CH626430A5

CH626430A5 -

Info

Publication number: CH626430A5
Application number: CH274278A
Authority: CH
Inventors: Hansjoerg Dr Brombach
Original assignee: Brombach Hansjoerg
Priority date: 1977-03-22
Filing date: 1978-03-14
Publication date: 1981-11-13
Also published as: ATA143378A; US4206783A; AT378132B; DE2712443B2; DE2712443A1; DE2712443C3

Description

Die Erfindung betrifft ein Wirbelkammerventil für Flüssigkeiten mit einer Wirbelkammer, mindestens einer im wesentlichen tangential in die Kammer mündenden Eingangsdüse und 65 einer im wesentlichen zentralen Ausgangsdüse.

Wirbelkammerventile haben gegenüber den konventionellen Ventiltypen den Vorteil, dass sie ohne bewegte, mechanische Teile arbeiten. Sie sind praktisch verschleiss- und war-

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tungsfrei und erreichen damit eine ausserordentlich hohe Be- schnitts in die Kammer mündet und die Kammer im Bereich der triebssicherheit. Diese Vorzüge sichern ihnen die Anwendung höchsten Stelle eine exzentrisch angeordnete Lüftungsöffnung dort, wo schwierig zu handhabende Fluide gesteuert werden besitzt, deren Zuleitung bis über das Niveau des Oberwassers müssen und wo extreme Bedingungen an die Betriebssicherheit reicht.

gestellt werden. Schwierig zu handhabende Fluide sind aggressi- 5 Bei der erfindungsgemässen Wirbelkammer, die speziell zur ve, radioaktive oder heisse Gase oder Flüssigkeiten im Bereich Steuerung des Durchflusses von Flüssigkeiten dient, wird die der chemischen und physikalischen Verfahrenstechnik aber irdische Schwerkraft der Flüssigkeit als Steuergrösse ausgenutzt,

auch Schmutz- und Faserstoffe transportierendes Abwasser und Es kann dadurch auf radiale Versorgungsdüsen verzichtet wer-

Schlämme. Hohe Betriebssicherheit ist beispielsweise beim den. Es ist sogar so, dass eine einzige tangentiale Eingangsdüse

Schutz und Betrieb von Kernkraftwerken erforderlich. Im Was- io für den Betrieb des Ventils ausreicht. Ein solches Wirbelkam-

serbau verlangt die automatische Steuerung von Abflüssen aus merventil kann somit in seinem Aufbau sehr einfach gehalten

Speicherbecken, Hochwasser-Rückhaltebecken, Absetzbecken werden, sofern nicht zur Erzielung besonderer Steuerkurven usw. Ventile, die auch nach Jahren des Stillstandes zuverlässig in mehrere tangentiale Eingangsdüsen erwünscht sind. Die Wir-

Aktion treten und gröbste Schmutzstoffe abführen. belkammer nach der Erfindung ist trichterfömrig ausgebildet, so

Für die Anwendung im Wasserbau wurden spezielle Wirbel- is dass der an der breitesten Stelle der Kammer eintretende Flüs-kammerventile entwickelt, die mit sehr kleinen Steuerdrücken sigkeitsstrom von dem Trichter eingefangen und in die Ausarbeiten können (Niederdruckventile). Diese Ventile erlauben, gangsdüse geleitet wird. Dabei ist die Achse der Wirbelkammer den Steuerimpuls vom zu steuernden Hauptstrom abzuzweigen. mindestens um 30 ° aus der Senkrechten geneigt, wodurch erZwei Typen dieser Ventile sind bislang zur Anwendungsreife zieit wird, dass der durch die tangentiale Eingangsdüse in die gediehen, nämlich die Radialwirbelkammerventile bzw. Radial- 20 Kammer eintretende Flüssigkeitsstrom durch die der Eingangsverstärker (vgl. deutsche Offenlegungsschrift 2 035 580) und düse gegenüberliegende ansteigende Kammerwand nach oben die Axialwirbelkammerventile bzw. Axialverstärker (vgl. deut- abgelenkt wird. Ist der Flüssigkeitsdruck an der Eingangsdüse sehe Patentschrift 2 431 112). nur gering, dann steigt die Flüssigkeit an der Kammerwand nur

Fliesst bei den Ventilen nur der Versorgungsstrom, so findet wenig an und wird bogenförmig zur Ausgangsdüse abgelenkt, eine relativ verlustarme Senkenströmung statt. Wird zusätzlich 25 Dabei bildet sich je nach der Grösse des Flüssigkeitsdruckes in ein Strom durch die tangentiale Steuerdüse geschickt, so wird der Kammer eine Teilfüllung mit freiem Flüssigkeitsspiegel, dem Fluid in der Kammer ein Impuls mitgeteilt, der eine Drall- Durch die obere exzentrische Lüftungsöffnung kann Luft bei Strömung zur Folge hat. Die Drallströmung bewirkt grosse weiterem Ansteigen der Flüssigkeit in der Kammer entweichen Fliessbeschleunigungen zum Ausgang hin. Diese lösen wieder- oder im Falle eines Unterdrucks in der Kammer angesaugt wer-um Fliehkräfte aus, so dass der Durchfluss durch das Ventil 30 den. Zunächst reicht der Tangentialimpuls des eintretenden stark gedrosselt wird. Mit geringem Uberdruck an der Steue- Flüssigkeitsstromes noch nicht aus, um gegen die unvollständige rung kann der Versorgungsstrom praktisch zum Stillstand ge- Füllung der Kammer einen Wirbel anzustossen. Der Abfluss der bracht werden. Die Ventile wirken durchflussverstärkend, wenn Flüssigkeit aus der Kammer erfolgt deshalb mit zunehmender paarweise entgegengesetzt gerichtete tangentiale Steuerdüsen Geschwindigkeit in Abhängigkeit von der Höhe der Kammergleichzeitig mit einem Steuerstrom beaufschlagt werden. Der 35 füllung. Je höher der Eingangsdruck an der tangentialen Ein-bei Beaufschlagung nur einer Düse entstehende Wirbel wird gangsdüse steigt, umso vollkommener wird die Kammerfüllung, durch die zweite Steuerung wieder ausgeblasen. Kurz vor Vollfüllung der Kammer springt der Wirbel an. Dieses

Sowohl das Radialventil als auch das Axial ventil haben je- Verhalten des Wirbels bewirkt, dass die Fliessverluste mit an-

doch gewisse Eigenschaften, die ihre Anwendbarkeit unter be- steigendem Eingangsdruck überproportional anwachsen, so stimmten Voraussetzungen beschränken. Der Nachteil des Ra- 40 dass die Durchflussmenge durch die Kammer nahezu plötzlich dialventils ist, dass auch ohne Steuerstrom in der Wirbelkammer abfällt.

Walzenströmungen auftreten, die Druckverluste erzeugen und den Durchfluss herabmindern. Dadurch sind dem Steuerbereich Die Wirbelkammer wird mit ihrer Längsachse vorzugsweise bzw. Wirkungsgrad des Ventils Grenzen gesetzt. Beim Axial- so aufgestellt, dass die tiefste Mantellinie in der Horizontalen Verstärker treten wegen der gleichmässigen ringförmigen axia- 45 liegt. Im Längsschnitt ist die Wirbelkammer vorzugsweise im len Zuführung des Versorgungsstromes keine asymmetrischen wesentlichen dreieckig ausgebildet, wobei eine untere Ecke ab-Fliesszustände mehr auf, wodurch ohne Steuerstrom eine sehr gestumpft ist, und in die Ausgangsdüse übergeht. Die der Aus-gleichmässige Senkenströmung erhalten wird. Die Druckverlu- gangsdüse gegenüberliegende Stirnfläche der Wirbelkammer ste sind deshalb geringer als beim Radialverstärker. Allerdings wird vorzugsweise von einer flachen Platte gebildet, die abbringt die ringförmige Ausgestaltung der Steuerdüse gegenüber so nehmbar ausgebildet sein kann. Zwischen dem trichterförmigen einer rohrfömigen Steuerdüse eine erhöhte Verstopfungsgefahr ^zw- konischen Abschnitt und der Stirnseite der Kammer kann mit sich, wenn Flüssigkeiten mit groben Verunreinigungen noch ein die Kammer verlängernder Abschnitt gleichbleibenden durch das Ventil geführt werden sollen. Querschnitts, insbesondere ein-flachzylindrischer Abschnitt, Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, vorgesehen sein. Die Eingangsdüse kann durch den Aussen-ein Wirbelkammerventil bzw. einen Wirbelkammerverstärker ss mantel der Wirbelkammer, insbesondere des die Kammer ver-zu schaffen, das bzw. der einfach gestaltet ist, im ungesteuerten längernden Abschnittes, oder auch durch die Stirnseite der Zustand eine verlustarme Durchströmung erlaubt, praktisch Kammer in diese münden. Zumindest im letzteren Fall ist die nicht verstopft werden kann und sich mit einem hohen Wir- Eingangsdüse zur Stirnseite der Kammer vorzugsweise schräg kungsgrad steuern lässt. gestellt. Durch besondere Formgebung der Wirbelkammer kann

60 der der Wirbelbildung vorausgehende Teilfüllungsbereich der Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Wirbel- Kammer verändert werden. Durch Variierung des Konuswinkammer trichterförmig ausgebildet ist und sich von einem Ab- kels der trichterförmigen Wirbelkammer kann die Steuerung • schnitt grössten Querschnitts in Richtung zur Ausgangsdüse durch das Ventil beeinflusst werden. So besitzt eine Wirbelkam-verjüngt, die Längsachse der Wirbelkammer zur Vertikalen ei- mer mit einem Konuswinkel von nur ca. 45 0 eine erhöhte Saug-nen Winkel einnimmt, der grösser als 300 ist, sämtliche Ein- 65 kraft im ungesteuerten Zustand, hervorgerufen durch die Ven-gangsdüsen für die Flüssigkeit als im wesentlichen tangentiale turiwirkung des Ausgangsbereichs. Weiterhin können die Eingangsdüsen ausgebildet sind, mindestens eine Eingangsdüse Fliessverluste für den ungesteuerten Flüssigkeitsstrom dadurch im Bereich der tiefsten Stelle des Abschnitts grössten Quer- sehr gering gehalten werden, dass der Flüssigkeitsstrom im un-

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gesteuerten Zustand beim Fliessen von der Eingangsdüse bis zur Ausgangsdüse möglichst wenig umgelenkt wird. Dies kann durch entsprechend schräge Anstellung der Eingangsdüse und/ oder Ausgangsdüse relativ zur Wirbelkammer erreicht werden. Die Eingangsdüse kann in oder gegen den Uhrzeigerdrehsinn in 5 die Kammer münden.

. Die Steuerung des erfindungsgemässen Wirbelkammerventils kann auf verschiedene Weise vorgenommen werden. In der Regel erfolgt die Steuerung in Abhängigkeit von der Energiehöhe an der tangentialen Eingangsdüse. Sie kann aber auch in 10 Abhängigkeit vom Staudruck und in Abhängigkeit von der Füllhöhe der Flüssigkeit im Unterwasser durchgeführt werden, auch wenn der Flüssigkeitsdruck in der Eingangsdüse konstant gehalten wird. Es ist aber auch möglich, die Steuerung in Abhängigkeit vom Gasdruck in der zur oberen Belüftungsöffnung führen- 15 den Belüftungsleitung zu variieren. So kann durch Verschliessen der Belüftungsleitung in Abhängigkeit von der Höhe des Flüssigkeitsspiegels im Oberwasser oder Unterwasser ein Unterdruck in der Wirbelkammer ausgebildet werden, der ein rasches Ansteigen der Füllhöhe in der Wirbelkammer und damit ein 20 früheres Anspringen des Wirbels in der Kammer zur Folge hat. Eine von aussen eingreifende pneumatische Fernsteuerung des Ventils lässt sich durch Absaugen oder Auffüllen des Luftpolsters in der Wirbelkammer erreichen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der 25 folgenden Beschreibung von Ausführungsformen in Verbindung mit der Zeichnung und den Ansprüchen. Die Beschreibung der einzelnen Ausführungsformen erfolgt unter Bezugnahme auf Wasser als Flüssigkeit. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die Ausführungen entsprechend auch für andere 30 Flüssigkeiten gelten.

In der Zeichnung zeigen in schematischer Darstellung Fig. 1 eine Ausführungsform der Erfindung im Schnitt in ungesteuertem Zustand,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Ausführungsform nach Fig. 1, 35 Fig. 3 einen Schnitt durch die Ausführungsform nach Fig. 1 in gesteuertem Zustand,

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Ausführungsform nach Fig. 3, Fig. 5 eine andere Ausführungsform im Schnitt, 40

Fig. 6 eine Draufsicht auf die Ausführungsform nach Fig. 5, Fig. 7 eine weitere Ausführungsform in Seitenansicht, Fig. 8 eine Draufsicht auf die Ausführungsform nach Fig. 7, Fig. 9 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform, Fig. 10 eine Draufsicht auf die Ausführungsform nach Fi- 45 gur 9,

Fig. 11 eine weitere Ausführungsform im Schnitt,

Fig. 12 eine Draufsicht auf die Ausführungsform nach Fig. 11,

Fig. 13 eine weitere Ausführungsform im Schnitt, 50

Fig. 14 eine weitere Ausführungsform im Schnitt,

Fig. 15 eine Ausführungsform in Verbindung mit einem Unterwasserbehälter im Schnitt,

Fig. 16 einen Schnitt durch eine Ausführungsform mit einer externen Saugluftverbindung zur Oberfläche des Unterwassers, 55

Fig. 17 einen Schnitt durch eine Ausführungsform mit einer externen Saugluftverbindung zur Oberfläche des Oberwassers,

Fig. 18 einen Schnitt durch eine Ausführungsform mit einem Luftmischrohr für die Unterwasserbelüftung,

Fig. 19 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform 60 der Erfindung,

Fig. 20 eine Seitenansicht einerweiteren Ausführungsform und

Fig. 21 die Ausführungsform nach Fig. 20 in Draufsicht. Bei der in der Zeichnung in den Figuren 1 bis 4 dargestellten 65 Ausführungsform der Erfindung ist eine konisch ausgebildete Wirbelkammer 1 vorgesehen, die von einem flachzylindrischen Abschnitt 2 und einem kegelstumpfförmigen Abschnitt 3 gebildet wird. Der flachzylindrische Abschnitt 2 befindet sich an der Stelle des Kegelstumpfes 3 mit dem grössten Durchmesser. Der kegelstumpfförmige Abschnitt geht trichterförmig in eine als Rohrstück ausgebildete Ausgangsdüse 4 über. Eine Blende 5 befindet sich am Übergang zwischen dem kegelstumpfförmigen Abschnitt und der Ausgangsdüse 4.

Der Konuswinkel 2a beträgt bei der dargestellten Ausführungsform 72 °. Das Verhältnis von Zylinderhöhe des zylindrischen Abschnittes 2 zur Höhe des Kegelstumpfes 3 beträgt ca. 1:2,5. Die Längsachse der rotationssymmetrisch ausgebildeten Wirbelkammer 1 ist gegenüber der Vertikalen um einen Winkel von 54 0 geneigt. Dieser Winkel ist gleich 90 °-a, so dass die tiefste Mantellinie 6 des Kegelstumpfes 3 horizontal liegt. Die Blende 5 steht senkrecht zur Achse der Wirbelkammer. Die Ausgangsdüse 4 verläuft horizontal und ist zur unteren Mantellinie 6 geringfügig nach unten parallel versetzt. In die tiefste Stelle des zylindrischen Abschnittes 2 mündet tangential und horizontal eine Eingangsdüse 7, die den einzigen Zulauf für Wasser in die Wirbelkammer darstellt. Die Eingangsdüse 7 hat den gleichen Innendurchmesser wie die Ausgangsdüse 4. Auch entspricht der Durchmesser der Eingangsdüse im wesentlichen der Höhe des zylindrischen Abschnittes 2. Die der Ausgangsdüse 4 gegenüberliegende Oberseite bzw. Stirnfläche 8 der Wirbelkammer 1 wird von einem flachen abnehmbaren Deckel gebildet, der eine zentrale Belüftungsöffnung 9 aufweist, von der ein Rohr 10 bis mindestens über den Scheitel der Kammer 1 nach oben führt. An der höchsten Stelle des zylindrischen Abschnittes 2 ist an dessen Aussenmantel 11 eine exzentrische Belüftungsöffnung 12 vorgesehen, von der aus ein Rohr 13 bis über den Spiegel des Oberwassers führt.

Bei der in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Ausführungsform eines Wirbelkammerventils wird die Schwerkraft des Wassers als Steuergrösse benutzt, so dass man mit einer einzigen Eingangsdüse auskommt. Tritt durch die rohrförmige Eingangsdüse 7 ein schwacher Flüssigkeitsstrom in die Kammer 1 ein, so steigt dieser an der der Eingangsdüse 7 gegenüberliegenden Seite der Kammerinnenwand etwas an und wird durch die kegel-mantelförmige Wandung der Kammer in Richtung zur Ausgangsdüse 4 abgelenkt, durch welche er die Kammer verlässt. Dabei bleibt der obere Teil der Wirbelkammer weitgehend ungefüllt. Durch die Belüftungsöffnungen 9 bzw. 12 findet ein Druckausgleich mit der Umgebungsluft statt. Wird nun der durch die Eingangsdüse 7 eintretende Flüssigkeitsstrom stärker, dann steigt auch die Füllhöhe der Flüssigkeit in der Wirbelkammer 1 an, wobei das Flüssigkeitsniveau an der der Eingangsdüse 7 gegenüberliegenden Seite der Kammer stets etwas höher ist als an der der Düse 7 benachbarten Kammerinnenwand. Ab einer bestimmten Füllhöhe reicht der Impuls des tangential in die Kammer eintretenden Stromes aus, um den Wirbel in der Kammer entgegen der Schwerkraft des Wassers anzustossen. Das Anspringen des Wirbels erfolgt plötzlich. Der Wirbel verursacht einen erhöhten Durchflusswiderstand, so dass der Druck innerhalb der Kammer ansteigt und die Kammer sich vollständig mit Flüssigkeit füllt (vgl. Fig. 3 und 4). Im Wirbelkern bildet sich ein Unterdruck aus, der durch Ansaugen von Luft durch die zentrische Belüftungsöffnung 9 und das Rohr 10 ausgeglichen wird. Mit nachlassendem Eingangsdruck an der Eingangsdüse 7 bricht der Wirbel wieder zusammen, und zwar genauso plötzlich, allerdings wegen der nun kleineren Geschwindigkeitshöhen in der Zuleitung bei etwas niedrigerem Vordruck als beim Anspringen des Wirbels. Die Hysterese in der Kurve der pro Zeiteinheit durch die Kammer fliessenden Wassermenge ist gering.

Die Wirbelkammer erlaubt eine Steuerung der durch die Kammer fliessenden Wassermenge ohne Zuhilfenahme beweglicher mechanischer Teile, alleine in Abhängigkeit vom Wasserdruck an der Eingangsdüse 7. Durch Auswechseln geeigneter Blendenscheiben in der Blende 5 kann die Steuergrösse der

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Wirbelkammer 1 in einfacher Weise den jeweiligen Erfordernis- günstige Wirkung erhalten, wie sie in Bezug auf die Ausfüh-sen angepasst werden. rungsform nach den Figuren 7 und 8 geschildert ist. Der stumpfe Bei der folgenden Beschreibung der weiteren Ausführungs- Winkel zwischen der «tangentialen» Eingangsdüse und der Proformen werden für gleiche Teile die gleichen Bezugszahlen ver- jektion der Kammerachse beträgt zweckmässigerweise ca. 105 wendet. In den Fig. 5 und 6 ist eine Ausführungsform eines s bis 120°.

Wirbelkammerventils dargestellt, bei der die Kammer 15 im Bei der in den Figuren 11 und 12 dargestellten Ausfüh-

Gegensatz zur Kammer 1 der vorhergehenden Ausführungs- rungsform der Erfindung beträgt der Konuswinkel 2a nur 60°. form nicht rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Der trichterför- Die Übergangsstelle 30 vom Kammerdeckel 31 zum trichterförmige Teil 16 der Wirbelkammer besitzt vielmehr die Form eines migen Abschnitt 32 ist abgerundet, und zwar entsprechend dem schiefen Kegels. Der kreisförmige Aussenrand des trichterför- io Radius der tangentialen Eingangsdüse 33. Dadurch werden migen Teils 16 an der Übergangsstelle 23 in dem Abschnitt 17 günstige Strömungsverhältnisse geschaffen. Die untere Mantelbildet mit der tiefsten Mantellinie 19 einen rechten Winkel. Der linie 34 des trichterförmigen Teils 32 und die untere Mantellinie

Deckel 18 steht jetzt auch nicht mehr senkrecht zur Achse der 35 der Ausgangsdüse 36 fluchten miteinander. Die Ausgangs-

Wirbelkammer. Vielmehr bildet das Lot auf den Deckel 18 ei- düse 36 erweitert sich diffusorartig um einen Winkel s von ca.

nen Winkel ß mit der Achse der Wirbelkammer, der mit zu- is 4°. Durch diese strömungsgünstige Ausbildung der Wirbelkam-

nehmender Länge der Wirbelkammer kleiner wird und mit zu- mer wird im ungesteuerten Betriebszustand durch die Belüf-

nehmender Höhe der Wirbelkammer grösser wird. Die untere tungsöffnung 12 in verstärktem Masse Luft angesaugt und durch Mantellinie 19 des trichterförmigen Abschnitts 16 und die unte- die Ausgangsdüse befördert. Im übrigen ist die Ausführungs-

re Mantellinie 20 der Ausgangsdüse 21 fluchten miteinander form nach Fig. 11 und 12 im wesentlichen übereinstimmend mit und verlaufen horizontal. Der Deckel 18, der der Blende 5 ent- 20 der Ausführungsform nach den Figuren 1 bis 4.

sprechende Übergang 22 vom trichterförmigen Teil 16 in die

Ausgangsdüse 21 und die Übergangsstelle 23 vom Abschnitt ^er 'n ^8-13 dargestellten Ausführungsform der Erfin-

mit gleichbleibendem Querschnitt 17 in den trichterförmigen dung verläuft die Wirbelkammerachse in der Horizontalen. Die

Abschnitt 16 liegen jeweils parallel zueinander in vertikaler Wirbelkammer ist im übrigen im wesentlichen wie bei der Aus-

Ebene und haben einen kreisförmigen Querschnitt, ebenso wie 25 führungsform nach Fig. 1 ausgebildet. Dadurch, dass die Wir-

der flache zylindrische Teil 17 bel-kammerachse in der Horizontalen verläuft, fallen die Achse

Aufgrund der schiefen Ausbildung des trichterförmigen ^er Wirbelkammer 1 und die Achse der Ausgangsdüse 37 zuTeils und der vertikalen Anordnung der Stirnseite ist die Wir- sammen. Die Eingangsdüse 7 liegt jetzt aber tiefer als die Ausbeikammer 15 höher ausgebildet als bei der Ausführungsform gangsdüse 37. Die untere Mantellinie 6 der Wirbelkammer 1 nach den Figuren 1 bis 4. Durch die relative Vergrösserung der 30 stcigt von der Eingangsdüse 7 zur Ausgangsdüse 37 an, mit dem Kammerhöhe im Verhältnis zur Kammerbreite kann die Lage halben Konuswinkel als Steigung. Durch die Verschiebung der des Umschaltpunktes verändert werden. Der Wirbel springt bei Wirbelkammerachse in die Horizontale wird der Ansprungs-der hier dargestellten Ausführungsform später an als es bei der punkt des Wirbels näher an den Drucknullpunkt verlegt. Der Ausführungsform nach den Figuren 1 bis 4 der Fall ist. Wirbelkammerverstärker reagiert so empfindlicher auf Druck-

35 änderungen an der Eingangsseite und erzeugt einen grossen

Die Ausführungsform nach den Figuren 7 und 8 unterschei- Schaltsprung, was einer scharfen Verstärkereinstellung ent-

det sich von der Ausführungsform nach den Figuren 5 und 6 spricht. Wird demgegenüber die Kammerachse aus der Hori-

dadurch, dass die Achse der Wirbelkammer zum Lot auf den zontalen in Richtung zur Vertikalen gedreht, wie dies in Fig. 14 vertikal stehenden Kammerdeckel 18 in zwei Richtungen schräg angedeutet ist, dann werden Drucknullpunkt und Ansprungs-

gestellt ist. Die Projektion der Kammerachse auf eine vertikale 40 punkt auseinander gerückt. Würde man die Kammerachse in die Ebene bildet nämlich mit dem Lot auf den Kammerdeckel einen Vertikale legen, so würde der Schaltsprung ganz verschwinden.

Winkel ß, wie dies bei der Ausführungsform nach den Figuren Eine solche Ausbildung ist jedoch nicht mehr Gegenstand der

5 und 6 der Fall ist. Zusätzlich bildet die Projektion der Kam- Erfindung.

merachse und der Achse der Ausgangsdüse 24 auf eine horizon- In den Figuren 15 bis 18 sind verschiedene Steuerungsmögtale Ebene einen Winkel y mit dem Lot auf den Kammerdeckel 45 lichkeiten der Wirbelkammer in Abhängigkeit vom Flüssigkeits-18. Dabei ist die Schrägstellung der Kammerachse in der Rieh- Spiegel im Unterwasser oder im Oberwasser dargestellt. Die tung vorgenommen, dass zwischen der Projektion der Kammer- Ausführungsform nach Fig. 15 entspricht im wesentlichen der achse auf eine horizontale Ebene und der Längsachse der Ein- Ausführungsform nach Fig. 1, wobei jedoch eine auswechselba-gangsdüse 7 ein stumpfer Winkel gebildet wird. Auf diese Weise re Blende nicht vorgesehen ist. Die Ausgangsdüse 38 ist diffu-wird der Durchfluss des ungesteuerten Stroms durch die Wirbel- 50 sorartig erweitert und mündet in ein Sammelbecken 39 für das kammer 25 verlustärmer und dadurch der Wirkungsgrad der Unterwasser unterhalb des Wasserspiegels. Bei konstantem Kammer für die Steuerung des Durchflusses erhöht. Weiterhin Vordruck an der Eingangsdüse 7 kann der Wirbelkammerverist die Kammer 25 höher als breit, wobei sie einen im wesentli- stärker durch Rückstau umgeschaltet werden. Übersteigt der chen elliptischen Querschnitt haben kann und entsprechend Unterwasserstand eine vorgesehen Sollmarke, dann drosselt der auch der Abschnitt 17 mit gleichbleibendem Querschnitt. Durch 5s Verstärker selbständig die Wasserzufur. Während bei der Aus-diese Ausbildung erfolgt das Anspringen des Wirbels bei noch führungsform nach Fig. 15 die untere Mantellinie 6 der Wirbelhöherem Füllstand. kammer 1 auf der gleichen Höhe liegt wie der Boden des Unter-

Bei der in den Figuren 9 und 10 dargestellten Ausführungs- Wasserbehälters 9 und auch über dem Boden des Unterwasserform der Erfindung ist der trichterförmige Teil 16 der Wirbel- behälters 9 liegen kann, ist bei der Ausführungsform nach Fig. kammer 15 gleich ausgebildet wie bei der Ausführungsform 60 18 eine Anordnung vorgesehen, bei der die Wirbelkammer 1 in nach den Figuren 5 und 6, und zwar als schiefer Kegel. Ein Bezug auf den Unterwasserbehälter tiefer liegt. Zwischen der kreisrunder Kammerdeckel 26 sitzt unmittelbar auf dem Rand Wirbelkammer 1 und dem Unterwasserbehälter 39 ist ein langes des trichterförmigen Abschnittes 16. Die Eingangsdüse 27 ist in aufsteigendes Steigrohr 40 vorgesehen. In dem Steigrohr wird horizontaler Ebene gegen die Kammerachse und gegen den eine innige Vermischung und Durchwirbelung von Luft und Deckel 26 schräg gestellt und mündet durch den Kammerdeckel 65 Wasser erreicht, was eine wirksame Sauerstoffbeladung des 26 in die Wirbelkammer 15. Die Ausgangsdüse 28 ist diffusor- Wassers zur Folge hat. Durch die Vermischung mit Luft erfährt artig erweitert. Durch die Schrägstellung der Achse der Ein- die Flüssigkeitssäule im Steigrohr 40 einen Auftrieb gegenüber gangsdüse zur Projektion der Kammerachse wird die gleiche dem hydrostatischen Druck im Unterwasserbehälter 39. Im

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Wirbelkern in der Wirbelkammer 1 herrscht die Tendenz zur Bei der in Fig. 19 dargestellten Ausführungsform der Erfin-

Ausbildung eines starken Unterdrucks, der durch vermehrtes dung ist eine Trennwand 46 zum Einsetzen in die Wirbelkam-Ansaugen von Luft durch die zentrale Belüftungsöffnung 9 aus- mer vorgesehen. Diese Trennwand kann als Spülbrett nach Abgeglichen wird. Hier handelt es sich um einen speziellen Anwen- nehmen des Deckels 8 in die Wirbelkammer eingesetzt werden dungszweck der Wirbelkammer. 5 und hat die Aufgabe, die Wirbelbildung innerhalb der Kammer dann zu verhindern, wenn zuführende oder abführende Leitun-Bei den Ausführungsformen nach den Fig. 16 und 17 wird gen mjt vouer Strömungsgeschwindigkeit durchgespült werden das Wirbelkammerventil in Abhängigkeit vom Flüssigkeitsstand sonen, ohne dass diese durch Anspringen eines Wirbels ernied-im Unterwasser bzw. Oberwasser gesteuert. Eine zentrale Be- rigt wird Das Spülbrett 46 weist an der der Ausgangsdüse 47 lüftungsöffnung ist hier nicht vorgesehen. Bei der Ausführungs- 10 und an der dem Kammerdeckel 8 zu weisenden Kante jeweils form nach Fig. 16 verläuft ein Saugrohr 41 ausgehend von der ejne Ausklinkung 48 auf, die zum Wasserdurchtritt zwischen exzentrischen Belüftungsöffnung 12 der Wirbelkammer 1 bis den beiden durch das Spülbrett 46 getrennten Kammerhälften zum Unterwasserbehälter 39, wo es in Höhe des Unterwasser- dienen. Eine zentrale Belüftungsöffnung ist bei dieser Ausfüh-spiegels in eine trichterförmig erweiterte Saughaube 42 mündet, nicht vorgesehen, weil die kurze, diffusorartig aufge-

Der Konuswinkel ist bei dieser Ausführungsform extrem klein 15 wejtete Ausgangsdüse 47 eine rückwärte Belüftung des Wirbel-gehalten und beträgt 45 . Der Neigungswinkel der Wirbelkam- kerns ermöglicht. Eine zentrale Belüftung ist umgekehrt dann merachse gegenüber der Vertikalen beträgt 67,5 . Durch die vorteilhaft, wenn die Ausgangsdüse als langes Rohr ausgebildet flache Ausbildung des Konus reisst das abströmende Wasser oder mit einem solchen verbunden ist) durch das eine rückwärti-mfolge des Lufthebereffektes Luft mit und erzeugt in der Kam- ge Belüftung und damit die Ausbildung eines Wirbelkerns er-mer einen Unterdruck. Steigt der Unterwasserspiegel an, dann 20 schwert oder unmöglich ist. Daneben sorgt die zentrale Belüf-verschliesst er die Saughaube 42, so dass keine Luft mehr ange- tungsöffnung auch für den Lufteintritt, wenn die Wirbelkammer saugt werden kann. Dies hat zur Folge, dass der Flüssigkeits- gleichzeitig als Luftpumpe dienen soll.

spiegel in der Wirbelkammer 1 ansteigt und der Wirbel an- Bei der in den Figuren 20 und 21 dargestellten Ausfüh-

spnngt, wodurch die aus der Wirbelkammer in den Unterwas- rungsform der Erfindung ist parallel zur unteren Eingangsdüse 7 serbehälter 39 fliessende Wassermenge abgedrosselt wird. Sinkt 2$ eine obere Eingangsdüse 49 vorgesehen, die mit entgegenge-der Wasserspiegel im Unterwasserbehälter wieder so weit, dass setztem Drehsinn in die Kammer 1 mündet. Die Eingangsdüse Luft durch die Saughaube 42 und das Saugrohr 41 in die Wir- 49 wirkt bis zum Anspringen des Wirbels als exzentrische Belüf-belkammer gelangen kann, dann findet wieder ein Druckaus- tungsöffnung. Die Zufuhrleitung für die Eingangsdüse 49 kann gleich mit der Aussenluft statt Bei entsprechend geringem Hüs- in einen Oberwasserbehälter in einer Höhe münden, die über sigkeitsdruck in der Eingangsdüse sinkt dann der Flüssigkeits- 30 der höchsten Stelle der Wirbelkammer liegt und normalerweise spiegel m der Wirbelkammer, so dass der Wirbel zusammenfällt Vom Flüssigkeitsspiegel nicht überschritten werden soll. Steigt und das Wasser ungesteuert durch die Kammer in den Unter- der Hüssigkeitsspiegel im Oberwasserbehälter an, dann wird Wasserbehälter 39 fliesst. Das Saugrohr 41 muss so geführt wer- auch der Durchfluss durch die Wirbelkammer erhöht, bis der den, dass sein Scheitelpunkt über dem höchsten Oberwasser- Druck an der Eingangsdüse 7 ausreicht, um den Wirbel in der spiegel liegt, damit sich beim Umschalten des Ventüs keine He- 35 Kammer anspringen zu lassen. Mit weitersteigendem Flüssig-berwirkung m dieser Leitung einstellen kann. keitsniveau im Oberwasserbehälter nimmt der Durchfluss durch die Wirbelkammer langsam zu. Sobald das Niveau die Mündungsstelle der Zuführungsleitung für die Eingangsdüse 49 er-Bei der in Fig. 17 dargestellten Ausführungsform wird das reicht und diese überschreitet, gelangt ein zusätzlicher Flüssig-Wirbelkammerventil vom Niveau des Oberwassers gesteuert. 40 keitsstrom durch die Eingangsdüse 49 in die Wirbelkammer 1, Ein von der exzentrischen Belüftungsöffnung 12 nach oben ge- der dem durch die Eingangsdüse 7 eintretenden Strom jedoch führtes Saugrohr 43 mündet in eine Saughaube 44, die im Ober- entgegengerichtet ist. Dies hat zur Folge, dass der Wirbel ge-wasserbehälter über dem Flüssigkeitsspiegel endet. Beim An- bremst wird, bis er in sich zusammenbricht. Das Wasser kann steigen des Flüssigkeitsspiegels bis zur Haube 44 wird die Luft- dann die Wirbelkammer praktisch ungesteuert verlassen, was zufuhr durch das Saugrohr 43 unterbrochen, so dass der Wirbel 45 ein plötzliches Ansteigen der Durchflussgeschwindigkeit zur in der Wirbelkammer leichter anspringt, als dies sonst der Fall Folge hat. Durch Anordnung mehrerer paarweise entgegenge-wäre. Allerdings ist der Arbeitsbereich dieser Oberwassersteue- richteter Eingangsdüsen kann die Steuerkurve der Wirbelkam-rung auf niedrige Oberwasserstände beschränkt. mer vielfältig gestaltet werden.

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4 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Wirbelkammerventil für Flüssigkeiten mit einer Wirbelkammer, mindestens einer im wesentlichen tangential in die Kammer mündenden Eingangsdüse und einer im wesentlichen zentralen Ausgangsdüse, dadurch gekennzeichnet, dass die Wir- 5 belkammer (1) trichterförmig ausgebildet ist und sich von einem Abschnitt grössten Querschnitts (2,8) in Richtung zur Ausgangsdüse (4) verjüngt, die Längsachse der Wirbelkammer (1) zur Vertikalen einen Winkel einnimmt, der grösser als 30 0 ist, sämtliche Eingangsdüsen (7,49) für die Flüssigkeit als im we- 10 sentlichen tangentiale Eingangsdüsen ausgebildet sind, mindestens eine Eingangsdüse (7) im Bereich der tiefsten Stelle des Abschnittes (2,8) grössten Querschnitts in die Kammer (1) mündet und die Kammer im Bereich der höchsten Stelle (11)

eine exzentrisch angeordnete Lüftungsöffnung (12,49) besitzt, 15 deren Zuleitung (13) bis über das Niveau des Oberwassers reicht.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse der Wirbelkammer zur Vertikalen einen Winkel von ca. 45 bis 90 0 einnimmt. 20

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PATENTANSPRÜCHE

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse der Wirbelkammer gegen die Vertikale so schräg gestellt ist, dass eine tiefe Mantellinie (6) des trichterförmigen Abschnitts (3) der Wirbelkammer (1) im wesentlichen horizontal verläuft. 25

4, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser der 30 Ausgangsdüse (4) im Verhältnis von 0,5 bis 2:1 zum Innendurchmesser der Eingangsdüse (7) liegt.

4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnseite der Kammer (1) von einem im wesentlichen ebenen Deckel gebildet wird.

5, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Lüftungsöffnung (12) höchstens gleich, vorzugsweise kleiner als der 35 Durchmesser der Eingangsdüse (7) ist.

5. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis

6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Wirbelkammer (1) vom Abschnitt (2,8) grössten Querschnitts in Richtung zur. Ausgangsdüse (4) stetig verjüngt. 40

6. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis

7, dadurch gekennzeichnet, dass der Konuswinkel ca. 40 bis 135 °, vorzugsweise ca. 60 bis 900 beträgt.

7. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis

8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis vom Durchmes- 45 ser der Ausgangsdüse (4) zum Kammerdurchmesser bei ca. 1:3 bis 1:10, vorzugsweise ca. 1:4 bis 1: 8, liegt.

8. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis

9, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Kammer (1) im Bereich zwischen ca. 0,1 und 5 m, vorzugsweise ca. 0,5 so und ca. 2 m, liegt.

9. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis

10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine tangentiale Eingangsdüse (7,49) im wesentlichen horizontal in die Kammer (1) mündet. 55

10. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis

11, dadurch gekennzeichnet, dass ein den trichterförmigen Abschnitt (3) mit der Stirnseite (6) der Kammer verbindender Abschnitt (2) einen im wesentlichen gleichbleibenden Querschnitt besitzt, vorzugsweise zylindrisch ausgebildet ist. so

Querschnitt abgerundet, vorzugsweise entsprechend dem Durchmesser der Eingangsdüse (33) bogenförmig ausgebildet ist.

15. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis

14, dadurch gekennzeichnet, dass die tangentiale Eingangsdüse (7) durch einen die Stirnseite (8,31) mit dem trichterförmigen Abschnitt (3,32) verbindenden Rand (2,30) in die Kammer (1) mündet.

16. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis

15, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse der tangentialen Eingangsdüse (7,49) zur Projektion der Achse der Wirbelkammer (1) auf die Horizontale senkrecht steht.

17. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis

16, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsdüse (28,36) als vorzugsweise diffusorartig erweitertes Rohrstück ausgebildet ist.

18. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis

17, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Wirbelkammer (1) und Ausgangsdüse (4) eine vorzugsweise veränderbare Blende (5) vorgesehen ist.

19. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis

18, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsdüse (37) im wesentlichen horizontal verläuft.

20. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis

19, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnseite (8) der Wirbelkammer (1) senkrecht zur Wirbelkammerachse angeordnet ist.

21. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis

20, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirbelkammer (1) rotationssymmetrisch ausgebildet ist.

22. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis

21, dadurch gekennzeichnet, dass die Übergangsstelle zwischen dem trichterförmigen Abschnitt (32) und der Ausgangsdüse (36) abgerundet ist.

23. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis

22, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnseite (8) der Kammer (1) eine im wesentlichen zentrale Öffnung (9) zur Belüftung des Wirbelkerns besitzt.

24. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis

23, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zuleitung (41,43) für die exzentrische Belüftungsöffnung (12) zum Ober- oder Unterwasser geführt ist und mit nach unten gerichteter Öffnung (42, 44) im Bereich der Sollhöhe des Unterwassers endet.

25. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis

24, dadurch gekennzeichnet, dass nur eine tangentiale Eingangsdüse (7) vorgesehen ist.

26. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere einander entgegengerichtete tangentiale Eingangsdüsen (7,49) vorgesehen sind.

27. Ventil nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die exzentrische Belüftungsöffnung als oben liegende tangentiale Eingangsdüse ausgebildet ist, die im umgekehrten Drehsinn wie die unten liegende Eingangsdüse (7) in die Kammer (1) mündet.

28. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Wirbel in der Kammer durch Verändern des Gasdruckes an der exzentrischen Belüftungsöffnung, insbesondere durch Druckluft oder Absaugung, ein- und ausschaltbar ist.

11. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis

12. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis

13. Ventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Abschnittes (2) mit gleichbleibendem Querschnitt im wesentlichen gleich dem Durchmesser der tangentialen Eingangsdüse (7,49) ist.

14. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein den trichterförmigen Abschnitt (32) mit der Stirnseite (31) der Kammer verbindender Rand (30) im