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Flüssigkeitspumpe, bei der eine Flüssigkeitssäule in einem einen Windkessel
aufweisenden Steigrohr mittels einer Kolbenpumpe in Schwingungen versetzt wird Es
sind Flüssigkeitspumpen bekannt, bei denen die lebendige Kraft einer in Bewegung
befindlichen Flüssigkeitssäule zum Anheben der Flüssigkeit benutzt wird. Bei diesen
Pumpen ist das untere, in die zu fördernde Flüssigkeit hineinragende Ende des die
Flüssigkeitssäule aufnehmenden und mit dem Windkessel in Verbindung stehenden Steigrohres
mit einem Rückschlagventil versehen, während das obere Ende mit dem durch den Kolben
gesteuerten Auslaß verbunden ist. Der an das Steigrohr angeschlossene Windkessel
ist durch Membranen gegenüber dem Steigrohr abgeschlossen, die nur eine sehr beschränkte
und viel Kraft verzehrende Bewegung haben, weil sie sich nur sehr gering von innen
nach außen durchwölben können. Mit diesen bekannten Flüssigkeitspumpen läßt sich
die Energie der schwingenden Flüssigkeitssäule nicht voll ausnutzen. Deshalb ist
die Wirkung der Pumpen eine sehr schlechte.
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Um die Luft bis zu Jedem beliebigen Grad zusammendrücken zu können,
wobei die Energie der schwingenden Flüssigkeitssäule voll ausgenutzt wird, ist der
Windkessel gemäß der Erfindung an seinem unteren Ende über ein Schwimmerventil mit
der Förderflüssigkeit in Verbindung gebracht.
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In der Zeichnung sind zwei als Beispiele dienende Ausführungsformen
der Erfindung dargestellt.
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Fig. r ist ein teilweiser Längsschnitt der einen Ausführungsform.
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Fig. 2 zeigt eine Einzelheit im Schnitt und Fig. 3 ist eine der Fig.
z entsprechende Darstellung der anderen Ausführungsform der Pumpe.
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Ein mit einem Saugkorb versehenes Rohr r ist in den Flüssigkeits-
(Wasser-) Zulauf hinuntergesenkt und weist ein selbsttätiges Rückschlagventil2 auf,
das in einer geringeren als der barometrischen Höhe über dem Wasserspiegel sitzt.
Es ist zweckmäßig, jedoch nicht unbedingt erforderlich, unmittelbar über diesem
Rückschlagventil ein Zuleitungsrohr 3 anzuordnen, in dem, zweckmäßigerweise gleichachsig
mit dem Rückschlag-Ventil 2, ein röhrenförmiger Windkessel q. angeordnet ist, der
an seinem unteren Ende mittels eines Schwimmerventils 5 abgeschlossen ist. Das obere
Ende des Windkessels weist ein Anschlußrohr 6 auf, durch das der Windkessel q. mit
unter hohem Druck stehender Preßluft gespeist wird, die zum Anlassen der Pümpe dient.
Das Zuleitungsrohr 3 sitzt an einem bei 8 in einen Zylinder g einmündenden Förderrohr
7, dessen Länge von der barometrischen Höhe abhängig ist. Der Zylinder
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hat Auslaßschlitze io, die in -ein Auslaßrohr ii münden, in das zweckmäßigerweise
ein Windkessel 18 eingeschaltet -igt, !der dazu dient, die_ periodischen Druckschwankungen
in dem Auslaßrohr auszugleichen., Die Auslaßschlitze io in dem Zylinder 9 werden
durch einen in dem Zylinder 9 gleitenden und mittels eines Kreuzkopfes 13 und einer
angetriebenen Kurbel 14 in hin und her gehende Bewegung versetzten Kolben :i2 geöffnet
und geschlossen. Die Schwingungsdauer des Kolbens 12 ist zweckmäßigerweise so bemessen,
daß sie der Länge und dein Durchmesser des Rohres 7 und dem Druck und dem Luftvolumen
in dem Windkessel q. entspricht. Hierbei sind sowohl der Reibungswiderstand und
die natürliche Schwingungszahl der Wassersäule und der Druckluft in dem Behälter
als. auch die Höhe, auf die das Wasser über dem Zylinder 9 zu heben ist, zu berücksichtigen.
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An den den Zylinder 9 -abschließenden =Zylinderdeckel i5 ist ein Windkessel
16 -angeschlossen, dessen Luftinhalt dazu dient, den Kolben 12, wenn dieser keinen
Druckhub ausführt, abzufedern.
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Für die Inbetriebsetzung der Pumpe werden zunächst 'die Rohre 7 und
3 und der -Zylinder 9 mit Wasser gefüllt. Hierauf wird durch. das Rohr 6 Preßluft
in den Windkessel q. eingelassen, deren Druck etwas größer ist als der statische
Wasserdruck Tiber .dem Ventil 2. Wenn- nun genügend Luft in den Windkessel q. eintritt,
wird -das Was= ser im wesentlichen aus diesem hinausgetrieben, bis das Kugelventil
auf seinen Sitz gelängt, wie -es in den Fig. T bis 3 dargestellt -ist.
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Wenn nun die Pumpe durch Antrieb der Kurbel 14. .in Betrieb gesetzt
wird, schließt der Kolben bei seiner Rückwärtsbewegung (in -der Zeichnung nach rechts)
die -Auslaßschlitze io und drückt das Wasser in dem Rohr -' -abwärts. Dieses Wasser
kann infolge des Abschließens des selbsttätigen Rückschlaa#-ventils 2 unten nicht
aus dem Rohr austreten und. dringt- nach dem -Anheben des Schwimmerventils 5 in
den Windkessel q. ein.
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Die Abmessungen -des :Zylinders 9 und des. Windkessels., sind zweckmäß.igerweise
so gewählt, daß, wenn -der Kalbren ia sich in seiner rechten Endlage befindet, ungefähr
die Hälfte des Rauminhaltes des Windkessels q. mit Wasser gefüllt und folglich -die
:darin -enthaltene Luft ungefähr auf das Doppelte ihres anfänglichen Druckes zusammengepreßt
.ist.
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Wenn die Kurbel 14 durch den. äußeren Totpunkt geht und danach der
Kolben wieder nach links geschoben wird, steigt das Wasser in den Rohren 3 und 7
unter der Wirkung des in dem Windkessel q. vorhandenen überdruckes aufwärts. Kurz
bevor ;der Kolben -i-2 die Auslaßsehlitze io freigibt, hat das Schwimmerventils
sich wieder geschlossen. Das Wasser in dem Rohr hat eine beträcht-,liche Beschleunigung
erfahren, so daß es durch die ihm innewohnende kinetische Energie hinauf in den
Zylinder 9 und weiter in das Rohr ii steigt, wodurch der Druck auf das Rückschlagventil2
derart vermindert wird, so daß dieses sich öffnet und Wasser durch.den Saugkorb
einströmt.
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'Sobald die kinetische Energie des Wassers in den Rohren 3, 7 in potentielle
Energie umgewandelt worden und dig Wassersäule zum Stillstand gekommen ist, hat
auch der Kolben 12 gerade wieder die Auslaßschlitze io des Zylinders 9 verschlossen,
und der beschriebene Kreislauf beginnt von neuem.
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Es ist zweckmäßig, an das offene (rechte) Ende des Zylinders 9 einen
Windkessel 17 anzuschließen, durch den geringe Unterschiede der Verdrängung des
Kolbens 12 und der Wassersäule in den Rohren 7 und 3 ausgeglichen werden.
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Es ist natürlich möglich, die ungefähre Geschwindigkeit der Pumpenschwingungen
zu berechnen, wenn clie physikalischen Faktoren des Systems, z. B. der -Unterschied
zwischen der isothermischen und der adiabatischen Kompression in den Windkesseln
q. und 17, die Wandreibung in den Rohren 3, 7, die Drosselwirkung der Ventile 2
und io usw., bekannt sind. Durch Versuche ist festgestellt worden, daß einer berechneten
Geschwindigkeit der Pumpe, die 70 Umdrehungen in der Minute ergibt, eine
günstige wirkliche Arbeitsgeschwindigkeit von 72 Umdrehungen Je Minute'.entspricht.
Es können beträchtliche Abweichungen der -Schwingungsgeschwindigkeit der Pumpen
von denen, die den theoretischen Bedingungen entsprechen, auftreten.
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In bestimmten Fällen ist -es wünschenswert, die Pumpen -in einiger
Entfernung von dem Brunnen aufzustellen. Bei einer solchen Aufstellung wird das
Rohr 7 mit dem Zylinder 9 durch .einen waagerechten Rohrstrang verbunden, -wodurch
-das Rohr 7 künstlich verlängert wird. -An -Stdlle des Abfederungswindkessels i6
kann der Kolben i2 einen zylindrischen Fortsatz haben, dei- a.m -Ende des Hubes
des Kolbens in -eine .zylindrische Vertiefung des P.üinpenzylinders eindringt und.
die in dieser befindliche Luft zusammenpreßt.
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Die in dem Windkessel -16 oder der oben beschriebenen zylindrischen
Vertiefung zusammengepreßte Luft kann in einem Speicher gesammelt werden -und zum
Anlassen der Pumpen oder für andere Zwecke dienen.
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Der Kolben i2 kann auch, wie in Fig.2 dargestellt ist, Schlitze i8
aufweisen, die mit
den in dem Zylinder g befindlichen Auslaßschlitzen
io zusammenarbeiten. In diesem Falle kann ein kleinerer Windkessel 17 vGrgesehen
sein, so daß die Beschleunigung des Wassers in den Rohren 3, 7 hierbei die gleiche,
aber die Geschwindigkeit der Pumpe geringer als bei der Ausführungsform gemäß Fig.
i ist.
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Der Kolben 12 kann auch verkürzt sein, so daß er die Auslaßschlitze
io in seinen beiden Endstellungen freigibt. In diesem Falle wird am Ende des Kompressionshubes
eine geringe Menge Wasser aus dem Windkessel 17 herausgezogen.
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Es ist selbstverständlich, daß auch eine doppelt wirkende Pumpe (Fig.
3) verwendet werden kann. Hierbei ist das Saugrohr 7 mittels eines '-Stückes i9,
das Anschlußstutzen 20 und 21 aufweist, an den Zylinderenden angeschlossen. An der
Verzweigungsstelle des '['-Stückes ist in diesem ein Klappenventil 2o angeordnet.
Der Pumpenkolben ist zweckmäßigerweise mit Durchlässen 23, 24 versehen, die mit
den in das Auslaßrohr mündenden Auslaßschlitzen 25 zusammenwirken. An Stelle der
durch den Kolben gesteuerten Auslaßschlitze io und 25 können natürlich auch nockengesteuerte
Ventile angeordnet sein, die von der Kurbel 14 aus angetrieben werden. In bestimmten
Fällen, z. B. wenn die Rohre 3 und 7 kurz sind, können auch die Ventile 2 und 5
durch eine Steuerung bewegt werden. Es ist jedoch aus mannigfaltigen und offensichtlichen
Gründen vorzuziehen, für diese Ventile selbsttätige Ventile zu verwenden.