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Vorrichtung zur Regelung der Durchflußmenge eines Flüssigkeitsstromes
durch einen Flüssigkeitsbehälter mit in der Bodenfläche angebrachten überlaufrohren
Bei verschiedenen industriellen Verfahren ist es erforderlich, eine Flüssigkeit
von der einen Stelle oder aus dem einen Behälter zu einer anderen Stelle und in
einen anderen Behälter zu leiten. Bei gleichmäßiger Flüssigkeitszufuhr kann der
Flüssigkeitsstrom aus einem ersten Behälter zu einem darunter befindlichen zweiten
Behälter leicht geregelt werden. Schwankt je-
doch die Flüssigkeitszufuhr
und soll die Flüssigkeitsüberleitung aus einem ersten Behälter in einen darunter
befindlichen zweiten Behälter der zugeführten veränderlichen Flüssigkeitsmenge proportional
sein, dann erfordert die Regelung des Flüssigkeitsstromes aus dem ersten Behälter
in den zweiten Behälter die Verwendung von komplizierten mechanischen oder elektromechanischen
Regelvorrichtungen, die kostspielig einzubauen und zu unterhalten sind. Beispielsweise
wird in einem mehrstufigen Wärmeaustauscher der in elektrischen Anlagen verwendeten
Art das in dem Kondensator sich sammelnde Kondensat in Wärmeaustausch mit dem aus
der Turbine kommen-
den Dampf und/oder mit Frischdampf aus dem Dampfkessel
geführt, ehe das Kondensat in den Dampfkessel zurückgefördert wird. Bei dieser Anordnung
wird das Kondensat aus dem Kondensator zum obersten Erhitzer einer Reihe von offenen
oder einen direkten Kontakt herstellenden Stufenerhitzem geleitet. Da die zu bestimmten
Zeiten anfallende Kondensatmenge mit der Betriebsbelastung schwankt, muß der Kondensatstrom
durch die einanderfolgenden Stufenerhitzer proportional der anfallenden Kondensatmenge
gemacht werden. Bisher ist es üblich, das Kondensat einem oberen Stufenerhitzer
zuzuleiten und komplizierte und teure Regelvorrichtungen einzubauen, welche auf
den Flüssigkeitsspiegel der in dem Stufenerhitzer vorhandenen Flüssigkeit ansprechen
und welche Mehrwegeventile öffnen oder schließen, um den Flüssigkeitsstrom aus diesem
Stufenerhitzer zu dem darunter befindlichen nächsten Erhitzer zuzulassen oder zu
verhindern. Da eine Ausrüstung dieser Art nicht betriebssicher ist, erfordert sie
beträchtliche Unterhaltungskosten und erfordert bei der Ausbesserung das Stillsetzen
der Turbine oder der anderen Antriebsmaschine.
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Für die erwähnten Zwecke wird eine Vorrichtung zur Regelung der Durchflußmenge
eines Flüssigkeitsstromes durch einen Flüssigkeitsbehälter mit in der Bodenfläche
angebrachten überlaufrohren erfindungsgemäß in der Weise ausgebildet, daß in der
Bodenfläche des Behälters mehrere Gruppen von überlaufrohren mit gruppenweise gestaffelter
überlaufhöhe angeordnet sind.
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Zweckmäßig wird dabei die Anordnung so getroffen, daß die Gruppen
der überlaufrohre verschiedener Höhe in wechselnder Folge über die Bodenfläche des
Behälters verteilt sind.
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Diese Kennzeichen sowie andere Kennzeichen ergeben sich aus der Beschreibung
an Hand der Zeichnung. In der Zeichnung ist F i g. 1 eine Draufsicht auf.
eine Ausführung der Vorrichtung, F i g. 2 ein senkrechter Schnitt nach Linie
2-2 der Fig. 1 und F i g. 3 ein senkrechter Schnitt nach Linie
3-3 der Fig. 1.
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Die Vorrichtung (F i g. 2 und 3) weist einen Behälter
beliebiger Größe oder Form mit Seitenwänden 10 und einer Bodenwand 12 auf.
Der Behälter ist mit einem sich wiederholenden Muster aus offen endenden Röhren
versehen, die vorzugsweise die gleiche Kapazität haben, aber auch verschiedene Kapazitäten
haben können und die verschieden hoch sind. Beispielsweise hat jeder Behälter eine
Anzahl langer Röhren 14, eine Anzahl kurzer Röhren 16 und eine Anzahl noch
kürzerer Röhren 18 und 20 usw. Die unteren Enden aller Röhren leiten die
Flüssigkeit aus dem Behälter und können unter die Bodenwand 12
des
Behälters ragen oder an der Bodenwand 12 enden. Die oberen Enden der Röhren haben
verschieden große Abstände von dem oberen Ende des Behälters. Die aus einem ersten
Behälter in einen zweiten Behälter überzuführende Flüssigkeit wird dem ersten Behälter
über eine zweckdienliche Vorrichtung (nicht dargestellt) zugeführt. Eine beliebige
Anzahl von Behältern, (F i g. 3) kann hintereinandergeschaltet sein. Infolge
dieser Anordnung fließt die zuerst in einen obbren Behälter-einströmende Flüssigkeit
erst dann in einen unteren Behälter, wenn der Flüssigkeitsspiegel in dem oberen
Behälter die oberen Enden der Röhren 20 übersteigt. Ist die in den oberen Behälter
einströmende Flüssigkeitsmenge im wesentlichen g gleich der Fließkapazität der Röhren
20, dann bleibt der Flüssigkeitsspiegel in dem Behälter gleich hoch oder im wesentlichen
gleich hoch, weil die Flüssigkeitshöhe' oberhalb der Röhre 20 die Fließgeschwindigkeit
- in den Röhren erhöht, und um-
gekehrt. . Steigt. jedoch der
Flüssigkeitszustrom in einem oberen Behälter merkbar an, dann steigt der Flüssigkeitsspiegel
in dem Behälter so lange, bis die oberen Enden der Röhren 18 überflutet werden
und die Flüssigkeit nunmehr über die Röhren 18 und 20 aus dem Behälter abfließt.
Entweder wird wieder ein Gleichgewichtszustand erreicht, oder der Flüssigkeitsspiegel
fällt unter die oberen Enden der Röhren 18 oder der Flüssigkeitsspiegel steigt,
bis die oberen Enden der Röhren 16 -und schließlich die oberen Enden der
Röhren 14 überflutet werden. Mit anderen Worten: Beim Steigen des Flüssigkeitsspiegels
in einem Behälter wird die Flüssigkeit durch eine größere Zahl von Röhren abgeleitet.
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Bei sonst gleichen Ausführungen ändert sich der Flüssigkeitsstrom
durch eine Röhre hindurch wie die Quadratwurzel aus 2 g h.
Daraus folgt, daß sich beim Steigen des Spiegels über die oberen Enden der Röhren
20 die Strömungsmenge in den Röhren 20 entsprechend erhöht. Steigt jedoch der Flüssigkeitsspiegel
über die Ebene der Röhren 18, dann wird die aus dem Modulator abgeleitete
Flüssigkeitsmenge um die Strömungskapazität der Röhren 18 erhöht, und ferner
wird die Strömungsgeschwindigkeit in den Röhren 18 erhöht, usw., was auch
für die Röhren 16
und 14 gilt. Wenn daher die Betriebsbelastung verhältnismäßig
klein ist, kann das anfallende Kondensat gerade groß genug sein, um die niedrigsten
Röhren 20 zu bedecken. Wenn die Betriebsbelastung steigt, steigt auch der Flüssigkeitsspiegel
im Modulator, und der aus dem Modulator entströmende Kondensatstrom wird so erhöht,
daß der mittlere Kondensatstrom aus dem Modulator zu allen Zeiten proportional dem
durchschnittlichen Kondensatzustrom zum Modulator ist.
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Der Modulator dient auch als Speicher, um plötzliche große Kondensatzuflüsse
zurückzuhalten, so daß die Arbeitskurve trotz großer Zuflußschwankungen stoßlos
verläuft. Wenn beispielsweise eine große Kondensatmenge plötzlich in den Modulator
einströmt, wird die im überfluß zu der Strömungskapazität der dann gefluteten Röhren
vorhandene Kondensatmenge im Modulator gespeichert, und es werden kleine Mengen,
die von der Fließkapazität der gefluteten Röhren und 2 g h
abhängen, abgegeben. Hierdurch wird es möglich, das Kondensat dem Modulator in vorbestimmten
Mengen und in vorbestimmten Zeitabständen zuzuleiten, die von der Betriebsbelastung
abhängen, d. h., es kann ein automatisch arbeitendes Ventil verwendet werden,
das den in den Modulator fließenden Kondensatstrom ändert. Wenn sich beispielsweise
bei verhältnismäßig geringer Betriebsbelastung das den Kondensatzufluß in den Modulator
regelnde Ventil an verhältnismäßig langen Zeitabständen öffnet und die Betriebsbelastung
steigt, dann wird das Ventil in kürzeren Zeitabständen geöffnet. Hierdurch werden
komplizierte und teure Regelvorrichtungen ausgeschaltet, die sonst notwendig wären,
um den Kondensatstrom über einen Wärmeaustauschturm entsprechend den Fluktuationeu
oder Schwankungen der Betriebsbelastung zu regeln. Der durchschnittliche Kondensatstrom
ist dabei proportional dem durchschnittlichen Zustrom.
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Die Vorrichtung ist sehr einfach, arbeitet völlig automatisch und
erfordert keine Wartung, da sie keine beweglichen Teile hat. Da in Wärmeaustauschtürmen
und in bestimmten anderen Anlagen destilliertes oder anderweitig chemisch behandeltes
Wasser verwendet wird, ist der Niederschlag verschiedener Ausfällungen auf den Innenflächen
der Röhren vernachlässigbar. Es vergeht lange Zeit, ehe die Innenflächen der Röhren
so stark verkrustet sind, daß sich die Gesamtfließkapazität verringert. Aber auch
dann
kann durch entsprechende Verringerung des in den ersten oder obersten
Behälter der Behälterreihe einströmenden maximalen Flüssigkeitsstromes der Reinigungsvorgang
hinausgezögert werden. Wenn ferner die Röhren zuerst für eine größere Fließkapazität
ausgeführt werden, als die höchste jeweils benötigte Fließkapazität ist, kann die
Zeit vor der notwendigen Reinigung ebenfalls wesentlich verlängert werden. Da der
Flüssigkeitsstrom aus einem oberen Behälter zu einem unteren Behälter von dem Flüssigkeitsspiegel
in dem oberen Behälter geregelt wird, beeinflußt - die Vergrößerung der Fließkapazität
der Röhren nicht die Wirksamkeit der Vorrichtung.
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Zur Beschreibung der Arbeitsweise der Anlage sei angenommen, daß mehrere
Behälter in einem lotrechten Abstand voneinander in einem Wärmeaustauscher angeordnet
sind und daß das Kondensat dem obersten Behälter aus dem Kondensator in der anfallenden
Menge zugeführt wird. Arbeitet die Dampfturbine mit sehr verringerter Kapazität,
dann ist die zur Verfügung stehende Kondensatmenge entsprechend klein, und der Flüssigkeitsspiegel
im obersten Behälter ist entsprechend niedrig, und umgekehrt. Wird beispielsweise
angenommen, daß der Flüssigkeitsspiegel im oberen Behälter an einer Stelle stabilisiert
ist, die zwischen den oberen Enden der Röhren 20 und der Röhren 18 liegt,
dann kann die Flüssigkeit in den unteren Behälter nur über die Röhren 20 fließen,
so daß die Strömungsmenge die gleiche ist wie der Zustrom der Flüssigkeit in den
oberen Behälter. Wenn dagegen der Flüssigkeitsspiegel im oberen Behälter infolge
Erhöhung der anfallenden Kondensatmenge steigt, erfolgt ein proportionales Ansteigen
des Flüssigkeitsstromes aus dem oberen Behälter in den unteren Behälter.