EP0011286A1

EP0011286A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb einer Wasserstrahlpumpe

Info

Publication number: EP0011286A1
Application number: EP79104491A
Authority: EP
Inventors: Siegfried Dr. Agr. Dipl.-Landwirt Heilenz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-11-18
Filing date: 1979-11-14
Publication date: 1980-05-28
Also published as: DE2961617D1; JPS5572700A; EP0011286B1; ATE494T1; USRE31592E; JPH0122480B2; DE2850142A1

Abstract

Bei einem Verfahren zum Betrieb mindestens einer Wasserstrahlpumpe (8, 9) wird ein bestimmtes Wasservolumen umgewälzt. Zum Antrieb des Wassers wird Druckluft verwendet, die nach Erfüllung ihrer Antriebsaufgabe entspannt wird. Die hierbei eintretende Abkühlung der Luft wird benutzt, um das Wasser zu kühlen, wodurch die mögliche Druckabsenkung mit der Wasserstrahlpumpe verbessert wird. Zur Durchführung des Verfahrens wird eine Vorrichtung mit Behältern (2) und (3) benutzt. Während aus einem Behälter (z.B. 2) Wasser mit Druckluft zu den Wasserstrahlpumpen (8, 9) gefördert wird, füllt sich der andere Behälter (z.B. 3) wieder mit Wasser. Nachdem der erstgenannte Behälter (2) entleert ist, wird die Druckluft auf den anderen Behälter (3) umgeschaltet. Die im entleerten Behälter (2) enthaltene Druckluft wird in ein Entspannungsgefäß (4) geleitet, wo die Entspannung und Abkühlung der Druckluft stattfindet. Das Wasser wird entweder durch Umspülung des Entspannungsgefäßes (4) oder durch Einspritzen von Wasser in das Entspannungsgefäß (4) gekühlt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb einer Wasserstrahlpumpe, bei dem das für den Betrieb der Pumpe benötigte Wasser im Kreislauf umgepumpt wird.
Wasserstrahlpumpen werden z.B. in Labors umfangreich verwendet, z.B. zum Trocknen von Substanzen oder zum Eindampfen von Lösungen bei niedriger Temperatur, wodurch eine thermische Belastung der zu behandelnden Substanzen vermieden wird. Wasserstrahlpumpen haben den Vorteil, daß sie sehr einfach gebaut sind, praktisch keinen Verschleiß haben und praktisch unempfindlich gegen Korrosion sind, wenn sie, wie üblich, aus Glas oder aus Kunststoff hergestellt sind. Mit Wasserstrahlpumpen läßt sich ohne Schwierigkeiten ein Grobvakuum im Bereich zwischen 100 mm Quecksilbersäule und 15 mm Quecksilbersäule herstellen, was für viele Laborzwecke ausreichend ist.
Nachteilig im Vergleich mit mechanischen Pumpen, z.B. Drehschieberpumpen, sind die relativ hohen Betriebskosten, da der Wasserverbrauch erheblich ist; ein üblicher Verbrauchswert ist z.B. 0,8 m³/h, so daß bei zehnstündigem Betrieb _ immerhin 8 m³ Wasser verbraucht werden. Abgesehen von den Kosten ist ein so hoher Wasserverbrauch auch mit Rücksicht auf die Umweltressourcen unerwünscht. Um den hohen Wasserverbrauch zu vermeiden, hat man bereits das eingangs genannte Verfahren angewendet, gemäß dem das Wasser im Kreislauf umgepumpt wird. Hierzu wird eine elektrisch angetriebene Umwälzpumpe verwendet, die aus der Wasserstrahlpumpe abgelaufenes Wasser wieder unter Druck setzt und dem Betriebswasseranschluß der Wasserstrahlpumpe zuführt.
Der erreichbare Druck hängt stark von der Temperatur des Bet-riebswassers ab, da der Druck niemals niedriger sein kann als der Dampfdruck des Betriebswassers, der umso höher liegt, je höher die Temperatur des Betriebswassers ist. In einer Umwälzanlage nun erwärmt sich das Betriebswasser verhältnismäßig schnell, so daß die Saugleistung der Wasserstrahlpumpe niedriger ist als bei laufender Zuführung von Frischwasser. Will man dennoch niedrige Temperaturen erreichen, so muß das Betriebswasser mit besonderen Kühleinrichtungen gekühlt werden. In diesem Fall ergibt sich ein erheblicher apparativer Aufwand mit umfangreichen elektrischen Installationen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszubilden, daß auf elektrische Installationen verzichtet werden kann und dennoch eine Kühlung des Betriebswassers erreicht wird. Durch eine Weiterbildung der Erfindung soll auch eine vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens geschaffen werden.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß das Wasser mittels Druckluft bei im wesentlichen konstantem Luftdruck unter Druck gesetzt wird und daß Druckluft, die zum Austreiben von Wasser durch die Wasserstrahlpumpe benutzt wurde, in einem abgegrenzten Entspannungsraum entspannt wird, wobei dem Wasser Wärme entzogen wird, die von der Luft bei und nach ihrer Entspannung aufgenommen wird.
Anstelle einer Umwälzpumpe wird erfindungsgemäß Druckluft zum Umpumpen des Wassers benutzt. Druckluftanschlüsse befinden sich in modernen Labors im allgemeinen an jedem Arbeitsplatz, so daß die Aufstellung eines besonderen Kompressors nicht erforderlich ist. Erfindungsgemäß entspannt sich die Luft während des Austreibens des Wassers nicht, so daß an der Wasserstrahlpumpe stets ein gleichbleibender Wasserdruck und damit eine gleichbleibende Saugleistung besteht. Wenn die Druckluft ihre Austreibfunktion erfüllt hat, wird sie erfindungsgemäß benutzt, um das umzuwälzende Betriebswasser zu kühlen. Bei der Entspannung der Luft, die ja nach dem Austreiben noch unter hohem Druck steht, kühlt sich die Luft stark ab. Diese Abkühlung wird benutzt, um dem Betriebswasser Wärme zu entziehen. Man kann deshalb ohne spezielles Kühlaggregat eine niedrige Temperatur des Umwälzwassers aufrechterhalten und damit einen niedrigen Druck erzielen. Außerdem kann das gekühlte Betriebswasser in einem Nebenkreislauf durch Kühlfallen geführt werden und dort das sonst benötigte Frischwasser ersetzen. Da sowohl das Umpumpen des Betriebswassers als auch die Abkühlung des Betriebswassers mit Druckluft erfolgen, sind keinerlei elektrische Installationen erforderlich. Dies ist für ein Labor besonders vorteilhaft, da elektrische Installationen besonders vor Feuchtigkeit geschützt werden müßten.
Vorstehend und im folgenden wird von Wasserstrahlpumpen und Druckluft als antreibendem Gas gesprochen. Die Erfindung erstreckt sich selbstverständlich auch auf Verfahren, bei denen andere Flüssigkeiten als Wasser für den Betrieb der Pumpe benutzt werden und bei denen andere Gase als Luft für den Antrieb der Flüssigkeit eingesetzt werden. Andere Flüssigkeiten und Gase können bei speziellen Aufgabestellungen erforderlich sein.
Der Wärmeentzug aus dem Wasser kann sowohl dadurch bewirkt werden, daß man gemäß Anspruch 2 den Entspannungsraum mit Wasser umspült, also z.B. in einer Wasserfüllung eines umfassenden Behälters anordnet. Einen besonders guten Wirkungsgrad erzielt man jedoch, wenn gemäß den Ans^prü- chen 3 und 4 die sich entspannende Luft unmittelbar mit dem zu kühlenden Wasser in Berührung gebracht wird, was man leicht dadurch erreicht, daß in ein Entspannungsgefäß Wasser durch eine Düse eingeführt wird, das dann auch durch die sich entspannende Luft in Tröpfchen zerrissen wird.
Bei der Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch 5 erhält man einen kontinuierlichen Betrieb an der Wasserstrahlpumpe, da an einen Austreibungsvorgang unmittelbar ein weiterer Austreibungsvorgang anschließen kann und nicht zunächst eine Füllung des Austreibungsraumes mit Wasser abgewartet werden muß.
Im Patentanspruch 6 ist eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5 mit den für die Vorrichtung notwendigen Bestandteilen angegeben, während die weiteren Ansprüche 7 bis 20 spezielle Ausführungsformen und Weiterbildungen der Vorrichtung nach Anspruch 6 angeben. Zu diesen Unteransprüchen wird folgendes bemerkt:

Die Anordnung der Austreibungsgefäße und des Entspannungsgefäßes in einem Umbehälter gemäß Anspruch 7 hat den Vorteil, daß kaum Rohrleitungen benötigt werden, da die Austreibungsgefäße unmittelbar von dem Umbehälter aus gefüllt werden können. Bei Verwendung von Rückschlagventilen, insbesondere von Ventilklappen gemäß Anspruch 8 bewirkt der statische Druck im Umbehälter eine Füllung der Austreibungsgefäße, wodurch besondere Antriebsmittel für das Füllen der Austreibungsgefäße eingespart werden. Ein besonders einfaches Mittel für den abwechselnden Anschluß der Austreibungsgefäße an die Wasserstrahlpumpe ist in den Ansprüchen 9 und 10angegeben. Wenn eines der Austreibungsgefäße drucklos geworden ist, wird der im Anspruch 10 genannte Kolben rasch vom Druck im anderen Gefäß so bewegt, daß das entleerte Gefäß abgeschlossen wird und nun das unter Druck stehende Gefäß an die Wasserstrahlpumpe angeschlossen ist.

Der Einfachheit wegen wird nur von einer Wasserstrahlpumpe gesprochen, obwohl selbstverständlich mehrere Wasserstrahlpumpen an die Vorrichtung angeschlossen werden können. Gün-. stige Größenverhältnisse für die Vorrichtung erreicht man, wenn sie für den Betrieb von zwei bis vier Wasserstrahlpumpen ausgelegt wird.
Die Anordnung von Steigrohren gemäß Anspruch 11 und der Druckluftzuführung gemäß Anspruch 12 gewährleistet eine Wasseraustreibung, ohne daß die Gefahr besteht, daß antreibende Druckluft ebenfalls zu der Wasserstrahlpumpe fließt. Man könnte jedoch die Anordnung auch anders wählen. Es ist auch nicht ausgeschlossen, die antreibende Druckluft unter dem Wasserspiegel austreten zu lassen.
Eine Umsteuereinrichtung gemäß den Ansprüchen 13 und 14 ermöglicht mit einfachsten Mitteln einen automatischen kontinuierlichen Betrieb der Vorrichtung derart, daß die Wasserstrahlpumpe ununterbrochen mit Betriebswasser versorgt wird.
Die Steuerung der Druckluft mittels Drehschiebern läßt sich einfach ausführen. Es kommen jedoch auch andere Ventile in Betracht. Besonders einfach wird die Konstruktion, wenn gemäß Anspruch 16 ein einziger Drehschieber sowohl die Zuführung der Druckluft zu den Austreibungsgefäßen als auch die Überleitung der Luft aus den Austreibungsgefäßen in das Entspannungsgefäß steuert. Für den Antrieb des Drehschiebers kann gemäß den Ansprüchen 17 und 18 der bereits erwähnte und im Anspruch 13 genannte Umsteuerkolben verwendet werden.
Eine besonders vorteilhafte Bauart erhält man, wenn man die Steuereinrichtungen gemäß Anspruch ₁₉ in einer Steuerplatte zusammenfaßt, die zugleich zum Festhalten der Gefäße im Umbehälter ausgenutzt wird.
Vorteilhaft ist es auch, eine Wasserstrahlpumpe oder mehrere Wasserstrahlpumpen gemäß Anspruch 2₀ an der Wand des Umbehälters anzuordnen, weil dadurch Leitungen für die Rückführung des Betriebswassers eingespart werden. Man kann jedoch die Wasserstrahlpumpe auch an anderer Stelle anordnen und das Wasser über Leitungen, z.B. Schläuche, zurückführen.
Die wechselnde Füllung und Entleerung der Austreibungsgefäße kann auch mit einer zeitabhängigen Steuerung gesteuert werden, durch die nach einer vorgegebenen, vorzugsweise einstellbaren Zeitspanne eine Umschaltung von einem Austreibungsgefäß auf das andere stattfindet, wobei die Zeitspanne so gewählt wird, daß die Umschaltung auf jeden Fall stattfindet, bevor das sich entleerende Austreibungsgefäß vollständig leer ist.
Wenn man gemäß dem Verfahren nach Anspruch 4 die sich entspannende Luft unmittelbar mit Wasser in Berührung bringt, kann man vorteilhafterweise die Vorrichtung nach den Ansprüchen 21 und 22 anwenden. Die Anordnung des Entspannungsgefäßes oberhalb der Wasserfüllung und die Abführung des Wassers und der entspannten Luft an der tiefsten Stelle des Entspannungsgefäßes gewährleistet auf einfache Weise die Vermeidung einer Ansammlung von Wasser im Entspannungsgefäß.
Wenn man das Wasser gemäß Anspruch 23 rechtwinklig zu der sich entspannenden Druckluft einführt, erreicht man eine besonders intensive und damit wirkungsvolle Berührung zwischen der sich abkühlenden Luft und dem Wasser. Der Luftstrom zerreißt dabei das Wasser zu kleinen Tröpfchen. Eine Zerstäubung des Wassers wird auch schon beim Einspritzen in das Entspannungsgefäß bewirkt, wobei auch der Anprall an feste Flächen das Zerreißen unterstützt. Die Kühlwirkung im Entspannungsgefäß läßt sich wesentlich verbessern, wenn man gemäß Anspruch 24 Schikanen einbaut. Außerdem erreicht man mit solchen Schikanen eine Schalldämpfung.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
Fig. 2 einen Schnitt nach Linie II-II in Fig. 1, wobei auch ein Steuerschieber für Druckluft geschnitten ist,
Fig. 3 einen Schnitt nach Linie III-III in Fig. 1, wobei vom Schnitt auch die Umsteuereinrichtung für die Umsteuerung der Druckluftführung geschnitten ist,
Fig. 4 einen Schnitt nach Linie IV-IV in Fig. 1, wobei vom Schnitt auch die Umsteuereinrichtung für die Wasserführung erfaßt ist,
Fig. 5 einen horizontalen Schnitt nach Linie V-V in Fig. 2, wobei Luftkanäle für die Zuführung von Druckluft zu Austreibungsgefäßen vom Schnitt erfaßt sind,
Fig. 6 einen Schnitt nach Linie VI-VI in Fig. 2, wobei vom Schnitt Kanäle für die Zuführung von Druckluft aus den Austreibungsgefäßen zum Entspannungsgefäß v-om Schnitt erfaßt sind ,
Fig. 7 einen Schnitt nach Linie VII-VII in Fig. 2,
Fig. 8 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung bei einer Ausführungsform, bei der das Entspannungsgefäß oberhalb der Wasserfüllung angeordnet ist und
Fig. 9 eine der Fig. 4 entsprechende Darstellung der Ausführungsform nach Fig. 8.

Die Hauptbestandteil der Vorrichtung sind ein Umbehälter 1, zwei Austreibungsgefäße 2 und 3, ein Entspannungsgefäß 4, ein Druckluft-Steuerschieber 5 mit zugeordneter, insgesamt mit 6 bezeichneter Umsteuerungseinrichtung, ein Umsteuerkolben 7 zur Umsteuerung der Wasserführung und zwei Wasserstrahlpumpen 8 und 9. Diese Hauptbestandteile,sowie weitere Bestandteile und das Zusammenwirken der Vorrichtungsbestandteile werden nachfolgend im einzelnen erläutert.
Der Umbehälter 1 hat, wie Fig. 1 zeigt, einen rechteckigen Grundriß und eine im Verhältnis zum Grundriß relativ große Höhe (siehe Fig. 2). Der Umbehälter kann z.B. aus Kunststoff bestehen. Am Kastenboden sind Leisten 1₀, 11 und 12 eingebaut, auf die die Gefäße 2, 3 und 4 aufgesetzt sind, so daß diese Gefäße einen gewissen Abstand vom Boden 13 des Behälters 1 haben. Wie Fig. 3 zeigt, ist nahe am Boden 13 eine Wasserablaßöffnung 14 angeordnet, die mittels eines Stopfens 15 verschlossen ist.
Die Austreibungsgefäße 2 und 3 haben eine zylindrische Form und sind oben mit einer Decke 16 und unten mit einem aufgeschraubten Boden 17 abgeschlossen. Beide Gefäße sind gleich ausgebildet und werden am Beispiel des Gefäßes 2 erläutert.
Am Boden 17 befindet sich eine große Öffnung 18, die mit einer Ventilklappe 19 abgeschlossen ist. Die Ventilklappe ist um eine horizontale Achse 20 schwenkbar und hat einen Dichtungsbelag 21. Als Dichtungssitz für die Ventilklappe dient ein schmaler Rand 22, der die öffnung 18 umgibt.
In jedem der Gefäße 2 und 3 ist ein Schwimmer 23 angeordnet, der in einem Käfig 24 vertikal beweglich ist. Der Käfig 24 hat Löcher 24a, so daß sein Inneres mit dem Innenraum 25 des Austreibungszylinders kommuniziert. An der Oberseite des Schwimmers 23 befindet sich ein Ventilteller 26, der mit einem Ventilsitz 27 zusammenwirkt, der sich am unteren Ende einer Steuerleitung 28 befindet, die durch die Decke 16 in den Innenraum 25 des Austreibungsgefäßes geführt ist.
Das Entspannungsgefäß 4 besteht aus einem gut wärmeleitenden Material, z.B. aus rostfreiem Stahl und trägt an seiner Außenseite Rippen 28. Im Inneren des Entspannungsgefäßes 4 sind Schikanen angeordnet, z.B. Querbleche 29 und 30, die in das Entspannungsgefäß 4 eintretende Luft zu Umwegen zwingen, so daß ein Schalldämpfungseffekt eintritt.
An der Decke des Entspannungsgefäßes 4 befindet sich ein nach oben ragendes Auspuffrohr 31. Die zu entspannende Luft wird durch die eingebauten Schikanen gezwungen, das Entspannungsgefäß zunächst nach unten und anschließend nach oben zu durchströmen.
Die Gefäße 2, 3 und 4 sind durch eine insgesamt mit 32 bezeichnete Steuerplatte im Behälter festgehalten. Diese Steuerplatte liegt auf den Oberseiten der Gefäße 2, 3 und 4 auf und ist mittels Halteelementen 33 und 34 gegen Abheben nach oben gesichert. In dieser Steuerplatte befinden sich verschiedene Bohrungen. Außerdem ist der bereits erwähnte Drehschieber 5 in der Steuerplatte gelagert. Ferner nimmt die Steuerplatte den Umsteuerkolben 7 auf, wie der Schnitt nach Fig. 4 zeigt.
Der Drehschieber 5 hat einen zylindrischen Körper, in dem sich in axialem Abstand voneinander zwei winkelförmige Kanäle 35 und 36 befinden. Auf der Höhe des winkelförmigen Kanales 35 sind in der Steuerplatte 32 drei Kanäle 37, 38 und 39 angeordnet. Der Kanal 38 hat einen vertikalen Abschnitt 38a, der zu einem Druckluftanschluß 40 führt. Der Kanal 37 führt von der Bohrung 41, in der der Drehschieber 5 gelagert ist, über einen vertikalen Abschnitt 37a in das Austreibungsgefäß 2. Der Kanal 39 liegt zum Kanal 37 symmetrisch und führt in das Austreibungsgefäß 3.
Bei der Stellung nach Fig. 5 kommuniziert der Druckluftanschluß 40 mit dem Austreibungsgefäß 3. Nach einer Drehung des Drehschiebers 5 im Uhrzeigersinn um 90° ist das Austreibungsgefäß 2 mit dem Druckluftanschluß 40 verbunden.
In der Ebene der winkelförmigen Bohrung 36 befinden sich in der Steuerplatte drei Kanäle 42, 43 und 44. Bei der in Fig. 6 gezeichneten Stellung ist das Austreibungsgefäß 2 über einen vertikalen Abschnitt 42a der Bohrung a, die Bohrung 42, die winkelförmige Bohrung 36 im Drehschieber 5 und die Bohrung 44, die ebenfalls einen vertikalen Abschnitt 44a hat, mit dem Entspannungsgefäß 4 verbunden. Nach einer Drehung des Drehschiebers um 90° wird das Austreibungsgefäß 2 voh1 Entspannungsgefäß 4 abgekuppelt und dafür das Austreibungsgefäß 3 an das Entspannungsgefäß 4 angekuppelt.
Wie man aus Fig. 2 ersehen kann, liegen die Bohrungen 37, 39, 42 und 43 in der gleichen vertikalen Ebene, so daß auch die erwähnten vertikalen Kanalabschnitte in einer Flucht liegen. Diese vertikalen Kanalabschnitte sind auf Bohrungen 45 in den Endflächen 16 der Austreibungsgefäße ausgerichtet. Unterhalb dieser Bohrungen befinden sich Ventilkugeln 46, die aus einem Material bestehen, das spezifisch leichter ist als Wasser und die jeweils in einem Käfig 47 geführt sind, der Querbohrungen 47a aufweist.
In den Austreibungsgefäßen 2 und 3 sind Steigleitungen 48 und 49 angeordnet (siehe Fig. 4). Diese Steigleitungen reichen bis zu den Böden 17 und haben an ihren Enden Abschrägungen 48a. Die Steigleitungen 48 und 49 durchgreifen die Deckflächen der Austreibungsgefäße und kommunizieren mit winkelförmigen Kanälen 50 und 51 in der Steuerplatte 32. Die winkelförmigen Kanäle münden axial in einen Zylinder 52 ein, in dem der Kolben 7 beweglich ist. An den Enden des Zylinders 52 befinden sich Ventilsitze 53 und 54, mit denen der zugleich als Ventilteller wirkende Kolben 7 mit Dichtungsrändern 7a, 7b zur Auflage kommen kann. In der Längsmitte des Zylinders 52 mündet eine Bohrung 55 radial ein, die (siehe Fig. 1) bis zum Rand der Steuerplatte 32 geführt ist. An die Bohrung 55 ist eine Rohrleitung 56 angeschlossen, die sich an ihrem Ende in zwei Rohrleitungen 57 und 58 verzweigt, in denen sich Hähne 59 und 60 befinden. Die Leitungen 57, 58 führen zu den Wasserstrahlpumpen 8 und 9, an denen sich _Sauganschlüsse 8a und 9a befinden, an die zu evakuierende Gefäße angeschlossen werden, z.B. über flexible Schläuche.
Auf die Steuerplatte 32 sind zwei Zylinder 61 und 62 aufgesetzt, in die die bereits erwähnten Druckluftleitungen 28 an den Enden der Zylinderbohrungen 61a und 62a einmünden. Zwischen den beiden Zylindern 61 und 62 erstreckt sich ein Stab 63, dessen Enden als Kolben 64 und 65 ausgebildet sind, die in die Zylinder 61a und 62a eingepaßt sind. In der Mitte des Stabes befindet sich eine Ausnehmung 66, in die (siehe Fig. 1) ein Arm 67 eingreift, der fest mit dem Drehschieber 5 verbunden ist und radial von dem Arm abragt.
Die Vorrichtung arbeitet wie folgt.
Bei Inbetriebnahme wird zunächst in den Umbehälter Wasser bis zu der Niveaumarke 68 eingefüllt. Der Anschlußstutzen 40 für die Druckluftzuführung wird an eine Druckluftleitung angeschlossen, wobei ein vor diesem Anschluß befindlicher, in der Zeichnung nicht dargestellter Hahn, zunächst noch geschlossen bleiben. An die Wasserstrahlpumpen 8 und 9 werden an die Anschlüsse 8a und 9a zu evakuierende Gefäße angeschlossen. Wenn mindestens einer der Hähne 59 und 60 geöffnet ist, beginnt das Gerät zu arbeiten, wenn der Drucklufthahn vor dem Anschluß 40 geöffnet wird.
Beim Einfüllen von Wasser in den Umbehälter werden auch die Austreibungsgefäße 2 und 3 mit Wasser gefüllt, wobei die Ventilklappen 19 unter der Wirkung des statischen Druckes des Wassers geöffnet werden. Wenn die Verbindung zum Entspannungsgefäß 4 hin geöffnet ist, was bei der gezeichneten Ventilstellung (Fig. 6) für den Behälter 2 gilt, kann die dort enthaltene Luft entweichen und das Gefäß kann sich vollständig füllen. Ein Eindringen von Wasser in die Luftkanäle wird durch die Ventile 46 verhindert, die durch ihren Auftrieb im Wasser angehoben und gegen die Öffnung in der _Zylinderdecke 16 gedrückt werden.
Das andere Gefäß, aus dem der Luftabfluß nicht möglich ist, wird sich nicht vollständig füllen können, da ja in diesem Gefäß ein Luftpolster verbleibt.
Es sei angenommen, daß (im Gegensatz zu der Darstellung nach Fig. 5) die Ventilstellung so sei, daß die Druckluft in das Austreibungsgefäß 2 gelangt. Die Druckluft drückt auf den Flüssigkeitsspiegel und fördert das Wasser über das Steigrohr 48 (siehe Fig. 4) nach oben. Der Wasserdruck drückt den Kolben 7 gegen den rechts befindlichen Ventilsitz 54 und schließt so das Steigrohr 49 des anderen Austreibungsgefäßes ab. Das Wasser strömt über die Bohrung 55 zu den Wasserstrahlpumpen 8 und 9. Das von den Wasserstrahlpumpen abgegebene Wasser fällt direkt wieder in den Umbehälter 1.
Wenn nun der Wasserspiegel im Austreibungsgefäß 2 so weit abgesunken ist, daß der Schwimmer 23 (siehe Fig. 3) absinken kann, wird das untere Ende der Steuerleitung 28 freigegeben und die Druckluft, die z.B. unter einem überdruck von 2 Atmosphären steht, kann zum Zylinder 61 strömen, wodurch der Stab 63 nach rechts gedrückt wird. Dadurch wird der Drehschieber 5 um 90° gedreht, wonach die in den Fig. 5 und 6 gezeigten Verbindungen bestehen. Bei dieser Stellung wird die Druckluft, die über den Anschlußstutzen 40 zuströmt, in das Austreibungsgefäß 3 geleitet und drückt nun dort auf den Wasserspiegel. Das Wasser wird im Steigrohr 49 nach oben gefördert und treibt zunächst den Umsteuerkolben nach links, wobei sich der Dichtungsrand 7a auf den Sitz 53 aufsetzt und dadurch das Steigrohr 48 abschließt. In dieser Stellung wird Wasser aus dem Austreibungsgefäß 3 über die Bohrung 55 zu den Wasserstrahlpumpen gefördert.
Gleichzeitig besteht, wie Fig. 6 zeigt, nun eine Verbindung zwischen dem Austreibungsgefäß 2 und dem Entspannungsgefäß 4 über die Kanäle 42, 36 und 44. Die Druckluft, die ja im Augenblick des Umschaltens noch unter ihrem vollen Druck von 2 atü steht (während des Austreibens findet eine Entspannung von Druckluft nicht statt), entspannt sich nun im Entspannungsgefäß 4, wobei eine starke Abkühlung der Luft eintritt. Gleichzeitig werden Luftgeräusche durch die Schalldämpferwirkung des Entspannungsgefäßes 4 herabgesetzt. Die kalte Luft nimmt aus dem Wasser, das das Gefäß 4 vollständig umspült, Wärme auf, wodurch das Wasser auf einer niedrigen Temperatur gehalten wird. Die entspannte Luft wird über das Rohr 31 abgeführt.
Wenn im Austreibungsgefäß 3 der Wasserspiegel so weit abgesunken ist, daß der dort befindliche Schwimmer 23 absinkt, wird der Zylinder 62 unter Druck gesetzt und der Stab 63 nach links gedrückt, wonach wieder die eingangs beschriebene Situation besteht. Während also aus einem Austreibungsgefäß Wasser mit Hilfe von Druckluft ausgetrieben wird, füllt sich das andere Austreibungsgefäß über seine Bodenklappe unter der Wirkung des statischen Druckes, der im Umbehälter 1 herrscht. Die Zuströmungsöffnungen 18 sind groß gewählt, um bei dem relativ geringen statischen Druck eine vollständige Füllung des entleerten Behälters zu gewährleisten, bevor der unter Druck stehende Behälter entleert ist.
Für kurze Betriebsunterbrechungen genügt es, die Hähne 57 und 58 zu schließen. Bei längerer Betriebspause ist es zweckmäßig, auch die Druckluftzufuhr abzuschließen.
Zur Entleerung des Gerätes löst man die Wasserablaßschraube 15' bei laufendem Betrieb. Die Zylinder pumpen sich dann selbsttätig leer. Ein kontinuierlicher Wasserwechsel ist nicht erforderlich, da ja das Wasser ständig gekühlt wird. Wegen unvermeidlicher Verunreinigungen ist es zweckmäßig, die Wasserfüllung, die z.B. etwa 25 1 betragen kann, einmal täglich zu wechseln.
Bei der Ausführungsform nach den Fig. 8 und 9 ist das hier insgesamt mit 70 bezeichnete Entspannungsgefäß oberhalb des Wasserspiegels horizontal angeordnet. Das Entspannungsgefäß ist ein zylindrischer Behälter, der aus Metall bestehen kann. In dem Gefäß 70 sind gelochte Bleche 71 angeordnet, von denen in Fig. 9 einige dargestellt sind.
An dem in der Zeichnung rechts liegenden Ende des Behälters ist eine Wasserleitung 72 angeschlossen, die von der zu den Wasserstrahlpumpen führenden Druckleitung 56 abzweigt. Die Zuleitung 72 mündet mittels einer Düse 73 in das Gefäß 70. Die Strahlrichtung der Düse 73 ist rechtwinklig zur Längsrichtung des Gefäßes 70 und nach unten gerichtet.
Die aus den Austreibungsgefäßen 2, 3 austretende Luft wird über eine Leitung 74 in das Gefäß 70 eingeführt. Die Leitung 74 hat eine Austrittsöffnung 74a, deren Achse parallel zur Längsrichtung des Gefäßes 70 verläuft und unterhalb der Wasserzuflußdüse 73,jedoch seitlich nach rechts etwas versetzt von dieser angeordnet ist.
Das Gerät nach den Fig. 8 und 9 arbeitet weitgehend gleich wie das Gerät nach den Fig. 1 bis 7. Unterschiedlich ist nur, daß in das Entspannungsgefäß 70 Wasser eingeführt wird. Das Wasser wird beim Einspritzen unter Druck durch die Zerreißung des Strahles und durch das Aufprallen auf die Schikanen 71 fein zerteilt. Eine weitere Zerteilung und Verteilung im gesamten Entspannungsgefäß wird durch die aus der Luftleitungsmündung 74a austretenden Luftstöße bewirkt. Das Wasser verteilt sich auf den gelochten Blechen 71, die demgemäß im allgemeinen von einem Wasserfilm überzogen sind. Das Wasser wird zusammen mit der Luft über eine Auspuffleitung 75 aus dem Gefäß 70 ausgestoßen. Die Mündung 75a der Auspuffleitung 75 mündet noch oberhalb des Wasserspiegels 76 in die Umgebung und ist nach unten gerichtet. Der Wasserspiegel liegt also bei dieser Ausführungsform etwas tiefer als bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 7. Ein horizontaler Teil 75b der Auspuffleitung 75 schneidet die Wand des Gefäßes 7 an deren tiefster Stelle. Dadurch ist die Gewähr gegeben, daß sich in dem Gefäß 70 kein Wasser ansammeln kann.

Claims

1. Verfahren zum Betrieb einer Wasserstrahlpumpe, bei dem das für den Betrieb der Pumpe benötigte Wasser im Kreislauf umgepumpt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser mittels Druckluft bei im wesentlichen konstantem Luftdruck unter Druck gesetzt wird und daß Druckluft, die zum Austreiben von Wasser durch die Wasserstrahlpumpe benutzt wurde, in einem abgegrenzten Entspannungsraum entspannt wird, wobei dem Wasser Wärme entzogen wird, die von der Luft bei und nach ihrer Entspannung aufgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft in einem von dem Wasser umspülten abgegrenzten Entspannungsraum enLspannt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft bei ihrer Entspannung unmittelbar mit dem Wasser in Berührung gebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft in einem abgegrenzten Entspannungsraum entspannt wird, in den die Luft und Wasser eingeleitet werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Austreibungsräume abwechselnd mit Druckluft gefüllt werden, wobei während des Fullens Wasser ausgetrieben wird und daß während der Füllung eines Austreibungsraumes im anderen Austreibungsraum enthaltene Luft im Entspannungsraum entspannt wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch mindestens zwei Austreibungsgefäße (2, 3), Verbindungs-Wasserkanäle (48, 49, 52, 55, 56, 57, 58), die die Austreibungsgefäße (2, 3) mit der Wasserstrahlpumpe (8, 9) verbinden, mindestens ein Entspannungsgefäß (4), Verbindungs-Luftkanäle (42, 43, 44), die die Austreibungsgefäße (2, 3) mit dem Entspannungsgefäß (4) verbinden, einen Druckluftanschluß (40) für die Zuführung von Druckluft, Verbindungs-Luftkanäle (37, 39), die den Druckluftanschluß (40) mit den Austreibungsgefäßen (2, 3) verbinden, ein erstes Wasser-Ventil (7) zur abwechselnden Verbindung der Austreibungsgefäße (2, 3) mit der Druckseite der Wasserstrahlpumpe (8, 9), zweite Wasserventile (19) zur Verbindung der Austreibungsgefäße (2, 3) mit dem von der Wasserstrahlpumpe (8, 9) abfließenden Wasser, ein erstes Druckluftventil (5) zur abwechselnden Verbindung der Austreibungsgefäße (2, 3) mit dem Druckluftanschluß (40) und ein zweites Druckluftventil (5) zur abwechselnden Verbindung der Austreibungsgefäße (2, 3) mit dem Entspannungsgefäß (4).

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Austreibungsgefäße (2, 3) und das Entspannungsgefäß (4) in einem Umbehälter (1) angeordnet sind, der höher ist als die Austreibungsgefäße (2, 3) und der mit Wasser gefüllt werden kann, wobei die Abflußseite der Wasserstrahlpumpen in den Umbehälter (1) mündet und die Austreibungsgefäße (2, 3) im Bereich ihres Bodens jeweils eine durch die zweiten Wasserventile (19) abschließbare Strömungsverbindung (18) mit dem Inneren des Umbehälters (1) haben.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzejchnet, daß die zweiten Wasserventile als Rückschlagventile ausgebildet sind, vorzugsweise als im Inneren der Austreibungsgefäße (2 , 3) angeordnete Ventilklappen (19), die sich aufgrund der Schwerkraft in die Schließstellung bewegen.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Wasserventil (7) von aus den Austreibungsgefäßen austretendem Wasser steuerbar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen in einem Steuerzylinder (52) gleitenden Kolben (7), wobei an den Enden des Steuerzylinders (52) Verbindungs-Wasserkanäle (50, 51) einmünden, die zu den Austreibungsgefäßen (2, 3) führen und seitlich in den Zylinder ein Verbindungs-Wasserkanal (55) einmündet, der zur Druckseite der Wasserstrahlpumpe (8, 9) führt und der Kolben (7) in jeder Endstellung einen der stirnseitig einmündenden Kanäle (50, 51) abschließt, jedoch den seitlich einmündenden Kanal (55) offen läßt.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in den Austreibun^gsgefäßen Steigrohre (48, 49) angeordnet sind, die in Bodennähe der Austreibungsgefäße in diese münden.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftkanäle (37, 39) für die Einführung von Druckluft in die Austreibungsgefäße (2, 3) im oberen Bereich der Austreibungsgefäße, vorzugsweise am höchsten Punkt derselben, in die Austreibungsgefäße einmünden.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, gekennzeichnet durch einen von der in den Austreibungsqefäßen (2,3) befindlichen Druckluft betätigbaren Umsteuerkolben (63), der nach Entleerung eines Austreibungsgefäßes die Druckluftzufuhr zum anderen Austreibungsgefäß und die Verbindung zwischen dem entleerten Austreibungsgefäß und dem Entspannungsgefäß einschaltet.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß in Bodennähe jedes Austreibungsgefäßes (2, 3) ein Schwimmerventil (23) angeordnet ist, das bei in Wasser eingetauchtum Schwimmkörper einen Luftkanal (28) abschließt, der zu einer Seite des doppelt wirkenden Umsteuerkolbens (63) führt.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch pekennzeichnet, daß die Druckluftventile (5) als Drehschieber ausgebildet sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß beide Druckluftventile in einem Drehschieber (5) vereinigt sind, wobei der Drehschieber in einer ersten Ebene Bohrungen (35) für das erste Druckluftventil und in einer in axialem Abstand von der ersten Ebene befindlichen zweiten Ebene Bohrungen (36) für das zweite Druckluftventil aufweist und Qie genannten Bohrungen (35, 36) mit ebenfalls in zwei verschiedenen Ebenen angeordneten Bohrungen (38, 37, 39; 42, 44, 43) in einem Drehschiebergehäuse (32) zusammenwirken.

17. Vorrichtung nach den Ansprüchen 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehschieber (5) durch den Umsteuerkolben (63) bewegbar ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß am Drehschieber (5) ein radial vorragender Stift (67) angeordnet ist, der mit dem Umsteuerkolben (63) verbunden ist, z.B. durch Eingreifen in einen Schlitz (66) am Umsteuerkolben (63).

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 18, gekennzeichnet durch eine Steuerplatte (32), die auf den Austreibungsgefäßen (2, 3) und dem Entspannungsgefäß (4) aufliegt und gegen Abheben nach oben gesichert ist und die die Druckluftventile und zugehörige Druckluftleitungen und vorzugsweise auch die Verbindungs-Wasserkanäle enthält.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserstrahlpumpe (8, 9) an einer Wand des Umbehälters (1) angeordnet ist und sich direkt in den Umbehälter entleert.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 20 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Entspannungsgefäß (70) oberhalb der Wasserfüllung (76) angeordnet und durch mindestens einen Wasserkanal (72) mit mindestens einem Austreibungsgefäß verbunden ist und daß das Entspannungsgefäß (70) eine an der tiefsten Stelle des Entspan- nungs^gefäßes angeordnete Auslaßöffnung (75) für den Austritt eines Wasser/Luft-Gemisches aufweist (Fig. 8, 9).

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorhandensein eines Umbehälters nach Anspruch 7 eine Austrittsöffnung (75a) für den Austritt des Wasser/Luft-Gemisches oberhalb des Wasserspiegels (76) liegt.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 und 22, dadurch gekennzeichnet, daß für die Einführung des Wassers in das Entspannungsgefäß (70) eine Düse (73) vorgesehen ist, deren Strahlrichtung winklig, vorzugsweise rechtwinklig zur Richtung der Achse der Luft-Austrittsöffnung (74a) orientiert ist.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß im Entspannungsgefäß (70) Schikanen angeordnet sind, z.B. im Abstand voneinander angeordnete gelochte Bleche (71), wobei vorzugsweise die Löcher benachbarter Bleche gegeneinander versetzt sind.