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Bei der Förderung von Flüssigkeiten ergibt sich in vielen Fällen die Notwendigkeit, diesen Flüssigkeiten kleinere oder grössere Mengen Luft zuzusetzen. Diese Notwendigkeit besteht unter anderem dann, wenn im Zuge der Förderleitung Windkessel vorgesehen sind, wie dies z. B. bei den meisten Wasserleitungssystemen der Fall ist.
Hier ist es üblich, das Wasser mit Hilfe von Pumpen u. dgl. zunächst in einen als Vorratsbehälter dienenden Windkessel zu fördern, an dem erst die Hauptwasserleitungen angeschlossen sind. Der Windkessel dient also als Zwischenspeicher, der zusätzlich die Aufgabe erfüllt, durch die in ihm enthaltene Druckluft, den Druck in der Wasserleitung auch bei abgeschalteter Zubringerpumpe aufrecht zu erhalten. Die Förderpumpe braucht also nicht bei jeder Wasserentnahme aus dem Leitungsnetz, sondern nur dann geschaltet zu werden, wenn der Speicher (Windkessel) bis zu einer bestimmten Grenze entleert wurde bzw. hinreichend gefüllt ist. Um einen einwandfreien Betrieb zu gewährleisten, darf die im Windkessel enthaltene Luftmenge weder zu gross noch zu klein sein.
Ist die Luftmenge zu klein, dann führt bereits eine geringe Flüssigkeitsentnahme aus der Wasserleitung zu einem starken Druckabfall, ist die Luftmenge zu gross, dann besteht die Gefahr, dass Druckluft aus dem Windkessel unmittelbar in die Wasserleitung eindringt, so dass es zu Störungen der Wasserabgabe und auch zu Beschädigungen von an die Wasserleitung angeschlossenen Geräten kommt. Es ist notwendig, den Luftvorrat im Windkessel laufend oder periodisch zu ergänzen, da die durch den Kessel geführte Flüssigkeit jeweils einen Teil der im Kessel enthaltenen Luft aufnimmt. Das Luftaufnahmevermögen hängt von der Art der geförderten Flüssigkeit, der Temperatur und dem Druck ab und kann bei Wasser einige Promille bis einige Prozente der geförderten Flüssigkeitsmenge betragen.
Die einfachste Möglichkeit der Ergänzung des Luftvorrates besteht darin, den Windkessel zu- und ablaufseitig abzusperren und das in ihm enthaltene Wasser abzulassen, doch hat dies Betriebsunterbrechungen zur Folge, so dass von dieser Möglichkeit praktisch nur bei Kleinstanlagen Gebrauch gemacht wird. Bei normalen Versorgungsnetzen ist es üblich, dadurch für eine laufende Ergänzung des Luftvorrates zu sorgen, ass im Bereich der Zubringerförderpumpe Belüftungseinrichtungen angebracht werden.
Bei Unterwasserpumpen werden zu diesem Zweck im Brunnen selbst Belüftungseinrichtungen angebracht, die im wesentlichen aus einem sich bei der Stillsetzung der Pumpe öffnenden, meist als Kugelventil ausgebildeten Ventil bestehen, durch das die von der Pumpe zum Windkessel führende Leitung entleert wird, so dass sich dieser Leitungsteil bei abgeschalteter Pumpe mit Luft füllen kann, die bei der neuerlichen Inbetriebnahme der Pumpe, bei der auch das Ventil schliesst, in den Windkessel gefördert wird. Auch hier kommt es bei häufiger, kurzzeitiger Inbetriebnahme der Pumpe zu einem Luftüberschuss im Windkessel, wogegen bei langen Betriebsperioden der Pumpe, wie sie bei laufender Wasserentnahme aus der Leitung auftreten können, der Luftvorrat im Windkessel nur ungenügend ergänzt wird.
Bei einem Versagen des Belüftungsventils wird es notwendig, den gesamten im Brunnen liegenden Rohrstrang mit der Pumpe und dem Ventil aus dem Brunnen herauszuholen und die erforderliche Reparatur des Ventils vorzunehmen, was selbstverständlich umso schwieriger wird je tiefer der Brunnen ist und in jedem Fall eine lange Betriebsunterbrechung zur Folge hat. Es kommt ferner häufig vor, dass bei einem Ansteigen des Grundwasserspiegels das Belüftungsventil überflutet und damit wirkungslos wird, so dass die ganze Anlage umgebaut werden muss.
Bei Oberwasserpumpen werden sogenannte Schnüfflerventile verwendet, die praktisch aus einem Kleinbehälter bestehen, der sich bei abgeschalteter Pumpe über ein Ventil mit Luft füllen kann, welcher Luftvorrat beim Einschalten der Pumpe durch den sich aufbauenden Leitungsdruck verdrängt und über eine Zubringerbohrung saugseitig der Pumpe zugeführt wird, so dass er schliesslich in den Windkessel gelangt. Bei allen Ausführungen sind am Windkessel Rückschlagventile vorgesehen, die bei abgeschalteter Pumpe die Leitungsverbindung zwischen Pumpe und Windkessel unterbrechen. Die bekannten Rückschlagventile werden grundsätzlich so angeordnet, dass sie kanpp oberhalb des Bodens des Windkessels liegen und von der im Windkessel enthaltenen Flüssigkeit betätigt werden.
Die bekannten, den Luftvorrat im Windkessel selbsttätig ergänzenden Vorrichtungen sind somit sowohl hinsichtlich ihres Anbringungsortes als auch hinsichtlich ihrer Ausführung von der verwendeten Wasserpumpe abhängig, wobei trotz ihrer Anordnung die im Windkessel vorhandene Luftmenge starken Schwankungen unterliegen kann.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Belüften von in Rohrleitungen u. dgl. geführten Flüssigkeiten, die unter anderem auch für die Luftzufuhr zu Windkesseln Verwendung finden kann und sich durch eine Luftpumpe auszeichnet, die saugseitig über ein Rückschlagventil od. dgl. mit der Aussenluft, druckseitig mit der Rohrleitung bzw. unmittelbar dem Windkessel verbunden und von der in der Rohrleitung od. dgl. geführten Flüssigkeit antreibbar ist.
Durch den Antrieb der Luftpumpe von der Flüssigkeit aus wird erreicht, dass die Luftpumpe unabhängig von vorhandenen Förderpumpen für die Flüssigkeit selbst an beliebiger Stelle des Leitungssystems angeordnet werden kann, wobei die der Flüssigkeit zugesetzte Luftmenge der geförderten Flüssigkeitsmenge direkt proportional ist. Die Pumpe selbst kann unter anderem als Kolbenpumpe, Membranpumpe oder Gebläse ausgeführt werden.
Im Normalfall wird die zu fördernde Luftmenge klein im Verhältnis zur geförderten Flüssigkeitsmenge sein.
Aus diesem Grund und um die Gesamtkosten einer mit einer erfindungsgemässen Vorrichtung ausgestatteten Anlage gegenüber den mit herkömmlichen Belüftungseinrichtungen ausgestatteten Anlagen nicht zu erhöhen, muss getrachtet werden, mit möglichst einfachen Luftpumpen das Auslangen zu finden.
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Unter Berücksichtigung dieser Forderung zeichnet sich eine weitere Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes dadurch aus, dass die Luftpumpe als Kolbenpumpe ausgebildet und ihr Pumpenkolben von einem weiteren Antriebskolben aus hin- und hergehend antreibbar ist, der in einer in die Rohrleitung eingeschalteten Zylinderbohrung von der durchströmenden Flüssigkeit in Strömungsrichtung gegen eine Feder, gegebenenfalls auch gegen ein Rückstellgewicht, verstellbar ist und eine oder mehrere beim Erreichen einer vorbestimmten Hublage öffnende Ventilöffnungen aufweist, die auch bei seiner Rückstellung durch die Feder bis zum Erreichen einer vorbestimmten Ausgangslage geöffnet bleiben und in der Ausgangslage den Einlass absperren.
Bei dieser Ausführung erfüllt der Antriebskolben die zusätzliche Funktion eines Rückschlagventils, wobei die gesamte Vorrichtung einen einfachen Aufbau besitzen kann, der den baulichen Aufwand eines herkömmlichen Rückschlagventils, das vor einem Windkessel ohnehin erforderlich ist, kaum übersteigt.
Nach einer Variante der vorbeschriebenen Ausführung kann man an Stelle der Kolbenpumpen eine einfache Membranpumpe für die Luftförderung verwenden, die von dem beschriebenen Antriebskolben oder auch von einer in der Funktion gleichwertigen Membrane bei strömender Flüssigkeit angetrieben wird.
Pumpenkolben und Antriebskolben können eine bauliche Einheit bilden, wobei ein in den Flüssigkeitsweg eingeschaltetes Gehäuse zwei koaxiale, unter Bildung eines Absatzes ineinander übergehende Zylinderbohrungen mit verschiedenen Durchmessern aufweist und der Antriebskolben mit seiner Wandung bzw.
mit aufgesetzten Kolbenringen in bleibendem, dichtem Eingriff mit der den kleineren Durchmesser aufweisenden Zylinderbohrung stehen kann und mit einem den Pumpenkolben der Luftpumpe bildenden Bund in dichtem Eingriff mit der den grösseren Durchmesser aufweisenden Zylinderbohrung steht, wobei der vom Bohrungsabsatz, dem Pumpenkolben, sowie den in Abhängigkeit von der Kolbenstellung in ihrer Grösse veränderlichen Bereichen der Kolbenaussenseite und der den grösseren Durchmesser aufweisenden Zylinderbohrung eingeschlossene Ringraum der Kolbenpumpe über ein Rückschlagventil mit der Aussenluft und über eine aus Bohrungen, od. dgl. bestehende Luftleitung, deren Querschnitt nur einen kleinen Bruchteil des Flüssigkeitsleitungsquerschnittes ausmacht, mit dem im Durchflussweg auf die Zylinderbohrungen folgenden Rohrleitungsbereich bzw.
unmittelbar mit dem Windkessel verbunden ist.
Wie bereits erwähnt wurde, kann man die erfindungsgemässe Vorrichtung unabhängig von der Art und der Anordnung der verwendeten Flüssigkeitspumpe auch unmittelbar am Windkessel anbringen, wo sie zugleich das Rückschlagventil ersetzt. Eine weitere zusätzliche Möglichkeit bei der letztgenannten Anbringungsart besteht darin, dass der Ringraum der Luftpumpe über eine Querbohrung od. dgl. mit der aus Bohrungen gebildeten Luftleitung verbunden ist, die in Ruhelage durch das Rückschlagventil gegen die Aussenluft abgeschlossen ist und im Bereich des vorbestimmten Wasserspiegels in einen Windkessel bzw. in einen unmittelbar an diesen anschliessenden Flüssigkeitsleitungsteil mündet und wenigstens in diesem Mündungsbereich als Kapillaröffnung bzw.
-bohrung ausgebildet ist, so dass die Luftpumpe bei im Wasser befindlicher Mündung der Luftleitung zumindest vorwiegend Aussenluft über das Rückschlagventil und bei trockener Mündung Luft aus dem Windkessel ansaugt. Im letzteren Fall wird praktisch nur Luft aus dem Windkessel hin- und hergepumpt und damit eine weitere Luftzufuhr, die zu einem zu starken Absinken des Wasserspiegels im Windkessel führen würde, verhindert. Durch die erfindungsgemässe Ausführung ist es also auch möglich, die Maximalmenge der im Windkessel enthaltenen Luft in Abhängigkeit von den im Wasserleitungssystem herrschenden Druckverhältnissen konstant zu halten, bzw. den maximalen Luftfüllungsgrad des Windkessels zu bestimmen.
Man kann sogar die erfindungsgemässe Vorrichtung mit einem zusätzlichen Luftauslassventil ausstatten, das beim Absinken des Flüssigkeitsdruckes bzw. des Flüssigkeitsspiegels im Windkessel durch einen im Windkessel enthaltenen Schwimmer od. dgl. geöffnet wird, dadurch den Druck im Versorgungsteil des Wasserleitungssystems herabsetzt und so beim Ausfall der Wasserpumpe ein Eindringen von Luftblasen aus dem Windkessel in den zu den Verbrauchern führenden Leitungsteil verhindert. Eine erfindungsgemässe Vorrichtung kann am Windkessel im Gegensatz zu den bekannten Rückschlagventilen mit Abstand oberhalb des Windkesselbodens angebracht werden.
Im Rahmen der Anwendung der erfindungsgemässen Vorrichtung sind noch verschiedene Varianten möglich. So kann man durch Schwimmersteuerungen u. dgl. die Druckseite der Luftpumpe nur dann mit dem Flüssigkeitsweg verbinden, wenn der Wasserspiegel im Windkessel über einen vorbestimmten Wert angestiegen ist.
Ferner kann die Luftpumpe auch nur von einem Teil der geförderten Flüssigkeit angetrieben werden, wozu man die Flüssigkeitsleitung im Bereich der Luftpumpe in zwei Parallelstränge aufteilt, in deren einem die Antriebseinrichtung für die Luftpumpe liegt. Dabei können Absperrorgane vorgesehen sein, die den die Luftpumpe betreibenden Leitungszweig nur im Bedarfsfall in den von der Flüssigkeit durchströmten Leitungsweg einschalten. Eine erfindungsgemässe Vorrichtung ist nicht nur für die Luftzufuhr zu Windkesseln geeignet, sondern kann allgemein zum Belüften von in Rohrleitungen geführten Flüssigkeiten Verwendung finden.
Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes gehen aus der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung hervor.
In den Zeichnungen ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise veranschaulicht. Es zeigen : Fig. l schematisch eine Wasserleitungsanlage, bei der eine erfindungsgemässe Vorrichtung Verwendung findet und Fig. 2 eine erfindungsgemässe, an einen Windkessel angebaute Vorrichtung im Schnitt.
Bei der Wasserleitungsanlage nach Fig. l ist ein Windkessel--l--vorgesehen, der als Zwischenspeicher
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Verwendung findet und von einem oder mehreren Brunnen--2--aus über Rohrleitungen --3-- mit Wasser beschickbar ist, das er nach Zwischenspeicherung über Absperrorgane --4-- an eine Wasserleitung --5--
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dargestellt, eine Oberwasserpumpe--7--vorgesehen sein, die das Brunnenwasser in die Rohrleitung--S-- und über diese in den Windkessel --1-- fördert.
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--3-- unmittelbarWindkessel--l--an. Nach Fig.
l ist die Rohrleitung --3-- aber hochgezogen und mündet über eine erfindungsgemässe Vorrichtung-8-, die zugleich ein Rückschlagventil bildet, in der Höhe des gewählten, durchschnittlichen Wasserspiegels in den Kessel
Die Vorrichtung --8-- besitzt gemäss Fig. 2 ein Gehäuse --9--, das unten mit einem einen Anschluss für die Rohrleitung --3-- bildenden Einlass --10-- verschen ist. Das Gehäuse-9-besitzt zwei koaxiale, unter Bildung eines Absatzes --33-- ineinander übergehende Zylinderbohrungen-11, 12--mit verschiedenem Durchmesser.
Ein Antriebskolben --13-- steht mit seiner Wandung in bleibendem, dichtem Eingriff mit der den kleineren Durchmesser aufweisenden Zylinderbohrung --1--, ist im Gehäuse--9-- der Länge nach verschiebbar gelagert und trägt im oberen Endbereich einen als Bund ausgebildeten Pumpenkolben--14--, der in dichtem Eingriff mit der Wandung der den grösseren Durchmesser aufweisenden Zylinderbohrung --12-- steht.
Das Gehäse --9-- ist nach oben hin durch einen Deckel --15-- abgeschlossen, der einen seitlichen Auslass--15-- besitzt, über den er mit Hilfe eines Fittings --17-- im Bereich einer Einlassöffnung--IS-- an den Windkessel--l--anschliessbar ist.
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am Deckel --15- abgestützte Feder --22-- hat das Bestreben, den Antriebskolben --13-- gegen den Einlass--10--zu drücken.
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Stössel-23-sitztAnschlagfeder--26--aufgesetzt.
Von der Unterseite eines Absatzes --27-- des Gehäuses --9-- führt eine Bohrung --28-- bis zum oberen Gehäuserand, welche Bohrung im Deckel --15-- durch eine Bohrung-28a-verlängert ist, an die eine Horizontalbohrung --29-- anschliesst, die etwa in der Höhe der Mitte der öffnung --19-- mündet. Die Bohrungen-28, 28a, 29-- bilden eine Luftleitung. In as untere Ende der Bohrung-28--, das erweitert ist, ist ein aus einem Ventilsitz --30-- und einer Kugel --31-- bestehendes Rückschlagventil eingesetzt.
Oberhalb des Rückschlagventils mündet in die Bohrung--28--eine Querbohrung--32--, die die Bohrung - mit dem von der Unterseite des den Pumpenkolben --14-- bildenden Bundes und dem Absatz - sowie den in Abhängigkeit von der Kolbenstellung in ihrer Grösse veränderlichen Bereichen der Kolbenaussenseite und der Bohrungswand --12-- bestimmten Ringraum --34-- verbindet.
Im Ruhezustand befinden sich die in einem Stück hergestellten Kolben--13, 14-in ihrer untersten
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--10-- undAnschlag --25-- auf die Führungsbuchse --19-- auftrifft. Durch das Abheben der Ventilplatte-24werden die Ventilöffnungen --21-- freigegeben und das Wasser kann über das Fitting --17-- und die
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wird auf beiden Seiten des Kolbenbodens --20-- der gleiche Druck hergestellt, so dass die feder --22-- die Kolben--13, 14-- in die Ausgangslage zurückstellen kann. Bei dieser Rückstellung bleibt die Ventilplatte --24-- bis zum Erreichen der Tiefstlage in der Öffnungsstellung und schliesst erst dann wieder den Einlass und die Ventilöffnungen --21-- ab, so dass bei weiterer Flüssigkeitszufuhr durch die Rohrleitung --3-- sofort der nächste Kolbenhub einsetzt.
Bei der Aufwärtsbewegung der Kolben --13,14-- vergrössert sich das durch die Stellung des Pumpenkolbens--14--bestimmte Volumen des Ringraumes --34-- und es wird daher über die Querbohrung --32-- in diesen Ringraum Luft aus der aus den Bohrungen --28, 28a und 29-bestehenden Luftleitung angesaugt. Liegt die Mündung der als Kapillarbohrung ausgebildeten Horizontalbohrung--29--im
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damit die im Windkessel--l--enthaltene Luftmenge.
Bei der Ausführung nach Fig. 2 ist im Deckel --15-- noch ein zusätzliches Ventil --35-- mit einem Luftkanal--36--vorgesehen, der von einem nicht dargestellten, im Windkessel--l--untergebrachten Schwimmer über einen Schwimmerhebel-38-im Normalfall durch eine Ventilplatte --37-- geschlossen gehalten wird. Sinkt der Flüssigkeitsspiegel unter das durch den Schwimmer vorbestimmte, im Abstand unter dem Niveau der Mündung der Bohrung --29-- liegende Niveau ab, dann öffnet der Schwimmer über den
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die Leitung --5-- verhindert.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zum Belüften von in Rohrleitungen u. dgl. geführten Flüssigkeiten, insbesondere für die Luftzufuhr zu Windkesseln von Wasserleitungssystemen, gekennzeichnet durch eine Luftpumpe (14, 33,34), die saugseitig über ein Rückschlagventil (30,31) od. dgl. mit der Aussenluft, druckseitig mit der Rohrleitung (3) bzw. unmittelbar dem Windkessel (1) verbunden und von der in der Rohrleitung (3) od. dgl. geführten Flüssigkeit antreibbar ist.
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