Verfahren und Vorrichtung zum Fortbewegen von Fördermitteln, insbesondere zum Heben von Flüssigkeiten. Die Erfindung bezieht sich auf ein Ver fahren und eine Vorrichtung zum Fortbewe gen von Fördermitteln, insbesondere zum He ben von Flüssigkeiten.
Das Verfahren nach der Erfindung besteht darin, dass das zu be wegende Fördermittel in seiner Leitung einer wechselnden Zusammendrückung unterwor fen und derart mit der Fördermittelquelle und mit der Aussenluft in Verbindung ge setzt wird, dass das durch die wechselnde Zusammendrückung in Form von hin- und hergehenden Druckwellen dem Fördermittel mitgeteilte Arbeitsvermögen eine Bewegung des letzteren in seiner Leitung hervorruft.
Die zur Ausführung des Verfahrens die nende Vorrichtung kennzeichnet sich da durch, dass die Fördermittelleitung an einen Druckerzeuger angeschlossen ist und durch Absperrvorrichtungen mit der Fördermittel- quelle und der Aussenluft in Verbindung steht.
Ausführungsbeispiele sind in der Zeich nung veranschaulicht. Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zum Heben von Flüssigkeiten in Seitenansicht; Fig. 2 ist ein Längsschnitt durch das am untern Ende der Hebeleitung angeordnete Ventil; Fig. 3 ist ein Querschnitt nach der Linie 3-3 der Fig. 2; Fig. 4 und 5 zeigen im wagrechten bez@v. senkrechten Längsschnitt die an das obere Ende der Hebeleitung angeschlossene Vor richtung zur Erzeugung der Wellen in der Flüssigkeit;
Fig. 6 ist eine Seitenansicht einer andern Ausführungsform der Anlage; Fig. 7 und 8 zeigen je in einem wagrech- ten bezw. senkrechten Längsschnitt die an das obere Ende der Hebeleitung angeschlos sene Vorrichtung zur Erzeugung der Wellen; Fig. 9 und 10 zeigen schematisch zwei verschiedene vereinfachte Ausführungsmög lichkeiten der Anlage; Fig. 11 und 12 zeigen je in einem Längs schnitt einen Abschnitt einer Flüssigkeits- leitung mit darin eingebauten, als Trägheit wirkenden Vorrichtungen;
Fig. 13 bis 16 zeigen je in einem Längs schnitt einen Leitungsabschnitt mit als Ka pazität wirksamen Vorrichtungen; Fig. 17, 18 und 19 zeigen schematisch verschiedene Ausführungsformen von elektri schen Filtern, welche für den Durchgang von Strömen niedriger Frequenz geeignet sind; Fig. 17a, 18a und 19a zeigen ebenfalls schematisch drei verschiedene Ausführungs formen von entsprechenden akustischen Fil tern, wie sie für die Flüssigkeitsanlage in Anwendung kommen können; Fig. 20 bis 22 zeigen schematisch drei verschiedene elektrische Filter, welche zum Durchlassen von Strömen hoher Frequenz eingerichtet sind;
Fig. 20a, 21a und 22a zeigen entspre chende akustische Filter für die Flüssig keitsanlage; Fig. 23, 24 und 25 zeigen schematisch weitere elektrische Filter für eine Reihe von Frequenzen; Fig. 23a. 24a und 2!5a zeigen schematisch die entsprechenden akustischen Filter .für die Flüssigkeitsanlage.
Die in Abb. 1 bis 5 dargestellte Anlage zum Beben von Flüssigkeiten enthält als wesentlichsten Bestandteil eine Kolben maschine 1, die im nachfolgenden als Kom pressor bezeichnet wird. Der in den Zylin der 2 dieses Kompressors dicht eingepasste Kolben 3 ist finit einer Stange 4 verbunden, welche in einem Lager 5 verschiebbar ist. An ihrem äussern Ende trägt die Kolben stange 4 eine Rolle 6, mit der ein Nocken 7 in Berührung steht. Letzterer wird von einer Welle 8 getragen, die von einem Elektro motor 11 mittelst eines Riemens 10 und einer Riemenscheibe 9 angetrieben wird.
Auf die Kolbenstau ge 4 wirkt eine Schrauben feder 12 ein, welche das Bestreben hat, die Kolbenstange nach auswärts zu drücken, so dass die Rolle 6 dauernd mit dem Nocken 7 in Berührung gehalten wird. Von dem<B>Zy-</B> linder 1 geht eine Auslassleitung 13 aus, wel ehe bei dem dargestellten Ausführungsbei spiel mehrfach gekrümmt ist. In dieser Aus lassleitung ist ein einstellbarer Hahn 14 oder ein Ventil angeordnet. Die in den Zylinder 1 des Kompressors mündende Hebeleitung 15 ist am untern Ende mit einem in die Flüs sigkeitsquelle 17, beispielsweise einen Brun nen, eintauchenden Ventil 1,6 versehen.
Das Ventil 16 besteht aus einem Sitz 18, auf dem durch ihre Schwere eine Kugel 19 ruht, wel che von einem Käfig 20 umgeben wird. Letz terer trägt an seinem obern Ende einen Bol zen 21., welcher die Bewegung der Kugel nach oben hin begrenzt und einstellbar ist. Um die Anlage in Betrieb zu setzen, wird aus einem Vorratsbehälter 24, welcher durch ein T-Stück 22 und eine Leitung 23 mit der Hebeleitung 15 verbunden ist, Flüssigkeit in die Hebeleitung 15 abgezapft, bis diese gänz lich gefüllt ist. Die Leitung 23 ist durch ein Ventil 2,5 absperrbar.
Vor dem Öffnen dieses Ventils wird der Kolben 3 des Kom- pressors 1 in seine äusserste Stellung zurück geschoben, indem einfach die Welle 8 ge dreht wird (vergl. Fig. 4 und 5). Alsdann wird das Ventil 14 in der Auslassleitung 13 geöffnet. Wenn nunmehr das Ventil 25 in der von dein Vorratsbehälter 24 -ausgehenden Leitung 23 geöffnet wird, werden sämtliche Teile der Anlage vollständig mit Flüssigkeit gefüllt. Dabei inuss dafür gesorgt werden, dass keine Luftbläschen in der Anlage ver bleiben.
Nach dem Füllen der Anlage wird das Ventil 25 wieder geschlossen und da durch der Vorratsbehälter 24 von der Hebe leitung 15 abgesebaltet. Während das Ven til 14 in der Auslassleitung 13 offen bleibt, wird der Elektromotor 11 angelassen. Durch den jetzt erfolgenden plötzlichen Vorschub des Kolbens 3 wird zunächst der Flüssigkeit in der Anlage ein Stossimpuls erteilt, bis eine der beiden höchsten Stellen des Nol:- kens 7 an der Rolle 6 vorbeigelangt ist.
Die ser Stossimpuls hat zur Folge, dass die Flüs sigkeit in dem unmittelbar vor dem Kolben befindlichen Raum eine plötzliche Zusam- mendrückung erfährt, welche sich in Foren einer Druckwelle in der Flüssigkeitsleitung bis zu dem untern Ventil 1'6 fortpflanzt und von dem letzteren reflektiert wird. Sobald der Nocken 7 die Rolle 6 freigibt, wird der Kolben durch die Feder 1 2 schnell wieder in seine äusserste Stellung zurückgedrückt. Die ser Vorgang wiederholt sich bei jeder halben Drehung der Welle B.
Infolge der auf diese Weise in der Flüssigkeit hervorgerufenen Druckwellen hebt sich das Ventil 19 von seinem Sitz ab, so dass in regelmässigen Zeit abständen. Flüssigkeit durch das Ventil 16 eintritt und durch ,das Rohr 15, das Ventil 14 und die Leitung 13 ausströmt. Das Ven til 14 wird so eingestellt, dass es gerade die grösstmögliche Fördermenge durchlässt. Die Fördermenge kann auch bis zu einem gewis sen Grade durch Einstellung des Bolzens 13 und damit der Hubhöhe der Ventilkugel 19 geregelt werden.
Durch Verändern der Dreh geschwindigkeit der Welle 8 und der Grösse und Form des Nockens 7 kann die Wirkungs weise der Anlage weitgehend beeinflusst wer den (zum Beispiel derart, dass die Druck wellen serienweise auftreten). Zum Antrieb des Kolbens können anstatt eines Nockens auch andere Mittel verwendet werden.
Wenn auch die Theorie, auf welche sich die in der Praxis erprobte Wirkungsweise dieser Vorrichtung gründet, noch nicht ein wandfrei geklärt ist, so ist doch mit einiger Bestimmtheit anzunehmen, dass durch die Einwirkung des Kompressorkolbens in der Flüssigkeit periodische Druckveränderungen hervorgerufen werden, welche sich durch die Flüssigkeitssäule infolge der elastischen Zu sa.mmendrückbarkeit der Flüssigkeit fort pflanzen. Diese Druckwellen werden am un tern Ende der Flüssigkeitssäule durch das Ventil 16 reflektiert.
Die die Druckwelle enthaltende Energie ist ausreichend, um das Ventil 16 zu öffnen und die Flüssigkeits säule in der Leitung 15 zu heben, wobei wei tere Flüssigkeit nachgesaugt wird, und wo gewissermassen die Flüssigkeitssäule selbst als Kolben wirksam ist. Bei bekannten An lagen zur Übertragung von Energie mit Hilfe von Flüssigkeiten findet eine Strömung der zur Energieübertragung dienenden Flüs- sigkeit nicht statt. Im Gegensatz dazu wird bei der Vorrichtung nach Fig. 1 bis 5 die übertragene Energie in eine mehr oder weni ger ununterbrochene Flüssigkeitsströmung umgesetzt.
Die überraschende Wirkung lässt sich, da ja die Flüssigkeitssäule bis zu einem gewis sen Grade zusämmendrückbar ist, mit dem Verhalten einer Schraubenfeder vergleichen, auf deren eines Ende periodische Stösse in der Längsrichtung der Feder ausgeführt werden. Bei jedem Stoss findet eine Zusam- mendrückung der Feder und darnach eine Entspannung statt. Der an dem einen Feder ende durch jeden Stoss hervorgerufene Im puls pflanzt sich in Form einer Welle in der Längsrichtung der Feder fort.
Die Träg heit der Federwindungen bildet den not wendigen Widerstand für die Zusammen- drückung der ersten Windung. Bei der Rückkehr des Impulses findet jedoch eine Ausdehnung in beiden Richtungen statt, so dass sich die Welle der Zusammendrückung längs der Feder fortpflanzt. In der gleichen Weise bildet die Trägheit der Flüssigkeits säule in der Hebeleitung bei der oben be schriebenen Vorrichtung einen Widerstand, so dass durch den Kolbenhub die Flüssigkeit in der Nähe des Kolbens zusammengedrückt und eine sich längs der Flüssigkeitssäule fortpflanzende Welle erzeugt wird.
Es ist an sich bekannt, dass mit Hilfe einer Flüssigkeitssäule Energie übertragen werden kann, indem in dieser Säule eine Weitenbewegung erzeugt wird. Diese Wel len können mit Schallwellen oder elektrischen Wellen v errlichen werden. Zur Erzeugung der Welle ist es notwendig, dass in der Flüs sigkeit Veränderungen der Zusammendrük- kung hervorgerufen werden, was mit bekann ten Mitteln geschehen kann.
Die Anlage wird zweckmässig so ausge führt, dass in der Hebeleitung eine stehende Wellenbewegung erzeugt wird, so dass die Wellenbäuche und Wellenknoten eine un veränderliche Lage erhalten. Zu dem Zweck kann die Anordnung getroffen sein, dass die Länge der Flüssigkeitssäule gemessen bis züi dem am untern Ende der Hebeleitung an geordneten Ventil gleich einer Viertellänge der durch den Kompressorkolben erzeugten Druckwelle oder einem ungeraden Viel fachen davon ist. Eine Flüssigkeitsbewegung wird jedoch, vielleicht mit einem schlech teren Wirkungsgrad, auch bei jeder belie- biäen andern Anordnung erzielt.
Wenn an der Ventilkugel 19 ein Wellenknoten vor handen ist, hat die Kugel 19 das Bestreben, dauernd offen zu bleiben. Es kann jedoch vorkommen, dass sich die Kugel, von Zeit zu Zeit schliesst, so dass ein mehr oder weni ger intermittierender Ausfluss durch das Ventil 14 erfolgt.
Bei der in Fig. 6 bis 8 dargestellten Ausführungsform der Vorrichtung ist eben falls als Hauptbestandteil ein Kompressor 1 mit dem Zylinder 2 und dem Kolben 3 vor gesehen, an dessen Zylinder die Hebeleitung 15 mit dem untern Ventil 16 angeschlossen ist. Mit der Hebeleitung 1,5 ist ebenfalls ein Vorratsbehälter 24 verbunden, in dessen Anschlussleitung ein Ventil 25 angeordnet ist.
Neben dem zum Antrieb des Kompres- sorkolbens dienenden Nocken 37 sitzt jedoch zum Unterschied von der vorher beschrie benen Ausführungsform auf der Welle 8 ein Nocken 3,8, der mit einer Rolle 39 an einem doppelarmigen Schwenkhebel 40 zusammen wirkt. Letzterer ist auf einen Zapfen 41 zwischen zwei neben dem Kompressor 1 an geordneten Konsolen 42 schwenkbar ge lagert. An dem der Rolle 39 entgegengesetz ten Arm trägt der Hebel einen einstellbaren Zapfen 43, welcher mit dem Schaft 44 eines Tellerventils 45 für den Auslass des Kom- pressorzylinders 2 zusammenwirkt.
Dieses Tellerventil 45 wird, wenn der Hebel 40 un wirksam ist, durch eine Feder 47 gegen sei nen Sitz 46 gedrückt. An die Auslassleitung 48 ist ein aufwärts gerichtetes offenes Rohr 49 angeschlossen. Es ist ersichtlich, dass beim Drehen der Welle 8 der Kolben 3 hin- und hergeschoben wird, und dass zti einem bestimmten Zeitpunkt der Nocken 38 im Zusammenwirken mit der Rolle 39 den Hebel 40 schwenkt, so dass der Schaft 44 des Ventils 45 durch den Zapfen 43 abwärts ge drückt wird. Bei der Weiterdrehung des Nockens 38 wird dann das Ventil unter der Einwirkung der Feder 47 wieder geschlossen.
Zum Inbetriebsetzen dieser Vorrichtung wird ebenso, wie bei der vorher beschrie benen, bei geöffnetem Ventil 45 die ganze Anlage mit Flüssigkeit gefüllt, welche denn Vorratsbehälter 24 entnommen wird. Statt dessen oder auch gleichzeitig damit kann durch das Rohr 49 Flüssigkeit in die Anlage eingegossen werden, wobei dafür Sorge züi tragen ist, dass alle Luft aus der Anlage ent fernt wird. Beim Anlassen des Motors wird durch den Kolben 3 des Kompressors zu nächst die Flüssigkeit in der Anlage zusam mengedrückt und, sobald der höchste Punkt des Nockens 37 die Rolle 6 freigibt, plötzlich entspannt.
Inzwischen wird durch den Nok- ken 38 das Ventil 45 zwangläufig geöffnet, so dass bei einer ganz bestimmten Stellung des Kompressorkolbens die Zusammendrük- kung der Flüssigkeit aufgehoben wird. Dies geschieht vorzugsweise in der Nähe des in- nern Totpunktes des Kompressorkolbens. Dabei hebt sich die Kugel 19 von ihrem Sitz ab, so dass Flüssigkeit durch das Ventil 16 einströmen und durch die Leitung 15, das Ventil 45 und die Leitung 48 ausströmen kann.
Der Hub des Ventils 45 wird so ein gestellt, dass die grösstmögliche Ausfluss menge gerade Durchlass finden kann. Auch bei dieser Anlage kann die Fördermenge bis zu einem gewissen Grade durch Einstellung des Bolzens 21 geregelt werden, welcher den Hub des Kugelventils 19 begrenzt. Die be wegte Flüssigkeitsmenge kann auch durch Veränderung der Grösse, Form und Anord nung des Nockens 38 geregelt werden.
Bei der Vorrichtung nach Fig. 1 bis 5 wird bei jedem Hin- und Hergang des Kol bens in der Flüssigkeit eine einzige Welle erzeugt. Im Gegensatz dazu entstehen bei der zuletzt beschriebenen Vorrichtung bei jedem Kolbenhub mehrere Impulse. Bei dem derzeitigen Stand der praktischen Unter suchungen lässt sich diese Wirkung wie folgt erklären: Wenn bei der Vorrichtung nach der Fig. 6 bis 8 das Ventil 45 geschlos sen ist, wird die Flüssigkeit bei der Ein wärtsbewegung des Kompressorkolbens zu sammengedrückt.
Dabei findet durch die Flüssigkeitssäule eine Wellenbewegung statt. Wenn durch die Kolbenbewegung etwa am Ende des Einwärtshubes die gewünschte Zu- sammendrückung erzielt ist, wird das Ventil 45 plötzlich geöffnet. Dabei findet eine Um wandlung der durch den Kolben erzeugten Welle in eine Sonderwelle statt, welche zu sammen mit der Kolbenwelle sich über die ganze Länge der Flüssigkeitssäule nach dem Ventil 16 hin fortpflanzt.
Diese Umwand lung ist analog derjenigen, wie sie in der Elektrotechnik in einer Rhumkorffschen Spule stattfindet. Diese Sonderwelle kann auch verglichen werden mit der Welle, wel che in einer Flüssigkeitsleitung beim Auf treten eines hydraulischen Stosses erzeugt wird oder mit der Welle in einem hydrau lischen Widder. Die Kolbenwelle wirkt zu sammen mit der Sonderwelle beim Anheben der Ventilkugel 19 von ihrem Sitz, so dass Flüssigkeit durch den Sitz des Kugelventils eintritt und durch die Leitung 15 und das Ventil 45 ins Freie strömt.
Durch die Nutz barmachung dieser Sonderwelle wird erzielt, dass bei jedem Hub des Kompressorkolbens eine Flüssigkeitsmenge gefördert wird, die um ein Vielfaches grösser ist als das Hub volumen des Kompressorkolbens. In vielen Fällen ist diese Anlage wirtschaftlicher als die in den Fig. 1 bis 5 beschriebene, bei der nur die durch den Kompressorkolben hervor gerufene Druckwelle zur Übertragung der Energie benutzt wird. Es ist denkbar, dass auch, durch die Bewegung des Kugelventils 19 in der Flüssigkeitssäule Sonderwellen er zeugt werden.
Der Druck in der Anlage richtet sich in der Hauptsache nach dem Querschnitt der Hebeleitung und des Kolbens, sowie nach der Hublänge und Geschwindigkeit des letzteren.
Bei der zuletzt beschriebenen Vorrich tung wird das Auslassventil durch die gleiche Welle gesteuert, welche den Kompressorkol- ben antreibt. Es ist jedoch selbstverständ- lieh, dass auch jede andere Antriebseinrich tung für das Ventil verwendet werden kann, die gegebenenfalls von dem Antrieb des Kompressorkolbens unabhängig ist.
Zwei grundsätzliche Ausführungsmöglich keiten der Anlage sind in den Fig. 9 und 10 schematisch erläutert. Hiernach ist die Hebe leitung 50, welche an dem in die Flüssig keitsquelle eintauchenden untern Ende mit einem Rückschlagventil 51 versehen ist, mit ihrem obern .Ende an einen Kompressions raum oder Zylinder 52 angeschlossen, worin ein Kolben 53 sich hin- und herbewegt. Letz terer wird durch einen Nocken 54 gesteuert, der auf einer sich drehenden Welle 55 sitzt. An dem Zylinder 52 schliesst sich gemäss Fig. 9 die Auslassleitung 57 mit dem Aus lassventil 56 an.
Die Auslassleitung 5 7 mit dem Auslassventil 56 kann auch, wie in Fig. 10 dargestellt, anstatt an dem Zylinder 52 an das obere Ende der Hebeleitung 50 angeschlossen sein, so dass die geförderte Flüssigkeit den Kompressionsraum oder Zy linder nicht durchströmt. Das Ventil 56 kann dauernd offen bleiben oder es kann von Hand oder selbsttätig während eines jeden Doppelhubes des Kompressorkolbens einmal geöffnet und geschlossen werden.
Für die in einer Flüssigkeit infolge der wechselnden Zusammendrückung erzeugten Wellen sind in weitgehendem Masse ähnliche Gesetze gültig wie sie in der Elektrotechnik für den Wechselstrom in Anwendung kom men. Die Kurven für den Druck und im Falle einer Bewegung der Flüssigkeit für die Strömungsmenge entsprechen den Kurven für die Spannung und die Stromstärke in der Elektrotechnik, wobei durch die Phasenver schiebung die Leistung bestimmt wird.
Träg heit, Kapazität, Strömungswiderstände und Undichtheiten in den von der Flüssigkeit ausgefüllten Behältern und Leitungen ent sprechen mehr oder weniger Induktion, Ka pazität, Widerstand und Verluste in einer elektrischen Anlage. Veränderungen der Trägheit, Kapazität, Undichtheiten und Wi derstände bewirken in der von der Flüssig keit durchströmten Anlage Veränderungen, insbesondere Phasenverschiebungen zwischen Druck und Menge der bewegten Flüssigkeit.
Für eine gewöhnliche Leitung, bei der Ka pazität, Trägheit, Widerstand und Undicht- heit mehr oder weniger gleichmässig über die ganze Leitungslänge verteilt sind, lassen sich der Wirkungsgrad und die bewegte oder gehobene Flüssigkeitsmenge vorausbestim men. Oft ist es jedoch erwünscht, dass dis Konstanten einer Flüssigkeitsleitung geän dert oder besonders abgestimmt werden, um eine gewünschte Geschwindigkeit oder Flüs sigkeitsmenge oder einen bestimmten Wir kungsgrad zu erhalten. In dem Falle kann.
die Leituno- oder überhaupt die Anlage mit als Trägheit, Kapazität, Widerstand oder Undichtheit wirkenden zusätzlichen Vorrich tungen ausgerüstet werden.
Wie in Fig. 11 und 12 dargestellt ist, kann ein Leitungsteil 58 der Anlage, zum Beispiel ein Abschnitt der Hebeleitung, mit einem Hindernis 59 bezw. 60 in Form eines Ringes oder einer Hülse versehen sein, das als Trägheit für die sich durch die Flüssig keit fortpflanzende Welle wirkt, und zwar hängt die Trägheit in erster Linie von der Form des Rindernisses ab. Fig. 13 zeigt einen Leitungsabschnitt 58, der mit starren Erweiterungen 61 versehen ist. Letztere wir ken in Reihenschaltung mit der Leitung als Kapazität. Gemäss Fig. 14 ist seitlich an.
die Leitung 58 ein starrer Behälter 62 an geschlossen, der in gefülltem Zustand als Kapazität im Nebenschluss wirksam ist. Bei der Ausführungsform nach Fig. 15 ist ein seitlich an die Leitung 58 angeschlossener Behälter 63 am äussern Ende durch eine Membrane 64 verschlossen. Wenn dieser Be hälter 63 mit Flüssigkeit gefüllt ist, wirkt er ebenfalls als Kapazität im Nebenschluss. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 16 ist von der Leitung 58 ein Rohr 65 abge zweigt, worin ein Kolben 66 gegen die Ein wirkung von Federn 67 und 68 beweglich eingepasst ist.
Die Nachgiebigkeit der Fe dern bildet einen Ersatz für die Nachgiebi;;- keit der Flüssigkeit und wirkt als Kapazität im Nebenschluss zu der Leitung 58. Ausser den dargestellten Einrichtungen können auch noch viele andere zur Erhöhung der Trägheit und Kapazität vorgesehen sein.
Der Eintritt oder Austritt der Flüssig keit kann auch eine harmonische Welle er zeugen, die viermal so lang ist wie die durch die Leitung bei jedem Hub des Kompressor kolbens sich bewegenden Flüssigkeitsfäden. Es ist erwünscht, dass diese harmonische Welle dieselbe ist, wie sie durch das Ver hältnis zwischen den 'feilen einer mit Krüm mungen versehenen Leitung erzeugt wird oder wenigstens damit harmonisch ist. Die Strömung der Flüssigkeit durch den Einlass oder den Auslass, sowie- die Querschnitts änderung zwischen der Flüssigkeitsleitung und dem Zylinder des Kompressors an der Verbindungsstelle haben gleichfalls teilweise die Wirkung einer Trägheit.
Der kleine Raum, der im allgemeinen am Auslassventil zwischen dem Kompressorkolben und der Rohrleitung vorhanden ist, und ebenso der Zylinder selbst haben die gleiche Wirkung wie eine Kapazität. Dieser kleine Raum kann auch fortgelassen werden, wobei dann der Zylinder allein den Kompressionsraum bildet.
Die Anlage kann mit verschiedenen Ein zelteilen versehen sein, welche zum Zwecke einer Veränderung der Wirksamkeit regelbar und gegebenenfalls abschaltbar sind. Bei spielsweise kann die Grösse des - Kompres sionsraumes, ferner die verhältnismässige. Grösse der Verbindung zwischen dem Kom pressionsraum und der Rohrleitung und ausserdem der Querschnitt der Leitung, durch welche die Flüssigkeit gehoben wird, verän dert werden.
Das gleiche gilt auch für den Querschnitt und die Hublänge des Kolben, sowie die Grösse des Eintrittsventils am un tern Ende der Hebeleitung und die Off- nungsgeschwindigkeit und Grösse des Aus- lassventils. Gegebenenfalls können diese Teile einzeln oder zu mehreren oder alle gleichzei tig zur Regelung herangezogen werden.
Die Anordnung des Auslassventils an dem Kompressionsraum hat eine andere Wirkuno- als die Anordnung an der Hebeleitung. Bei der ersteren Anordnung hat eine Vergrösse- rang des Durchgangsquerschnittes an dem Rückschlagventil und bei der letzteren eine Verkleinerung des Durchgangsquerschnittes scheinbar eine ähnliche Wirkung wie:
1. eine Zunahme des Kompressionsraumes, 2. eine Verringerung des Querschnittes der Leitung, durch welche die Flüssigkeit gehoben wird, 3. eine Vergrösserung der Geschwindigkeit bezw. eine Abnahme der Hubzeit des Kol bens, I. eine Vergrösserung des Kolbenquer schnittes oder seiner Hublänge, 5. eine Ver grösserung der Öffnung des Auslasses. Dar aus ergeben sich die Massnahmen, welche er forderlich sind, um irgendwelche Verände rungen in der Anlage auszugleichen.
Wenn der Auslass an der Hebeleitung oder die dem Auslass zugeordnete Trägheit weiter von der Verbindung zwischen der Hebeleitung und dem Kompressionsraum entfernt wird, ergibt sich die gleiche Wirkung wie durch eine Ver grösserung des Kompressionsraumes. Es ist im allgemeinen erwünscht, den Auslass, die dazugehörige Trägheit und die Verbindung zwischen der Hebeleitung und dem Kompres sionsraum so nahe wie möglich beieinander anzuordnen, da im andern Falle nicht mehr vollständig die Wirkung eines an einer Stelle befindlichen Raumes, sondern die Wirkung eines Raumes als Teil der Hebeleitung mit verschiedenen Einführungen an jedem Ende erzielt wird.
Mit einer derartigen Anordnung ist es wesentlich schwieriger, den genauen Wert eines solchen Raumes abzuschätzen. Für verschiedene Fälle wurde es jedoch als zweckmässig gefunden, ungeachtet dieser Schwierigkeit der. Abschätzung der Eigen schaften einen derartigen ausgedehnten Raum zu verwenden.
Es kann vorkommen, dass bei grosser Länge der Hebeleitung die Welle bei ihrem Durchgang durch die Flüssigkeit ihre Form verliert. Es ist in dem Falle zweckmässig, zusätzliche oder neue Kapazitäten, Träghei- ten, Widerstände oder Undichtheiten in einen oder mehrere Teile der Anlage einzufügen, um diese Deformationen des Stromes zu ver hindern. In ähnlicher Weise werden auch in Telephon- oder Telegraphenleitungen von grosser Länge Mittel vorgesehen, um Defor mationen der Stromwelle zu verhindern. Die sen Zweck erfüllen beispielsweise die Anord nungen nach Puppin.
Vorzugsweise werden in der Flüssigkeit Wellenbewegungen oder Schwankungen er zeugt, die den durch die eigene Schwere der Flüssigkeit hervorgerufenen Schwingungen ähnlich sind. Beispielsweise kann der Kom pressor mit einer derartigen Geschwindigkeit. angetrieben werden, dass während seines Hu bes der Flüssigkeit eine künstliche Beschleu nigung erteilt wird, welche der Fallbeschleu nigung gleich ist. Wenn diese natürliche Schwingungsbewegung für die jeweils zu fördernde Flüssigkeitsmenge nicht geeignet ist; können die Konstanten der Leitung der art geändert werden, dass sich die gewünschte Wirkung ergibt.
Wenn die Leitung gross genug oder aber die gehobene Flüssigkeitsmenge klein ist im Verhältnis zur Grösse der Leitung, so ist der Widerstand klein und kann praktisch ver nachlässigt werden. Es ist erwünscht, dass die Undichtheit in der Anlage auf einen Kleinstwert verringert wird, so dass die ein zige Undichtheit, die in Betracht gezogen werden muss, dadurch gebildet wird, dass die Flüssigkeit durch den Auslass gefördert wird. Der Eintritt der Flüssigkeit in die Anlage kann als negative Undichtheit angesehen werden.
Akustische Trägheit oder Selbstinduktion kann durch eine Vorrichtung erzeugt werden, welche nur Trägheit besitzt und beispiels weise durch eine Querschnittseinschnürung der Leitung gebildet wird. Entsprechend kann akustische Kapazität durch einen mit der Leitung verbundenen und mit Flüssig keit gefüllten Raum gebildet sein. Akustische Trägheit, Kapazität, Widerstand und Un- dichtheit können in beliebiger Zahl vereinig. werden, um analog den elektrischen Filtern akustische Filter zu bilden, deren Wirkungen auf die Druckwelle in der Anlage den Wir kungen auf Schallwellen entsprechen.
Ebenso wie in der Elektrotechnik können diese akustischen Filter in der Förderanlage der- art ausgebildet sein, dass sie entweder nur Schwingungen von geringer Frequenz oder nur solche von hoher Frequenz oder aber auch Schwingungen, deren Frequenz zwi schen zwei festgesetzten Werten liegt, durch lassen oder erzeugen und die andern Schwin gungen umwandeln. Diese andern unpassen den Schwingungen werden also durch diese Filter aufgehalten. Die Anordnung der aku stischen Filter erfolgt nach den gleichen Gesetzen wie die der elektrischen. Es ist verhältnismässig einfach, die Filter so auszu führen, dass sie nur einen geringen Spiel raum in bezug auf die Wellenlänge umfas sen.
Es ist jedoch auch möglich, andere Fil ter von grösserem Umfang anzuwenden, deren genaue Bestimmung jedoch mit Schwierig keiten verbunden ist. .
Die Analogie zwischen elektrischen und akustischen Filtern besteht nicht nur bild lich, sondern auch bezüglich der physikali schen Eigenschaften. Das Phänomen der Fortpflanzung eines elektrischen Stromes scheint den gleichen Gesetzen unterworfen zu sein wie die Fortpflanzung von Schall- oder Druckwellen in einer Flüssigkeit. Die Vereinigung von akustischer Trägheit, Ka pazität, Widerstand und Undichtheit sichert ähnliche Ergebnisse wie sie durch die Ver einigung der analogen Elemente in der Elek trotechnik erzielt werden.
Um die Bestim mung der Wirkunm eines Filters zu erleich tern, ist es erwünscht, dass die beiden äusser sten Enden des Filters den gleichen Wert besitzen. Es ist jedoch auch möglich, Filter zu verwenden, bei denen dies nicht der Fall ist. Hierbei kann der Unterschied zwischen den beiden äussersten Enden eine Wirkung für sich ergeben. Der ideale Filter ist der jenige, welcher ohne wesentlichen Energie verlust die Wellen von der gewünschten Frequenz durchlässt und alle übrigen Wellen aufhält. Im allgemeinen können Filter von dieser Eigenschaft praktisch nicht vollkom men erreicht werden. Jedoch muss diese Wir kung soweit wie möglich angestrebt werden.
Im allgemeinen kommen in der Elektro technik zwei Leitungen in Anwendung. In- duktion, Kapazität, Widerstand und Un- dichtheit können in der einen oder andern dieser Leitungen oder dazwischen in Reihe oder Nebenschluss geschaltet werden. Bei der Anlage zum Bewegen, besonders zum Heben von Flüssigkeiten ist im allgemeinen nur eine einzige Leitung vorhanden. Hierbei können Trägheit, Kapazität, Widerstand und Un- dichtheit in Reihe oder im Nebenschluss an die Leitung oder in Abzweigung davon ge schaltet sein.
Die sich dabei ergebende Wir kung ist so, als ob der Filter in Abzweigung mit der einen Seite an die Leitung und mit der andern Seite analog dem Erden bei elek trischen Anlagen mit der Erde verbunden sei. Die Wirkung der in Abzweigung an geordneten Filter kann beispielsweise da durch verändert werden, dass als Kapazität in Abzweigung ein geschlossener Raum an geordnet wird, der anstatt mit der zu heben den Flüssigkeit mit einer andern Flüssigkeit von unterschiedlicher Dichte oder Elastizität gefüllt und durch eine Membrane von der andern Flüssigkeit getrennt ist. Ebensogut kann aber auch dieser Raum mit der zu hebenden Flüssigkeit gefüllt und durch eine Membrane gegen die Aussenluft abgeschlos sen sein.
Die Kapazität ist daher nicht als zwischen der Leitung und der Erde, sondern zwischen der Leitung und einer andern künstlichen Erde eingeschaltet zu denken. Die natürliche Schwingung der Flüssigkeit ist in den verschiedenen Fällen verschieden. Dieser Räum, welcher mit einer andern Flüs sigkeit gefüllt oder mit einer Membrane ver sehen ist, kann auch durch einen Zylinder ersetzt werden, der einen unter Federwirkung stehenden Kolben enthält. Letzterer hat dann die gleiche Wirkung wie eine Mem brane. Die Einschaltung einzelner dieser verschiedenen Apparate mit Schwingungs charakteristiken, die von den natürlichen Schwingungen der Leitungen verschieden sind, hat zur Wirkung, dass die Konstanten der Leitung verändert werden.
Diese Ein schaltung kann in ähnlicher Weise vorgenom men werden wie die der üblichen Art von Filtern. Es kann auch jedes andere geeignete Mittel als Kapazität, Trägheit, Widerstand oder Undichtheit angewendet werden.
Für Anlagen, die unter gleichbleibenden Bedingungen betrieben werden, ist es zweck mässig, einen Filter von genauen Charak teristiken zu verwenden. Für andere An lagen sind auch weniger genaue Filter brauchbar.
In Fig. <B>17,</B> 18 und 19 sind Ausführungs beispiele von elektrischen Filtern dargestellt, welche besonders geeignet sind, Schwingun gen von niedriger Frequenz durchzulassen oder zu erzeugen. In Fig.- 17a, 18a und 19a sind die entsprechenden akustischen Filter für Flüssigkeitsanlagen dargestellt. Fig. 20, 21, 22 und Fig. 20a, 21a und 22a zeigen elektrische bezw. akustische Filter, welche zum Durchlassen oder Erzeugen von Schwin gungen hoher Frequenz geeignet sind.
In Fig. 23, 24, 2:5 und 23a, 24a und 25a sind elektrische bezw. akustische Filter darge stellt, welche zum Durchlassen oder Erzeu gen einer Reihe von Frequenzen bestimmt sind. Bei allen Ausführungsbeispielen der Filter entspricht die elektrische Trägheit 69 der akustischen Trägheit 70 und die elek trische Kapazität 71 der akustischen Kapa zität 72. Es gibt noch ausser diesen Beispie len viele Möglichkeiten der Ausführung von Filtern, wobei die Bezeichnung Filter alle solche Vorrichtungen umfasst, die geeignet sind, die in der Flüssigkeit erzeugten Druck wellenbewegungen zu berichtigen oder um zuformen.
Das Gewicht des Rückschlagventils oder die Stärke einer darauf einwirkenden Feder, durch welche die Öffnungsbewegung des Rückschlagventils bestimmt wird, ist mass gebend für die Grösse der Trägheit, die sich durch das Öffnen des Rückschlagventils er gibt. Wenn dieses Rückschlagventil, welches einen Teil eines Filters bildet, weggelassen wird, müssen die übrigen Filterteile entspre chend abgestimmt werden. Wenn in der An lage mehr als eine Pumpe vorhanden sind, ist jede Pumpe als Rückschlagventil oder Einlass für die nächstfolgende wirksam.
Die während des Kolbenhubes auftreten den Geschwindigkeitsänderungen des Kol bens sind von besonderer Bedeutung. Wenn der Kolben durch eine Kurbelwelle angetrie ben wird, wächst seine Geschwindigkeit von null bis auf einen Höchstwert während der ersten Hälfte des Einwärtshubes, also wäh rend des ersten Viertels einer jeden Umdre hung der Kurbelwelle. Dadurch ergibt sich eine Beschleunimunn beim Heben der Flüssig keit. Nährend der zweiten Hälfte des Ein wärtshubes, also während des zweiten Vier tels einer Kurbelwellenumdrehung wird dir-.
(r-reschwindigkeit des Kolbens von ihrem Höchstwert wieder auf null verzögert. Die Flüssigkeit wird also während der ersten Hälfte des Einwärtshubes des Kolbens in stärkerem Masse gehoben als während der zweiten Hälfte. Im allgemeinen ist es in folgedessen zweckmässiger, das Auslassventil zu öffnen, wenn oder bevor der Kolben die Hälfte des Einwärtshubes zurückgelegt hat. Unter Umständen ist es jedoch besser, daa Ventil am Ende des Einwärtshubes oder etwas vorher zu öffnen.
Wenn ein geeigne ter Nocken zum Antrieb des Kolbens ver wendet wird, wächst die Kolbengeschwin digkeit während des gesamten Einw ärts- hubes, so dass unter Umständen bei Anwen dung eines Nockens der Kolbenhub zur Er zielung der gleichen Wirkung nur halb so gross zu sein braucht als bei Anwendung einer Kurbelwelle zum Antrieb des Kolbens. Demnach braucht bei Nockenantrieb nur halb so viel Flüssigkeit aus dem Kompressor- zylinder ausgestossen zu werden und entspre chend auch nur halb soviel Flüssigkeit in den Zylinder einzutreten als bei Kurbel wellenantrieb.
Bei der wirksamsten Anord nung der Anlage wird während der Be schleunigung des Kolbens die Flüssigkeit gehoben, das heisst die Flüssigkeit erhält eine Bewegung von dem Rückschlagventii nach dem Kompressor. Wenn das Auslass- ventil in diesem Augenblick geöffnet wird, findet ein wirksameres Anheben der Flüssig keit statt, da diese sich schon in der Auf wärtsbewegung befindet und ihre Bewe- gungsrichtung nicht zu ändern braucht. Hier bei ist die Öffnungsgeschwindigkeit des Aus lassventils für die Umwandlung der Druck wellen hauptsächlich massgebend.
In manchen Fällen kann es erwünscht sein, in der Anlage einen bestimmten Druck zu erzeugen in dem Augenblick, wenn das Auslassventil geöffnet wird; es ist nämlich ohne weiteres klar, dass die mit einem gev,is- sen Druck auftretende Flüssigkeit noch ein genügendes Arbeitsvermögen enthält, um die Flüssigkeit höher zu fördern als bis zu dem Auslassventil. Die Anlage mit dieser Wir kungsweise bildet somit bis zu einem gewis sen Grade eine Vereinigung der Anlage mit dauernd offenem Auslass und derjenigen,
bei der das Auslassventil zwangläufig geöffnet und geschlossen wird, so dass die Vorteile beider Anlagen in einer vereinigt werden.
Die Bedingungen, welche sich aus der Anwendung von Filtern ergeben, lassen die bedeutenden Wirkungen erkennen, die durch fehlerhafte Stellen in der Anlage, wie zum Beispiel Undichtheiten, Hohlräume, An schlussstellen, hervorgerufen werden. Diese Wirkungen sind analog denjenigen, welche bei elektrischen Anlagen durch schlechte Kontakte oder andere Fehlstellen sich er geben.
Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung ist es möglich, Flüssigkeiten aus jeder beliebigen Tiefe ohne Anordnung einer verwickelten Maschinenanlage an der Flüssigkeitsquelle zu heben. Es braucht lediglich eine Rohr leitung von der erforderlichen Länge in die Flüssigkeitsquelle eingeführt und zweck mässig mit ihrem obern Ende an eine Vor- i-ichtung zur Erzeugung von Druckschwan kungen- angeschlossen zu werden. Die An lage nach der Erfindung ist also nicht, wie die bisher bekannten Pumpen, an eine Saug höhe von höchstens 9 oder 10 m gebunden.
Der Kolben des Kompressors 1 kann nach Belieben in senkrechter, wagrechter oder schräger Richtung arbeiten. Ebenso kann auch die Rohrleitung 15, durch welche die Flüssigkeit bewegt wird, ganz oder teil weise wagrecht, senkrecht oder geneigt an- geordnet oder auch gekrümmt sein. Die An lage kann also ganz allgemein zum Bewegen von Flüssigkeiten in jeder beliebigen Rich tung verwendet werden.
Die Vorrichtung zur Erzeugung der Druckschwankungen, sowie die Einlass- und Auslassventile brauchen nicht an den Enden der Leitung 15 angeordnet zu sein, sondern können an jeder beliebigen andern Stelle an geordnet werden.
Die in der Flüssigkeit zu erzeugenden Druckschwankungen können nach unten hin durch den Antmosphärendruck oder auch einem Unterdruck bebrenzt sein. Im letz teren Falle kann die obere Grenze der Druck- scliwanhun g der Atmosphärendruck sein.
Das Rückschlagventil 16 kann auch ge gebenenfalls durch. einen Hahn oder ein anderes Ventil gebildet sein, welches in ge eigneter Weise, und zwar zweckmässig selbst tätig und unabhängig von den andern Teilen der Anlage gesteuert wird. Es ist auch bei besonderer Ausführung der Anlage möglich, dass das Rückschlagventil an dem dem Kom pressor abgekehrten Ende der Leitung ganz wegfallen kann. Es ist selbstverständlich, dass ausser den in der Zeichnung dargestellten noch viele andere Ausführungen der Anlage im Rahmen der Erfindung möglich sind. So zum Beispiel können die erforderlichen Druckschwankungen in der Flüssigkeit auch durch andere Mittel als durch Kompressoren und Ventile erzielt werden.
Die Anwendung der Anlage ist nicht auf reine Flüssigkeiten beschränkt, sondern kommt auch für andere, mehr oder weniger feste Stoffe oder auch für Gase in Betracht.