DE9570C

DE9570C - Neuerungen in der Wasserhaltung

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Publication number: DE9570C
Application number: DENDAT9570D
Authority: DE
Original assignee: E. rosenkranz und gildemeister & KAMP in Dortmund

Description

1879.

Klasse 59.

EDUARD ROSENKRANZ und GILDEMEISTER & KAMP in DORTMUND.

Neuerungen in der Wasserhaltung.

Patentirt im Deutschen Reiche vom i. August 1879 ab.

Die bedeutenden Dimensionen und Massen an den mit Dampf betriebenen intermittirenden Wasserhaltungsmaschinen im Vergleich zu hydraulischen Motoren sind einestheils durch den Umstand geboten, dafs es nicht für praktisch, sogar für unausführbar gehalten wird, mit einem dem Wasserdruck einer hydraulischen Maschine gleichkommenden Dampfdruck zu arbeiten, anderentheils durch die Elasticität des Dampfes bedingt, welche bei zu geringen Massen eine Ueberschreitung der Hubgrenzen leicht zur Folge haben kann. Es ist daraus erklärlich, dafs hydraulische intermittirende Maschinen bei gleicher Kraftentwickelung gegen solche mit Dampf betriebenen bedeutend billiger hergestellt werden können. Zu diesem Vortheil gesellt sich noch die gröfsere Betriebssicherheit, indem der Treibkolben mit dem Pumpengestänge sowohl beim Auf- als Niedergang von einer unelastischen incompressiblen Wassersäule getragen wird, deren Zu- und Abflufs von der Weite der entsprechenden Oeffhungen abhängig gemacht werden kann, so dafs weder eine leicht zu Brüchen führende allzugrofse Geschwindigkeit der Gestängebewegung, noch ein Durchgehen des Treibkolbens beim etwaigen Gestängebruch zu befürchten ist.

Diese Sicherheit, in Verbindung mit den directen ökonomischen Vortheilen, führte auf die Idee nachstehend beschriebener Einrichtungen an Wassersäulenmaschinen, Pumpen, Triebwasserzuführung, Sumpfwasserstandszeiger, überhaupt in der Wasserhaltung.

In der beiliegenden Zeichnung stellt:

Fig. ι eine Wassersäulenmaschine im Längendurchschnitt,

Fig. 2 und 3 Details derselben,,

Fig. 4 die Anordnung einer Saugpumpe mit Plungerkolben,

Fig· S> 5^{a un}d 5^b die Regulirungsvorrichtung der Druckhöhen des Triebwassers,

Fig. 6 die Signalvorrichtung des Sumpfwasserstandes,

Fig. 7 die Disposition einer Wasserhaltungsanlage dar,

Die Wassersäulenmaschine, Fig. 1, ist im Zustande des Kolbenniederganges gezeichnet.

Gleichmäfsig mit dem Treibkolben α bewegt sich in dem Cylinder b der Mönchskolben c. Bei dem vorhergegangenen Kolbenaufgange befindet sich der Steuerkolben d unterhalb des Schlitzes e und der damit verbundene Mönchskolben / nahe dem Boden des Cylinders g. Das bei χ eintretende Triebwasser konnte unter dem Kolben α wirken und bewegte denselben nach oben. Bei diesem Aufgange verdichtete sich die Luft in dem Cylinder b, Avelche infolge der Belastung des Ventils h erst dann entweichen konnte, als der Kolben c den Stift A₁ dieses Ventils erreichte bezw. denselben hob. Alsdann gelangte die verdichtete Luft durch das Rohr i in den Cylinder g bezw. unter den Kolben / und hob diesen, sowie die damit verbundenen Steuerkolben d und Gegenkolben ti,. Die Umsteuerung war erfolgt, das Triebwasser konnte aus y entweichen, es trat der Niedergang des Treibkolbens ein. Um die Steuerkolben während dieses Niederganges in ihrer Lage zu halten, greift die mit demselben und dem Kolben f fest verbundene Zahnstange / in das Getriebe des Zahnrades m, welches auf der Axe η fest aufsitzt. Ebenfalls fest mit dieser Axe .verbunden ist das Sperrrad 0, über welches die an der Axe ρ drehbare Sperrklinke q bei der Aufwärtsbewegung der Steuerung hinweggleitet, eine niedergehende Bewegung jedoch durch ihr Eingreifen in die Zähne desselben verhindert wird. Gelangt nun der Treibkolben auf seinen niedrigsten Stand, dann haben die an der Kolbenstange a_l befestigten Frösche r den um s drehbaren Hebel S₁ erreicht und denselben niedergedrückt bezw. die mit demselben verbundene Stange t gehoben. Letztere greift mit ihrer Rolle Z₁ unter die Sperrklinke q und entfernt dieselbe vom Sperrrade. Indem die gespannte Luft beim Treibkolbenniedergange durch die Ventile u, Fig. 2, wieder in den Cylinder b getreten ist, so ist der Druck derselben auf den Kolben / nicht mehr vorhanden. Letzterer und der mit ihm verbundene Steuerkolben d sinkt infolge seines Eigengewichts event, unter Zuhülfenahme einer Belastung V₁ und stellt die Communication des Schlitzes e mit dem Einströmungsrohr χ wieder her, so dafs der Auftrieb des Kolbens α von neuem erfolgen kann.

Um möglichst langsam zu arbeiten, kann das Ausheben der Sperrklinke auch vermittelst Katarakte, wie solche bei Wasserhaltungsmaschinen angewendet werden, erfolgen; ebenso kann für die Einführung der Luft in den Cylinder g ein Katarakt arbeiten, doch scheint eine längere Pause zwischen Auf- und Niedergang des Kolbens hier nicht nothwendig zu sein, indem der Gegendruck der Luft im Cylinder b in Verbindung mit der allmäligen Verengung des Schlitzes e durch den aufsteigenden Steuerkolben die erwünschte . Verlangsamung der Kolbengeschwindigkeit gegen Schlufs des Hubes, also die Beruhigung des Wassers in der Pumpe beim Hubwechsel begünstigt.

Etwaige Luftverluste ersetzen sich durch die Ventile K₁ und u, Fig. 2.

Zur Regulirung der Treibkolbengeschwindigkeit dient aufser den Absperrungsvorrichtungen (Schieber etc.) die an der Steuerung angebrachte Vorrichtung zur Hubbegrenzung des Steuerkolbens. Dieselbe besteht in einem an der Axe η befestigten Hebel v, dessen Schwingungsbahn durch Bolzen, welche in die Oeffnungen w gesteckt werden, begrenzt werden kann und eine Versperrung des Schlitzes e durch den Steuerkolben mehr oder minder zuläfst.

Um die Steuerung zu arretiren event, den Gang derselben zu mäfsigen, dient die an der Axe η befestigte Bremsscheibe ζ, auf welche eine nicht gezeichnete, an der Axe f befestigte Bremsvorrichtung wirkt; ferner ist die Geschwindigkeit des Auftriebes der Steuerung durch den Hahn i, zu reguliren.

Der Steuerkolben ist an seinen Enden in der in Fig. 3 dargestellten Form durchbrochen, wodurch die Wasser-Zu- und Abströmung beim Kolbenwechsel allmälig zu- und abnimmt und Stöfse vermindert werden.

Anstatt der Mönchskolben c und / können auch Scheibenkolben angewendet werden. Umgekehrtes kann bei α stattfinden.

Fig. 4 zeigt eine Saugpumpe mit Plungerkolben a. In dem Ventilkasten b befindet sich das Saug-, in c das Druckventil. Durch die feste Verbindung des Kolbenrohres k mit einem Saugrohr ί ist nur, wie dargestellt, die Verlagerung der Steigröhrensäule nothwendig, wobei der Vortheil erwächst, dafs beim etwaigen Bruch des Gestänges die Pumpentheile durch dasselbe nicht beschädigt werden können und das Pumpenlager selbst als Fanglager für dasselbe dienen kann.

Zur Milderung des Sturzes auf das Pumpenlager hat der Kreuzkopf d einen konischen Ansatz e, welcher in den am Pumpenlager solide befestigten, stets mit Wasser gefüllten, der gröfsten Dimension des Ansatzes angepafsten Cylinder / taucht und eine entsprechende Wassermenge durch den geringen Zwischenraum zwischen Ansatz und Cylinder aus letzteren verdrängen mufs, bevor der Kreuzkopf das Pumpenlager erreichen kann.

Wenn in tiefen Schächten das Triebwasser nur von Tage genommen werden kann und die Druckhöhen desselben für die Wassersäulenmaschinen zu bedeutend sein würde, dann soll der in Fig. 5 dargestellte Apparat behufs Erreichung der anzuwendenden geringeren Druckhöhe an geeigneter Stelle in der Rohrleitung eingeschaltet werden. Das Triebwasser tritt bei α ein und treibt den mit Schlitzen versehenen, unten offenen Kolben b dem Querschnitt der mit der atmosphärischen Luft durch das Röhrchen c communicirenden Kolbenstange bi entsprechend in die Höhe. Das Wasser tritt durch die Schlitze aus und füllt die Rohrleitung d bezw. den Kasten e. Sobald der Druck in dem Kasten zunimmt, wirkt der^ selbe auf den Kolben/, welcher im Verhältnifs seines Querschnitts zu dem der Kolbenstange b, mit einem geringeren Druck als in der Rohrleitung α sich befindet und den Kolben b zurückzutreiben vermag, so dafs die Schlitze desselben entweder ganz in die Stopfbüchse g sich schieben und kein Wasser durchlassen oder so weit aus derselben hervorragen, bis durch den verminderten Ausflufs aus denselben die beabsichtigte Druckhöhe constant erhalten bleibt. Das Röhrchen h wird entweder mit einem Druckmesser versehen oder oben offen gelassen und so weit in die Höhe geführt, als der Druck auf den Kolben / dieses bedingt. Im ersten Falle zeigt der Druckmesser, im zweiten das Ueberfliefsen des Wassers die etwaige Unordnung im Apparat an. In Fällen, bei welchen es auf Raumersparnifs weniger ankommt, wie bei Wasserleitungen, wendet man den Apparat Fig. Sa und 5 b an.

Durch das bei α eintretende Wasser wird der Kolben b in die Höhe getrieben, bis die Oeffnungen c desselben sich aufserhalb der Stopfbüchse befinden. Das Wasser tritt aus diesen aus und füllt die Rohrleitung d bezw. den Behälter e. Der Gegendruck des ausgetretenen Wassers äufsert sich auf dem im Cylinder/ spielenden und mit b fest verbundenen Kolben g, welcher, da sein Querschnitt gröfser als der von b ist und der Cylinder/ durch die Oeffnung h mit der äufseren Luft communicirt, durch einen geringeren Druck, als in der Zuführung a. sich befindet, nach unten getrieben wird, wodurch sich die Oeffnungen c in die Stopfbüchse schieben bezw. verschliefsen.

Beim' Nachlassen des Gegendrucks treten diese Oeffnungen wieder ins Freie und lassen so lange Wasser einströmen, bis der Gegendruck wieder das Uebergewicht erlangt hat.

Zur Prüfung des Wasserstandes im Sumpfe dient die in Fig. 6 dargestellte Einrichtung. Der mit einem Sieb α versehene Kasten b communicirt derart mit dem Sumpfe, dafs sich sowohl der höchste Wasserstand χ χ als auch der niedrigste yy darin bemerkbar macht. An den in demselben befestigten Führüngsstangen c

gleitet ein Korkschwirnmer. d, welcher oben mit einer Metallplatte bedeckt ist. Auf dem Kasten ruht, Luft durchlassend, von demselben durch eine Isolirschicht i getrennt, der Deckel e, in welchem, in isolirhülsen stehend, Metailstäbe/^. befestigt srnd. Letztere werden mit gut isolirten Leitungsdr-ärjten verbunden, Reiche über Tage mit einer elektrischen Batterie und einem Signalwerk mit zwei Glocken von verschiedenem Ton in Verbindung stehen. Beim höchsten Wasserstande erreicht die Metallplatte des Schwimmers die Metallstäbe f und g, wodurch die Kette sich schliefst und eins von den Glockensignalen so lange ertönen läfst, bis der Schwimmer infolge der Sümpfung sich wieder davon entfernt hat. Beim niedrigsten Wasserstande setzt sich der Schwimmer auf den Metallteller k, welcher durch Metalldrähte £, mit den metallenen Hebeln // verbunden ist. Durch das Niederdrücken des Tellers infolge des Schwimmergewichts kommen die Hebel in die punktirte Lage, und die auf denselben befestigten Metallfedern lehnen sich an die Stäbe / und h, wodurch die Kette geschlossen wird und das andere Glockensignal so lange ertönen läfst, bis der Wasserstand infolge der unterbrochenen Sümpfung steigt und den Schwimmer vom Teller entfernt. Letzterer hebt sich wieder durch die an den Hebeln angebrachten Gegengewichte.

Die Erfahrung bestätigt, dafs neben- oder übereinanderstehende, an dasselbe Gestänge gekuppelte Pumpen durch die unvermeidlichen Störungen in der einen oder anderen derselben von schädlichstem Einflufs auf das ganze Pumpensystem werden; zu diesem tritt der Uebelstand, auf den verschiedenen Sohlen nur selten diejenige Wassermenge direct zu besitzen, welche der Leistung der betreffenden Pumpe entsprechend ist, wodurch entweder, je nachdem zu wenig oder zu viel Wasser vorhanden ist, tieferen Sohlen von höher gelegenen Wasser zugeführt oder Hülfspumpen angelegt werden müssen. Ferner nimmt die Sicherheit des Pumpensystems um so mehr ab, je länger das Gestänge ist und je mehr Pumpensätze übereinanderstehen.

Diese Uebelstände sind nur dadurch zu beseitigen, dafs ein bestimmtes Niveau, womöglich die höchste Sohle (Wettersohle) zur Aufnahme des Hauptsumpfes bestimmt wird, aus welchem eine allen Eventualitäten gewachsene Wasserhaltungsmaschine mit nur einer Pumpe die Sümpfung der Wasser bewerkstelligt, jede fernere Sohle aber eine selbstständige, den betreffenden Zuflüssen entsprechende Wasserhaltung erhält, welche dem Hauptsumpfe zu arbeitet.

Da nun Wassersäulenmaschinen eine gröfsere Sicherheit als Dampf-Wasserhaltungsmaschinen bieten und wegen ihrer geringen Horizontalausdehnung eine verminderte Schachtversperrung herbeiführen, also eine Vermehrung der Wasserhaltungskräfte leichter zulassen, so eignen sich diese, namentlich da eine Wartung derselben kaum erfgrder.Jich ist, arji zw.eckmäfsigstjsn zur ^asserhaitung eines Bergwerks.

|st kein natürliches GeMIe vorhanden, so vermitteln Dampfmaschinen jiire.ct oder indirect clje W^a^.erlaebung vqm Hauptsumpfe big zu Tage, dahingegen werden zur Wasserhebung von den tieferen Sohlen unter dem Hauptsumpfe aufgestellte Wassersäulenmaschinen benutzt, welche ihr Triebwasser von Tage her empfangen und welches die Hauptmaschine wieder mit zu heben hat. Bei bereits bestehenden Dampfmaschinenanlagen erhält die bis zum Hauptsumpfe reichende Hauptpumpe eine der vollen Ausnutzung der Maschinenkräfte entsprechende Gröfse; jede unter dem Hauptsumpfe liegende Sohle hat ihre selbstständige Wasserhaltung durch Wassersäulenmaschinen, welche in den Hauptsumpf ausgiefsen. Wird bei den tiefer liegenden Sohlen die Steighöhe zu grofs, so arbeiten dieselben den oberen zu, z. B. No. 4 nach No. i, No. 5 nach No. 2 u. s. w., wenn diese Zahlen die Reihenfolge der unterirdischen Wassersäulenmaschinen von oben nach unten bedeutet.

Bei neuen'Anlagen besteht die Wasserhaltung des Hauptsumpfes aus einer möglichst grofsen Wassersäulenmaschine A, Fig. 7. Die Steuerung A^ derselben befindet sich über Tage, damit die Triebwasserleitung gleichzeitig als Gegengewichtssäule zur Balancirung des Gestänges dienen kann. Dieselbe empfängt ihr Triebwasser des gleichmäfsigen Druckes wegen aus dem Accumulator B event, aus einem Windkessel, welcher vermittelst einer oder mehrerer Dampf-Wasserhaltungsmaschinen C gespeist wird.

Die praktischen Vorzüge dieser Construction bestehen darin, dafs die dem Accumulator zu arbeitenden Maschinen den wachsenden Wasserzuflüssen entsprechend vermehrt werden können und das schwere Anlagekapital für eine Wasserhaltung den Bedürfnissen entsprechend zur Verwendung gelangen lassen, dafs ferner bei Betriebsunfähigkeit einer dieser Maschinen die Wasserhaltung weniger als bei nur einer Dampf-Wasserhaltungsmaschine gestört wird und ein Ersaufen des Bergwerks nicht zur Folge haben kann.

Die hier beschriebenen Wassersäulenmaschinen und Pumpen lassen sich auch unter Benutzung von Wasserleitungen zum Auspumpen von Baugruben, Kellern etc. verwenden, auch ist der in Fig. 5 dargestellte Regulator für die Triebwasserzuführung geeignet, in das Röhrensystem von mit hohem Gefalle arbeitenden Wasserleitungen eingeschaltet zu werden, namentlich in den Abzweigungen nach den Wohngebäuden hin, um deren Röhrensystem von dem hohen Druck zu entlasten und ein Platzen der Röhren seltener zu machen.

Claims

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Patent-Ansprüche:

An der Steuerung einer Wassersäulenmaschine, Fig. ι bis 3, der Luftcompressionscylinder l· in Verbindung mit dem Cylinder g und Kolben/, welch letzerer mit dem Steuerkolben d und d^l verbunden ist.

Am Pumpengestänge von Wassersäulenmaschinen der Wasserbuffer ef, Fig. 4.

An Wassersäulenmaschinen der Regulator, Fig. 5, mit dem Regulirkolben b und dem Gleichgewichtskolben f.

An Wassersäulenmaschinen die Signalvorrichtung, Fig. 6, mit dem auf- und absteigenden Schwimmer d_it welcher sowohl oben als unten durch Kettenschlufs einen elektrischen Signalapparat in Thätigkeit setzt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.