DE43244C - Wasserförderung mittelst Luftdrucks - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

KLASSE 59: Pumpen.

Aus einem mit Wasser gefüllten, luftdicht geschlossenen Gefäfs, in welches ein Luftrohr von einer Luftpumpe mündet und aus welchem ein nicht weit vom Boden des Gefäfses entferntes Druckrohr nach oben geht, wird das Wasser entsprechend der Stärke des durch die Luftpumpe erzeugten Luftdruckes in dem Druckrohr hochgedrückt.

Einem solchen Gefäfs entspricht der Cylinder A, Fig. i. Wird derselbe unter Wasser gestellt, so strömt durch das im unteren Boden befindliche Ventil c Wasser in das Innere. Durch Einpressen von Luft durch das Rohr d wird alsdann das Wasser in dem fast bis zum Boden des Cylinders A, Fig. 1, reichenden Rohr α in die Höhe und durch das Ventil e weiter befördert.

Der fördernde Druck wird durch eine Luftpumpe L ohne die sonst üblichen direct angeschlossenen Ventile ausgeübt. An Stelle des aus dem Cylinder A, Fig. 1, herausgedrückten Wassers befindet sich nun geprefste Luft. Sobald jedoch der Kolben der Luftpumpe zurückgeht, also ansaugt, wird sich auch die geprefste Luft wieder ausdehnen, und wenn der Luftdruck in dem Cylinder A, Fig. 1, gleich dem der Atmosphäre ist, wird das Wasser wieder durch das Ventil c in den Cylinder einströmen. Erreicht endlich der Luftpumpenkolben seinen früheren Ausgangspunkt, so wird auch der Cylinder A, Fig. 1, wie im Anfang wieder mit Wasser gefüllt sein.

Dieser Vorgang könnte nun fortlaufend wiederholt werden, wenn nicht infolge der Compression nach und nach Luft in der Luftpumpe L, dem Cylinder A, Fig. 1, und der Rohrleitung d verloren ginge und alsdann die starke Ausdehnung der Luft die Leistungsfähigkeit beeinträchtigen würde. Aus diesem Grunde mufs der Cylinder A nach jeder Druckperiode mit der Atmosphäre in Verbindung gebracht werden. Dies geschieht durch den neben der Luftpumpe angeordneten Luftsauge - Apparat, Fig. 2 bis 4. In den inneren, oberen Theil dieses Apparates mündet das Luftrohr g, welches in beliebiger Weise mit dem Luftrohr d, Fig. 1, zu verbinden ist. Ferner steht dieser Apparat, Fig. 2 bis 4, durch ein Rohr / mit der Atmosphäre in Verbindung. Im Innern des Apparates, Fig. 2 bis 4, ist dieses Rohr/ syphonartig gebogen und endigt in ein Ventil /?. Da also die Luftpumpe L mit dem Apparat, Fig. 2 bis 4, durch das Luftrohr d und das Rohr g in Verbindung steht, so wird auch jeder Druck dem Innern des Apparates, Fig. 2 bis 4, mitgetheilt, wobei das Ventil h den Austritt der Luft durch das Rohr/ verhindert. Umgekehrt aber, wenn der Kolben der Luftpumpe L saugt und der Luftdruck unter dem Kolben bezw. in dem Luftrohr d unter den Druck einer Atmosphäre sinkt, so wird diese Ausdehnung der Luft auch dem Apparat S, Fig. 2 bis 4, durch das Luftrohr g mitgetheilt und alsdann ein Ansaugen von Luft durch das Rohr / und durch das sich hebende Ventil h stattfinden. Um aber zu verhindern, dafs ein Ansaugen von Luft erfolgt, bevor der unter Wasser stehende Pampenkörper, Fig. i, sich mit Wasser gefüllt hat, ist ein Kolben i in das Rohr/ eingesetzt. Dieser Kolben ist mit der Kolbenstange der Luftpumpe L derartig gekuppelt, dafs er die

gleichen Bewegungen der Luftpumpe mitmacht, aber auch höher und niedriger gestellt werden kann, Fig. ι.

Während des Hochganges, des Ansaugens, des Luftpumpenkolbens versperrt demnach der ebenfalls ansaugende Kolben i das Rohr f₇ so dafs ein Luftzutritt zunächst nicht, sondern erst dann stattfinden kann, wenn sich der Kolben i über den Oeffnungen k befindet und durch diese Oeffnungen der Luft der Eintritt durch das Rohr f, Ventil h in den Apparat, Fig. 2, und von hier aus weiter durch das Rohr g nach dem Rohr d und der Luftpumpe gestattet, wodurch im Innern dieser Apparate und auch im Pumpenkörper A der erforderliche atmosphärische Druck hergestellt wird.

Ein niedriger Wasserstand um den Pumpenkörper, Fig. i, hat ein langsames Einfliefsen in den Pumpenkörper, Fig. i, zur Folge, es ist daher für ein späteres Einsaugen von Luft zu sorgen. Der Kolben i mufs also niedriger gestellt werden, denn sonst wird die Luftpumpe früher Luft einsaugen, und das nur langsam zutretende Wasser kann den Pumpenkörper nicht genügend füllen. Ein Gleiches findet statt bei einem sehr schnellen Gang der Luftpumpe. Bei langsamem Gang der Luftpumpe oder hohem Wasserstand aufserhalb des Pumpenkörpers, also bei starkem Druck nach dem Innern des letzteren, ist die Beschränkung des Luftzutrittes nur in geringem Mafse erforderlich.

Die Stellung des Kolbens i läfst sich leicht durch das Gehör bestimmen, da eine zu starke Ausdehnung der Luft, also eine zu niedrige Stellung des Kolbens z, durch scharfes, pfeifendes Einströmen der Luft durch die Oeffnungen k angezeigt wird, während bei einer zu hohen Stellung des Kolbens das Einströmen der Luft nicht bemerkbar wird. Ein zu hoch gestellter Kolben i läfst anstatt Wasser zu viel Luft saugen; die Folge ist, dafs ein geringeres Quantum Wasser gefördert wird, ja sogar ein Versagen der Apparate eintreten kann. Ein zu niedrig gestellter Kolben bewirkt ein stärkeres Ansaugen, eine stärkere Ausdehnung der Luft, als erforderlich ist, also unnöthige Belastung der Betriebskraft. Die richtige Stellung findet man demnach bald aus der Menge des geförderten Wassers.

Mit Hülfe dieses Systems soll es möglich sein, aus dem unter Wasser stehenden Pumpenkörper A, Fig. i, Wasser beliebig hoch zu drücken. Um jedoch aus Rücksicht auf das Material den Druck der Luft nicht zu hoch werden zu lassen, kann die Leitung auch derartig angeordnet werden, dafs zwei oder vier Pumpenkörper, nach Fig. i, über einander und dementsprechend zwei Luftpumpencylinder mit zwei Luftsauge-Apparaten, Fig. 2 bis 4, Anwendung finden. Als Luftpumpe kann alsdann auch eine doppeltwirkende, Fig. 5, oder eine zweistiefelige, Fig. 6, jeder Stiefel mit einfacher Kolbenwirkung, angewendet werden. Natürlich mufs auch hier die Gröfse der Cylinder der zu pressenden Luftmenge, der Menge und· Höhe der zu fördernden Wassermenge, sowie dem Rauminhalt der Luftrohre entsprechen. Da des gleiehmäfsigen Betriebes wegen der Druck eines Luftpumpencylindcrs gleich dem des anderen Cylinders sein mufs, so mufs bei Anwendung mehrerer Pumpenkörper A B, Fig. 6, die gleiche Anzahl von Pumpenkörpern mit jedem einzelnen Luftpumpencylinder in Verbindung stehen, also insgesammt stets eine gerade Anzahl. Bei zwei Pumpenkörpern, Fig. 5, würde je ein Luftpumpencylinder mit je einem Pumpenkörper zu verbinden sein. Von dem unteren sich selbst füllenden Pumpenkörper wird das Wasser in den oberen hineingedrückt. Bei vier über einander stehenden Pumpenkörpern, Fig. 6, werden die Pumpenkörper A₁ und A₁, mit dem Luftpumpencylinder L, die Pumpenkörper B₁ B₀ aber mit dem anderen Luftpumpencylinder L₁ durch je ein Luftrohr d d_{ zu verbinden sein. Auch mufs ebenfalls des gleiehmäfsigen Betriebes wegen die Druckhöhe der einzelnen Behälter eine möglichst gleiche sein, da der Druck der Luftpumpe die Behälter gleichmäfsig füllt, einem niedriger stehenden Behälter der geringeren zu hebenden Wassersäule wegen demnach mehr Wasser zugeführt wird, als den anderen Behältern, zu welchen ein längeres Druckrohr fuhrt, bei denen daher eine schwerere Wassersäule zu heben ist.

Die Inbetriebsetzung und der Betrieb ist alsdann folgendermafsen:

Die Druckrohrleitung und die Behälter sind mit Wasser zu füllen. Es kann dies schon bei der Aufstellung geschehen oder auch nach fertiger Montage, indem man nach Entfernung der kleinen Kolben i Gummirohrc über die Röhre f zieht. Die Luftpumpe, langsam in Betrieb gesetzt, wird nach und nach die Luft aus den Pumpenkörpern, Fig. 1, und der Rohrleitung herausdrücken und an Stelle derselben durch die Gummirohre Wasser einsaugen, bis das Wasser aus der Druckrohrleitung herausfliefst und hiermit die Füllung der ganzen Anlage anzeigt. Die Gummirohre werden hierauf entfernt. Die Luftpumpe macht einige Touren und saugt nun anstatt Wasser Luft an, welche sie zunächst in die beiden oberen Pumpenkörper drückt. Den unteren Pumpenkörpern kann sich der Luftdruck nicht sogleich mittheilen, da die nach diesen führenden Luftrohre d noch mit Wasser gefüllt sind. Der Widerstand des Wassers ist in den engen Röhren gröfser, als der Widerstand, welchen der Luftdruck durch Fortdrücken des Wassers aus dem Pumpenkörper A₂ nach aufsen und

aus dem Pumpenkörper JS., nach dem oberen leeren Pumpenkörper zu überwinden hat. Es wird die geprefste Luft durch die Druckleitung der Pumpenkörper B₁, und A₂ nach aufsen entweichen. Auch aus der Druckrohrleitung vermag der Luftdruck das Wasser nicht zu entfernen, vielmehr entweicht die überschüssige Luft durch das Wasser hindurch. Die Druckrohrleitung ist also voll Wasser, im Pumpenkörper A₂ und J3₂ ist Luft, im Pumpenkörper A₁ und B₁ Wasser.

Der Luftpumpencylinder L ist mit Luft gefüllt, zum Druck bereit, da nun zuerst der oberste Pumpenkörper A₂ und der mit diesem durch ein und dasselbe Luftrohr verbundene Pumpenkörper A₁ unter Druck zu setzen sind. Der Ausflufs des Wasserdruckrohres ist zu verschlieisen. Der Luftpumpencylinder L drückt nun zunächst auf den Pumpenkörper A.„ und da die Luft aus demselben wegen des Verschlusses des Ausflufsrohres nicht entweichen kann, wird der Luftdruck das Wasser, welches sich noch in dem unteren Theil des Luftrohres befindet, in den Pumpenkörper A₁ und von diesem weiter nach dem leeren Pumpenkörper B₂ drücken. Der andere Luftpumpencylinder L₁ saugte während dieser Zeit die Luft aus JS₂ ein, so dafs sich dieser Pumpenkörper ungehindert mit Wasser füllen konnte. Nun haben wir in Pumpenkörper A₂ Luft, in B₂ Wasser, in A_x Luft und in B₁ Wasser. Drückt nun der Luftpumpencylinder L₁, so wird er das Wasser aus dem Pumpenkörper B₂ nach A₂ drücken, aus welchem letzteren Pumpenkörper der Luftpumpencylinder L die Luft einsaugt, so dafs sich dieser Pumpenkörper A₂ ungehindert mit Wasser füllen kann. Des Verschlusses des Druckrohres wegen kann das Wasser von A₂ nicht weiter und ebenso die Luft aus B₂ nicht entweichen, so dafs die den Raum von zwei Pumpenkörpern einnehmende geprefste Luft in gleicher Weise wie auf der anderen Seite für L beschrieben, auch auf den Pumpenkörper B₁ drückt und von hier aus nach den von der Luftpumpe L angesaugten Pumpenkörpern A₁ fördert.

Wir haben nun: im Pumpenkörper A₂ Wasser, in Br, Luft, in A₁ Wasser, in B₁ Luft und die Luftrohre d vollkommen frei von Wasser, so dafs nun jene Luftpressung und auch ein Ansaugen von Luft ungehindert, gleichzeitig und gleich stark auf die mit je einem Luftpumpencylinder verbundenen Pumpenkörper wirken kann. Der Verschlufs des Ausflufsrohres ist zu entfernen, die Kolben i in die Luftsaugerohre f des Luftsauge-Apparates, Fig. 2 bis 4, sind niedrig einzusetzen.

Arbeitet nun die Luftpumpe weiter, so wird Luftpumpencylinder L₁ saugen aus Pumpenkörper B₂ und B₁ ; der Pumpenkörper B₁ wird sich, wie früher beschrieben, selbst mit Wasser füllen. Luftpumpencylinder L drückt dagegen aus den Pumpenkörpern A₁ Wasser nach. JS₂ und aus A₂ Wasser durch das Druckrohr nach aufsen.

Es findet nun ein wechselseitiges Saugen und Drücken der Luftpumpencylinder L und L₁ auf die mit denselben verbundenen Pumpenkörper A₂ und A₁, sowie entsprechend auf B₂ und B₁ statt. Man kann nun mit dem Betrieb beginnen und regulirt nun auch die Stellung des Kolbens i, welcher darum niedrig gestellt wurde, um die allzugrofse Menge Luft, welche in den Apparaten vorhanden war, durch beschränktes Ansaugen zu entfernen.

Für Bohrbrunnen wird man dem Pumpenkörper, Fig. ι, keine überstehenden Plantschen geben. Bei Anwendung von mehreren Pumpenkörpern über einander werden die Rohre nach den tieferliegenden Pumpenkörpern durch die höheren hindurchgeführt und die betreffenden Luftrohrleitungen oberhalb der einzelnen Pumpenkörper abgezweigt (s. Fig. 7). Der Betrieb ist derselbe wie bei vorstehend beschriebenen Anlagen.

Bei der in Fig. 8 angegebenen Anordnung wird ebenfalls eine doppelt wirkende Luftpumpe angewendet, deren eine Cylinderseite A mit den Pumpenkörpern A₁ und A₂, während die andere Cylinderseite B mit den Pumpenkörpern B₁ und B₂ verbunden ist. Die paarweise über einander gestellten Pumpenkörper drücken in ein gemeinsames Druckrohr D, aus welchem beim Betrieb ein ununterbrochener Wasserausflufs stattfindet. Während in JB₁ und Ä, gesaugt wird, drückt der anderseitige Luftpumpencylinder A in A₁ und A₁,. Der angesaugte Pumpenkörper B₂ füllt sich selbst mit Wasser, während in den ebenfalls angesaugten B₁ das Wasser von dem Pumpenkörper A₂ aus hineingedrückt wird. Das aus dem Pumpenkörper A₁ gedruckte Wasser fliefst durch das Druckrohr nach aufsen.

Eine doppelt wirkende Anlage mit nur einem Paar Pumpenkörper, Fig. 5, erklärt ebenfalls die Beschreibung und Zeichnung der Fig. 8, wenn man die beiden Pumpenkörper A₂ und JS₁ nur in Betracht zieht. Das Druckrohr nach den beiden anderen Pumpenkörpern wird alsdann das Ausflufsrohr sein.

Wo die Anlage eines senkrechten Brunnenschachtes, wie dies in Bergwerken häufig der Fall ist, nicht möglich ist, kann man der Anlage jede beliebige Biegung geben; dieses Pumpensystem läist sich überhaupt in der mannigfaltigsten Weise zur Anwendung bringen.

Die Aufstellung der Pumpenkörper kann oberhalb des Brunnenschachtes ausgeführt werden. Da Stöfse durch Gestänge nicht vorkommen, ist eine Befestigung im Brunnenschachte nicht unbedingt erforderlich; man kann die ganze Anlage in Ketten oder Seile hängen.

Als Vortheile dieses Systems anderen Pumpenconstructionen gegenüber stellt der Erfinder folgende dar:

Wegfall der Gestänge, welche bei grofsen Tiefen bedeutenden Kraftverlust, Stöfse und Brüche verursachen. Es ist gleichgültig, von wo die wirkende Kraft ausgeht, dieselbe kann entfernt von dem Brunnenschacht stehen. Die arbeitenden Maschinentheue der Luftpumpe sind leicht zugänglich und befinden sich stets unter den Augen des Wärters. Weniger bewegliche Theile als andere Pumpen, daher weniger Betriebsstörungen. Dem Principe der kolbenlosen Dampfpumpen sehr ähnelnd, hat es diesen gegenüber den Vortheil, dafs die geprefste Luft mit gleicher Kraft auch auf grofse Tiefen wirkt, während ein grofser Theil des Dampfes in langen Leitungen condensirt und hierdurch ein grofser Theil der wirkenden Kraft verloren geht.

Wenn der Pumpenkörper, Fig. i, tief unter Wasser zu stehen kommt, wird auch in das Luftrohr d Wasser eindringen, welches die Fortbewegung der Luft hemmt. Es ist daher an dem Luftrohr d ein Schwimmventil s, Fig. 5, anzubringen, mittelst dessen das in dem Pumpenkörper hochsteigende Wasser vom Zutritt in das Luftrohr d abgehalten wird.

Der Inhalt der Pumpenkörper, Fig. 1, mufs grofser als das jedesmal zu bewegende Wasser sein, damit keine Luft durch die Druckrohrleitung entweichen kann.

Der Luftsauge-Apparat, Fig. 2 bis 4, mufs so weit mit Wasser angefüllt werden, dafs die Mündung des Rohres g freibleibt, um einerseits einen sicheren Verschlufs des Ventils /2 zu erhalten, dann aber auch, um nicht durch diesen Raum geprefste Luft bezw. deren Wirkung in den Pumpenkörpern zu verlieren.

Aus gleichem Grunde, also um der zu pressenden Luft möglichst wenig Raum zu geben, sind die Luftrohre d mit möglichst kleinem Durchmesser zu wählen.

Der Durchmesser des Luftrohres f in dem Luftsauge - Apparat, Fig. 2, ist gleich dem des Luftrohres d. Ebenso mufs die gesammte _ Fläche der Oeffnungen k dem Querschnitt der Luftrohre gleich sein. Die Oeffnungen k sind über einander anzubringen.

An Stelle je eines Ventils e und c in dem Pumpenkörper, Fig. 1, kann man auch je zwei Ventile anordnen, wodurch eine gröfsere Sicherheit des Verschlusses erzielt wird.

Um sich von dem vollkommenen hermetischen Verschlufs der ganzen Anlage zu überzeugen , kann man dieselbe nach Verschlufs des Ausflufsrohres, wenn die Anlage bei der Inbetriebsetzung mit Wasser gefüllt ist, durch das Luftsaugerohr/ unter entsprechenden Druck setzen.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   An Wasserhebevorrichtungen, bei welchen durch ein Rohr d mit Schwimmerventil 5 in einem oder mehreren Behältern (A B) eine Zu- und Abnahme des Luftdrucks abwechselnd bewirkt wird, die Verbindung der Luftpumpe L mit einem Luftersatz-Apparat S, Fig. 2 bis 4, bei welchem in einem unten aufgebogenen, mit Rückschlagventil h versehenen Rohr f ein Kolben i, welcher mit der Antriebsvorrichtung der Luftpumpe stellbar gekuppelt ist, bewegt wird, um Luft durch die Oeffnungen k des Rohres f anzusaugen und durch das Rohr g in die Luftrohrleitung d zu drücken.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.