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Die-Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum selbsttätigen Schliessen einer Rohrleitung bei Auftreten eines Rohrbruches oder eines übermässigen Verbrauches, mit einem in die Rohrleitung hineinragenden Löffel als Geschwindigkeitsfühler und einer durch diesen betätigbaren Schliessvorrichtung für ein in die Rohrleitung eingesetztes Flügelventil.
Bei der Inbetriebhaltung von Rohrleitungen kommt es verhältnismässig oft vor, dass die Rohrleitung unerwartet schadhaft wird, bricht und eine bedeutende Menge der geförderten Flüssigkeit, z. B. Wasser, ausfliesst. Ein derartiges unerwartetes Schadhaftwerden oder Rohrbrüche kommen häufig bei im Erdboden verlegten Rohrleitungen vor, weil bei diesen eine Vorbeugung durch präventive Instandhaltung nicht möglich ist.
Bei einem solchen z. B. im städtischen Wassernetz erfolgenden Rohrbruch ruft einerseits die unverbraucht ausgeflossene beträchtliche Wassermenge einen erheblichen Schaden hervor, anderseits erhält ein Teil der Verbraucher nicht die erforderliche Wassermenge, was in gewissen Fällen, z. B. bei wichtigen industriellen Anlagen, Krankenhäusern usw. unabsehbare Folgen mit sich bringen kann. An der Stelle des Rohrbruches können Verunreinigungen in das Wasser geraten, was ebenfalls nachteilig ist. Das unter hohem Druck ausströmende Wasser beschädigt schliesslich auch das Strassennetz. Bei einem Rohrbruch von in der Landwirtschaft verwendeten Bewässerungsanlagen kann das ausströmende Wasser Pflanzenkulturen auf grossen Gebieten zugrunderichten.
Dite hier beschriebenen nachteiligen Folgen treten in einem erhöhten Masse auf, wenn der Rohrbruch erst nach einer längeren Zeitperiode wahrgenommen wird oder nur nach einer längeren Zeit die Fehlerstelle gefunden, geöffnet und die erforderliche Reparatur durchgeführt wird.
Zwecks Beseitigung der erwähnten Mängel hatte man versucht, Armaturen in die Rohrleitungen einzusetzen, die die Aufgabe haben, die Rohrleitungen beim Schadhaftwerden sofort abzuschliessen.
So wird bei einer bekannten Lösung ein auf einer exzentrischen Welle verdrehbar gelagerter, üblicher Rückschlagverschluss vorgesehen, wobei der geschlossene Zustand von einer Feder belasteten Kugel aufrechterhalten wird. Bei einer solchen Vorrichtung soll es bei sich erhöhender Flüssigkeitsgeschwindigkeit zum Absperren der Leitung kommen, es hat sich aber herausgestellt, dass bei einem Rohrbruch nie eine so hohe Geschwindigkeit der strömenden Flüssigkeit erreicht werden konnte, die zum vollständigen Schliessen der Rohrleitung ausreichend gewesen wäre ; dementsprechend haben sich derartige Vorrichtungen in der Praxis nie durchgesetzt.
Eine andere bekannte Lösung wird hauptsächlich bei Kleinverbrauchern, z. B. bei kleineren, eine Berieselungsgruppe versorgenden Rohrleitungsnetzen, angewendet. Bei dieser Lösung wird der Verschlusskörper durch eine Gummi- oder Kunststoffkugel gebildet, die während der Inbetriebhaltung des Rohrleitungsnetzes in einer zu diesem Zweck vorgesehenen Ausnehmung der Rohrleitung liegt. Erfolgt in dem Rohrleitungsabschnitt der Rohrleitung nach dem Verschlusskörper ein Rohrbruch, so erhöht sich die Geschwindigkeit des Wassers über dem Verschlusskörper, wodurch der Verschlusskörper auf seinen Sitz gepresst wird. Der auf dem Sitz gepresste Körper bleibt aber auch weiterhin in einer angepressten Stellung und kann nur durch Intervention von aussen in seinen normalen Betriebszustand zurückgebracht werden.
Mit der vorherbeschriebenen Lösung verglichen, kann diese Lösung als vorteilhafter betrachtet werden, weil durch ihre Anwendung ein vollkommener Abschluss erreicht werden kann und das Öffnen nur dann vor sich geht, wenn es von aussen her durchgeführt wird.
Der Nachteil der Lösung besteht aber darin, dass sie ausschliesslich für Rohrleitungen kleineren Durchmessers, höchstens 80 mm, brauchbar ist.
Es ist weiterhin eine Lösung bekannt, bei der das exzentrisch gelagerte Verschlusselement durch einen in die strömende Flüssigkeit hineinragenden Löffel in die Absperrposition verdreht wird. Erhöht sich die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit in der Rohrleitung, setzt der Löffel das Verschlusselement in Bewegung. Um den Schliessvorgang verlangsamen zu können, ist ein Bremskolben mit dem Verschlusselement verbunden.
Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, dass der Verlauf, Stärke und Geschwindigkeit des Schliess Vorganges von der Abmessung des Löffels abhängt, dementsprechend sind für Rohrleitungen verschiedenen Durchmessers und unterschiedlicher Druckwerte verschiedene Löffel erforderlich.
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Während des Schliessens können hohe Bremskräfte auftreten, welche die in der Armatur vorhandenen Hähne verbiegen können. Trotz der Bremsung findet das Schliessen aber so rasch statt, dass ein auftretender Wasserschlag zu Rohrbrüchen führt. Der Abschluss ist dabei keineswegs vollkommen und hört der einseitige Druck auf, z. B., wenn nach dem Rohrbruch Erde auf den gebrochenen Rohrabschnitt stürzt oder ähnliche Erscheinungen auftreten, wird das Absperrelement wieder schliessen, obwohl eine Reparatur des fehlerhaften Rohrabschnittes nicht stattgefunden hatte.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine auf die Geschwindigkeit der Flüssigkeit in der Rohrleitung ansprechende Armatur zu schaffen, die bei einem Rohrbruch oder bei unzulässigem, übermässigem Verbrauch die Rohrleitung abschliesst, die Aufrechterhaltung des geschlossenen Zustandes sichert und ein Öffnen ausschliesslich durch äussere Intervention zulässt, wobei keine zu hohen Bremsungskräfte auftreten. Eine weitere Forderung besteht darin, dass die Vorrichtung auch für Rohrleitungen, deren Abmessungen und Nominaldruckwerte sich zwischen weiten Grenzen ändern, geeignet ist.
Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, dass bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art, der den Löffel des Geschwindigkeitsfühlers umgebende Raum in der Rohrleitung über eine mit einem Rückschlagventil versehene Leitung mit einem Druckspeicherbehälter verbunden ist, der über eine gesonderte Verbindungsleitung mit einer Arbeitskolben-Zylindereinheit für das Schliessen des Flügélventiltellers verbunden ist, und in der Verbindungsleitung ein durch den Löffel des Geschwindigkeitsfühlers zu öffnender Hahn vorgesehen ist, wobei bei Absinken des Druckes in der Rohrleitung das Rückschlagventil schliesst und durch Ansteigen der Geschwindigkeit in der Rohrleitung der Fühler den Hahn in der Verbindungsleitung öffnet, wodurch der Druck des Druckspeicherbehälters das Ventil über die Arbeits-Kolben-Zylindervorrichtung schliesst.
Hiebei kann die Betätigungswelle des Löffels des Geschwindigkeitsfühlers für ein langsames Öffnen des Hahnes in der Verbindungsleitung mit einer mechanisch wirkenden Bremsvorrichtung versehen sein.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines vorteilhaften Ausführungsbeispieles unter Zuhilfenahme der Zeichnungen näher erläutert, in denen Fig. l die prinzipielle schematische Anordnung der erfindungsgemässen Vorrichtung, Fig. 2 den Geschwindigkeitsfühler der erfindungsgemässen Vorrichtung in axialem Schnitt, teilweise in Seitenansicht, Fig. 3 einen zur Welle des Geschwindigkeitsfühlers gemäss Fig. 1 senkrechten Schnitt, teilweise in axialer Ansicht, Fig. 3a ein Detail des Fühlers und Fig. 4 einen zur Welle des Fühlers senkrechten Schnitt der Schliessvorrichtung der erfindungsgemässen Vorrichtung, teilweise in axialer Ansicht, zeigen.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung besteht aus zwei Teilen, u. zw. aus dem Geschwindigkeitsfühler --1-- und der Schliessvorrichtung --2--, die über eine Rohrleitung --3-- miteinander verbunden sind. Der Geschwindigkeitsfühler-l-und die Schliess vorrichtung --2-- können in einem gemeinsamen Gehäuse eingebaut sein, wobei aber von der Funktion her eine Strömungsverbindung zwischen den beiden Teilen unerlässlich ist. Das Gehäuse kann unter Zuhilfenahme von Flanschen in eine Rohrleitung eingesetzt werden.
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--4-- des Geschwindigkeitsfühlers --1-- ragtle --5-- befestigt. In den beiden Endstellungen der Welle --5-- nimmt der Fühlerlöffel --4-- die Stellung A bzw. B ein.
An dem einen Ende der aus der Lagerung hervorragenden Welle --5-ist eine Nut --6-- ausgestaltet (Fig. 3a), in welche das Endender Welle eines in die Rohrleitung --3-- eingesetzten Hahns --7-- eingreift. Wird die Welle --5-- verdreht, dreht sich das Wellenende mit, wodurch der Hahn --7-- geöffnet oder abgesperrt wird. In der in Fig. l dargestellten Stellung A des Fühlerlöffels --4-- befindet sich der Hahn --7-- in einem geschlossenen Zustand, d. h. die Flüssigkeit kann durch die den Hahn --7-- enthaltende Rohrleitung --3-- nicht hindurchströmen ; in seiner Stellung B dagegen ist der Hahn --7-- geöffnet, d. h. die Flüssigkeit kann die Rohrleitung --3-- frei durchsetzen.
Im Oberteil des Geschwindigkeitsfühlers --1-- ist ein Druckspeicher --9-- angeordnet, der über eine Rohrleitung --10-- und ein federbelastetes Rückschlagventil --11-- mit dem den Fühler- löffel --4-- umgebenden Flüssigkeitsraum in Verbindung steht. Der Druckspeicher --9-- ist als ein geschlossenes Gefäss ausgebildet, an das das eine Ende der Rohrleitung --3-- angeschlossen ist
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(Fig.1). Das andere Ende der Rohrleitung --3-- mündet in den Unterteil einer zu der Schliessvor- richtung --2-- gehörenden Kolben-Zylindereinheit --12--.
Wenn eine Flüssigkeit, z. B. Wasser, durch den Geschwindigkeitsfühler-l-strömt, steht die Flüssigkeit bzw. das Wasser unter einem bestimmten Druck. Falls dieser Druck den Widerstand der auf eine verhältnismässig niedrige Spannung eingestellten Feder des Rückschlagven- tils-11-zu überwinden imstande ist, öffnet sich das Rückschlagventil --11-- und lässt Wasser über die Rohrleitung --10-- in den Druckspeicher --9-- treten. Die einströmende Flüssigkeit presst die im Speicher --9-- vorhandene Luft zusammen.
Falls in dem den Fühlerlöffel --4-- umgebenden Flüssigkeitsraum der Druck den mit der Feder eingestellten Wert am Rückschlagventil --11-- un- terschreitet, schliesst das Rückschlagventil ; wenn dagegen ein höherer, den bisherigen Druck überschreitender Druck auftritt, wird das Rückschlagventil --11-- wiedergeöffnet, worauf wieder Flüssigkeit in den Druckspeicher --9-- einströmt. Demnach stehen bei geöffnetem Rückschlagventil --11-- Luft und Flüssigkeit im Druckspeicher --9-- immer unter jenem Druck, der während des Betriebes in dem Flüssigkeitsraum rund um den Fühleröffel --4-- herrscht.
Sollte in einem der Rohrabschnitte nach dem Geschwindigkeitsfühler-l-und der Schliessvorrichtung --2-- ein Rohrbruch erfolgen oder sollte ein unzulässiger, übermässiger Verbrauch entstehen, wird sich die Strömungsgeschwindigkeit der im Geschwindigkeitsfühler --1-- strömen- den Flüssigkeit sprunghaft erhöhen ; zugleich fällt der Druck ab, was zum Schliessen des Ventils --11-- führt. Gleichzeitig verdreht die mit hoher Geschwindigkeit strömende Flüssigkeit den Fühlerlöffel --4-- aus der Stellung A in die Stellung B, wodurch die Welle --5-- den Hahn --7-- öffnet und Flüssigkeit aus dem Druckspeicher --9-- unter hohem Druck über die Rohrleitung - in die Kolben-Zylindereinheit --12-- der Schliessvorrichtung --2-- einströmt.
Der Kolben - wird aus der bisherigen Stellung verschoben, der Flügelventilteller --16-- der Schliessvorrichtung --2-- wird durch ein Gestänge --14-- und einen Arm --15-- verdreht, auf den Sitz --17-- gepresst und in diesem Schliesszustand gehalten. Damit steht zum Verdrehen des Flügelventiltellers --16-- in den Schliesszustand und zum Halten in diesem geschlossenen Zustand
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benden Flüssigkeitsraum erheblich abfällt. Der entsprechende Druck wird also durch den Druckspeicher --9-- immer sichergestellt.
Um den gleichen Fühlerlöffel --4-- bei Rohrleitungssystemen verschiedener Abmessungen und unterschiedlichen Betriebsverhältnissen anwenden zu können und den infolge eines Rohrbruches auftretenden Wasserschlag zu vermeiden, muss auch bei verschiedenen Strömungsgeschwindigkeiten das langsame Verdrehen des Fühlerlöffels --4-- und die verzögerte Aussteuerung des Schliessvorganges sichergestellt werden. Diese Aufgabe wird durch die in Fig. 3 veranschaulichte Verzögerungsvorrichtung--18--gelöst.
In dem starr befestigten Gehäuse --19-- der Vorrichtung ist eine Feder --20-- angeordnet, deren oberes Ende auf dem in das Gehäuse --19-- mit einem Gewinde einschraubbaren Vorspannstopfen --21--, deren unteres Ende auf einem im Gehäuse --19-- frei beweglichen Teller --22-anliegt. Eine stange --23-- ist an der Unterseite des Tellers --22-- befestigt, welche aus der Bodenplatte des Gehäuses --19-- herausragt. Am äusseren Ende der Stange --23-- ist eine freilaufende Rolle --24-- gelagert.
An dem aus der Lagerung der Welle --5-- des Fühlerlöffels --4-- herausragenden Ende ist eine Scheibe --25-- befestigt, deren Umfang in Form einer archimedischen Spirale verläuft. Im geschlossenen Zustand, d. h., wenn der Hahn --7-- in der Rohrleitung --3-- abgtesperrt ist, liegt die Rolle --24-- auf dem der Welle --5-- am nächsten liegenden Teil der archimedischen Spirale auf, wodurch die Feder --20-- nur wenig gespannt ist. Wenn der Fühlerlöffel --4-- sich aus seiner in Fig. l veranschaulichten Position A in die Position B verdreht, rollt die Rolle --24-- entlang des Umfanges der Scheibe --25-- und entfernt sich immer mehr von der Welle --5--, wodurch der Teller --22-- angehoben und die Länge der Feder --20-- allmählich vermindert wird.
Dies führt dazu, dass zum Weiterdrehen des Fühlerlöffels eine immer grössere Kraft erforderlich ist, wodurch das Verdrehen immer langsamer vor sich gehen kann. Besteht nicht mehr die Notwendigkeit, den geschlossenen Zustand des Ventiltellers --16-- aufrecht zu halten, kann die Schei-
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be z. B. durch einen Arm --26--, von aussen her in ihre ursprüngliche Stellung zurückgedreht werden. Das Mass der Vorspannung der Feder --20-- kann durch die Einschraubtiefe des Vorspannstopfens --21-- in das Gehäuse --19-- eingestellt werden.
Die Arbeitskolben-Zylindereinheit --12-- ist gelenkig und verdrehbar aufgehängt, so dass sie sich beim Verdrehen des Armes --15-- in die jeweils erforderliche Richtung des Gestänges --14-- leicht einstellen kann.
Der Flügelventilteller --16-- der Schliessvorrichtung --2-- ist exzentrisch auf einer Welle --27-- befestigt. Vorteilhaft wird der Sitz'--17-- des Ventiltellers --16-- des Flügelventils aus
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B.gelventilteller --16-- kann unter Zuhilfenahme eines auf das eine äussere Ende der Welle --27-aufschiebbaren Armes-28-in die dem Öffnen entsprechende Stellung zurückgedreht werden.
Ausser der Rohrleitung --3-- kann eine weitere, hier nicht dargestellte Rohrleitung an die Kolben-Zylindereinheit --12-- angeschlossen werden ; wird die erwähnte Zusatzrohrleitung ge- öffnet, kann die im Raum unter dem Kolben --13-- der Einheit --12-- befindliche Flüssigkeit ausgelassen werden, wenn der Flügelventilteller --16-- in die dem Öffnungszustand entsprechende Stellung zurückgedreht werden soll.
Die wichtigsten Vorteile der erfindungsgemässen Vorrichtung mit einem Geschwindigkeitsfühler sind wie folgt :
Bei einem Rohrbruch oder einem unzulässigen Überverbrauch wird die Rohrleitung sofort abgeschlossen und solange in diesem geschlossenen Zustand gehalten, bis der Fehler beseitigt ist.
Dabei geht der Schliessvorgang so langsam vor sich, dass ein Wasserschlag infolge des Rohrbruches unmöglich ist. Das Absperren ist vollkommen, das Öffnen kann nur von aussen her durch ein Bedienungspersonal vorgenommen werden. Das Absperren findet unter allen Umständen statt, unabhängig davon, wo der Rohrbruch oder der übermässige Verbrauch entstanden ist und in welchem Ausmass er auftritt. Zur Durchführung des Schliessvorganges sind keine grossen Kräfte erforderlich ; keiner der Bestandteile ist einer Kraftwirkung unterworfen, die eine Deformation oder ein Schadhaftwerden der Bestandteile hervorrufen könnte.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zum selbsttätigen Schliessen einer Rohrleitung bei Auftreten eines Rohrbruches oder eines übermässigen Verbrauches, mit einem in die Rohrleitung hineinragenden Löffel als Geschwindigkeitsfühler und einer durch diesen betätigbaren Schliessvorrichtung für ein in die Rohrleitung eingesetztes Flügelventil, dadurch gekennzeichnet, dass der den Löffel (4) des Geschwindigkeitsfühlers (1) umgebende Raum in der Rohrleitung über eine mit einem Rückschlagventil (11) versehene Leitung (10) mit einem Druckspeicherbehälter (9) verbunden ist, der über eine gesonderte Verbindungsleitung (3) mit einer Arbeitskolben-Zylindereinheit (12,13) für das Schliessen des Flügelventiltellers (16) verbunden ist, und in der Verbindungsleitung (3) ein durch den Löffel (4) des Geschwindigkeitsfühlers (1)
zu öffnender Hahn (7) vorgesehen ist, wobei bei Absinken des Druckes in der Rohrleitung das Rückschlagventil (11) schliesst und durch Ansteigen der Geschwindigkeit in der Rohrleitung der Fühler den Hahn (7) in der Verbindungsleitung (3) öffnet, wodurch der Druck des Druckspeicherbehälters (9) das Ventil (16) über die Arbeits-Kolben-Zylindervorrichtung (12,13) schliesst (Fig. 1).