DE555357C - Pumpenkolbenantrieb, insbesondere fuer Tiefpumpen - Google Patents

Description

• Pumpenkolbenantrieb, insbesondere für Tiefpumpen Die Erfindung bezieht sich auf einen hydraulischen Pumpenkolbenantrieb, welcher besonders für Tiefpumpen geeignet ist.
• Es ist besonders für Tiefpumpen bekannt, das schwere Stahlgestänge, durch welches normalerweise der Tiefkolben hin und her bewegt wird, durch eine Druckflüssigkeitssäule zu ersetzen. Durch ihre geringere Eigenmasse und die Möglichkeit des gegenseitigen Ausgleiches bei Verwendung mehrerer Antriebssäulen gestattet diese Anordnung ein gleichmäßigeres und ruhigeres Arbeiten und eine Erhöhung der Wirtschaftlichkeit. Sie vermeidet aber durchweg nicht die Nachteile, die dazu geführt haben, daß die sogenannten Wassersäulenmaschinen, mit denen sie mehr oder weniger verwandt ist, heutzutage nur noch in beschränktem Umfange verwendet werden. Zu diesen Nachteilen zählen bekanntlich vorwiegend harter Gang und Wasserschläge, die zu Beschädigungen des Triebwerkes führen. Gerade diese Hauptfehler werden durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung beseitigt.
• Der harte Gang der Antriebe beruht auf dem Umstand, daß die Druckflüssigkeitssäulen bei jeder Hubumkehr plötzlich stillgesetzt und in entgegengesetzter Richtung beschleunigt werden müssen, und da Flüssigkeiten keine Volumenelastizität besitzen, erfolgt dieser Vorgang vollkommen unelastisch und stoßartig. Besteht dabei noch die Gefahr, daß durch irgendwelche Umstände, sei es durch Undichtigkeiten oder auch, wie es bei manchen Konstruktionen der Fall ist, durch die gleichzeitige Kombination der Antriebssäulen mit den Steigleitungen des Fördergutes, die Möglichkeit gegeben ist, daß der Kraftschluß zwischen den Antriebskolben und den Druckflüssigkeitssäulen verlorengeht, so prallt der Antriebskolben mit hoher Geschwindigkeit auf die ihm entgeggenschießende Säule, und es treten dadurch die gefürchteten Wasserschläge auf, die meistens eine Zerstörung von Triebwerks- oder Leitungsteilen zur Folge haben.
• Es sind auch Konstruktionen bekannt, bei denen der Antrieb durch eine nur einseitig wirkende Druckflüssigkeitssäule bewirkt wird, wobei die Rückkehr kraftschlüssig durch eine durch den Säulendruck gespannte Feder (oder ein Luftpolster) bewirkt wird. Hier liegen die Verhältnisse vielleicht noch schlimmer, denn hier besteht die Gefahr, daß die Feder bei zu großem Widerstand die Rückbewegung nicht rechtzeitig bewirkt 'und die Gefahr des Wasserschlages ohne jedes sonstige Dazutun eintritt.
• Diesen Übelständen wird durch die vorliegende Erfindung abgeholfen; sie b.eruhtaluf der Erkenntnis, daß alle diese Antriebsarten Teile von unvollkommenen Schwingungssystemen bilden und daß die sich dabei ergebenden Mißstände eben auf diese Unvollkommenheit zurückzuführen sind. Durch die b.ewußte Ausgestaltung zu einem vollkommenen Schwingungssystem werden nicht nur die erwähnten Gefahrenmomente beseitigt, sondern gleichzeitig auch der hohe Wirkungsgrad erzielt, der für richtig ausgebildete Schwingungsantriebe .charakteristisch ist. Im folgenden sollen die grundlegenden Gedankengänge, die zu den verschiedenen Konstruktionen führen, an Hand der Abb. i bis 3 erläutert werden.
• Zu einem Schwingungssystem gehört eine Masse und eine Elastizität oder sonstige dirigierende Kraft, z. B. die Schwerkraft. Ein solches System ist also auch ein mit Flüssigkeit gefülltes U-Rohr nach Abb. i. Wird die Flüssigkeit in den Schenkeln durch irgendeine Kraft aus der Ruhelage herausbewegt und dann sich selbst überlassen, so treten Pendelschwingungen um die Ruhelage ein. Da die Schwingungszeit proportional der Masse und umgekehrt proportional der dirigierenden Kraft ist, so werden diese Schwingungen in einem langen U-Rohr ziemlich langsam erfolgen, da die Masse groß und die dirigierende Kraft, die nur durch das Übergewicht der Flüssigkeit in dem einen Schenkel dargestellt wird, relativ klein. ist. Für den Pumpenbetrieb ist diese Anordnung des offenen U-Rohres deshalb meist ungeeignet. Um die Anordnung anpassungsfähiger zu gestalten, kann m°an deshalb die in Abb. z dargestellte Ausführung verwenden. Hier kommt als dirigierende Kraft außer der Schwerkraft ,noch die Kraft einer Feder g hinzu, welche von der Dimensionierung derselben .abhängt. Man hat es also in der Hand, beliebige Schwingungszahlen zu erzielen.
• Ein anderes Schwingungssystem stellt Abb. 3 dar, zu dem man dann übergehen wird, wenn man aus irgendwelchen Gründen ein U-Rohr nicht unterbringen kann. Hierbei ist die Beeinflussung der Eigenfrequenz durch die Masse der über der Feder ruhenden Flüssigkeitssäule und durch die Stärke dieser Feder möglich, so daß man die für den jeweiligen Fall günstige Pumpenhubzahl ,einstellen kann. Die Feder g stellt ein Koppelorgan dar, das die Frequenz dieser Anordnung nur insofern beeinfllußt, als man damit die Feder b beliebig vorspannen kann.
• Wo hier in der Beschreibung und in den beiliegenden Zeichnungen Federn genannt oder dargestellt sind, können sie natürlich auch durch andere elastische Glieder ersetzt werden, z. B. durch Luft- oder Gaspolster.
• Diese Schwingungssysteme nach Abb. i bis 3 bilden das Grundsätzliche des neugestalteten Antriebes. Man kann von ihnen, wie beispielsweise in Abb. 4 bis 6 dargestellt,. durch Zufügen geeignet gekoppelter Schwingungserreger und zweckmäßig ausgebildeter Übertragungsglieder die kompletten Pumpeinrichtungen ableiten.
• So erhält man die Ableitung der hin und her gehenden Bewegung des Tiefkolbens nach Abb. q. durch Einschalten eines Systems von Druckkolben c in die schwingende Druckflüssigkeitssäule d, wobei @es prinzipiell gleichgültig ist, ob der Arbeitskolben e, der einfach- oder doppeltwirkend sein kann, unterhalb der Druckkolben wie in Abb. q. oder zwischen denselben nach Abb. 5 angeordnet ist. An dem Schwingungsprinzip der Anordnung ändert dies nichts, da die Einschaltung eines Systems von Druckkolben auf die Schwingung der Säule nur insofern Einfl@uß hat, als man ihre zusätzliche Masse bei der Bestimmung der Eigenfrequenz berücksichtigen und den dämpfenden Einfluß ihrer Eigenreibung und den der entzogenen Arbeit von vornherein in Rechnung stellen muß.
• Als Schwingungserreger kann man beispielsweise die hin und her gehenden Kolben/ einer Kurbelmaschine benutzen, wobei sich unter Benutzung der Stellfedern g zur Beeinflussung der Eigenfrequenz als Koppelorgane die Antriebsvorrichtungen nach Abb. 6 -und 7 ergeben. In jedem Fall besteht das charakteristische Merkmal der Gesamtanordnung darin, daß die Antriebsfrequenz in den Bereich der einstellbaren Eigenfrequenz des Druckflüssigkeitssystems unter Berücksichtigung der Arbeitsleistung fällt.
• Die Vorteile, die die übertragung von Energie in Schwingungs.foim bietet, sind allgemein bekannt und charakteristisch durch den hohen Wirkungsgrad, der sich in der Nähe der Resonanz erzielen läßt. Gerade beim Pumpenbetrieb fällt das Fehlen der aufzuwendenden Beschleunigungsarbeit bei jedem Hub stark ins Gewicht. Während sich z. B. bei Dampfmaschinen durch Wahlvon Kompression und Expansion schon eine gewisse Ausnutzung dieser Kräfte @erzielen läßt, ist diese Möglichkeit bei dem hart arbeitenden Kolbenpumpenbetrieb erst durch die Anordnung von Schwingungsorganen zu verwirklichen.
• Leistungsübertragende schwingende mechanische Vorrichtungen für Kraft- -und Arbeitsmaschinen sind an sich bereits bekannt. Diesen gegenüber besteht der Unterschied der vorliegenden Anordnung darin, daß außer der hin und her gehenden Masse der Arbeitsmaschine und den notwendigen elastischen Mitteln als zusätzliches Organ noch eine Druckflüssigkeitssäule hinzukommt, welche gleichzeitig eine Übertragung auf eine gewisse Entfernung ermöglicht und außerdem dazu verwendet wird, den Arbeitsvorgang gleichförmig zu gestalten.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Pumpenkolbenantrieb, insbesondere für Tiefpumpen, bei dem die Bewegung des Kolbens durch eine das Pumpengestänge ersetzende Druckflüssigkeitssäule erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckflüssigkeitssäule (d) im Verein mit eigens zu diesem Zweck angeordneten elastischen Gliedern (g, b) ein in Resonanz mit dem oberen mechanischen Antrieb stehendes Schwingungssystem darstellt.