<Desc/Clms Page number 1>
Vorrichtung zur Regelung der Wasserzufuhr bei der Speisung hydraulischer Einrichtungen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung der Wasserzufuhr in einer hydraulischen Anlage jener Art, bei der ein stromabwärts gelegener Überlauf vorgesehen ist, beispielsweise Absetzbecken, Ka- näle usw.
Ein Ziel der Erfindung ist es, selbsttätig und mit einfachen Mitteln einen im wesentlichen konstaniten Betrag der Zufuhr zu einer hydraulischen Einrichtung einzustellen, unabhängig davon, ob die im be- treffenden Wasserlauf vorhandene Menge von der die Zufuhr abgezweigt wird, grösser ist als die von der hydraulischen Einrichtung verarbeitete bzw. eine vollständige Übernahme dieser Menge zu ermöglichen, wenn sie gleich oder geringer ist als die verarbeitete.
Es sind bereits Vorrichtungen zur Regelung des Zuflusses in einer hydraulischen Einrichtung bekanntgeworden, die eine stromaufwärts gelegene Schleusenöffnung mit einem Segmentschieber aufweisen, der von einem Schwimmer gesteuert wird, der in einem Steuerbehälter mit einem seitlichen Auslass angeord- net ist und der durch eine Überlauf-Ableitung über eine biegsame Rohrleitung gespeist wird, die oberhalb der stromaufwärts gelegenen Schleusenöffnung abzweigt und von der wenigstens der die Öffnung des Über- laufes aufweisende Endteil von einem Schwimmer getragen wird, dessen Niveau mit dem der aufneh- menden hydraulischen Einrichtung gleich ist.
Daraus folgt, dass die Lieferung des Überlaufes in die bieg- same Rohrleitung eine Funktion der Niveauunterschiede zwischen der stromaufwärts gelegenen Schleu- senanordnung und der hydraulischen Einrichtung ist, also gleicherweise dem Zulauf in dieser Einrichtung entspricht. Eine solche Regelvorrichtung ist einzig nur dazu geeignet, die von einer stromaufwärts gele- genenschleusenöffnung gelieferteMenge so zu regeln, dass in einem Behälter ein genau definiertes Niveau eingehalten wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft im Gegensatz hiezu eine hydraulische Vorrichtung, deren Speisung direkt aus der jeweils in einem Wasserlauf vorhandenen Wassermenge erfolgt, die mit verhältnismässig grosser Geschwindigkeit über einen Zulaufkanal eingeführt wird und der Kanal einen Endteil mit zuneh- mendem Gefälle aufweist, um die Zuflussmenge in Form einer stürzendenWassertafel abzugeben.
Eine Vorrichtung gemäss der Erfindung ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Ab- lenkflügel aufweist, der um eine horizontale Achse schwenkbar ist, so dass die Bugkante quer zum Zufüh- rungskanal, gegebenenfalls quer zur Wassertafel, derart verstellbar ist, dass diese, wenn die von ihr zuge- führte Menge grösser ist als das normale Fassungsvermögen der Einrichtung, in zwei übereinandergelagerte
Teilströme getrennt wird, wobei nur der untere Strom zur hydraulischen Einrichtung gelangen kann und der darüberliegende Strom, der der Überschussmenge entspricht, von der Einrichtung abgelenkt wird, wozu die Steueraclse des Ablenkflügels mit der Zugstange eines Schwimmers in einem durch einen Hauptaus- lass entleerbaren Steuerbehälter fest verbunden ist,
der aus einem Hilfszulauf gespeist wird, der aus einem in der Höhe verstellbaren Überlauf eines Beckens besteht, dessen Niveau dasselbe ist wie das der hydrauli- schen Einrichtung.
Dank dieser Vorrichtung erhält man im Falle einer geringeren natürlichen Wasserführung im Ver- gleich zur benötigten Wassermenge eine vollständige Entleerung des Steuerbehälters und damit ein voll- ständiges Öffnen des Ablenkflügels, mit der Folge, dass die ganze verfügbare Wassermenge der hydrau- lischen Einrichtung zugeleitet wird. Umgekehrt steigt der Wasserstand im Steuerbehälter in demselben
<Desc/Clms Page number 2>
Masse an, wenn die verfügbare Wassermenge über die verarbeitete ansteigt, was eine Verstellung des Ablenkflügels innerhalb des Wasserstrahles zur Folge hat und eine Abtrennung eines Teiles desselben in stromabwärtiger Richtung bewirkt.
Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung weist der Steuerbehälter einen Folge-Überlauf auf, dessen Niveau den Veränderungen des Niveaus des Schwimmers folgt, um während der Perioden, in'denen das Niveau des Steuerbehälters eine steigende Tendenz aufweist, einen sekundären Ablauf durch Über- lÅaufen sicherzustellen.
Zwei willkürlich verstellbare Anschläge sind in der Bewegungsbahn eines auf der Flügelwelle angebrachten Hebels vorgesehen, von welchen Anschlägen der eine den völligen Verschluss der den Verbraucher speisenden Öffnung, der andere deren maximales Freigeben begrenzt, und dass die Anschläge von den Enden der Kolbenstangen von durch eine Handpumpe betätigten hydraulischen Winden gebildet sind.
Letztere Massnahme ermöglicht im besonderen eine von der automatischen Steuerung unabhängige Betätigung des Ablenkflügels.
Ein Sicherheitsschwimmer ist in einem mit dem Absetzbecken kommunizierenden Behälter vorgesehen, welcher Schwimmer ein völliges Schliessen des Ablenkflügels herbeiführt, wenn im Absetzbehälter etwa durch stromabwärtige Verstopfungen ein übermässiger Wasserstand auftreten sollte.
Die charakteristischen Eigenschaften und die Vorteile der Erfindung werden deutlicher aus der nun folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles hervorgehen. In den zugehörenden Zeichnungen zeigen : Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Wasserführung, die mit einem erfindungsgemässen Ablenkflügel, der sich in seiner voll geöffneten Stellung befindet, ausgestattet ist, Fig. 2 und 3 ähnliche Teilansichten, wie die Fig. 1, wobei der Flügel sich in einer Zwischen- und in der Schliessstellung befindet. Die Fig. 4 stellt eine Gesamtansicht, mit einer schematischen Darstellung des Steuermechanismus des Flügels dar.
Fig. 5 zeigt schliesslich eine Variante für eine Einzelheit des Steuermechanismus.
Gemäss den Fig. 1 - 4 ist ein Wasserlauf 1 in einen Kanal 2 gefasst, dessen Bettung in der stromaufwärts gelegenen Hälfte 3 mit ungefähr gleichem, in der stromabwärts gelegenen Hälfte 4 mit zunehmendem Gefälle ausgeführt ist und der in einer Kante 5 endet, unterhalb derer sich ein Sturzbehälter 6 befindet, der über eine untere Öffnung 7 mit einem Absetzbecken 8 verbunden ist.
Oberhalb des stromabwärtigen Teiles 4 und in der Verlängerung des stromaufwärtigen Teiles 3 des Bettes ist ein Gitter 9 vorgesehen. Ein Ablenkflügel 10 mit der Bugkante 11 sitzt auf einer horizontalen Achse 12, die quer zur Wasserströmung in etwa gleicher Entfernung vom Gitter 9 und der Kante 5 gelagert ist. Die Winkelbewegungen dieses Flügels sind nach oben durch das Gitter 9 und nach unten durch die Bettung 4 begrenzt.
ZwischenderAchse 12und der der Kante 5 gegenüberliegenden Wand 13 des Sturzbehälters 6 befindet sich eine wasserdichte Wand 14, deren Neigung etwa der mittleren Neigung des Gitters 9 gleichkommt und die sich in einer Bettung 15 fortsetzt, die ebenso geneigt ist, und einem Ablaufkanal angehört. Die Dichtung zwischen dem Flügel 10 und der Wand 14 wird durch querliegende Dichtleisten 16 und ebensolche senkrecht liegende gesichert.
Wie man aus den Figuren ersieht, ist die Bugkante 11 des Ablenkflügels in der Lage, den auf sie zukommenden Wasserstrahl in zwei Teilstrahlen zu zerlegen, wobei der untere, also der zwischen dem Flügel und der Bettung gelegene, schliesslich das Absetzbecken erreicht, während der obere unmittelbar abfliesst.
In der obersten Stellung des Flügels 10 fliesst die grösstmögliche Menge Flüssigkeit in den Absetzbehälter, u. zw. als Anteil von der gesamten durch den Kanal 3 fliessenden Menge gerechnet, wogegen in seiner untersten Stellung die gesamte den Kanal durchfliessende Menge abgeleitet wird, ohne in den Absetzbehälter zu gelangen.
Die Stellungen des Flügels werden durch den nachfolgend an Hand der Fig. 4 beschriebenen Mechanismus gesteuert :
Auf der drehbaren Achse 12 des Ablenkflügels 10 sitzt ein Betätigungshebel 17 mit einem Zeiger 18, der sich vor einer Skala bewegt und die Winkellage des Flügels anzeigt. Beiderseits des Hebels 17, in der Ebene seiner Bewegung, befinden sich. zwei hydraulische Winden 20 und 21, deren Kolbenstangen in Richtung des Hebelendes beweglich sind und ihn verstellen können. Die Winde 20, die der gehobenen Stellung des Ablenkflügels entspricht, wirkt direkt, wogegen die Winde 21, die der gesenkten Stellung des Flügels entspricht, indirekt über eine Feder 22, deren Zweck später erläutert wird, arbeitet. Jede Winde wird von einer Handpumpe 23 bzw. 24 und je einem Entladungshahn betätigt.
Es ist an dieser Stelle festzuhalten, dass die hydraulischen Kräfte, die von der abgelenkten Wasserströmung auf den Flügel ausgeübt werden, praktisch Null sind innerhalb eines Bereiches, der von der voll
<Desc/Clms Page number 3>
geöffneten Stellung des Flügels bis zu einem Drittel seines Senkweges reicht. Von da an steigen diese
Kräfte aber nach einem bestimmten Gesetz an und versuchen den Flügel in seine untere Schliesslage zu bringen. Die Feder 22 besitzt deshalb eine solche Charakteristik, dass diese Kräfte In jeder Stellung des
Flügels ausgeglichen sind, so dass er praktisch überall in Gleichgewicht steht.
Auf der Achse 12 des Flügels 10 befindet sich ferner ein Arm 25 der mit seinem andern Ende an einen
Schwimmer 26 angelenkt ist, der sich seinerseits in einem Becken 27 befindet, von dem eine. Wand 28 um eine untere Achse 29 schwenkbar ist, und der mit einem Gegengewicht 30 ausgeglichen ist. Auf diese
Wand 28, die einen Überlauf darstellt, stützt sich ein zylindrischer Fühler 31 des Schwimmers 26, so dass das Wasserniveau im Becken 27 mit der Stellung des Schwimmers 26 verknüpft ist.
Das Becken 27 besitzt im Boden einen ständigen regelbaren Ablass 32 und wird von einem Überlauf 33 gespeist, der in der Höhe einstellbar ist, und der einem Becken 34 angehört, das von unten her über ein
Rohrsystem 35, das in den Absetzbehälter 8 taucht, versorgt wird.
Im Becken 34 befindet sich ein Sicherheitsschwimmer 36 mit einer vertikalen Stange 37, die über einen Hebel 38 den Entladungshahn der Pumpe 24 beeinflusst und damit die Schliesswinde 21 bei einer aussergewöhnlichen Lage des Schwimmers 36 ausser Kraft setzt.
Die Steuerung der Abgabe vollzieht sich folgendermassen : Normalerweise ist der Flügel so einge- stellt, dass die abgezweigte, dem Absetzbehälter 8 zugeführte Menge möglichst seinem Bedarf entspricht.
Liegt die verfügbare Zufuhr unter dem Bedarf, so gibt der "Sollwertüberlauf" 33 nichts ab, das Becken 27 ist leer, der Schwimmer 26 unten, so dass der Flügel 10 ganz öffnet (Fig. 1) und die gesamte verfügbare
Wassermenge, die durch den Kanal 3 läuft, übernimmt.
Ist die verfügbare Zufuhr ungefähr gleich dem Verbrauch, so beginnt der Überlauf 33 eine Menge abzugeben, die ungefähr jener entspricht, die durch den Ablass 32 entweicht, so dass sich das Becken 27 bis zur Kante des folgenden Überlaufes 28 füllt. Der Schwimmer 26 beginnt sich zu lockern, aber es reicht nicht aus, ihn anzuheben. Der Ablenkflügel 10 bleibt offen und der Zufluss wird zur Gänze verbraucht. Es ist sozusagen ein"Wartezustand"eingetreten.
Sobald der Zufluss den Verbrauch zu übersteigen beginnt, liefert der Sollwertüberlauf 33 mehr als der
Ablass 32 austreten lässt, das Niveau im Behälter 27 neigt zum Ansteigen und der Schwimmer 26 beginnt sich zu heben und nimmt den folgenden Überlauf 31 mit ; der Ablenkflügel 10 senkt sich und teilt den
Wasserstrom ; das Bezugsniveau am Überlauf 33 senkt sich ebenso wie die Bezugsabgabe an diesem Überlauf und das Gleichgewicht zwischen der Bezugsabgabe und dem Ablass 32 stellt sich her ; der Schwimmer 26 erreicht einen neuen Gleichgewichtszustand, der einer neuen Lage des Flügels 10 entspricht.
Ist der Zulauf ein derartiger, dass sich der Flügel 10 in eine Lage zwischen "offen" und dem ersten Drittel "Schliessen" stellt, so sichert allein der Schwimmer 26 ohne Schwierigkeit die geregelte Lage des Flügels 10.
Wenn hingegen der Zulauf höher ist, tritt die Feder 22, deren Lage durch die Kolbenstange der Winde 21 vorgegeben ist, in Tätigkeit, und der Schwimmer 26 benötigt auch nur eine schwache Regelkraft. Wird der Zufluss wieder geringer als der Verbrauch, so leert sich der nicht mehr belieferte Behälter 27 und der Flügel öffnet sich wieder zu seinem Höchstwert. Wenn sich hingegen der Zufluss steigert, steigt ebenso der Stand im Behälter 27 ; der Flügel 10 schliesst sich und es stellt sich ein neuer Gleichgewichtszustand ein.
Dem nachgeordneten Überlauf 28 kommt also die Hauptrolle zu. Er bewirkt die Genauigkeit und Stetigkeit der Regelung, unabhängig vom Zufluss und von der Stellung des Flügels 10. Tatsächlich nimmt die Kante des nachgeordneten Überlaufes 28 eine relativ unveränderliche Lage in bezug auf den Taster des Schwimmers 26 ein, in der Weise, dass für eine bestimmte Abgabe des Bezugsüberlaufes 33 die Hebung des Standes im Behälter 27 und die verfügbare Richtkraft identisch sind.
Die Kombination des dauernden Ablasses 32 und des nachfolgenden Überlaufes 31 bewirkt zugleich ein Dämpfen des Standes im Absetzbecken 8, dank des durch Überlauf erzeugten sekundären Abflusses im Behälter 27, eines Abflusses, der zu weite Lageänderungen des Schwimmers 26 verhindert.
Es sind weiters folgende drei Besonderheiten des erfindungsgemässen Regelmechanismus festzuhalten :
Im Falle einer Überbelastung des Absetzbeckens 8, entleert sich der Behälter 34 ebenso wie der Behälter 27, so dass der Flügel 10, falls er nicht schon dort ist, in die Maximumlage gebracht wird. Dies erlaubt, insofern genügend Wasserzulieferung vorhanden ist, dem Absetzbehälter einen übernormalen Zufluss zu geben, so dass seine Reserven erhalten bleiben.
Für den Fall einer totalen Blockierung vom Absetzbehälter stromabwärts gelegener Verbraucher zufolge unvorhergesehener Ereignisse, ist es zweckmässig beim Absetzbehälter 8 einen Sicherheitsüberlauf 39 vorzusehen ; in einem solchen Falle steigt der Stand im Behälter 34 an, der Sicherheitsschwimmer 36 ent-
<Desc/Clms Page number 4>
EMI4.1