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Flüssigkeitsfördervorrichtung, bei welcher als Fördermittel Druckgas
verwendet wird Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkeitsfördervorrichtung,
bei welcher als Fördermittel Druckgas verwendet wird. Sie besteht darin, &ß
der durch eine Kraftmaschine angetriebene Druckgasverdichter sowohl als Verdichter
als auch als Kraftmaschine arbeitet und daß das Druckgas aus dem mit Saug- und Druckventilen
versehenen Flüssigkeitsaufnehmer völlig getrennt vom Fördergut wieder zurück durch
den Kraftmaschinenteil des Verdichters geht, so daß im Flüssigkeitsaufnehmer die
Berührung zwischen Druckgas und Fördergut nur an einer kleinen Oberfläche stattfindet.
An dem Verdichter ist ferner eine von ihm angetriebene Steuervorrichtung angebracht,
die das Druckgas nach Austritt aus den Verdichtungsräumen und vor Eintritt in die
Ausdehnungsräume periodisch steuert.
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Erfindungsgemäß kann zur Lieferung .des Druckgases ein sowohl als
Druckgasverdichter als auch als Druckgasmaschine verwendeter rotierender Kolbenverdichter
vorgesehen sein, wobei die Arbeitsräume des Druckgasverdichtersdurch eine periodisch
gesteuerte Vorrichtung am Ende des Expansionshubes mit der Atmosphäre verbunden
werden. Die Ausbildung der Flüssigkeitsfördervorrichtung kann ferner auch so getroffen
sein, daß das Maß der Ausdehnung im Kraftmaschinenteil größer ist als dasjenige
der Verdichtung im Verdichterteil, so daß sich am Ende der Expansion ein Unterdruck
einstellt, wobei zu Beginn der Verdichtung der Zylinderraum mit Druckgasen bzw.
mit Luft von atmosphärischem Druck gefüllt wird. Ferner besteht erfindungsgemäß
die Möglichkeit, die Ausdehnung des Druckgases vorzeitig zu unterbrechen, um dadurch
eine Beschleunigung des Ansaugens der Flüssigkeit zu erzielen.
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Es sind bereits Vorrichtungen bekannt, die Druckgas zur Förderung
von Flüssigkeiten verwenden. Diese Fördervorrichtungen bestehen größtenteils aus
Maschinen, die die Luft mit der zu fördernden Flüssigkeit innig mengen, um ihr ein
kleineres spezifisches Gewicht und damit Auftrieb zu geben. Es bestehen aber auch.
bereits Flüssigkeitsfördervorrichtungen, die eine wenigstens teilweise Rückgewinnung
der in dem Druckgas enthaltenen Energien anstreben. Alle diese Ausführungen kranken
jedoch daran, daß das Druckgas einmal auf einer viel zu großen Oberfläche mit der
zu fördernden Flüssigkeit inBerührung kommt. Dadurch geht viel Energie in Form von
Wärme verloren. Im weiteren wird bei diesen bekannten Vorrichtungen das aus der
eigentlichen
Fördervorrichtung zwecks nochmaliger Arbeitsabgabe- in. eine Kraftmaschine zurückströmende
Druckgas nicht in zweckmäßiger Weise zwangsläufig gesteuert, wo:@ durch das angestrebte
Ziel gar nicht erreichbar ist. Vor allem ist aber auch eine B~:` herrschung der
Arbeitsgeschwindigkeit bei' ,diesen bekannten Vorrichtungen ganz unmöglich.
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Demgegenüber zeigt,die vorliegende Erfindung eine Flüssigkeitsfördervorrichtung,
die im Gegensatz zum bisher Bekannten die Berührung zwischen Druckgas und Fördergut
nur an einer kleinen Oberfläche im Flüssigkeitsaufnehmer stattfinden läßt. Das Druckgas
geht dabei aus dem Flüssigkeitsaufnehmer wieder völlig getrennt vom Fördergut zurück
in den Kraftmaschinenteil des Verdichters und wird auf seinem Wege dorthin durch
eine vom Verdichter selbst angetriebene, zweckmäßig eingestellte Steuerurig periodisch
gesteuert. Der Druckgasverdichter arbeitet dabei, um Energie zu sparen, sowohl als
Verdichter als auch als Kraftmaschine. Dadurch wird erreicht, daß sich das Druckgas
im Fördergut nur unwesentlich abkühlt und daß auch keine Vermischung von Fördergut
und Druckgas stattfindet. Durch die zwangsläufige Steuerung des Druckgases sowohl
nach Austritt aus .den Verdichtungsräumen als auch vor Eintritt in die Ausdehnungsräume
wird eine vollständige Beherrschung des ganzen Arbeitsspiels erreicht. Man erhält
dadurch auch die Möglichkeit, durch vorzeitiges Auspuffen vor Beendigung der Expansion
in die Atmosphäre das Arbeitsspiel beschleunigen zu können, überhaupt durch eine
zweckmäßige Einstellung der Steuerung jede nur gewünschte und physikalisch mögliche
Geschwindigkeit des Arbeitsspiels einzuhalten.
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Um ferner größere Flüssigkeitsmengen fördern zu können und .eine sozusagen
ununterbrochene Förderung zu erhalten, können mehrere Flüssigkeitsaufnehmer mit
getrennten Druckgasleitungen und Druckgassteuerungen angeordnet werden.
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Um bei günstig -bleibendem Wirkungsgrad auch mit -verschiedenen Gasdrücken
arbeiten zu können, werden auf der Druckseite der Druckgaserzeugungsmaschine zweckmäßig
sich vorzugsweise .selbsttätig öffnende. Abströmorgane nach Art der Rückschlagklappen
eingebaut, .die bei -hohem Gegendruck eine relativ späte Entleerung .des Arbeitsrauminhaltes
ermöglichen, während sich die Klappen bei kleinem Gegendruck früher öffnen und damit
das Druckgas bdi einer -kleinern Pressung .austreten lassen.
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In den Abb. 1 bis 3 sind einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
schematisch dargestellt. Gleiche Zahlen -bezeichnen immer entsprechende Teile. Aus
den Abb. q. und 5 ist die Arbeitsweise des Erfindungsgegenstandes an Hand von Diagrammen
ersichtlich. Diese Diagramme zeigen den »zuckverlauf des Druckgases in den verschiedAen
Teilen der Flüssigkeitsfördervorrich-Ang in-Funktion der Zeit.-i ist die eigentliche
Flüssigkeitsfördervorrichtung mit einem Saugraum 2 für ,die Förderflüssigkeit und
den an deren unterem Teil angeordneten Saugventilen 3. Unterhalb dieser Saugventile
3 ist ein Saugkorb q. angeordnet sowie eine Verlängerung 5, welche die ganze Pumpvorrichtung
in einem gewissen Abstand von der Brunnensohle hält. 6 ist das Druckrohr der Flüssigkeitsfördervorrichtung.
Dieses ist .derart mit dem Saugrohr 2 zusammengebaut, daß das Druckventil 7 den
Abschluß zwischen beiden bildet. Durch das Druckrohr 6 wird die Druckflüssigkeit
ihren Verwendungsstellen durch Vermittlung von Wasserbehältern 8 oder unmittelbar
zugeführt. Das Druckgas wird der Flüssigkeitsfördervorrichtung durch die verhältnismäßig
enge Rohrleitung 9 zugeführt. Zur Erzeugung dieses Druckgases diene der Rotationsverdichter
io, und zwar, weil er sich im Sinne des Uhrzeigers dreht, seine rechte Hälfte. Nachdem
die Druckgase verdichtet sind, verlassen sie den Verdichter und treten durch die
Druckleitung i i in das Aufnahmegefäß 12, welches mit einer Entwässerungs- und Schmierölab.sonderungsvorrichtung
13 sowie den Abschlußorganen 14, 15 ausgerüstet sein kann, über. Von dort gelangen
die Druckgase in die Druckgassteuerv orrichtung 16. Diese bestehe beispielsweise
aus einem Zylinder 17, in welchem ein Kolben 18 läuft. Dieser Kolben 18 bringt nun,
je nach seiner Stellung, ,das aus der Leitung iia zuströmende Druckgas entweder
mit der Druckgaszuleitung 9 (Stellung links) oder die zur Fördervorrichtung führende
Druckgaszuleitung 9 mit der Leitung 19, welche das Gas in den Expansionsteil der
Rotationsmaschine io führt, in Verbindung (Stellung rechts). Der Kolben 18 kann
so ausgebildet sein, daß er in seiner Mittelstellung keine Verbindung mit den Leitungen
9, ija und i9 erlaubt. Der Antrieb des Kolbens 18 geschieht entsprechend .der Ausbildung
(Abb. 1) durch .eine Kolbenstange 2o, Kreuzkopf 2.1, Schubstange 22 und Exzenter
2'3 -von der Welle 2q. aus. Diese Welle 2¢ wird entsprechend Abb. i mittels eines
Riemen- oder Kettenantriebes 25 von der Welle 26 der Rotationsmaschine aus angetrieben.
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Die Expansionsseite der Rotationsmaschine To ist nun folgendermaßen
ausgebildet. Das durch die Leitung 9 aus der Fördervorrichtung periodisch in die
Leitung i9 übertretende
Druckgas gelangt in den Vorraum 27 vor
den Expansionsteil. Von .dort gelangen die Druckgase in die noch kleinräumigen Kammern
28. Die Druckgase expandieren bei Weiterdrehung der Schieberkolben 30 und
geben Kraft an die Rotationsmaschine ab, bis sie auf den Anfangsdruck expandiert
sind. Darauf beginnt wieder deren Verdichtung in der rechten Seite der Ratationsmaschine
io. Um nun eine raschere Expansion bis auf die Atmosphäre oder darunter möglich
zu machen, ist an die Kammer 27 noch eine weitere Leitung 29 angeschlossen, welche
diese Kammer unmittelbar mit der Atmosphäre oder mit dem Saugraum 33 der Rotationsmaschine
io verbindet. Der Übertritt aus der Kammer 27 in die Leitung 29 wird der Zeichnung
gemäß wieder durch einen Kolbenschieber 31 gesteuert, der die Eintritts6ffnung der
Leitung 29 verdeckt bzw. öffnet. Dieser Kolbenschieber erhält seinen Antrieb mittels
des Gestänges 32, ebenfalls unter Vermittlung eines auf der Welle 2q. befindlichen
Exzenters. Unter Umständen kann die Bewegung von diesem Schieber von dem gleichen
Exzenter 23 abgeleitet werden, von welchem der Kolben 18 bewegt wird. Am Saugteil
der Rotationsmaschine wird mit Vorteil eine Abschlußvorrichtung 34 angebracht, mittels
welcher der Saugraum der Rotationsmaschine wenigstens zeitweise, z. B. heim Anlassen
usw., mit der Atmosphäre verbunden bzw., wenn man mit einem Unterdruck auf der Saugseite
arbeiten will, gegen diese abgeschlossen werden kann.
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Die Arbeitsweise der Flüssigkeitsfördervorrichtung besteht nun darin,
daß in einem bestimmten Takt Druckgas durch Linksstellung des Kolbens 18 der. Steuervorrichtung
durch die Leitung 9 auf die Flüssigkeitssäule im Saugrohr 2 der Fördervorrichtung
drückt. Der Flüssigkeitsspiegel in diesem Saugrohr :2 wird sich so einstellen, wie
er dem umgebenden Flüssigkeitsdruck und dem im Rohr 9 herrschenden Druck entspricht.
Die Flüssigkeitsfördervorrichtung ist deshalb dementsprechend in den Brunnenschacht
hineinzusetzen. Durch das Drücken des Druckgases auf den Flüssigkeitsspiegel im
Saugrohr 2 schließen sich die Saugventile 3 und öffnet sich das Druckventil 7. Die
Flüssigkeit steigt im Druckrohr 6 so lange empor, bis der Druckmittelspiegel auf
der Höhe des Druckventils 7 angelangt ist. Dann wird der Kolben 18 der Steuervorrichtung
nach rechts gedrückt. Die Rohrleitung 9 wird mit der Rohrleitung i9 und der Kammer
27 in Verbindung gebracht, wodurch die Druckgase nun in die Expansionsstufe der
Rotationsmaschine eintreten und dort Arbeit leisten. Dadurch wird der Druck im Rohr
9 und im Saugrohr 2 sinken. Dieses Sinken kann durch das Öffnen der Leitung 29 in
den Saugraum der Pumpe mittels Öffnen ,des Schiebers 31 noch beschleunigt werden.
Das Druckventil 7 der Fördervorrichtung wird sich dabei schließen, die Saugventile
3 sich öffnen und die Flüssigkeit in den Saugraum 2 bis zu einer gewissen Höhe eintreten.
Hierauf wird .der Kolben 18 wieder nach links verschoben, und der Fördervorgang
beginnt aufs neue. Damit beim Auftreten der Druckgase aus dem Saugraum z in 3den
Expansionsraum 27 der Rotationsmaschine keine Förderflüssigkeit mitgerissen wird,
kann in die Leitung 9 eine geeignete, diese Förderflüssigkdit abscheidende Vorrichtung
35 eingebaut sein.
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In Abb. i ist zwecks Vereinfachung der Darstellung nur eine Pumpfördervorrichtung
i zu der Rotationsmaschine io gezeichnet. In Wirklichkeit werden, insbesondere weil
die Zahl der zulässigen Pumphübe einer einzigen Fördervorrichtung entsprechend Abb.
i nur eine beschränkte sein kann, zwecks Ausnützung der ganzen Zeit zur Pumpenförderung
normalerweise mehrere Fördervorrichtungen i mit einer einzigen Rotationsmaschine
io zusammen kombiniert. Die Anzahl der Fördervorrichtungen i wird normalerweise
mit Vorteil so gewählt werden, daß eine sozusagen ununterbrochene Förderung des
Treibmittels stattfindet.
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Eine solche Anordnung ist in Abb. 2 dargestellt. Hier wirkt eine Rotationsmaschine
- Verdichtungs- und Expansionsmaschine -derart auf einen Steuerapparat 16, daß die
Druckgase abwechselnd zu sechs Fördervorrichtungen i gelangen und von dort wieder
über den gleichen Steuerapparat zu der Expansionsseite 27 der Rotationsmaschine
io. Statt Kolbenschieber 18 und 31 wie in Abb. i werden hier Drehschieber
18 bzw. 31
verwendet. Die Steuervorrichtung 16 wird ebenfalls von einer Welle
24 angetrieben, die ihrerseits ihren Antrieb wieder von der Kompressorwelle 26 aus
erhält. Die Schieber 18 werden durch die Schubstangen 22 nicht durch Exzenter, sondern
durch eine Kurbelwelle 36 angetrieben, wodurch selbsttätig,die gleichmäßige zeitliche
Versetzung der Steuervorgänge erzwungen wird.
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Zwecks Erhöhung oder sicherer Erhaltung eines hohen Unterdruckes kann
auf der Saugseite der Druckgasmaschine noch eine besondere Vakuumpumpe 37 angeschlossen
sein.
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Selbstverständlich kann die neue Pumpvorrichtung auch mit einem stufenweise
unterteilten Förderstrang arbeiten, wobei Druckgase aus der gleichen Druckga.serzeugungsmaschine
zu allen Flüssigkeitsaufnahmen geführt werden. Im ferneren kann die Druckgasverdichtungs-
bzw. -ausdehnungsmaschine
mehrstufig ausgebildet sein.. Dabei kann
es unter Umständen zweckmäßig sein, die Ausdehnung der Druckgase nur in den unteren
Stufen der mehrstufigen Druckgaserzeugungsmaschine erfolgen zu lassen. Ferner ist
es auch möglich, daß in einem Flüssigkeitsaufnehmer mehr Saugventile als Druckventile
angeordnet sind, zwecks Verringerung des Ansaugwiderstandes.
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Abb. q. stellt die Arbeitsweise dar, bei welcher die Druckgase von
der Atmosphäre aus verdichten und auf dieselbe wieder herunter expandieren, Im Fall
der Abb. 5 arbeitet die Saugseite der Flüssigkeitsfördervorrichtung mit Unterdruck.
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Gleiche Buchstaben bezeichnen gleiche oder entsprechende Vorgänge.
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In jeder der beiden Abbildungen sind drei Diagramme A, B, C
aufgetragen.
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A stellt den Arbeitsvorgang in der Verdichtungsseite der Druckgasmaschine,
B den Druckverlauf auf der Gasseite der eigentlichen Flüssigkeitsfördervorrichtung
und C denjenigen im Ausdehnungsteil der Druckgasmaschine dar. Die Diagramme A und
C entsprechen Diagrammen, wie man sie bei den Zylindern von Kolbenmaschinen entnimmt.
Bei Maschinen mit rotierenden Kolben oder Verdrängern ist diese Darstellung nicht
ganz richtig, weil dort die Verdichtung sowie die Expansion der Gase mehr unterteilt
ist. Füreine Gesamtdarstellung der Verdichtungs- und Expansionsvorgänge ist die
in den Diagrammen A und B gewählte Darstellung aber übersichtlicher
und doch brauchbar.
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a-b stellt die Verdichtung des Druckgases in der Verdichtungsmaschine
dar, b-c das Hinüberschieben dieser Druckgase in die Leitung i i und den Aufnahmebehälter
i2. b'-c' entspricht dem Hinüberschieben der Druckgase durch die Leitung 9 in den
Saugraum 2 der Flüssigkeitsfördervorrichtung i, wenn der Schieber 18 die Öffnung
gegen die Druckgaszuleitung i i freigegeben hat. Während dieser Zeit b'-c' wird
die Flüssigkeitssäule im Saugraum 2 bei geschlossenem Saugventil 3 ungefähr bis
auf ,die Höhe der Druckventile 7 heruntergedrückt, wodurch die Flüssigkeit in der
Druckleitung 6 hochsteigt: Hat die Druckflüssigkeit die untere Höhe erreicht, so
wird der Schieber 18 nach rechts verschoben und stellt nunmehr die Verbindung von
Saugraum 2 durch die Leitung 9 in die Leitung i9 zur Expansionsseite 27 der Druckgasmaschine
her. Dadurch sinkt der Druck vorerst- auf d und weiter nach e entsprechend der Druckgasentnahme
.durch die Druckgasexpansionsmaschine. Die Linde d-e entspricht also der Admissionsperiode
des Expansionsteils der Druckgasmaschine. Im Punkt e wird nun der Schieber 31 geöffnet
und entleert sich dadurch der Saugraum 2 bis auf Atmosphärendruck entsprechend der
Linie f-g. Während .dieser Zeit f-g werden sich nun die Saugventile 3 unter der
Wirkung des Wasserstandes im Brunnenschacht öffnen und wird neue Flüssigkeit wieder
in den Saugraum 2 eintreten. Der Druck in der Expansionsmaschine selbst verläuft
entsprechend der Linie d'-e', welche der Linie d-e im Diagramm B entspricht.
An dieser Füllungsperiode d'-e' schließt sich die Expansion J -a in den Zellen der
Rotationsmaschine an. Bei a beginnt der Verdichtungsvorgang von neuem.
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Die Arbeitsweise entsprechend Abb. 5 ist nun eine ganz ähnliche, nur
arbeitet die Flüssigkeitsfördervorrichtung mit einem Unterdruck während der eigentlichen
Saugperiode f-g.
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Dieser Unterdruck kann dadurch erreicht werden, daß die Expansion
des Druckgases bis auf einen Unterdruck fortgesetzt wird. Eine Verbindung mit der
Atmosphäre darf dann im Saugteil der Druckgasmaschine nicht mehr bestehen. Zur Verstärkung
des Unterdruckes, um größere Saughöhen überwinden zu können, kann dort eine Vakuumpumpe
angeschlossen sein. Diese Vakuumpumpe kann so an den Expansionsteil angeschlossen
sein, daß der Unterdruck am Ende :der Expansion sich einstellt. Damit aber die Maschine
sich dennoch mit Luft von atmosphärischem Druck füllt und dementsprechend eine vermehrte
Menge von Druckluft bzw. Druckgas erzeugt wird, wird zweckmäßigerweise, wie dies
in Abb. 2 dargestellt ist, z. B. beim Weiterdrehen des Rotationsverdichters *der
Zylinderraum durch die Leitung 33 durch Öffnen des Abschlußorganes 34 mit der Atmosphäre
verbunden.
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Die Verdichtungslinie entspricht dann der in Abb. 5 punktiert eingezeichneten
Verdichtungslinie a'-b'.
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Im allgemeinen wird man als Druckgas für die Druckgasmaschine Luft
verwenden; dies insbesondere bei Förderung von Wasser u. dgl. Es kann aber auch
vorkommen, daß man Flüssigkeiten fördern will, bei denen eine Berührung mit Luft
nicht angezeigt ist. In einem solchen. Fall wird man dann zweckmäßigerweise ein
gegenüber der Förderflüssigkeit indifferentes Gas als Druckgas verwenden.