DE1277020B

DE1277020B - Pumpe zum Heben von Fluessigkeiten aus grosser Tiefe

Info

Publication number: DE1277020B
Application number: DEW30347A
Authority: DE
Inventors: Dr Friedrich Wenk
Original assignee: FRIEDRICH WENK DR
Current assignee: FRIEDRICH WENK DR
Priority date: 1961-07-14
Filing date: 1961-07-14
Publication date: 1968-09-05

Description

Pumpe zum Heben von Flüssigkeiten aus großer Tiefe Die Erfindung betrifft eine Pumpe zum Heben von Flüssigkeiten aus großer Tiefe mittels Schwingungen der Flüssigkeit im Steigrohr, das an seinem unteren Ende mit wenigstens einem mit einem Schwimmkolben versehenen Windkessel und durch ein Rückschlagventil mit der Förderflüssigkeit in Verbindung steht.
Derartige Pumpen sind als Ersatz der üblichen Pumpen bekannt, deren Saughöhe maximal nur 6 bis 7 m beträgt und die daher bei tiefem Brunnenbohrloch weit unterhalb der Erdoberfläche angebracht werden müssen, was neben hohen Gestehungskosten zahlreiche konstruktive und betriebstechnische Schwierigkeiten mit sich bringt, so daß das Anwendungsgebiet dieser Pumpen begrenzt ist.
Bei der der Erfindung zugrunde liegenden Pumpenart wird mit Hilfe eines am oberen Ende des Steigrohres vorgesehenen Druckerzeugers, z. B. eines Kolbens, die Flüssigkeitssäule im Steigrohr in rhythmische Schwingungen versetzt, so daß die am unteren Ende des Steigrohres und im Windkessel entstehenden Druckschwankungen bei jeder Schwingung eine bestimmte Fördermenge durch das Rückschlagventil eintreten lassen.
Bei bekannten derartigen Ausführungen ist zwischen der Windkesselflüssigkeit und der Steigrohrflüssigkeit ein Ventil oder eine elastische Membran vorgesehen, um einen toten Bereich der Schwingungsamplitude zu vermeiden. Diese schwer zugänglichen Absperrorgane haben jedoch den weiteren großen Nachteil, daß beim Betrieb der Pumpe harte Wasserschläge mit übergroßer Materialbelastung auftreten und daß außerdem eine einwandfreie Selbstregulierung des Windkesselgasinhaltes behindert wird.
Die Erfindung hat den Zweck, die Pumpe so zu verbessern, daß bei einfacherem Aufbau und erhöhter Betriebssicherheit die genannten Nachteile vermieden werden. Erreicht wird dies dadurch, daß die Verbindung zwischen Windkessel und Steigrohr eine strömungstechnische Verengung für die Förderflüssigkeit aufweist und in Höhe des niedrigsten Niveaus der Windkesselflüssigkeit durch den Schwimmkolben freigegebene und in das Steigrohr mündende Entlüftungsöffnungen vorgesehen sind.
Bei einer bekannten Pumpe ist hilfsweise am unteren Ende des Steigrohres ein Windkessel über ein Winkelrohr angeschlossen, dessen Querschnitt wesentlich kleiner ist, als derjenige des Steigrohres. Diese Anordnung dient zur elastischen Energiespeicherung, kann jedoch nicht zur Vergrößerung der Förderhöhe im Sinne der Erfindung verwendet werden, was zur Voraussetzung hätte, daß das Anschlußrohr für den Windkessel größeren Querschnitt als das Steigrohr hat und daß außerdem der Zufluß zum Steigrohr eine stetige strömungstechnische Verengung für die Förderflüssigkeit aufweist.
Bei einer anderen bekannten Pumpe ist ein Windkessel über ein sich verengendes Rohr mit der Steigleitung verbunden. Hier handelt es sich jedoch lediglich um eine Maßnahme zur Vermeidung von Stößen während des ersten Teiles des Kolbenweges einer Pumpe normaler Förderhöhe, nicht aber um eine Tiefpumpe mit schwingender Flüssigkeitssäule, die es ermöglicht, das Pumpenaggregat über der Erde zu belassen.
Bei einer Ausführung, bei der das Steigrohr konzentrisch in den zylinderförmig ausgebildeten Windkessel hineinragt, ist zweckmäßig der Schwimmkolben konzentrisch auf dem Steigrohr geführt und die Verengung durch einen die Steigrohrmündung umgebenden Randwulst und einen diesem gegenüber angeordneten Füllkörper gebildet.
Der Windkessel wird zweckmäßig so weit unter den Brunnenwasserspiegel abgesenkt, daß der Wasserspiegel der Windkesselflüssigkeit in der Mittellage wenigstens ein Achtel, vorzugsweise mehr als ein Viertel der Förderhöhe unter dem Brunnenwasserspiegel liegt.
Der Gasraum des Windkessels kann mit dem Steigrohr durch eine oder mehrere auf gleichem Niveau liegende Öffnungen zum Entweichen überschüssigen Gases verbunden sein. Zwischen Flüssigkeit und Gasinhalt kann ein Schwimmkolben angeordnet sein.
Die Druckimpulse am oberen Ende des Steigrohres können in üblicher Weise durch eine Kolbenpumpe, die zweckmäßig über eine Freilaufkupplung angetrieben wird, erzeugt werden, oder durch unmittelbare rhythmische Einwirkungen von Druckwasser, Wasserdampf oder Druckgas. In diesem Fall wird zweckmäßig ein oben auf der Flüssigkeitssäule ruhender Schwimmkolben zwischengeschaltet. Der bei der Pumpe nach der Erfindung gegebene tote Bereich der Schwingungsamplitude ergibt nach rechnerischen Untersuchungen nur eine unbedeutende Verringerung der Förderzahl, während der theoretische Verlust an Wirkungsgrad durch die vorgesehene günstige Ausbildung der Strömungsverhältnisse sowie durch eine genügend tiefe Absenkung des Windkessels unter den Brunnenwasserspiegel der Förderflüssigkeit mehr als aufgewogen wird. Gegenüber bekannten Ausführungen ergeben sich dabei folgende wesentliche Vorteile: Der Unterwasserteil ist vereinfacht und nicht störanfällig.
Die Schwingungsbewegung der Wassersäule verläuft völlig stoßfrei, da sich das einfache Rückschlagventil der Ansaugöffnung der Pumpe gleich zu Beginn des Wasserrücklaufes, also bei sehr langsamer Strömungsgeschwindigkeit, schließt.
Der Gasinhalt im Windkessel reguliert sich betriebssicher und selbsttätig mittels kleiner Öffnungen in der Windkessel- bzw. Steigrohrwand, durch die ein trberschuß an Gasinhalt genau dosiert in das Steigrohr entweichen kann, sobald der Flüssigkeitsspiegel im Windkessel diese Öffnungen freigibt.
In vielen Fällen wird die Brunnenflüssigkeit hinreichend absorbiertes Gas enthalten, so daß sie wie bei einem Saugwindkessel den Gasinhalt des Windkessels laufend von selbst ergänzt. Andernfalls kann der Gasinhalt des Windkessels von außen her durch eine Rohrleitung geringen Querschnittes ergänzt werden, ohne daß eine Überdosierung zu befürchten ist.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt F i g.1 eine schematische Darstellung einer Pumpe nach der Erfindung, deren Windkessel das untere Ende des Steigrohres konzentrisch umgibt, im Schnitt, F i g. 2 eine abgeänderte Ausführung mit einem oder mehreren seitlich vom Steigrohr angeordneten Windkesseln.
Das Steigrohr 1 ragt mit seinem unteren Teil 2 konzentrisch in einen zylinderförmigen Windkessel 3, das Ende 2 des Steigrohres ist zur Erzielung eines geringen Strömungswiderstandes für die einlaufende Förderflüssigkeit mit einem hydraulisch günstigen Randwulst 4 und der Zufluß 26 zum Steigrohr gegebenenfalls durch Füllkörper 27 zeit einer stetigen Verengung versehen. Unter der Mündung des Steigrohres liegt das aus einer Kugel bestehende Ansaugventil 5. Unterhalb des Ansaugventils 5 befindet sich ein mit den üblichen Sieben 6 versehener Ansaugkorb 7, der wie im Beispiel eine Fortsetzung des Windkessels bilden kann.
Am oberen Ende des Steigrohres 1 ist ein rhythmisch auf- und niederbewegbarer Druckkolben 8 vorgesehen, der in seiner oberen Stellung in der Zylinderwandung 9 angebrachte und durch den Kolben gesteuerte Auslaßschlitze 10 für die über das Steigrohr 1 geförderte Flüssigkeit 11 freigibt, so daß diese in ein Sammelbecken 12 abfließt. Das Sammelbecken 12 hat ein überlaufrohr 13, aus dem die Flüssigkeit dann entnommen werden kann.
Der Antrieb des Kolbens 8 kann im einfachsten Fall von Hand durch einen Pumpenschwengel erfolgen, oder maschinell durch einen Kurbeltrieb, und zwar zweckmäßig über einen Freilauf 15, so daß die Kurbelwelle 16 gegenüber der Antriebswelle 17 vorauseilen kann, besonders dann, wenn die Antriebswelle mit einem Schwungrad versehen ist. In geeigneten Fällen können die Druckimpulse auf die Flüssigkeitssäule 11 durch eine Druckflüssigkeit oder ein Druckgas bzw. Wasserdampf durch unmittelbare Einwirkung oder auch unter Zwischenfügung eines Schwimmkolbens ausgeübt werden.
Um den besten Wirkungsgrad zu erhalten, muß der Windkessel genügend weit unter den Brunnenwasserspiegel 18 abgesenkt werden, und zwar zweckmäßig so weit, daß der Wasserspiegel der Windkesselflüssigkeit 19 in der Mittellage wenigstens ein Achtel, vorzugsweise mehr als ein Viertel der Förderhöhe unter dem Brunnenwasserspiegel 18 liegt.
Günstig ist schließlich, den Gasinhalt 20 und den Flüssigkeitsinhalt 19 im Windkessel 3 gegeneinander abzudecken. Zu diesem Zweck ist beim Ausführungsbeispiel ein auf dem Flüssigkeitsinhalt 9 ruhender Schwimmkolben 21 vorgesehen, der das Steigrohr 1 ringförmig umgibt.
Um eine selbsttätige Regulierung des Gasinhaltes 20 im Windkessel 3 zu ermöglichen, sind auf gleichem Niveau eine oder mehrere Öffnungen 22 in dem innerhalb des Windkessels 3 liegenden Teil der Wandung des Steigrohrs 1 vorgesehen, durch die ein Öberschuß an Gasinhalt genau dosiert in das Steigrohr entweichen kann, sobald der Flüssigkeitsspiegel im Windkessel die Öffnungen 22 freigibt.
Um gegebenenfalls den Gasinhalt 20 im Windkessel 3 nachfüllen zu können, ist ein mit einem Rückschlagventil 23 versehenes Gaszuführungsröhrchen 24 im oberen Teil des Windkessels angeschlossen, das nach der Erdoberfläche geführt ist.
In geeigneten Fällen können in der in Fig.2 angedeuteten Weise mehrere seitlich vom Steigrohr 1 angebrachte Windkessel 3, 3' vorgesehen werden. In diesem Fall müssen die in der Windkesselwandung vorgesehenen Öffnungen 22 zum Entweichen überschüssigen Gases durch eine schräg nach oben, geführte Leitung 25 mit dem Steigrohr 1 verbunden sein. Der Zufluß 26 zwischen Steigrohr und Windkessel muß die strömungstechnisch günstigste Form erhalten und soll sich stetig verengen. Die Schwimmkolben 21 erhalten Zylinderform.

Claims

Patentansprüche: 1. Pumpe zum Heben von Flüssigkeiten aus großer Tiefe mittels Schwingungen der Flüssigkeit im Steigrohr, das an seinem unteren Ende mit wenigstens einem mit einem Schwimmkolben versehenen Windkessel und durch ein Rückschlagventil mit der Förderflüssigkeit in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen Windkessel (3) und Steigrohr (1) eine strömungstechnische Verengung (26) für die Förderflüssigkeit aufweist und in Höhe des niedrigsten Niveaus der Windkesselflüssigkeit durch den Schwimmkolben (21) freigegebene und in das Steigrohr (1) mündende Entlüftungsöffnungen (22) vorgesehen sind.
2. Pumpe nach Anspruch 1, bei der das Steigrohr konzentrisch in den zylinderförmig ausgebildeten Windkessel hineinragt, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwimmkolben (21) konzentrisch auf dem Steigrohr (1) geführt ist und die strömungstechnische Verengung (26) durch einen die Steigrohrmündung umgebenden Randwulst (4) und einen diesem gegenüber angeordneten Füllkörper (27) gebildet ist.
3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im oberen Teil des Windkessels (3) eine mit einem Rückschlagventil (23) versehene Gaszufuhrleitung (24) angeschlossen ist.
4. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Ende (9) des Steigrohres (1) erweitert ist und als Windkessel dient, in dem die Flüssigkeitssäule unmittelbar durch die rhythmische Einwirkung von Druckgas, Druckwasser oder Wasserdampf in Schwingungen versetzbar ist.
5. Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem oberen Ende der Flüssigkeitssäule (11) ein vorzugsweise die Auslaßöffnungen (10) der Pumpe steuernder Schwimmkolben vorgesehen ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 628113, 617 688, 88 765; britische Patentschrift Nr. 492 530; USA.-Patentschrift Nr.1020 965.