DE938890C

DE938890C - Mixed air water lifter operated by a compressor with operating air circulation

Info

Publication number: DE938890C
Application number: DEB21174A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr-Ing Herbold
Original assignee: BRAUNKOHLEN und BRIKETTWERKE R
Current assignee: BRAUNKOHLEN und BRIKETTWERKE R
Priority date: 1952-07-13
Filing date: 1952-07-13
Publication date: 1956-02-09

Description

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.Mixed air water lifter operated by a compressor with a circuit the operating air mixed air water lifters (extinguisher pumps) are simple and reliable and insensitive to solid admixtures and can be manufactured cheaply from pipes They are also able to produce large quantities of goods, but they have a bad one Efficiency which in general hardly reaches 40%, mostly much worse is.

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.Because of the poor efficiency and large air consumption large and expensive air compressors are required. That is why the mixed air water lifter is used today only used for special purposes where the disadvantages of poor efficiency and the high air consumption because of the other advantages can e.g. B. for beet pumps in sugar factories, as a flush drive when drilling wells and shaft drilling (Honigmann) and for gravel dredging and shaft swamps. For general Water delivery separates the otherwise good pump because of its low efficiency until today.

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.One has already tried to improve the efficiency and the working conditions of mixed air water siphons by having a number of such Elevators arranged one on top of the other in order to achieve a shallow immersion depth for each individual lifters and for the entire system. Furthermore, one already has a separator for separating water and air is connected to the conveyor pipe, so that the operating air is used in the circuit between the compressor and delivery pipe became. A major improvement in overall efficiency and an elimination the disadvantage of large compressor dimensions I was able to do this though cannot be achieved.

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.The invention assumes that the low efficiency of mixed air water siphons under. other things are essentially due to the fact that especially in the upper Part of the conveyor pipe the air bubbles have a much greater rate of rise than that have water particles. This causes the water to slip against the ascending one Air in; and a lot of work is lost while at the same time the Increase friction losses due to strong vortex formation.

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.The invention relates to a mixed air water lifter operated by a compressor with a circuit of the operating air and a separator for separating water and air, in which the suction line of the. Compressor above the separator. branches off. The inventive novelty consists essentially in the fact that the suction line of the Compressor is branched off from a point 'of the conveying pipe at which the conveying air .. has a pressure above atmospheric pressure and the immersion depth of the delivery pipe is enlarged beyond what is otherwise usual or necessary. Preferably can the branch of the intake line in a further development of the invention at or near one Place of the conveying pipe "at which the pressure of the conveying air is straight is as high as it is based on a calculation, graphic determination or measurement is necessary for an optimal improvement of the efficiency of the overall system, possibly including a most favorable compressor stroke volume and the lowest Dimensions of the compressor.

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.In the device according to the invention can in this and the like Way, the displacement of the compressor is significantly reduced. become 'and a compressor smallest dimensions are used and at the same time also the efficiency the water pumping can be significantly improved.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht.The invention is illustrated by way of example in the drawing.

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.Every common mixed air water lifter has a specific one Operating point at which the best water-air ratio and thus the best efficiency 77'max is reached. Becomes less or more. Air is supplied, so the efficiency increases away. The size of n'max and @ the associated -second amount of air and water depends on the clear delivery pipe diameter and the length dimensions of the 'pump, so. of immersion depth and delivery head.

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.The course of q'max as a function of the delivery pipe diameter and Immersion depth and delivery height can be due to. known -theories computationally 'determined will. These theories have been confirmed in practice. In Fig. I 77'max is shown in the diagram as a function of the delivery head lsl, for a clear conveyor pipe diameter of 15 cm and for immersion depths of 40, 80 and , i20 m.

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.An ordinary mixed air water lifter is shown in Fig. 2. Besides is in Fig. 3 the pressure curve of the water outside the delivery pipe (line c) and that of the water-air mixture within the conveying pipe (line b) working pump shown. The latter pressure curve is actually not quite straight, but rather slightly bent towards the vertical, which, however, is can be neglected here.

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.Irr Fig: -4 is now the pressure curve in a pump with the same again Immersion depth, but with a higher delivery head l ". There are at a certain Immersion depth according to any delivery heights 1, achievable. For a greater head however, more air is required than for a smaller one. One separates in this pump at A the air and the water again, both of which are there under the pressure P "atu, so by the action of this pressure the water can p. rise to the old height of 1s; and besides, the whole air is now with the pressure P "atu your air compressor available again. The compressor must now move the air from P.QAtü x to P "atü condense and not from o atü to -p. atü, as with an ordinary mixed air water lifter.

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.From Fig. I it can be seen that with the larger 1, the best efficiency r7'max becomes smaller. On the other hand, however, a significant compression work is saved. The first influence has a diminishing effect, the second increases it on the best efficiency (and on the efficiency itself).

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.It turns out that when certain conditions are activated (which includes, in particular, a sufficiently large immersion depth) overall in certain A significant improvement in efficiency can be achieved and that it there is an optimal position for the separation point A, at which the greatest improvement in efficiency is reached.

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).The best efficiency of the pump according to Fig. 2 and 3 can be calculated using the formula When a separation of air and water is introduced. A according to Fig. 4 is now the best efficiency This formula can be used to determine the best efficiency i7'max when air and water are separated as a function of ls. They are shown in Fig. 5 for three different immersion depths, namely 40, 80 and 120 m. The improvement in efficiency is greater, the greater the immersion depth is made. From the curves in Fig. 5, the optimal position of the separation point A can be determined for each immersion depth. For example, at an immersion depth of lt = x20 [m], the highest value? I'max = -87.3 % is to be expected at a value of 1s = 140 [m]. In this case, the separation point A is around the amount below the upper edge of the pump (i.e. still 8.6 m below the water level).

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.The air compressor only needs the air from 7.86 ata to 13 to condense ata, d. H. the air compressor only needs 5.4 of that stroke volume to have what would be necessary to compress the air from i ata to 13 ata.

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.If one also takes into account that to promote the head LSl = 140 m a little more air is needed than for conveying to the actually desired one Delivery head 1s = 60 m, so all in all a very large saving remains of stroke volume left. The air compressor required in this way can therefore be much smaller and be cheaper. The separator for separating air and water is at A shown in Fig. 6.

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.In the separator shown in Fig. 6, this emerges from below incoming conveyor pipe i into a bell 2, open at the bottom, in which the air separates from the water and through line 3 with the appropriate pressure to the compressor is fed. The water separating in the bell 2 is through the line 4 conveyed further with the aid of the air pressure prevailing in the bell 2. The top edge of the delivery pipe in the bell 2 corresponds to the point to be determined by calculation A.

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.Of course, when carrying out the invention, the various construction details possible. For example, one becomes expedient Switch on a pressure vessel between line 3 and the compressor in order to open in any case to avoid water getting into the compressor. The pressure vessel is used even when the system is put into operation, to the necessary accumulator pressure or to generate initial pressure.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Mixed air water lifter operated by a compressor with a circuit of the operating air and a separator of water and air, in which the suction line of the compressor branches off above the separator, characterized in that the suction line of the compressor is branched off from a point on the conveying pipe at which the conveying air passes through Has pressure lying at atmospheric pressure and the immersion depth of the delivery pipe is increased beyond the otherwise usual or necessary amount.

2. Apparatus according to claim i, characterized in that the branch of the suction line is arranged at or near a point of the conveyor pipe at which the pressure of the conveying air is just as high as on the basis of a calculation, graphic determination or measurement for an optimal improvement the efficiency of the overall system is necessary, possibly including a favorable compressor stroke volume and the smallest dimensions of the compressor. Cited publications: German Patent No. 388 908; Journal of the Association of German Engineers, 1913, p.1174; Journal for ore mining and metallurgy, 1949, p.118; Journal "Schlägel und Eisen", 101, p. 195; "Die Technik" magazine, 1947, p. 335.