer zugewandte Ventilauslaß gesperrt wird, wenn der Flüssigkeitsstand
das Rückschlagventil erreicht.
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Hierdurch soll erreicht werden, daß beim Füllen der Pumpenkammer und
einem verhältnismäßig späten Beendigen des Füllvorganges durch das Umschalten des
Mehrwegeventils die in der Pumpenkammer befindliche Flüssigkeit in das Mehrwegeventil
eindringen kann.
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Dies würde nicht nur die Schaltvorgänge dieses Ventils nachteilig
beeinflussen, sondern die Funktionssicherheit gefährden, wenn die zu fördernde Flüssigkeit
stark schmutzhaltig ist. Das Rückschlagventil dient somit auch als Schutz gegen
eine Verschmutzung des Mehrwegeventils.
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Das dem Entleerungsrohr zugeordnete Sperrventil kann vorteilhaft ein
Rückschlagventil sein, dem zusätzlich ein Schaltventil, vorzugsweise ein Schieber-Ventil,
nachgeschaltet ist. Das erstgenannte Ventil verhindert in jedem Fall den Rückfluß
des geförderten Mediums durch das Entleerungsrohr während des nächsten Füllvorganges.
Auch kann das Sperrventil in einem außerhalb der Pumpenkammer verlaufenden Teil
des Entleerungsrohres angeordnet sein, so daß es gut zugänglich ist. Das Schieber-Ventil
wird man insbesondere dann schließen, wenn der Pumpenbetrieb für längere Zeit unterbrochen
werden soll.
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Nlchfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand
einer Zeichnung näher beschrieben,
die einen schematischen Längsschnitt
durch eine Pumpe zeigt, die in eine Brunnenbohrung eingeführt ist.
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In der Brunnenbohrung befindet sich ein geschlitztes Rohr 10. Ein
die Pumpenkammer bildendes zylindrisches Rohr 11 ist in das geschlitzte Rohr 10,
das im allgemeinen als Filterrohr in einem Brunnen vorhanden ist, eingesetzt. Hierbei
stützt sich das die Pumpenkammer bildende Rohr 11 mit Hilfe von kreisringförmigen
Dichtungsscheiben 12 an dem geschlitzten Rohr 10 ab.
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Das Rohr 11 ist an seiner unteren Seite durch einen Boden 13 verschlossen,
der eine zentrale Eingangsöffnung 14 aufweist. Eine Kugel 15 übernimmt die Funktion
eines Rückschlagventils, wobei der Rand der Eingangsöffnung 14 als Ventilsitz dient,
Die obere Stirnseite des Rohres 11 ist ebenfalls verschlossen. Hier mündet eine
Leitung 16 in den Innenraum des Rohres 11 bzw. die Pumpenkammer 17. Die Leitung
16 ist an die Ausgangsseite eines Mehrvegeventils 18 angeschlossen, welches zwei
Eingänge hat.
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Der eine Eingang ist mit einer Zuführungsleitung 19 verbunden, der
andere Eingang, an den eine Leitung 20 angeschlossen ist, wird mit der Pumpenkammer
17 verbunden, wenn diese druckentlastet werden soll.
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Die mit der Bezugsziffer 21 bezeichnete Oberseite der Pumpenkammer
17 wird von einem Entleerungsrohr 22 durchsetzt, das sich nach unten hin bis in
die Nähe der Kugel 15 erstreckt. Oberhalb der Pumpenkammer 17 ist in das Entleerungsrohr
22 ein Rückschlagventil 23 eingesetzt. Ferner ist das Entleerungsrohr 22 durch einen
Schieber 24 verschließbar.
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Oberhalb der Pumpenkammer 17, jedoch in Strömungsrichtung gesehen
vor dem Rückschlagventil 23 ist in die Wandung des Entleerungsrohrs 22 ein Hilfsventil
25 eingesetzt, das als Gegendruckventil ausgebildet ist und dessen Ansprechwert
so hoch gewählt ist, daß er höher ist als der an dieser Stelle während des Förderbetriebes
herrschende Druck.
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Im übrigen ist der Bereich um die Eingangsöffnung 14 herum durch ein
geschlitztes Rohrstück 26 abgeschirmt, das sich ebenfalls mittels einer Dichtungsscheibe
12 an dem geschlitzten Rohr 10 abstützt und mit dem Rohr 11 fest verbunden ist.
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Die Pumpe hat im einzelnen folgende Arbeitsweise: Die Pumpenkammer
17 kann sich füllen, wenn die in ihr enthaltene Luft über die Leitung 16 entweichen
kann. Zu diesem Zweck wird das Mehrwegeventil 18 in diejenige Stellung gebracht,
in die es die Leitung 16 mit der Leitung 20 verbindet. Die als Rückschlagventil
dienende Kugel 15 wird durch den Druck des Wassers angehoben, so daß dieses durch
die Eingangsöffnung 14 einströmen kann. Währenddessen wird durch das Rückschlagsventil
23 verhindert, daß oberhalb desselben befindliches Wasser in die Pumpenkammer 17
zurückströmen kann. Da der Druck des in die Pumpenkammer 17 einströmenden Wassers
verhältnismäßig groß ist, füllt sich die Pumpenkammer 17 in zwei bis drei Sekunden.
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Anschließend wird das Mehrwegeventil 18 umgeschaltet, so daß über
die Zuführungsleitung 19 und die Leitung 16 die Pumpenkammer 17 mit Luftdruck beaufschlagt
wird. Dieser ist so groß bemessen, daß das in der Pumpenkammer 17 befindliche Wasser
durch das Entleerungsrohr 22 nach oben gedrückt
wird, wobei das
Rückschlagventil 23 automatisch öffnet und die Kugel 15 fest auf den Rand der Eingangsöffnung
14 gedrückt wird, so daß dort ein Wasseraustritt nicht stattfinden kann. Dieser
Pumpvorgang wiederholt sich in beliebiger Häufigkeit. Der Schieber 24 ist während
des Pumpvorganges offen. Für die Entleerung der Pumpenkammer 17 werden bei dieser
als Beispiel beschriebenen Pumpe etwa zwölf bis zwanzig Sekunden benötigt.
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Wenn die Pumpe im Umlaufbetrieb arbeiten soll, wird der Schieber 24
geschlossen. Zunächst füllt sich die Pumpenkammer 17 in gleicher Weise wie bei dem
zuvor beschriebenen Pumpvorgang. Wenn anschließend das Mehrwegeventil 18 umgeschaltet
und Druckluft auf die Pumpenkammer 17 gegeben wird, öffnet das Hilfsventil 25 selbsttätig,
denn es kann sich jetzt ein Druck aufbauen, der größer ist als der während eines
Pump- bzw. Fördervorganges beschriebene Druck. Der Ansprechdruck des Hilfsventils
25 wird also überschritten. Das Wasser kann am Hilfsventil 25 vorbei austreten und
in der durch die Pfeile 27 bezeichneten Richtung wieder in das Bohrloch zurückströmen,
um während des anschließenden Füllvorganges erneut in die Pumpenkammer 17 zu gelangen.
Der Umlaufbetrieb läßt sich ebenfalls mit beliebiger Häufigkeit fortsetzen, wobei
im Bedarfsfall über die Leitung 16 auch ein Reinigungsmittel dem im Umlauf geförderten
Wasser zugegeben werden kann.
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Das Mehrwegeventil 18 ist also in die Oberseite 21 bzw. den Deckel
der Pumpenkammer 17 eingesetzt, so daß der untere Bereich des Mehrwegeventils 18
ein Stück in die Pumpenkammer 17 hineinragt. Hier ist dem in die Pumpenkammer 17
mündenden Ventilanschluß ein Rückschla(3-ventil 28 vorgeschaltet, das einen Flüssigkeitseintritt
in diesen Anschluß mit Sicherheit verhindert, falls die Flüssigkeit in der Pumpenkammer
17 entsprechend hoch ansteigen kann.
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ß e z u g s z i f f. e r n 1 i s t e 10 Rohr 11 Rohr 12 Dichtungsscheibe
13 Boden 14 Eingangsöffnung 15 Kugel 16 Leitung 17 Pumpenkammer 18 Mehrwegeventil
1 9 Zuführungsleitung 20 Leitung 21 Oberseite 22 Entleerungsrohr 23 Rückschlagventil
24 Schieber 25 Hilfsventil 26 Rohrstück 27 Pfeil 28 Rückschlagventil