DE819079C

DE819079C - Force balance on pump windmills

Info

Publication number: DE819079C
Application number: DEP31192D
Authority: DE
Inventors: Friedrich Koester
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1949-01-08
Filing date: 1949-01-08
Publication date: 1951-10-29

Description

Kraftausgleich an Pumpwindmühlen Pumpwindmühlen sind solche Windkraftmaschinen,welche die Kraft des Windes durch ein auf und ab gehendes Gestänge vom Getriebe im Kopf der Mühle herunter zu einer oder mehreren Pumpen übertragen. Da es nicht zweckmäßig ist, durch sehr lange, dünne Gestänge, welche bei Tiefbrunnenpumpen und Windmühlen angewendet werden, Druckkräfte zu übertragen, treibt man in der Regel nur einfachwirkende Pumpen, bei denen das Gestänge nur auf Zug beansprucht wird, mit solchen Pumpwindmühlen an.Force equalization at pump windmills Pump windmills are wind power machines which the force of the wind through an up and down rod from the gearbox in the head down the mill to one or more pumps. Since it's not functional is, by very long, thin rods, which in deep well pumps and windmills are used to transmit compressive forces, only single-acting ones are usually used Pumps in which the boom is only subjected to tensile stress with such pump windmills at.

Dabei ist aber die Belastung der Windmühle, besonders des Getriebes derselben sehr ungleichmäßig. Wenn z. B. im Getriebe eine Untersetzung 4 : r vorhanden ist, hat das Windrad während zweier Umdrehungen eine große Kraft zum Hochziehen des langen Gestänges mit dem Kolben, auf welchem die zu hebende Wassersäule lastet, aufzubringen. Während der beiden folgenden Umdrehungen hat das Windrad nichts zu leisten. Wohl hat man versucht, durch Anbringung von Federn am Pumpengestänge oder am Getriebe einen Kraftausgleich zu bewirken. Ein solcher ist aber sehr unvollkommen und hat oft zu Federbrüchen geführt, so daß er wieder verworfen wurde.But this is the load on the windmill, especially the gearbox the same very unevenly. If z. B. a reduction 4: r available in the gearbox is, the wind turbine has a great force to pull up during two revolutions the long rod with the piston on which the water column to be lifted rests, to raise. During the next two revolutions, the wind turbine has nothing to do Afford. Attempts have been made by attaching springs to the sucker rod or to bring about a force balance on the gearbox. But this is very imperfect and has often broken the spring, so that it was discarded again.

Um einen wirklich vollkommenen Kraftausgleich zu erreichen, wird deshalb eine an sich bei Tiefbrunnenpumpen bekannte Einrichtung mit einem Gegengewicht angewendet. Die Erfindung besteht dabei erstens in der günstigsten Anbringung und Gestaltung einer solchen Einrichtung an einer Windkraftanlage und zweitens in Schaffung der Möglichkeit, die Windmühle ohne Schwierigkeiten mit dieser Einrichtung auf leichtesten Anlauf und gute Leistung bei schwachem Winde einzuregulieren. In den Abb. i bis 4 ist die Einrichtung in einigen Beispielen dargestellt, wie sie bei verschiedenen Größen von Pumpwindmühlen angewendet werden kann. Abb. i zeigt eine Pumpwindmühle von hinten gesehen und den Kopf i in senkrechtem Schnitt. Abb. 2 zeigt die Pumpwindmühle von oben gesehen. Das Windrad 2 treibt über Nabe 3 mit der in den geschlossenen Kopf hineingehenden Windradwelle die Räder 4 und 5. Rad 5 hat einen Kurbelzapfen und bewegt damit den Hebel 6 mittels der Kurbelstange 7 auf und ab. Der Hebel 6 schwingt mit seiner Welle 8, welche im Kopf gelagert ist und zieht das Gestänge 9, welches zur Pumpe führt, mit großer Kraft hoch, wobei die Pumpe das Wassers fördert.In order to achieve a really perfect balance of forces, therefore a device known per se in deep well pumps with a counterweight is used. The invention consists first of all in the most favorable installation and design such a facility on a wind turbine and secondly in creating the Possibility of using the windmill without difficulty with this facility on the lightest To regulate start-up and good performance in light winds. In Figs. i to 4 show the device in some examples of how it can be applied to various sizes of pump windmills. Fig.i shows a pump windmill seen from behind and the head i in a vertical section. Fig. 2 shows the pump windmill seen from above. The wind turbine 2 drives along via the hub 3 of the wind turbine shaft going into the closed head the wheels 4 and 5th wheel 5 has a crank pin and thus moves the lever 6 by means of the connecting rod 7 back and forth. The lever 6 swings with its shaft 8, which is mounted in the head and pulls the linkage 9, which leads to the pump, with great force, wherein the pump delivers the water.

Wenn kein Kraftausgleich vorhanden wäre, würde das Windrad nur beim Hochgang des Gestänges 9 die ganze Kraft zum Pumpen aufbringen müssen, während beim Niedergang das sehr lange Gestänge mit seinem Eigengewicht wieder herabsinkt, dabei am Hebel 6 zieht und dadurch über die Räder 5 und 4 das Windrad zusätzlich antreiben würde.If there was no force balance, the wind turbine would only be at Elevation of the linkage 9 have to apply all the power to pump while at Decline, the very long linkage sinks down again with its own weight, at the same time pulls on lever 6 and thereby additionally drives the wind turbine via wheels 5 and 4 would.

Der Kraftausgleich ist am Hebel 6, also ganz oben am Kopfgetriebe der Pumpwindmühle am günstigsten anzubringen, denn dadurch wird die Beanspruchung des ganzen Gestänges von seinem Beginn im Kopf der Pumpwindmühle bis zum Pumpenkolben nur durch Zugkräfte stattfinden. Hebel 6 ist deshalb über seine Schwingungsachse 8 hinaus durch den Hebelarm io verlängert, der das Gewicht i i trägt.The force compensation is best to be attached to the lever 6, i.e. at the very top of the head gear of the pump windmill, because this means that the entire rod assembly from its beginning in the head of the pump windmill to the pump piston is only subjected to tensile forces. Lever 6 is therefore extended beyond its axis of oscillation 8 by lever arm io, which carries weight ii.

Dieses Gewicht i i geht herunter, wenn das Gestänge 9 hochgeht. Es kann also das Gewicht des Gestänges ausgleichen, so daß das Windrad beim Hochgang des Pumpenkolbens nur das Wasser zu heben hat.This weight i i goes down when the linkage 9 goes up. It can therefore compensate for the weight of the linkage, so that the wind turbine at high gear of the pump piston only has to lift the water.

Wenn ein vollständiger Kraftausgleich stattfinden soll, müssen Hebel io und Gewicht i i so bemessen sein, daß der Mittelwert der Drehmomente in der Windradwelle sowohl beim Aufwärtsgang als auch beim Abwärtsgang des Gestänges denselben Betrag ausmacht. Eine vorherige genaue Berechnung ist schwierig, da man meistens nicht alle auftretenden Kräfte genau kennt. Deshalb ist es notwendig, daß bei der Inbetriebsetzung oder auch noch nachträglich die Abstimmung des Kraftausgleiches auf Grund der Beobachtung des Ganges der Windmühle leicht ausgeführt werden kann.If a complete balance of forces is to take place, levers must be used io and weight i i must be dimensioned so that the mean value of the torques in the wind turbine shaft the same amount in both the upward and downward movements of the linkage matters. An exact calculation beforehand is difficult, since most of the time you cannot knows exactly all the forces involved. It is therefore necessary that when commissioning or the adjustment of the force balance on the basis of the observation the aisle of the windmill can be easily run.

Das Gewicht i i besteht deshalb aus einzelnen Gewichten, welche leicht anzubringen sind. Sie sind geschlitzt, wie in Abb.3 dargestellt. Durch Hinzufügen oder Abnehmen von einzelnen Gewichten kann das ganze Gewicht i i vergrößert oder verkleinert und dadurch der Kraftausgleich einreguliert werden. Dieses Verfahren der Einregulierung wäre bei kleineren Pumpwindmühlen noch gut möglich, bei größeren ist es aber zu schwierig.The weight i i therefore consists of individual weights, which are light are to be attached. They are slotted as shown in Figure 3. By adding or decreasing individual weights can increase or increase the total weight i i can be reduced in size and thus the force compensation can be adjusted. This method The adjustment would still be possible with smaller pump windmills, with larger ones but it is too difficult.

Bei Pumpwindmühlen mittlerer Größe werden die Gewichte schon zu schwer und der Hebel zu lang, als daß man hoch oben in der Luft die Abstimmung des Kraftausgleiches ohne Gefahr auf diese Art vornehmen könnte. Außerdem ist die in Abb. i dargestellte ältere Bauart des Kopfes nicht gut, wenn das Getriebe im ölbad läuft, weil dort, wo der Hebel io aus dem geschlossenen Kopf herauskommt, ein Schlitz vorhanden sein muß, der schlecht gegen Regenwasser und Staub abgedichtet werden kann.In the case of medium-sized pump windmills, the weights are already too heavy and the lever too long to be able to adjust the balance of forces high up in the air without danger in this way. Also is the one shown in Fig. I older design of the head is not good if the gearbox runs in an oil bath because there, where the lever io comes out of the closed head, there should be a slot must, which can be poorly sealed against rainwater and dust.

Der Hebel 6 wird deshalb auf einer stärkeren Welle 8 festgekeilt und entweder nach einer oder nach beiden Seiten aus dem Kopfgetriebegehäuse herausgeführt, wie es in Abb. 2 dargestellt ist. Für den Kraftausgleich wird der Hebel 12 auf einem Stumpf der Welle 8 angebracht. Auf diese Art braucht er nicht mehr durch einen Schlitz aus dem Kopf herausgeführt werden.The lever 6 is therefore wedged on a stronger shaft 8 and led out of the head gear housing either on one side or on both sides, as shown in Fig. 2. For the force balance, the lever 12 is on a Butt of the shaft 8 attached. In this way he no longer needs to go through a slot be brought out of the head.

Die Abstimmung des Kraftausgleiches erfolgt durch Verschieben des schweren Gewichtes 13 auf dem Hebel 12, Abb. 2 und 4. Dieses soll man ohne besondere Werkzeuge mit einer Hand ausführen können, während man sich mit der anderen Hand festhält. Es ist deshalb eine Gewindespindel 14, welche in Abb.4 besser zu erkennen ist, vorgesehen. Im Kopf dieser Spindel steckt ein verschiebbarer Stock 15, mit dessen Hilfe man das Gewicht leicht verschieben kann.The adjustment of the force balance is done by moving the heavy weight 13 on the lever 12, Fig. 2 and 4. This should be done without special Tools can be performed with one hand while one is used with the other hand holds on. It is therefore a threaded spindle 14, which can be seen better in Figure 4 is provided. In the head of this spindle is a movable stick 15 with whose help you can easily move the weight.

Wenn sich die Betriebsverhältnisse von Zeit zu Zeit ändern, sei es, daß mit derselben Pumpwindmühle zeitweilig das Wasser auf größere oder geringere Höhe gefördert wird, oder daß zwei oder mehrere Pumpen abwechselnd oder gleichzeitig betrieben werden, wie z. B. bei Ausnutzung der Pumpwindmühle zur Entwässerung oder zur Beregnung, so wird man das Gegengewicht 13 öfter um einen bestimmten Betrag verschieben müssen. Um dann nicht jedesmal die richtige Stellung ausprobieren zu müssen, sind Löcher 16 im Hebelarm 12 angebracht.If the operating conditions change from time to time, be it that with the same pump windmill temporarily the water to larger or smaller Height is promoted, or that two or more pumps alternately or simultaneously operated, such. B. when using the pump windmill for drainage or for irrigation, the counterweight 13 is more often by a certain amount have to move. In order not to try out the correct position every time holes 16 are made in the lever arm 12.

In diese setzt man Schrauben hinein, so daß man das Gewicht nur bis an diese heranzuschieben braucht, um sofort die richtige Stellung wiederzubekommen.Screws into this are inserted so that the weight is only up to needs to push towards this in order to immediately regain the correct position.

Bei größeren Pumpwindmühlen sind meistens sehr große Kräfte auszugleichen. Man kann bei diesen auch den zweiten Wellenstumpf der Welle 8 für die Anbringung eines Hebels 18 mit einem Gewicht i9 heranziehen. Dieses braucht nicht zum Verschieben eingerichtet sein, weil für die Abstimmung des Kraftausgleiches der Hebel 12 mit dem verschiebbaren Gewicht ausreichen wird.In the case of larger pump windmills, very large forces usually have to be compensated. You can also use the second stub shaft of the shaft 8 for the attachment a lever 18 with a weight i9. This does not need to be moved be set up because for the coordination of the force balance of the lever 12 with the sliding weight will be sufficient.

Die in Abb. 4 dargestellte Einrichtung zum Verschieben des Gewichtes kann auch in anderer Art ausgeführt werden. Es kommt nur darauf an, daß man die Abstimmung des Kraftausgleiches sehr leicht, möglichst mit einer Hand von einer Stelle aus vornehmen kann, die man ohne Gefahr erreichen kann.The device shown in Fig. 4 for moving the weight can also be carried out in another way. All that matters is that you get the Adjustment of the force balance very easily, if possible with one hand from one Place that can be reached without danger.

Die Abstimmung selbst führt man am einfachsten folgendermaßen aus: Man beobachtet bei sehr schwachem Winde, ob die Pumpwindmühle beim Auf- oder Abwärtsgang des Gewichtes öfter stehen bleibt. Bleibt sie öfter beim Aufwärtsgang stehen, so muß das Gewicht leichter gemacht oder weiter an den Kopf herangezogen werden. Bleibt sie öfter beim Abwärtsgang des Gewichtes stehen, so muß dieses schwerer gemacht oder mit der Einrichtung gemäß Abb. 4 weiter auf dem Hebel hinausgeschoben werden. So korrigiert man den Kraftausgleich so lange, bis die Windmühle nicht mehr öfter in derselben Richtung stehenbleibt.The easiest way to carry out the tuning itself is as follows: When the wind is very weak, one observes whether the pump windmill is going up or down of the weight stops more often. If it stops more often in the upward gear, so the weight must be lightened or pulled further towards the head. Remain they more often stand when the weight is going down, it must be heavier made or pushed out further on the lever with the device according to Fig. 4 will. So you correct the force balance until the windmill stops stops in the same direction more often.

Durch diesen Kraftausgleich erreicht man vor allen Dingen folgende Vorteile: Erstens, die Pumpwindmühle läuft sehr leicht an. Sie ist deshall> imstande, die schwächsten Winde auszunutzen, so daß sie viel längere Arbeitszeit herausholen kann. Selbst bei schwachem Wind kann sie noch viel Wasser fördern, während sie ohne Kraftausgleich bei schwachem Wind dauernd stillstehen würde. Zweitens kann man eine viel größere Pumpe mit der Windmühle treiben bzw. ein verhältnismäßig großes Windrad an einem Windmühlenkopf gegebener Größe anbauen, ohne das Getriebe zu überanstrengen. Drittens wird das Getriebe gleichmäßig beansprucht und hat infolgedessen eine längere Lebensdauer. Viertens kann der Wärter ohne Gefahr und ohne Inanspruchnahme eines Monteurs bei irgendwie veränderten Betriebsverhältnissen die Pumpwindmühle auf leichteren Anlauf und größte Leistung einregulieren. Fünftens wird die Pumpwindmühle durch diese Vorzüge vielseitiger anwendbar. Man kann sie auch noch dort anwenden, wo man sonst wegen der Unbeständigkeit des Windes auf Anwendung der Windkraft überhaupt verzichten würde.This balance of forces achieves the following above all else Advantages: First, the pump windmill starts up very easily. She is> able to exploiting the weakest winds so that they get out much longer hours of work can. Even in weak winds, it can still pump a lot of water while without Force equalization would stand still permanently in weak winds. Second, you can get one drive a much larger pump with the windmill or a relatively large wind turbine attach to a windmill head of a given size without overstraining the gearbox. Thirdly, the transmission is stressed evenly and, as a result, has a longer duration Lifespan. Fourth, the guard can safely and without recourse to any If the operating conditions have changed somehow, mechanics can use the pump windmill on lighter ones Adjust start-up and maximum output. Fifth, the pump windmill is through these advantages are more versatile. You can still use it where you are otherwise because of the instability of the wind to the application of wind power in general would forego.

Claims

PATENT CLAIMS: r. Force balancing on pump windmills by using a counterweight, characterized in that the balancing mechanism is attached to the head gear of the pump windmill.

2. Force balance on pump windmills according to claim i, characterized in that a lever (6) that controls the pump rod (9) in the head gear the windmill is operated, is extended beyond its oscillation axis (8) and that a counterweight is attached to this.

3. Force equalization on pump windmills according to claims i and 2, characterized in that by changing the Size of the counterweight or the leverage ratio of the force compensation so matched is that the mean torque in the wind turbine shaft when going up and down of the linkage is the same size.

4. Force balance on pump windmills according to the claims i to 3, characterized in that the lever (6) is firmly connected to a shaft (8) which is on one or both sides from the head gear housing of the wind turbine is led out and carries weight levers (12 or 18) at their shaft ends.

5. Force equalization on pump windmills according to Claims i to 4, characterized in that that the lever arm length of the counterweight can be changed from one point, which is close to the head gear.

6. Force balance on pump windmills according to claims i to 5, characterized in that either the weight (13) with a spindle (14) o. The like. On the lever (12) or that a rod can be moved with the weight.

7. Force balance on pump windmills according to the claims i to 6, characterized in that the counterweight can be positioned is limited by stops. B. force balance on pump windmills according to the claims i to 7, characterized in that the counterweight does not easily consist of one changeable part and a part that can be moved easily with one hand.