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Verfahren und Vorrichtung zum Heben und Fördern von Flüssigkeiten
Es ist bei Pumpenanlagen ibekannt, in Brunnenschächten zur Aufrechterhaltung eines
bestimmten Grundwasserspiegels einen Saugkessel vorzusehen. Der Zweck der Erfindung
besteht darin, den Wirkungsgrad von Anlagen zum Heben und Fördern von Flüssigkeiten,
insbesondere den von Pumpenanlagen, wesentlich zu erhöhen und das Fördern von Flüssigkeiten
auf größere Höhen, unter Anwendung von einfachen, wirksamen und billigen Mitteln
zu ermöglichen. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die Flüssigkeit
von ihrem Stand aus durch ein Vorvakuum bis zu einer bestimmten Höhe gehoben und
mittels einer Pumpenanordnung weiterbefördert wird. Das Vakuum, welches in einem
in die Flwssigkeit eintauchenden Steigrohr durch eine mit bekanntlich hohem Wirkungsgrad
arbeitenlde Vakuumpumpe erzeugt wird, fördert unter der Wirkung des atmosphärischen
Druckes die Flüssigkeit in, dem Steigrohr auf eine seiner Größe entsprechenden Höhe,
und an diese Wassersäule ist die Förderleitung einer Pumpe angeschlossen. Durch
das Verfahren nach der Erfindung wird also zunächst durch Vakuum der Flüssigkeitsspiegel
gehoben und an diesen gehobenen Flüssigkeitsstand die Förderleitung angeschlossen.
Da eine Vakuumpumpe einen sehr hohen Wirkungsgrad hat und dieser Wirkungsgrad wesentlich
besser als der von Flüssigkeitspumpen ist, wird die Flüssigkeit zweckmäßig unter
dem Einfluß des Vakuums auf einen der gewünschten Förderhöhe entsprechenden Stand
gebracht, so da,ß die Pumpe im wesentlichen nur noch für die weitere Beförderung
der Flüssigkeit in waagerechter oder nahezu waagerechter Richtung zu sorgen und
den Öffnungswiderstand zu überwinden hat.
Zur Unterstützung der
Pumpe und des in der Förderleitung fließenden Flüssigkeitsstromes können «eitere
in Steigrohren durch Vakuum gehobene Flüssigkeitssäulen herangezogen werden. Diese
können dazu benutzt werden, um die Förderhöhe, die Strömungsgeschwindigkeit, die
Strömungsmenge weiterhin zu vergrößern und die in den Leitungsrohren auftretenden
Reibungswiderstände auszugleichen. Dies wird gemäß weiterer Erfindung dadurch erreicht,
daß die Pumpenförderleitung durch die Flüssigkeitssäulen weiterer unter Vakuum stehender
Steigrohre hindurchgeführt ist, wobei die Förderleitung innerhalb der Steigrohre
mit einer Unterbrechung versehen ist.
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Zweckmäßig ist es, die Unterbrechung der Förderleitung in den weiteren
Steigrohren düsenförmig auszubilden.
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Um die Förderhöhe über die einer einfachen Vakuumanlage gesetzten
Grenzen hinaus vergrößern zu können, erfolgt gemäß der Erfindung das Heben der Flüssigkeit
dadurch, daß für ein stufenweises Heben der gehobene Flüssigkeitsstand der einen
Stufe als Ausgangspunkt für die folgende Stufe verwendet wird. Dies kann in der
Weise durchgeführt werden, daß am Ende des einen Steigrohres ein mit einer oberen
verschließbaren Öffnung versehener Flüssigkeitsbehälter vorgesehen ist, an den die
Vakuumleitung und das in ihn von oben hineinragende folgende Steigrohr angeschlossen
ist. Dadurch werden oberhalb des tiefsten Ausgangsflüssigkeitsspiegels je nach der
gewünschten Förderhöhe weitere Flüssigkeitssümpfe gebildet, die durch die Behälteröffnung
unter atmosphärischem Druck stehen und als Ausgang für jedes weitere Steigrohr dienen.
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In der Zeichnung ist die Erfindung in mehreren Ausführungsbeispielen
schematisch dargestellt. Abb. i zeigt eine einfache Förderanlage; Abb. 2 zeigt eine
Förderanlage mit zwei nebeneinander angeordneten Steigrohren; Abb. 3 zeigt eine
stufenweise arbeitende Förderanlage mit übereinander angeordneten Steigrohren. i
ist der Flüssigkeitssumpf, von dem aus das Heben und Fördern der Flüssigkeit stattfinden
soll. Als solch ein Flüssigkeitssumpf kann jedes stehende und fließende Gewässer
mit annähernd gleichbleibendem Flüssigkeitsspiegel genommen werden. In diesen Flüssigkeitssumpf
taucht ein Steigrohr 2 ein, an dessen oberem geschlossenem Ende eine Vakuumpumpe
3 angeschlossen ist. In einem Abzweigrohr q" das an die in dem Steigrohr 2 unter
der Wirkung des Vakuums 5 gehobene Flüssigkeitssäule 6 unterhalb ihres höchsten
Spiegels angeschlossen sein muß, ist eine Förderpumpe 7 angeordnet. An der Ausströmöffnung
ist beispielsweise mit einem Scharnier ein Verschlußstück 8 angebracht, welches
die Rohranlage an der einzigen offenen Stelle luftdicht abschließen kann. Wenn die
gewünschte Förderhöhe allein mit Hilfe des Vakuums und atmosphärischen Druckes erreicht
werden soll, kann die abgezweigte Pumpenförderleitung waagerecht verlaufen und eine
einfache Pumpe verwendet werden, die der durch das Vakuum gehobenen Flüssigkeit
in einer Förderleitung lediglich eine Beschleunigung zu erteilen und sie zu der
gewünschten Arbeitsstelle zu bringen hat. Außerdem hat diese Pumpe den öffnungswiderstand
zu überwinden. Der Querschnitt der Abzweigleitung q. für die Pumpe 7 ist kleiner
als der des Steigrohres. In dem unteren Teildes Steigrohres, und zwar zweckmäßig
unterhalb des Spiegels des Flüssigkeitssumpfes i, ist ein Fußventil 9 angeordnet.
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Abb. i zeigt die Vorrichtung während des Arbeitens. Während ides Betriebes
wird das Vakuum 5 durch die Pumpe 3 stets auf gleicher Höhe gehalten, so daß die
Flüssigkeitssäule nie unter die Abzweig-bzw. Abschlußstelle .der Pumpenförderleitung
q. sinken kann. Zur Inbetriebsetzung wird die Verschlußklappe 8 geschlossen und
die dadurch vollkommen luftdicht abgeschlossene Röhrenanlage mittels der Vakuumpumpe
3 unter Vakuum gesetzt, bis die Flüssigkeitssäule 6 den gewünschten Stand erreicht
hat. Dann wird die Förderpumpe 7 angeworfen. Die Verschlußklappe 8 öffnet sich bei
Erreichen eines überdruckes von selbst. Die Inbetriebsetzung kann auch dadurch erfolgen,
daß man das Steigrohr ,durch eine luftdicht verschließbare Offnung, die zweckmäßig
über dem höchsten Stand der Flüssigkeitssäule 6 in dem Steigrohr 2 vorgesehen wird,
mit Flüssigkeit füllt. Das Fußventil 9 verhindert ein Auslaufen der Flüssigkeit.
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Bei der Abb. 2 ist die Pumpenförderleitung io durch ein zweites unter
Vakuum stehendes Steigrohr i i geführt. Die Leitung io ist so tief an Glas erste
Steigrohr 2 angeschlossen, daß die Flüssigkeitssäule 6 stets ein ausreichendes Stück
über deren Einmündungsöffnung steht. Sie ist ,zur Gewinnung an Förderhöhe so weit
nach oben geführt, daß ihr höchster Punkt unter dem höchsten Stand der Flüssigkeitssäule
6 liegt, sie also bis zum höchsten Punkt während des Betriebes von dem Steigrohr
2 aus immer mit Flüssigkeit gefüllt ist. An den höchsten Punkt ist eine Förderpumpe
12 mit :einer weiteren Förderleitung 13 angeschlossen, die mit einem nach oben gerichteten
Endteil 1¢ in einer Erweiterung 15 des Steigrohres i i liegt. An dieses Ende 14,
schließt sich eine weitere Förderleitung 16 an deren Querschnitt größer ist als
der der Leitung 14. Das Ende 14 mündet vorzugsweise düsenförmig an die Leitung 16
ein. Der Anfang der weiteren Förderleitung 16 liegt ferner in der Strömungsrichtung
der Flüssigkeit in dem Steigrohr i i, so daß also die. in dem Steigrohr i i gehobene
Flüssigkeit in das Rohr 16 einströmt und durch die Düsenwirkung mitgerissen wird.
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Die Erweiterung 15 steht zum Druckausgleich über eine Verbindungsleitung
17 mit der Pumpenförderleitung io in Verbindung. Beide Steigrohre 2 und i i sind
über Leitungen 18, 18' an eine Vakuumpumpe i9 angeschlossen. Selbstverständlich
kann jedes Steigrohr auch . für sich an eine besondere Vakuumpumpe angeschlossen
sein. Der Querschnitt des Steigrohres i i ist größer als der des Steigrohres 2,
ebenso wie der Querschnitt der Förderleitung 16 größer als der der Förderleitung
io, 13 ist. In diesem Fall dient das zweite Steigrohr 1 i in
erster
Linie dazu, die Fördermenge zu erhöhen. Die Düsenanordnung am Ende 14 der Förderleitung
13 hat den Zweck, die erforderliche zusätzliche Flüssigkeitsmenge aus dem Steigrohr
i i mit in die Förderleitung 16 zu reißen. Selbstverständlich kann dieses auch durch
andere Mittel, beispielsweise durch eine besondere Pumpe, erreicht werden. Das weitere
Steigrohr kann auch dazu dienen, zur Unterstützung der Pumpe die in der Förderleitung
auftretenden Widerstände auszugleichen oder die Förderhöhe zu vergrößern. Die Inbetriebsetzung
erfolgt auf die gleiche Weise wie bei der Anlage nach Abb. i. In den Steigrohren
können ebenfalls Fuß- bzw. Saugventile vorgesehen sein.
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Die Stufenanlage nach Abb. 3 dient dazu, um größere Förderhöhen als
die Normalförderhöhe von 7,3 m zu erreichen. Zu diesem Zweck sind jeweils bei den
Normalförderhöhen von 7,3 m Flüssigkeitsbehälter oder Speicherbecken 2-0, 20' angeordnet.
Diese Speicherbecken 2o sind geschlossen ausgebildet und mit einer Verbindungsöffnung
21, 21' zur Atmosphäre versehen. In der Deckplatte 22, 22' des Speicherbeckens 20,
2ö ist eine Tauchglocke 23, 23' befestigt, deren unterer Rand etwas über dem Boden
24, 24' des Speicherbeckens liegt. Durch den Boden 24, 24' ist bis in den Glockenraum
jeweils das untere Steigrohr 25,25' geführt. Das nach oben weitergeführte
Steigrohr schließt sich an das untere nach einem gewissen Abstand an und ist durch
den Kopfteil 26, 26' der Tauchglocke 23, 23' geführt. An dem Kopfteil 26, 26' sind
weiterhin die Vakuumleitungen 27 der Vakuumpumpen 28 angeschlossen. Innerhalb des
Tauchglockenmantels stülpt sich das obere Steigrohr 'mit einer Haube 29 über das
untere, und der obere Teil der Haubenschale ist durch zwei Rohrstutzen 30,
30' mit dem Vakuumtauchglockenmantelr.aum verbunden, um einem schädlichen
Stau zu vermeiden und den Fluß zügiger zu gestalten.
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An das letzte Steigrohr ist eine Vakuumpumpe 31 angeschlossen. Ferner
zweigt von diesem Steigrohr 25" die Förderleitung 32 mit der Förderpumpe 33 ab,
wobei der Querschnitt der Förderleitung 32 kleiner ist als der des letzten Steigrohres
25". Das unterste Steigrohr 25 taucht wie bei der Anlage nach Abb. i und 2 in ein
stehendes oder fließendes Gewässer ein.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine gemeinsame Vakuumringleitung
27 für alle Tauchglocken des Systems vorgesehen. Selbstverständlich kann auch für
jede Tauchglocke eine besondere Vakuumanordnung vorgesehen werden.
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Zur Vakuumerstellung und Inbetriebsetzung sind die Öffnungen 21, 21'
der Speicherbecken 20, 20' und die Auslauföffnung 34 der Förderleitung verschließbar.
In dem untersten Steigrohr 25 ist zweckmäßig ein Fußventil 35 vorgesehen. Die Inbetriebsetzung
dieser Stufenanlage erfolgt zweckmäßig durch Schließen der mit der Atmosphäre in
Verbindung stehenden Öffnungen 2i, 34. Für den Betrieb dient jedes Speicherbecken
als Ausgang für jedes weitere Steigrohr, so daß es auf diese Weise gelingt, durch
eine entsprechende Anzahl von Stufen größere Förderhöhen zu überwinden. Umgrößere
Rückwirkungenbei Betriebsstörungen, beispielsweise durch auftretende Undichtigkeiten,
zu verhindern, wird das Fassungsvermögen eines jeden Speicherbeckens bis zur Höhe
der Einmündungsöffnung des unteren Steigrohres so bemessen, daß es den Inhalt der
darüberliegenden Steigrohre aufnehmen kann.