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Durch einen Verdichter betriebener Mischluftwasserheber mit Kreislauf
der Betriebsluft Mischluftwasserheber (Löscher-Pumpen) sind zwar einfach, betriebssicher
und unempfindlich gegen feste Beimengungen und können billig aus Rohren hergestellt
werden, ferner leisten sie größte Fördermengen, sie haben aber einen schlechten
Wirkungsgrad, der im allgemeinen kaum 4o °/o erreicht, meistens sogar viel schlechter
ist.
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Wegen des schlechten Wirkungsgrades und großen Luftverbrauches werden
große und teure Luftverdichter benötigt. Deshalb wird der Mischluftwasserheber heute
nur für Sonderzwecke benutzt, bei denen die Nachteile des schlechten Wirkungsgrades
und des hohen Luftverbrauches wegen der sonstigen Vorteile in Kauf genommen werden
können, z. B. für Rübenpumpen in Zuckerfabriken, als Spülungsantrieb beim Brunnenbohren
und Schachtbohren (Honigmann) und zum Kiesbaggern und Schachtsümpfen. Für die allgemeine
Wasserförderung scheidet die sonst so gute Pumpe des geringen Wirkungsgrades wegen
bis heute aus.
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Man hat zwar schon versucht, den Wirkungsgrad und die Arbeitsbedingungen
von Mischluftwasserhebern dadurch zu verbessern, daß man eine Anzahl von derartigen
Hebern stufenweise übereinander anordnet, um eine geringe Eintauchtiefe für jeden
einzelnen Heber und für die Gesamtanlage zu erreichen. Fernerhin hat man auch bereits
einen Abscheider zum Trennen von Wässer und Luft an das Förderrohr angeschlossen,
so daß die Betriebsluft im Kreislauf zwischen Verdichter und Förderrohr verwandt
wurde. Eine wesentliche Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades und eine Beseitigung
des Nachteils großer Verdichterabmessungen
konnte j edoch hierdurch
nicht erreicht werden.
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Die Erfindung geht davon aus, daß der geringe Wirkungsgrad von Mischluftwasserhebern
unter. anderem im wesentlichen darauf zurückzuführen ist, daß besonders im oberen
Teil des Förderrohres die Luftblasen eine viel größere Steiggeschwindigkeit,-als
die Wasserteilchen besitzen. Hierdurch tritt ein Schlupf des Wassers gegen die aufsteigende
Luft, ein; und es geht viel Arbeit verloren, während sich gleichzeitig auch die
Reibungsverluste durch starke Wirbelbildung erhöhen.
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Die Erfindung betrifft einen durch, einen Verdichter betriebenen Mischluftwasserheber
mit Kreislauf der Betriebsluft und einem Abscheider zum Trennen von Wasser und Luft,
bei dem die-Ansaugleitung des. Verdichters oberhalb des Abscheiders . abzweigt.
Das erfinderische Neue besteht irri wesentlichen darin, daß die Ansaugleitung des
Verdichters von einer Stelle' des Förderrohres abgezweigt ist, an der die Förderluft..
einen über Atmosphärendruck liegenden Druck besitzt und die Eintauchtiefe des Förderrohres
über das sonst übliche bzw. notwendige Maß hinaus vergrößert ist. Vorzugsweise kann
die Abzweigung der Ansaugleitung in Weiterbildung der Erfindung an oder nahe einer
Stelle des Förderrohres angeordnet sein, "an der der Druck der Förderluft gerade
so hoch ist, wie er auf Grund einer Rechnung, graphischen Ermittlung oder Messung
für eine optimale Verbesserung des Wirkungsgrades der Gesamtanlage notwendig ist,
gegebenenfalls einschließlich eines günstigsten Verdichterhubvolumens und geringster
Abmessungen des Verdichters.
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Bei der Einrichtung nach der Erfindung können in dieser und ähnlicher
Weise das Hubvolumen des Verdichters wesentlich verkleinert. werden' und ein Verdichter
geringster Abmessungen zur Anwendung gelangen und zugleich auch der Wirkungsgrad
der Wasserförderung wesentlich verbessert- werden.
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In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht.
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Bei jedem gewöhnlichen Mischluftwasserheber gibt es einen bestimmten
Betriebspunkt,-bei dem das beste Wasser-Luft-Verhältnis und damit der beste Wirkungsgrad,
77'max, erreicht wird. Wird weniger oder mehr . Luft zugeführt, so nimmt der Wirkungsgrad
ab. Die Größe von n'max und @ die zugehörige -sekundliche Luft- und Wassermenge
hängt vom lichten Förderrohrdurchmesser und den Längenabmessungen der 'Pumpe, also.
von -Eintauchtiefe und Förderhöhe ab.
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Der Verlauf vonq'max in Abhängigkeit von Förderrohrdurchmesser und
Eintauchtiefe und Förderböhe kann auf Grund. bekannter -Theorien rechnerisch 'ermittelt
werden. Diese Theorien haben in der Praxis ihre Bestätigung gefunden. In Abb. i
ist 77'max in Abhängigkeit von der Förderhöhe lsl im Diagramm dargestellt, für einen
lichten Förderrohrdurchmesser von 15 cm und für Eintauchtiefen lt von 40,80 und
,i20 m.
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In Abb. 2 ist ein gewöhnlicher Mischluftwasserheber dargestellt. Daneben
ist in Abb. 3 der Druckverlauf des Wassers außerhalb des Förderrohres (Linie c)
und derjenige des Wasser-Luft-Gemisches innerhalb des Förderrohres (Linie b) bei
arbeitender Pumpe dargestellt. Letzterer Druckverlauf ist tatsächlich nicht ganz
geradlinig, sondern ganz schwach gegen die Senkrechte durchgebogen, was indessen
hier vernachlässigt werden kann.
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Irr Abb:-4 ist nun wieder der Druckverlauf in einer Pumpe mit derselben
Eintauchtiefe, aber- mit höherer Förderhöhe l" dargestellt. Es sind bei einer bestimmten
Eintauchtiefe lt beliebige Förderhöhen 1, erreichbar. Für eine größere Förderhöhe
wird jedoch mehr Luft benötigt als für eine kleinere. Trennt man in dieser Pumpe
bei A die Luft und das Wasser wieder, die beide dort unter dem Druck P" atü stehen,
so kann das Wasser durch Wirkung dieses Druckes p. bis zu der alten Höhe 1s steigen;
und außerdem steht die ganze Luft .nun mit dem Druck P" atü dein Luftverdichter
wieder zur Verfügung. Der Verdichter muß die Luft also nun von P.QAtü x auf P" atü
verdichten und nicht von o atü bis -p. atü, wie bei einem gewöhnlichen Mischluftwasserheber.
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Aus Abb. i ist zu ersehen, daß bei dem größeren 1, derBestwirkungsgrad
r7'max kleiner wird. Andererseits wird aber eine bedeutende Verdichtungsarbeit eingespart.
Der erste Einfiuß wirkt sich vermindernd, der zweite aber vergrößernd auf den Bestwirkungsgrad
(und auf den Wirkungsgrad schlechthin) aus.
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Es stellt sich nun heraus, daß bei Einschaltung bestimmter Bedingungen
(wozu besonders eine genügend große Eintauchtiefe gehört) insgesamt in bestimmten
Bereichen eine bedeutende Wirkungsgradverbesserung erzielt werden kann und daß es
eine optimale Lage für die Trennstelle A gibt, bei der die größte Wirkungsgradverbesserung
erreieht wird.
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Der Bestwirkungsgrad der Pumpe nach Abb.2 und 3 kann errechnet werden
nach der Formel
Bei Einführung einer Trennung von Luft und Wasser bei. A nach Abb. 4 wird der Bestwirkungsgrad
jetzt
Aus dieser Formel lassen sich die Bestwirkungsgrade i7'max bei Trennung von Luft
und Wasser in Abhängigkeit von ls, ermitteln. Sie sind in Abb.-5-dargestellt für
drei verschiedene Eintauchtiefen, nämlich 4o, 80 und 120 m. Die Wirkungsgradverbesserung
ist- um so größer, je -.größer die Eintauchtiefe lt gemacht wird. Aus den Kurven
der Abb. 5 kann die optimale Lage des Trennpunktes A für jede Eintauchtiefe ermittelt
werden. Zum Beispiel ist bei einer Eintauchtiefe von lt = x20 [m] der höchste Wert
?i'max =-87,3 % bei einem Wert von 1s, = 140[m] zu erwarten.
Der
Trennpunkt A liegt dabei in diesem Falle um den Betrag
unter Pumpen-Oberkante (also noch 8,6 m unter dem Wasserspiegel).
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Der Luftverdichter braucht dabei die Luft nur von 7,86 ata auf 13
ata zu verdichten, d. h. der Luftverdichter braucht nur 5,4 desjenigen Hubvolumens
zu haben, welches notwendig wäre, um die Luft von i ata auf 13 ata zu verdichten.
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Wenn man auch berücksichtigt, daß zum Fördern auf die Förderhöhe LSl
= 140 m etwas mehr Luft gebraucht wird, als zum Fördern auf die tatsächlich gewünschte
Förderhöhe 1s = 6o m, so bleibt doch im ganzen genommen eine sehr große Einsparung
an Hubvolumen übrig. Der so erforderliche Luftverdichter kann also sehr viel kleiner
und billiger sein. Die Trennvorrichtung zum Trennen von Luft und Wasser ist bei
A in Abb. 6 dargestellt.
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Bei dem in Abb.6 veranschaulichten Abscheider taucht das von unten
kommende Förderrohr i in eine nach unten offene Glocke 2 ein, in der sich die Luft
vom Wasser trennt und durch die Leitung 3 mit entsprechendem Druck dem Verdichter
zugeführt wird. Das sich in der Glocke 2 entmischende Wasser wird durch die Leitung
4 mit Hilfe des in der Glocke 2 herrschenden Luftdruckes weitergefördert. Die Oberkante
des Förderrohres in der Glocke 2 entspricht dem durch Rechnung zu ermittelnden Punkt
A.
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Selbstverständlich sind bei der Durchführung der Erfindung noch die
verschiedensten konstruktiven Einzelheiten möglich. Beispielsweise wird man zweckmäßig
zwischen der Leitung 3 und dem Verdichter einen Druckkessel einschalten, um auf
jeden Fall zu vermeiden, daß Wasser in den Verdichter gelangt. Der Druckkessel dient
auch bei Inbetriebnahme der Anlage gleich dazu, um den notwendigen Speicherdruck
bzw. Anfangsdruck zu erzeugen.