-
Zweizylindrige Wassersäulenmaschine mit einer von ihr angetriebenen
Kolbenpumpe Zur pausenlosen, gleichförmigen Förderung von Flüssigkeiten und Gasen
sind Kreiselpumpen in Anwendung. Diese haben jedoch, besonders bei LTberwindung
höherer Drucke, den Nachteil, daß ihr Wirkungsgrad niedrig ist. Sehr viel bessere
Wirkungsgrade erzielt man mit Kolbenpumpen. Wird ein Kolben durch eine Kurbel angetrieben,
so ergibt sich aber :ein sinusförmiger Verlauf der Fördermenge. Man treibt daher
meist gleichzeitig zwei, drei oder mehr Kolben durch Kurbeln an, die um geeignete
Winkel gegeneinander versetzt sind. Immerhin ist die dann noch bestehende Ungleichförmigkeit
erheblich, so daß für manche Zwecke die Einschaltung von Ausgleichsvorrichtungen,
wie z. B. .eines Windkessels, erforderlich ist. Bei hohen Drücken und großen Fördermengen
bilden derartige Ausgleichsvorrichtungen oftmals die Quelle technischer Schwierigkeiten.
Zudem sind sie sehr teuer.
-
Es ist bekannt, daß man während eines Förderhubes eines Kolbens eine
ausreichend gleichmäßige Förderung erzielen kann, wenn man zum Antrieb des Pumpenkolbens
keine Kurbel verwendet, sondern den Kolben einer Kraftmaschine benutzt, der durch
ein gas-oder dampfförmiges oder flüssiges Druckmittel, d. h. durch ein hydraulisch
wirkendes Druckmittel, angetrieben wird. Die Fördcrleistung eines solchen Zylinders
sinkt aber auf den Wert Null herab in derjenigen Zeit, die für die Umsteuerung benötigt
wird.
-
Man hat auch schon Pumpen mit zwei einfach wirkenden Zylindern verwendet,
bei denen die den einzelnen Zylindern zugeordneten Hauptsteuervorrichtungen mittels
mechanischer Vorrichtungen so gesteuert -#verden,. daß der :eine Kolben erst dann
umgesteuert wird, nachdem der andere Kolben seinen Förderhub bereits begonnen hat.
Insbesondere bei Pumpen großer Abmessungen und für hohe Förderdrucke sind aber derartige,
ziemlich verwickelt gebaute mechanische Steuervorrichtungen kaum betriebssicher
auszuführen.
-
Es ist ferner bekannt, die Steuerung zweier zusammenarbeitender, einfach
wirkender Zylinder so vorzunehmen, daß durch die Bewegung des im Förderhub befindlichen
Kolbens vor der Beendigung seines Förderhubes eine beiden Zylindern gemeinsame I-Iilfssteuervorrichtung
betrieben wird. Diese Hilfssteuervorrichtung sorgt für die Zilleitung der Steuerflüssigkeit
zu den beiden Hauptsteuervorrichtungen, die nunmehr die Steuerung der hydraulischen
Antriebszylinder bewirken.
-
Der hydraulische Antrieb der Hauptsteuervorrichtungen mittels einer
durch die Bewegung der Pumpenkolben mechanisch betriebenen Hilfssteuervorrichtung
besitzt bei Maschinen
für hohen Förderdruck und hohe Leistung,
z. B. t ooo bis 2ooo PS bei Förderdrucken von =oo atü und mehr, gegenüber dein unmittelbaren
Antrieb der fIauptsteuervorrichtungen den Vorzug der Einfachheit und Betriebssicherheit.
Jedoch hatten diese Pumpen bisher den Nachteil, daß während des Steuervorganges
die Förderung der Druckflüssigkeit eitle Zeitlang aussetzt, da der im Förderhub
befindliche Kolben anhält, bevor der andere Kolben seinen Fördc:rhuh beginnt. Auch
wenn die dadurch hervorgerufene Förderpause nur von kurzer Dauer ist, so führt dies
doch bei verschiedenen Anwendungsgebieten derartiger Pumpen zti erheblichen betrieblichen
Nachteilen.
-
Es wurde nun gefunden, daß eine pausenlose Förderung auch bei Verwendung
eines einzigen Hilfsstcuerschiebers erreicht wird, wenn in den beiden Flüssigkeitsleitungen
zwischen dem Hilfsstcuerschielicr und den beiden von ihm hydraulisch betriebenen
Ilattptstcuerschiebern je eine Absperrvorrichtung nach Art eines Rückschlagventils
angebracht wird, das die Bewegung desjciiigen Hauptsteuerschiebers. der den Rücklauf
des im Arbeitshub befindlichen Kolbens bewirken soll, so lange verhindert, bis die
1-msteucrung des anderen Pumpenkolbens. der seinen Förderhub beginncn soll, erfolgt
ist.
-
Zweckniäl)i- verfährt inan derart, daß die Absperrvorrichtungen in
den Flüssigkeitsleitungen zwischen dem . Hilfssteuerschieber und den beiden Hauptstcucrschiebern
wechselweise: jeweils durch die Hubbewegung des Hauptsteuerschiebers desjenigen
Arbeitszylinders geöffnet werden, der den nächsten Förderhub beginnen soll.
-
Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Zeichnung Fig. i die Ausführungsform
einer Wassersäuienmaschine mit einer zweizylindrigen Kolbenpumpe und den erforderlichen
Steuerteilen schematisch dargestellt.
-
Die Arbeitsräume der leiden einfach wirkenden Pumpenzylinder a, a'
stehen in Verbindung mit je einem Ventilkasten b, b'. Die Saugventile der
Ventilkästen b, b' stehen in Verbindung finit einer Flüssig1,eitszuhringeleitung
c, in die die zu fördernde Flüssigkeit mit mäßigcin Druck, beispielsweise durch
eine in der Zeichnung nicht dargestellte Kreiselpumpe, gedrückt wird. Von den Kolben
d bzw. d' wird die Flüssigkeit aus den Zylindern a bzw. a' durch die Druckventile
der Ventilkästen h, b' in eine Druckleitung e gefördert. Die Kolben
d bzw. d' sind durch kräftige Kolbeiist:ingeii j, f' mit den
Antriebskolben g, n' der Wassersäuienmaschine verbunden. Die Antriebskolben ä, D'
laufen in den Zylindern 1t, h' der Wassersättlcnniaschine. Den Zylindern
lt, lt' wird das Treibmittel durch eine verzweigte Rohrleitung i und Hauptsteuerschieber
k, k' zugeteilt und gelangt nach Beendigung des Arbeitshubes durch Rohrstutzen
1, l' ins Freie. Das Treibmittel, das entweder durch besondere Pumpen eigens zum
Zwecke des Antriebs auf Druck gebracht wird
oder aber als eine ohnehin aus
Betriebsgründen zu entspannende Flüssigkeit zur Verfügung steht oder einem natürlichen
Druckgefälle entnommen wird (Wasserkraft), gelangt durch ein Regelventil rn
zu den Hauptsteuerschiebern k, k'.
-
Die Hauptsteuerschieber k, k' werden durch Steuerkolben rt,
re' verschoben. Diese Steuerkolben tc, n' werden durch den Druck des Treibmittels
angetrieben, das ihnen durch einen Hilfssteuerschieber o der Wassersäulenmaschine
zugeteilt wird. Das Treibmittel wird dem Hilfssteuerschieber o durch eine Rohrleitung
p zugeführt und gelangt nach der Verschiebung der Steuerkolben n, n' durch
ein Ausflußrohr g ins Freie. Die Verbindung zwi-
schen dem Gehäuse des Hilfssteuerschiebers
o und den Zylindern der Steuerkolben rt, n' wird
durch Rohrleitungen
r, s, t, u hergestellt. In
der Verbindungsleitung s ist nun
ein Absperrventil v in Form eines federbelasteten Ventils eingebaut, in der Leitung
t in gleicher Weise ein Absperrventil v'. Die Absperrventile v, v' sind beispielsweise
so angeordnet, daß das Ventil v durch die nach außen tretende Kolbenstange des Steuerkolbens
n, kurz bevor dieser seine untere .Endstellung erreicht, geöffnet wird und das Ventil
v' in gleicher Weise durch die Kolbenstange des Steuerkolbens n' gesteuert wird.
Bei der Aufwärtsbewegung der Steuerkolben rc, n' werden die Absperrventile
v, v' durch ihre Federn jeweils wieder geschlossen.
-
Die Verschiebung des Hilfssteuerschiebers o wird in bekannter Weise
mittels eines Gestänges wechselweise durch an den Kolbenstangen j, f' befestigte
Knaggen w, iv' bewirkt.
-
In der Zeichnung ist die Maschine in derjenigen Stellung dargestellt,
in der der Kolben g der Wassersäulenmaschine sich im unteren Hubendpunkt befindet.
Der Kolben g' ist noch im Förderhub begriffen, hat jedoch mittels des Knaggen iv'
den Hilfssteuerschieber o bereits so weit ausgesteuert, daß die durch die Rohrleitung
p kommende Druckflüssigkeit Zutritt zu den Rohren r und s hat. Der Steuerkolben
n beginnt nun sofort seinen Steuerhub, da das Absperrventil v' durch die Kolbenstange
des Steuerkolbens n' offengehalten wird und daher die unter dem Steuerkolben n befindliche
Steuerflüssigkeit durch die Leitung t und durch das Gehäuse des Hilfssteuerschiebers
o nach dem Ausflußrohr g erstweichen kann. Durch den Hauptsteuerschieber k wird
infolgedessen der Weg der
Druckflüssigkeit der Rohrleitungi unter
den Kolben g der Wassersäulenmaschine freigegeben, so daß der Förderhub auf dieser
Pumpenseite eingeleitet wird. In diesem Augenblick hat der Förderhub der anderen
Pumpenseite noch nicht seinen Abschluß erreicht; denn der Steuerkolben n' der Wassersäulenmaschine
konnte zunächst seine Steuerbewegung noch nicht ausführen. Erst durch die Endbewegung
des Steuerkolbens iz wird durch die heraustretende Kolbenstange das Absperrventil
v geöffnet. Infolgedessen wird die Druckleitung s ferst jetzt freigegeben, und der
Steuerkolben n' kann nun die Umsteuerung der zugehörigen Pumpenseite herbeiführen.
-
Nach der Umsteuerung kommt der Rückhub des betreffenden Pumpenkolbens
(Fig. i ) dadurch zustande, daß durch die Zubringerleitung c die zu fördernde Flüssigkeit
mit einem ausreichenden Druck dem wieder aufzufüllenden Pumpenzylinderraum durch
das Saugrückschlagventil der Ventilkästen b, b' zu-
geteilt wird. Diese Flüssigkeitsmenge
ist so zu bemessen, daß der Rückhub bereits beendet ist, bevor die Knaggen w, w'
des im Förderhub befindlichen Kolbens den Hilfssteuerschi@eber o antreiben.
-
Sind die Strömungswiderstände hinter dem Regelventil m bis zu den
Kolben ä, ä der Wassersäulenmaschine einerseits und zwischen den Kolben d, d' der
Pumpe bis zu der Druckleitung e andererseits ausreichend klein, so ergibt sich,
daß auch in der kurzen Zeit, während der beide Kolben d, d' gleichzeitig
im Förderhub begriffen sind, nur eine ganz geringe Steigerung der augenblicklichen
Förderleistung zustande kommt. Mithin wird erreicht, daß die auf Druck gebrachte
Förderflüssigkeit vollkommen pausenlos und in praktisch gleichmäßigem Strom aus
der Druckleitung e austritt. Ebenso erfolgt der Zulauf der Antriebsflüssigkeit durch
das Regelventil nt in einem ununterbrochenen, gleichmäßigen Strom.
-
Die gestellte Aufgabe wird somit durch die beschriebene Pumpe in vollkommener
Weise gelöst.
-
Eine sehr weitgehende Unabhängigkeit in der räumlichen Anordnung der
erforderlichen Steuerungsteile wird erreicht, wenn man in der Weise verfährt, daß
die beiden Absperrventile v, v' in den Flüssigkeitsleitungen zwischen dem Hilfssteuerschieber
o und den beiden Hauptsteuerschiebern h, h' wechselweise jeweils durch den
Staudruck der austretenden Steuerflüssigkeit desjenigen Steuerkolbens geschlossen
gehalten werden, der den neuen Förderhub einleiten soll.
-
Eine solche Steuerung ist schematisch in Fig. 2 dargestellt. Die Bezeichnung
der Buchstaben h, h', rz, n', o, >>, q, v, v' entspricht der Bezeichnung
in Fig. i. Die Buchstaben r, s, t, n bezeichnen ebenfalls wieder die Verbindungsleitungen
zwischen o, n und n'; jedoch besitzt jede der Leitungen eine Verzweigung.
In dem einen Zweig befindet sich jeweils ein Rückschlagventil R, bis Ri, das den
ungehinderten Zutritt der Steuerflüssigkeit von dem Hilfssteuerschieber o zu der
betreffenden Steuerkolb.enseite gestattet. In dem anderen Zweig befindet sich jeweils
ein Drosselventil Di bis D.1, durch das der Rückfluß der Steuerflüssigkeit nach
o erfolgt, da die Rückschlagventile IR, bis R_i ein Zurückströmen nicht zulassen.
-
In dem Leitungszweig, in dem sich D, befindet, ist nun ein Absperrventil
v in Form eines Überströmventils angeordnet. An dem Kegel dieses überströmventils
befindet sich ein Kolben, dessen Durchmesser größer ist als der Ventilkegel. Der
Raum über dem Kolben steht in Verbindung mit dem Teil der Verbindungsleitung t zwischen
D. und dem Hubraum unterhalb des Kolbens 11.
-
Ist nun der Hilfssteuerschieber o in die in Fig. a bezeichnete Stellung
gebracht worden, so kann die durch p zufließende Druckflüssigkeit durch das Rückschlagventil
Ri und die Leitung r über den Steuerkolben n, treten. Die auf der Unterseite von
n befindliche Flüssigkeit kann durch das Drosselventil D., zum Hilfssteuerschieber
o abfließen und durch das Ausflußrohr q entweichen. Der Staudruck vor D-, überträgt
sich durch eine Rohrverbindung auf die obere Seite des Kolbens des Absperrventils
v und hält dieses zunächst geschlossen.
-
Die durch p zufließende Druckflüssigkeit kann durch R3 und die Leitung
s auch unter den Steuerkolben n' gelangen. Die oberhalb des Steuerkolbens n' befindliche
Flüssigkeit kann jedoch durch die Leitung u und das Drosselventil D, noch nicht
abfließen, solange das Absperrventil v geschlossen ist. Erst wenn der Kolben n seinen
Steuerhub beendet hat, verschwindet der Staudruck vor dem Drosselventil D@,,; das
Üb,erströmventil v wird freigegeben, und der Kolben n' kann nun seinen Steuerhub
ausführen. In gleicher Weise ist in der Leitung r das Ventil v' angeordnet.