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Kolbenpumpe. Vorliegende Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe zum Absaugen
einer Flüssigkeit unter einem Druck, der dem des gesättigten Dampfes bei der gegebenen
Temperatur nahe liegt, und zwar eine Pumpe der üblichen Art, bei der die Zuflußöffnung
für die Flüssigkeit am Ende des Kolbenhubes gleichzeitig mit einer Ausgleichöffnung
freigelegt wird, die mit einem Raum in Verbindung steht, in welchem ein höchstens
der Spannung des gesättigten Dampfes entsprechender Druck herrscht.
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Gegenstand der Erfindung ist eine verbesserte Ausbildung einer solchen
Pumpe zum Zwecke eines systematischen Absonderns der in der Flüssigkeit gelösten
oder damit gemischten Gase. Gemäß der Erfindung wird der Kolben so angeordnet, daß
er nur einen Bruchteil des Fassungsraumes des Pumpenkörpers ausfüllt, und gleichzeitig
werden die Druckventile des Pumpenkörpers soweit wie möglich von der Zuflußöffnung
angebracht. Infolge dieser Anordnung kann die Flüssigkeif im Pumpenkörper eine genügend
lange Zeit verbleiben, um sie so lange unter Saug-' spannung zu halten, wie es für
eine vollständige Entgasung erforderlich ist.
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Um den Abfluß der Gase zu erleichtern und die Bildung von Gastaschen
im oberen Teil des Pumpenkörpers zu verhüten, werden vorzugsweise die Zuflußöffnung
und die dem Abfluß der Gase dienende Ausgleichöffnung an der höchsten Stelle des
Pumpenkörpers angebracht.
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Es ist auch empfehlenswert, die Druckventile in so tiefer Lage anzubringen,
daß der über ihnen liegende Teil des Fassungsraumes des Pumpenkörpers größer ist
als das Volumen des Kolbens, so daß die Ventile während des Saughubes dauernd in
die Flüssigkeit eingetaucht bleiben.
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Endlich kann man zur Sicherung einer guten Wirkung einen als Regler
dienenden Windkessel in der Abflußleitung für die durch die Ausgleichöffnung abströmenden
Gase anordnen und gegebenenfalls kann zwischen
der Ausgleichöffnung
und dem mit ihr in Verbindung stehenden Behälter eine Verdichtungsvorrichtung eingeschaltet
sein, die in dem Pumpenkörper bei freigelegter öffnung einen Druck erzeugt, der
unterhalb des in dem betreffenden Behälter herrschenden Druckes liegt.
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Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung sind beispielsweise auf
beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht.
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Abb. i zeigt die Anwendung der Vorrichtung auf eine einfach wirkende
Pumpe, Abb.2 auf eine doppelt wirkende Pumpe mit wagerechtem Tauchkolben, die Abb.
3 und 4. auf eine Pumpe mit vertikalem Differentialtauchkolben.
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Die Abb. 5 und 6 betreffen eine Ausführungsform der Vorrichtung für
den Fall, daß der Behälter eine Flüssigkeit enthält, die unter einem geringeren
Druck als dem Atmosphärendruck steht.
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Abb.7 ist eine fernere Ausführungsform, bei welcher am Ende des Kolbenhubes
ein Druck erzeugt wird, der niedriger ist als der des Flüssigkeitsbehälters.
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Die Ausführungsform entsprechend Abb. 8 kennzeichnet sich durch den
Wegfall der Einlaßventile.
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Bei der Ausführungsform entsprechend Abb, i bezeichnet i den Behälter,
aus welchem die Flüssigkeit unter den erwähnten Bedingungen herauszufördern ist.
Der Flüssigkeitsstand ist mit 2 bezeichnet.
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Die Pumpe ist bekannter Art, d. h. mit einfach wirkendem Tauchkolben,
wobei das Entleeren der Flüssigkeit durch die hin und her gehenden Bewegungen eines
vollen Kolbens 4 in einem Zylinderraum 5 bewirkt wird. Der Zylinderraum ist mit
einem Saugventil 6 versehen, welches durch die Leitung 7 mit dem Behälter i in Verbindung
steht, und mit einem Rückschlagventil8. In der Wandung des Zylinders 5, in Nähe
der Stopfbuchse, ist eine halbkreisförmige Zuflußöffnung g vorgesehen, deren Ränder
sich dicht an den Kolben 4 anlegen und die am Ende des Hubes freigelegt wird. Ein
Rohr io schließt diese Öffnung an die Flüssigkeitsleitung 7 an. Andererseits ist
in der Wandung des Pumpenkörpers 5 gegenüber der Öffnung g eine Austrittsöffnung
i i- angebracht, die mit dem Behälter i durch ein Leitungsrohr i2 verbunden ist.
Letzteres mündet über dem ursprünglichen Flüssigkeitsstande 2 in den Behälter i
aus. Auch die Ränder dieser Öffnung i i schließen sich dicht an den Kolben 4. Die
Arbeitsweise ist folgende: Der Kolben 4 bewegt sich durch einen beliebigen Antrieb
aus seiner äußersten Linksstellung, die gestrichelt auf der Zeichnung angegeben
und mit 4' bezeichnet ist, nach rechts im Sinne des Pfeiles F. Die aus dem Behälter
i übertretende Flüssigkeit hebt die Klappe 6 und tritt in den Zylinderraum 5, den
sie aus den oben angedeuteten Gründen (teilweise Verdampfung, Mitreißen von Gasbläschen,
Lufteintritt) nicht vollständig ausfüllt.
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Sobald der Kolben in seine Endstellung bei 4 angelangt ist, gibt er
gleichzeitig die Öffnungen g und i i frei. Der in dem Reservoir i befindliche Druck
geht in den Zylinderraum 5 über infolge der Rohrverbindung 12, und die Flüssigkeit
fließt frei durch das Rohr io durch die Öffnung g ab nach dem Gesetz der kommunizierenden
Röhren, ohne daß es einer besonderen Saugwirkung bedarf. Die in dem Raum 5 enthaltenen
Gase und Dämpfe treten frei durch das Rohr 1a in den Behälter i über. Wenn der Raum
5 auf diese Weise mit Flüssigkeit angefüllt ist, so geht der Kolben aus der Stellung
4 in die Stellung 4' zurück, drückt die Flüssigkeit in bekannter Weise durch das
Ventil 8, worauf der Vorgang in derselben Weise sich ununterbrochen wiederholt.
Der Kolben der Pumpe könnte, statt wagerecht angeordnet zu sein, auch senkrecht
stehen. In diesem Falle werden die Einflußöffnungen und die Austrittsöffnungen für
die Gase und Dämpfe an dem oberen Ende des Zylinders angebracht.
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Handelt es sich um eine doppelt wirkende Pumpe mit wagerechtem Tauchkolben
(Abb.2), so besteht der Pumpenkörper aus einem Raum 13, welcher durch eine Zwischenwand
16 in zwei Abteile 14 und 15 abgetrennt wird. Ein doppelt wirkender
Tauchkolben 17 geht durch die Zwischenwand 16 dicht hindurch und wird durch eine
Stange 18, die durch die Stopfbuchse ig geht, in Bewegung gesetzt, Der Pumpenkörper
13 trägt zwei Saugklappen 2o und 2,1, welche durch die Leitung 22 mit dem 'Behälter
23 verbunden sind; und ferner zwei Druckklappen 24 und 25. Die Einfüllöffnungen
für die Flüssigkeit befinden sich bei 26 Lund 27 zu beiden Seiten der Zwischenwand,
und zwar am Boden des Pumpenkörpers. Die Gase und Dämpfe entweichen im oberen Teil
durch die Öffnungen 28 und 29, welche den Kanälen 26 und 27 gegenüberliegen und
durch die Leitung 30 mit dem Behälter 23 in Verbindung stehen. Die Ränder der Kanäle
26 und 27 sowie der Öffnungen 28 und 2g legen sich dicht gegen den Kolben. Die Arbeitsweise
entspricht im wesentlichen der vorgenannten, nur daß sie doppelt wirkt. Die beiden
Enden des Kolbens 17 geben abwechselnd am Ende jedes Hubes entweder die Öffnungen
26 und 28 oder 27 und 29 frei.
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Die Abb. 3 und 4 zeigen eine Anwendung des Gegenstandes der Erfindung
auf eine
Pumpe mit senkrechtem Tauchdifferentialkolhen. Der Pumpenkörper
3 i wird durch eine wagerechte Zwischenwand 34 in zwei übereinanderliegende Abteile
32 und 33 getrennt. Durch die Zwischenwandung geht der Tauchkolben 35-36 hindurch,
der zwei Teile verschiedenen Durchmessers besitzt, die so berechnet sind, daß das
Volumen des schwächeren Teiles 36 die Hälfte des Volumens des breiteren Teiles 35
ausmacht. Der Teil 36 geht durch die Stopfbuchse 37 hindurch.
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Die Saugöffnung 38 sowie die Austrittsöffnung 39 für die Gase und
Dämpfe liegen in dem Raum 32 an der Zwischenwand 34. Die Ränder der Öffnungen 38
und 39 legen sich dicht an den erweiterten Teil35 des Kolbens. Der Raum 32 ist mit
einer Saugklappe 4o ausgestattet, welche durch ein Rohr 41 die Verbindung mit dem
Behälter 42 herstellt.
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Die Leitung 41 steht andererseits durch ein Rohr 43 mit der Öffnung
38 in Verbindung. Der Raum 33 trägt eine Druckklappe 44 und eine Klappe 45, welche
den Raum 33 durch die Leitung 46 mit dem Raum 32 in Verbindung setzt. Eine Leitung
47 verbindet die öffnung 39 mit dem Reservoir 42.
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Wenn der Kolben 35-36 aus seiner tiefsten Stellung entsprechend Abb.
4 nach oben geht, so beginnt die Füllung durch die Klappe 40. Hierauf, wenn die
Einfüllöffnung 38 und die Austrittsöffnung 39 freiliegen, fließt die Flüssigkeit
durch die Öffnung 38 zu, während die Gase und Dämpfe durch die Öffnung 39 austreten.
Wenn der Kolben wieder nach unten geht, so hebt sich die Klappe 45, und die Flüssigkeit
wird aus der unteren Kammer 32 fortgedrückt. Wenn aber der Kolben am unteren Ende
seines Hubes angelangt ist (Abb. 4), so steht der Teil 36 des Kolbens in der Kammer
33, und demnach ist die Hälfte des ursprünglichen Inhalts von 32 von 33 aufgenommen
worden, während die andere Hälfte durch die Klappe 44 hinausgedrängt worden ist.
Wenn der Kolben wieder hochgeht, wiederholen sich dieselben eben beschriebenen Erscheinungen
in der Kammer 32, wobei die zweite Hälfte des Zylinderinhalts von 33 durch die Klappe
44 nach außen gedrückt wird. Wenn in dem Flüssigkeitsbyehälter ein Druck herrscht,
dei- niedriger ist als der Atmosphärendruck, so muß selbstverständlich eine Vorrichtung
an demselben angebracht werden, um die nicht kondensierbaren Gase herauszuschaffen.
Hierzu eignet sich die in Abb.5 dargestellte Einrichtung. Das Auslaßrohr 48 für
die Gase und Dämpfe verbindet den Pumpenkörper 49 mit dem Behälter 5o; in dasselbe
mündet das Rohr 5 1 eines Absaugers 52 für die unkondensierbaren Gase und
verhindert, daß die austretenden Gase zum Behälter 5o gelangen, was für die darin
stattfindenden Vorgänge schädlich wäre.
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Man kann auch einen Absauger beliebiger Art 53 für die unkondensierbaren
Gase verwenden, der beispielsweise durch das Rohr 5.4 an die Öffnung 55 der Pumpe
56 angeschlossen ist (Abb. 6). Bei beliebigem Druck in dem Flüssigkeitsbehälter
kann es von Vorteil sein, um den zur Ansaugung nötigen Flüssigkeitsdruck zu verringern,
am Ende des Hubes- in dem Pumpenkörper einen niedrigeren Druck bestehen zu lassen
als im Flüssigkeitsbehälter. Zu diesem Zwecke wird das Rohr 57 (Abb. 7), durch das
die Gase und Dämpfe am Ende des Hubes aus dem Pumpenkörper 58 abfließen, zu einem
Apparat 59 geführt. Der Apparat kann ein Ventilator, ein Wasser- oder Dampfstrahlgebläse
beliebiger Art sein, welches die Gase und Dämpfe absaugt und in der Pumpe 58 einen
Druck herstellt, der niedriger ist als der ,des Gefäßes 6o. Dieses erleichtert den
Eintritt der Flüssigkeit durch die Einlaßöffnung 61 und vermindert die zu diesem
Zweck nötige Druckhöhe der Wassersäule. Der Saugapparat 59 preßt die Gase und Dämpfe
entweder bei 62 in den Behälter 6o oder bei 63 oder an einer beliebigen anderen
Stelle nach außen. Ein Behälter 64 von geeignetem Fassungsraum kann vor den Saugapparat
59 angeordnet werden, um als Regler zu dienen. Bei den Ausführungsformen, die beispielsweise
in den Abb. 5, 6 und 7 dargestellt sind, entspricht die Pumpe derjenigen von Abb.
z ; jedoch sind die angegebenen Vorrichtungen auch für die Pumpen der Abb. 2 und
3 anwendbar. Bei allen diesen Ausführungsformen können die Saugventile der Pumpe
in Wegfall kommen. In diesem Falle füllt sich der Pumpenkörper vollständig durch
die Einlaßöffnung. Die Vorrichtung kann in diesem Falle dazu verwendet werden, um
außer dem Eintritt der Flüssigkeit gleichzeitig auch den Austritt der Gase, die
in dieser Flüssigkeit vor ihrem Durchtritt durch die Pumpe in Lösung sich befanden,
zu bewirken.
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Betrachtet man eine Pumpe, die mit der voraufbeschriebenen Einrichtung
ausgestattet ist und bei der die Saugventile in Wegfall kommen, so sieht man, daß
der Kolben bei seinem Saughub das Volumen eines vollständig geschlossenen und mit
Flüssigkeit gefüllten Raumes vermehrt und infolgedessen eine Druckverminderung erzeugt,
welche die Bildung von Dampf und die Entwicklung von Gas, die in der Flüssigkeit
enthalten sind, begünstigt. Dämpfe und Gase sammeln sich im oberen Teil über einer
freien Flüssigkeitsoberfläche und füllen einen Raum aus, der am Ende des Kolbenhubes
dem
Volumen des Kolbens entspricht. Wenn der Kolben die Zufluß-
und die Gasaustr ittsöffnung freilegt, füllt sich der Pumpenkörper, und- die von
der Flüssigkeit abgeschiedenen Gase und Dämpfe treten aus.
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Der Pumpenkörper muß einen genügend großen Fassungsraum besitzen,
damit die Flüssigkeit eine geraume Zeit darin verweilt und sich vollständig entgasen
kann. Zum selben Zwecke müssen das oder die Druckventile möglichst weit ab von der
Zuflußöffnung für die Flüssigkeit liegen. Andererseits müssen diese Ventile tief
genug angebracht sein, daß sie ständig unterhalb der freien Flüssigkeitsoberfläche
liegen. Vorsorglich wird man die Gasaustrittsöffnung an höchster Stelle des Pumpenkörpers
anbringen, damit die Gase - vollständig austreten und kein Gassack zurückbleibt,
der infolge der großen Abmessungen des Pumpenkörpers sich sonst leicht bilden könnte.
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Abb.8 zeigt beispielsweise, in welcher Weise die Erfindung ausgeführt
werden kann. Die hier dargestellte Pumpe besitzt einen schräg angeordneten, einfach
wirkenden Kolben. Der volle Kolben 64 nimmt eine zwischen der Senkrechten und der
Horizontalen liegende Zwischenstellung ein und dringt in einen Raum 65, dessen Gesamtvolumen
ein Mehrfaches des Kolbens ist. Die Pumpe besitzt eine Zuflußöffnung 66 und eine
Austrittsöffnung 67 für die Gase und Dämpfe, wie die voraufgegangen beschriebenen
Apparate. Das Druckventil 68 liegt so tief, daß der Teil des Raumes 65 oberhalb
der durch den Scheitel der Klappe gehenden Horizontalebene H-H etwas größer ist
als das Volumen des Kolbens; es liegt möglichst weit von der Zuflußöffnung 66 ab.
Die Arbeitsweise ist dieselbe wie die schon beschriebene. Eine auf diese Weise ausgestattete
Pumpe erfüllt in bester Weise die an sie gestellten Anforderungen. Infolge ihres
Baues selbst befindet sich die Austrittsöffnung für die Gase an höchster Stelle
des Pumpenkörpers.
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Es kann eine ähnliche Einrichtung auch bei Pumpen nach Abb. i, 2 und
3 getroffen werden.
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Vorstehende Beschreibung hat keinerlei beschränkende Bedeutung, und
im besonderen kann man, ohne aus dem Rahmen der Erfindung herauszutreten, den Bau
der Pumpen in beliebiger Weise verändern, vorausgesetzt nur, daß der Kolben bei
seinen Huben oder bei beiden Huben eine Zuflußöffnung und eine Austrittsöffnung
für die Gase und Dämpfe freigibt und in der genannten Weise arbeitet.