WO1985000413A1 - Installation de pompage d'eau - Google Patents

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WO1985000413A1
WO1985000413A1 PCT/CH1984/000110 CH8400110W WO8500413A1 WO 1985000413 A1 WO1985000413 A1 WO 1985000413A1 CH 8400110 W CH8400110 W CH 8400110W WO 8500413 A1 WO8500413 A1 WO 8500413A1
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float
water
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valve
container
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Inventor
Paul Hotz
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Andreoli, Marcel
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B17/00—Other machines or engines
    • F03B17/02—Other machines or engines using hydrostatic thrust
    • F03B17/025—Other machines or engines using hydrostatic thrust and reciprocating motion
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy

Definitions

  • the present invention relates to a water pumping system which is operated with flowing water.
  • Systems of this type that do not require external energy and use the energy of the ⁇ flowing water to bring water to a higher level are bucket wheels, water wheels or water turbines and hydraulic rams.
  • Bucket wheels only lift the water over a small height.
  • Waterwheels or ' turbines can drive a pump and lift the water over long distances, but they are mechanically quite complicated.
  • the hydraulic ram is' simple in construction but one. constant steady inflow and is noisy.
  • the invention has set itself the task of creating a water pumping system that is operated with flowing water, ' simply. is under construction, works with irregular water inflow and automatically starts again after the water inflow has stopped.
  • Figure 1 shows a pump system with a single-acting
  • FIG 2 shows a variant for an automatic outlet valve in two operating positions
  • Figure 3 shows a system with a double-acting
  • Piston pump Figure 4 the outlet valve of the system, according to Figure 3 on a larger scale
  • Float tank 1 flows into the flowing water with a slight gradient, as shown by the arrow . W suggests.
  • a main float 2 r which is guided on the guides 3. It is connected to the piston 7 via the rods 4, 5 and the balance beam 6.
  • the piston 7 is arranged in the pump cylinder 8.
  • an outlet valve 9 is attached, which automatically reaches a certain level in the container. opens.
  • This outlet valve 15, shown here as a flap valve, must be kept open for a certain time so that sufficient water can flow out of the float tank 1, the main float lowers and the piston 7 - the pump has a sufficient stroke.
  • this is solved by means of an overflow 10 through which water flows out of the float tank and a certain level is reached.
  • the water flows through the overflow pipe 10 into the vessel 11>, which makes it heavier, and is able to be opened via the pulling elements 12, 13 and balance bar 14 of the outlet valve 15. So that the valve does not remain permanently open but closes again after a certain time, the vessel 11 is provided with a calibrated outlet opening 11 ', so that it empties within a predetermined time.
  • a catch basin 16 Arranged under the float tank 1 is a catch basin 16 with an overflow in which the water which periodically leaks out of the float tank is collected.
  • Water in the float tank 1 must be opened, but afterwards exerts only a small force in the closing direction due to its weight, it remains in its open position even after a large part of the water has escaped from the vessel 11. Only when that
  • Vessel 11 has completely emptied that closes
  • the suction line of the piston pump 7,8 need not be connected to the collecting basin. Instead of pumping up part of the flowing water, the piston pump can also suck the water to be pumped up from another source1
  • Figure 2 shows how an outlet valve can be opened with the aid of a valve lift float.
  • a valve lift float Such a device could be in a pump system according to FIG. 1 be installed and would replace the elements 10-15.
  • FIG. 2 shows in the right half a valve lift float 20 in its lowest position, in the left half in a position in which the water level has risen so high that the float 20 opens the valve.
  • the float body 20 can move smoothly along the valve guide rod 21.
  • valve 21 is fixed to the valve body 22 and has two fixed abutment washers 23, 24.
  • the rod is slidably guided up and down in the guide elements '25, 26- a compression spring 27 ' is attached between "the float and the upper stop 23 " .
  • FIGs 3 and 4 show a variant of the pump system according to Figure 1, in which the drain valve is controlled by the main float 30 itself.
  • the figure shows a. slightly sloping terrain G flows from the water W_ into the float tank 31 with a stream bed and slowly fills it, whereby. the main float is raised and the piston 40 of the double-acting piston pump 41 lifts. Through a lower suction valve Water sucked in under the piston 40, pressed into the line 42 through an upper pressure valve.
  • the main float must have a certain weight so that the pump can also generate pressure when it drops.
  • FIG 4 shows the installation of the drain valve .50 in the bottom 32. of the main float 30.
  • the valve 50 is connected to a guide rod 51 which is slidably guided in the bottom of the float.
  • the guide rod is surrounded by a compression spring 52.
  • a compression spring 52 For double security ⁇ these parts are inside the float by one.
  • Sleeve covered The spring 52 can be attached in such a way that it is loaded in the lowest position of the float.
  • the spring 52 acts in such a way that the outflow opening, once opened, remains open for a certain time.
  • the force required to open the valve is greater than the force required to keep open.
  • a drain pipe 33 is provided for the outflowing water.
  • the construction of the pump system shown in FIG. 1 is simple and clear. All valves can be simple flap valves. Only a few simple metal parts are required. Many parts can also be made of wood. Such. Pumping system is suitable for use in developing countries or remote areas. - •

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Description

WASSER-PUMPANLAGE
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wasser-Pumpanlage die mit strömendem Wasser betrieben wird. Anlagen- dieser Art, die ohne Fremdenenergie auskommen und die Energie, des ■ strömenden Wassers ausnutzen um' Wasser, auf ein höheres Niveau zu bringen sind Schöpfräder, Wasserräder oder Wasserturbinen und hydraulische Widder. Schöpfräder heben das Wasser lediglich- über eine geringe Höhe. Wasserräder oder ' Turbinen können zwar, eine Pumpe antreiben und das Wasser über grosse Strecken anheben, sind aber mechanisch recht kompliziert. Der hydraulische Widder ist zwar ' einfach im Aufbau bedingt aber einen . ständig- gleichmässigen Zufluss und ist .lärmig.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt eine Wasser-Pumpanlage zu schaffen die mit strömendem Wasser betrieben- wird,' einfach. im Aufbau ist, bei unregelmässigen Wasserzufluss arbeitet und nach ausbleiben des Wasserzuflusses selbsttätig wieder ihre Arbeit aufnimmt.
OMPΓ Die Erfindung löst diese Aufgabe mit einer Anlage, die die spezifischen Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes vereinfacht - und schematisch dargestellt. Es zeigen:
Figur 1 eine Pumpanlage mit einer einfach wirkenden
Kolbenpumpe? Figur 2 eine Variante für ein selbsttätiges Auslaufventil in zwei Betriebslagen Figur 3 eine Anlage mit einer doppelt - wirkenden
Kolbenpumpe Figur 4 das Auslaufventil der Anlage, nach Figur 3 in grösserem Mass-Stab
Die Wasserpumpanlage nach Figur 1 umfasst einen grossen . Schwimmerbehälter 1 in den fliessendes Wasser mit geringem Gefälle einströmt, wie dies der Pfeil. W andeutet. Im Behälter befindet sich ein HauptSchwimmer 2r der an den Führungen 3 geführt ist. Er ist über die Stangen 4,5 und dem Waagebalken 6 mit dem Kolben 7 verbunden. Der Kolben 7 ist im Pumpzylinder 8 angeordnet.
OMPΓ Am Pumpzylinder 8 sind ein Saugventil 81 und ein Druckventil 82 angeschlossen, das zur Druckleitung 83 führt.' '
Im Boden des Behälters 1 ist- ein Auslaufventil 9 angebracht, das beim Erreichen eines bestimmten Niveaus im Behälter, selbsttätig . öffnet. Dieses hier als Klappenventil dargestellte Auslaufventil 15 muss während einer gewissen Zeit offen gehalten werden, damit genügend Wasser aus dem Schwimmerbehälter 1 ausfliessen kann, der Hauptschwimmer sich senkt und der- Kolben 7 - der Pumpe einen ausreichenden Hub hat. Im vorliegenden Beispiel ist dies mit Hilfe eines Ueberlaufes 10 gelöst durch den Wasser aus dem Schwimmerbehälter -fliesst, sowie ein gewisses Niveau erreicht ist. Das Wasser fliesst durch das Ueberlaufrohr 10 in das Gefäss 11> dass dadurch schwerer wird, und im Stande ist über die Zugelemente 12,13 und Waagebalken 14 des Auslaufventil 15 zu Oeffnen. Damit das Ventil nicht dauernd geöffnet bleibt sondern nach einer gewissen Zeit wieder schliesst ist das Gefäss 11 mit einer kalibrierten Auslauföffnung 11' versehen, so dass es sich in einer vorbestimmten Zeit entleert.
OMPΪ Unter dem Schwimmerbehälter 1 ist ein Auffangbecken 16 mit Ueberlauf angeordnet in dem das aus dem Schwimmerbehälter periodisch auslaufende Wasser aufgefangen wird". Die Kolbenpumpe 7,8 saugt Wasser aus diesem Becher an und pumpt es durch die Rohrleitung 83 auf ein höheres Niveau.
Beim Betrieb fliesst dauernd Wasser W in den Schwimmerbehälter 1, wodurch der Hauptschwimmer 2 angehoben wird. Dieser drückt mit Hilfe der Stangen 4,5 und dem Waagebalken 6 den Kolben 7 nach unten, und dieser fördert das unter dem Kolben befindliche Wasser in die- Druckleitung 83. Hat das Wasser im Schwimmerbehälter das Niveau des Ueberlaufrohres 10 erreicht fliesst Wasser in das Gefäss 11 und das Auslaufventil 15 wird geöffnet.
Da das Auslaufventil gegen den statischen Druck des
Wassers im Schwimmerbehälter 1 geöffnet werden muss, nachher aber infolge seines Gewichtes nur noch eine geringe Kraft in Schliessrichtung ausübt bleibt es auch nachdem ein grosser Teil des Wassers aus dem Gefäss 11 ausgelaufen ist in seiner Oeffnungslage. Erst wenn das
Gefäss 11 sich ganz entleert hat schliesst das
5MPI Klappventil 14 wieder. Durch eine geeignete Wahl der Schliesskraft des Ventils 15, der Grosse des Gefässes 11 und eφner geeigneten Kalibierung der Auslauföffnung 11' kann die. Oeffnungsdauer des. Auslaufventils 15 richtig eingestellt werden.
Die Saugleitung der Kolbenpumpe 7,8 braucht natürlich nicht an das Auffangbecken angeschlossen zu sein. Statt einem Teil des fliessendeπ Wassers hochzupumpen kann die Kolbenpumpe das hochzupumpende Wasser auch aus einer andern Quelle aussaugen1
Das Hauptproblem bei einer derartigen, mit einem durch einen Schwimmer betätigten Kolbenpumpe besteht darin, dass das Auslassventil rechtzeitig geöffnet wird . und' während einer gewissen Zeit geöffnet bleibt bis sich der Schwimmerbehälter soweit entleert hat, dass der Schwimmer am Boden des Behälters aufliegt. Dazu braucht natürlich der Behälter nicht vollständig entleert zu werden.
Figur 2 zeigt wie ein Auslassventil mit Hilfe eines Ventil-Hebeschwimmers geöffnet werden kann. Eine solche Vorrichtung könnte in einer Pumpanlage nach Figur 1 eingebaut werden und würde die Elemente 10-15 ersetzen.
Die Figur 2 zeigt in der rechten Hälfte einen Ventil-Hebeschwimmer 20 in seiner untersten Lage, in der linken Hälfte in einer Lage bei der das Wasser-Niveau so hoch gestiegen ist, dass der Schwimmer 20- das Ventil öffnet. Der Schwimmerkörper 20 kann sich leicht gleitend entlang der Ventil-Führungsstange- 21 bewegen. Die Stange
21 ist fest mit dem Ventilkörper 22 verbunden und hat zwei feste Ansc lagscheiben 23,24. Die Stange ist oben- und unten in den Führungselementen' 25,26 gleitend geführt- Zwischen" dem Schwimmer- und dem oberen Anschlag 23 ist eine Druckfeder 27 'angebracht.
In der . rechten Figurenhälfte ist das Wasser bis zum Niveau Nl gestiegenr der Schwimmer 20 schwimmt und seine Wasserverdrängung genügt um sein Eigengewicht zu heben. Ist das Wasser bis zum Niveau N2. gestiegen (linke- Hälfte der Figur 2) hat er die Feder 27 gespannt. Steigt das Wasser weiter bis zum Niveau N3 hat der Schwimmer seinen maximalen Auftrieb und diese Kraft genügt um das Ventil
22 gegen den statischen Druck des Wassers plus dessen Eigengewicht zu öffnen.
OMPI Sinkt nun das Wasser bis zum Niveau N2, drückt die Feder
27 den Schwimmer auf den unteren Anschlag 24. Der
Auftrieb genügt dann immer noch um das Ventil offen zu halten, bis das Wasser sich bis zum Niveau Nl gesenkt hat, dann schliesst das Ventil 22 die Auslassöffnung. Der
Unterschied beim Ansteigen und Absinken des Wasserniveaus erklärt sich dadurch, . dass zum Oeffnen des Ventils zusätzlich zu dessen Gewicht der statische Druck des
Wassers auf das Ventil überwunden werden muss, ist es einmal geöffnet fällt der statische Druck- weg. In geöffnetem Zustand kann sich • daher die Feder 27 entspannen und bringt den Ventilkörper 22 näher an den
Schwimmer heran. Somit bleibt, beim ." Entleeren die
Auslassöffnung offen bis das Niveau N2 erreicht ist.
Die Figuren 3 und 4 zeigen eine Variante zur Pumpanlage nach Figur 1, bei der das Entleerüngsventil vom HauptSchwimmer 30 selber gesteuert wird. Die Figur zeigt ein. leicht abfallendes- Gelände G mit einem Bachbeet aus dem Wasser W_ in den Schwimmerbehälter 31 fliesst und denselben langsam füllt, wobei. der Hauptschwimmer angehoben wird und der Kolben 40 der doppelt wirkenden Kolbenpumpe 41 hebt. Durch ein unteres Saugventil wird unter dem Kolben 40 Wasser angesaugt, durch ein oberes Druckventil in die Leitung 42 gedrückt.
Damit die Pumpe auch beim Absinken Druck erzeugen kann muss der Hauptschwimmer, ein gewisses Gewicht besitzen. Günstig wirkt sich hierbei aus, dass die. wirksame untere Fläche des Kolbens 40 um die Querschπittsflache der Kolbenstange 43 verringert ist.
Figur 4 zeigt den Einbau des Entleerungsventils .50 im Boden 32. des Hauptschwimmers 30. Das Ventil 50 ist mit einer FührungsStange 51 verbunden, die im Boden -des Schwimmers gleitend geführt ist. Die Führungsstange ist von einer Druckfeder 52 umgeben. Zur doppelten Sicherung¬ sind diese Teile im Innern des Schwimmers durch eine. Hülse abgedeckte Die Feder 52 kann so befestigt sein, dass sie in der untersten Lage des Schwimmers auf ϊug belastet wird.
Die Feder 52 wirkt wie vorgehend an Hand der Figur 2 beschrieben so, dass die einmal geöffnete Ausflussöffnung während einer bestimmten Zeit geöffnet bleibt. Die zum Oeffnen des Ventils erforderliche Kraft ist grosser als die zum Offenhalten erforderliche Kraft.
In Figur 3 ist für das ausfliessende Wasser ein Abflussrohr 33 vorgesehen.
Die in Figur 1 dargestellte Pumpanlage ist in ihrem Aufbau einfach und übersichtlich.. Sämtliche Ventile können einfache Klappventile sein. Es sind nur wenige einfache Metallteile erforderlich viele Teile können auch aus Holz gefertigt sein. Eine solche. Pumpanlage eignet sich zum Einsatz, in Entwicklungsländern oder entlegenen Gebieten. - •

Claims

PATENTANSPRUECHE
1. Wasser-Pumpanlage die mit strömendem Wasser betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Schwimmerbehälter (1;31) für das strömende Wasser (W) umfasst in dem - sich ein Hauptschwimmer (1?30) befinde ,, der eine Kolbenpumpe (1;8;41) betätigt und dass Mittel angeordnet sind, die dem Schwimmerbehälter jeweils beim Erreichen eines bestimmten Niveaus mindestens teilweise entleeren.
2. Fumpanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Entleeren' des Schwimmerbehälters einen Ueberlauf (10) umfassen, durch den Wasser in ein Gefäss (11) fliesst, dessen Gewicht mittels eines. Hebelsystems (12,13,14) ein Auslaufventil (15) des Schwimmerbehä-lters öffnet.
3. Pumpanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gefäss (11) ' eine kalbrierte Auslauföffnung- (11') hat die dafür sorgt, dass das Auslaufventil (15). während einer bestimmten Zeit geöffnet bleibt.
O PI
WIPO
4. Pumpanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Entleeren des .Schwimmerbehälters ein durch einen Ventil-Hebeschwimmer (20) betätigtes Auslaufventil: ( 22) ist.
5. Pumpanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der ' Ventil-Hebeschwimmer (20) eine durch eine
. Feder (27;:52) belastete Freilaufstrecke hat die dafür sorgt, däss das. Ventil beim Absinken des Wasserniveaus während einer bestimmten Zeit geöffnet bleibt.
6. Pumpanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel "zum Entleeren des Schwimmerbehälters (3.1) ein vom Hauptschwimmer' (30) betätigtes Auslaufventil (50) ist.
7. Pumpanlage nach Anspruch 2 r "dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenpumpe (7,8) neben dem Schwimmerbehälter (1) angeordnet ist und mittels eines Hebelsystems (4,5,6) vom Hauptschwimmer (2) betätigt wird.
8. Pumpanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenpumpe direkt mit dem Schwimmer verbunden ist .
9. Puirfpanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
. dass die Kolbenpumpe (41) eine doppelt wirkende
Kolbenpumpe ist, und dass der Hauptschwimmer (30) so schwer ist, dass sein Gewicht beim Absenken- des
'Wasserniveaus im Schwimmerbehälter (31) die Pumpe
-betätigen kann.
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