DE241536C

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Publication number: DE241536C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- JVl 241536 KLASSE 42 e. GRUPPE

SIEMENS & HALSKE AKT.-GES. in BERLIN. Umschaltventil für Wassermesserverbindungen. Patentiert im Deutschen Reiche vom 27. April 1910 ab.

Die Erfindung betrifft ein Umschaltventil für Wassermesserverbindungen, bei dem während der Umschaltung beide Messer gleichzeitig dem Wasserstrom zugänglich und die Querschnitte der zum großen und kleinen Messer führenden Kanäle unter Berücksichtigung der Druckverluste in den Messern und ihren Leitungen gestaltet sind. Die bisher bekannten Ventile dieser Art haben im Betriebe den Nachteil

ίο gezeigt, daß die Umschaltung beim Aufwärts-' gang des steuernden Ventilkörpers bei einer größeren Durchflußmenge als bei der Abwärtsbewegung erfolgt. Man ist, um diesem Umstand Rechnung zu tragen, genötigt, den großen Messer so zu wählen, daß seine Empfindlichkeit noch genügt, um auch die kleinere Durchflußmenge noch richtig zu messen.

Gemäß der Erfindung wird dieser Ubelstand dadurch beseitigt, daß die den Zugang zum großen und zum kleinen Messer vermittelnden Steuerkanäle derart angeordnet bzw. gestaltet sind, daß beim Umschalten des Ventils in beiden Richtungen der Beginn der Öffnung der zum einen Messer führenden Steuerkanäle mit dem Beginn der Schließung der zum anderen Messer führenden Steuerkanäle, zusammenfällt. Weiter sind die Querschnitte der zum großen und zum kleinen Messer führenden Steuerkanäle unter Berücksichtigung der ungleichen.

und während der Umschaltung sich ändernden Druckverluste innerhalb der angeschlossenen Messer derart gestaltet und bemessen, daß die Gesamtdurchflußmenge durch die Steuerkanäle in jeder Stellung des Ventilkörpers während der Umschaltung, also auch dann, wenn die zum großen oder Meinen Messer führenden Steuerkanäle vollkommen geöffnet sind, stets die gleiche bleibt. Der Wasserdurchfluß sowie der Unterschied der Drücke vor und hinter dem Ventilkörper wird also während der ganzen Periode des Umschalt ens weder vergrößert noch verkleinert j infolgedessen wird auch der Ventilkörper in seiner Auf- und Abwärtsbewegung während der Umschaltung nicht gehemmt oder beschleunigt und so die Umschaltung vom kleinen zum großen Messer und umgekehrt bei derselben Durchflußmenge bewirkt.

Um ein Hängenbleiben des Ventilkörpers in ' ; den Mittelstellungen beim Umschalten, das bei dem vor und hinter demselben gleichbleibenden Druckunterschied eintreten könnte, zu

■ vermeiden, sind die Steuerkanäle so angeord- : net, daß die Umschaltung erst nach Zurücklegung einer bestimmten Hub- oder .Senkstrecke des Ventilkörpers beginnt, während deren der

■ freie Durchfluß querschnitt -zum kleinen bzw. großen Messer unverändert, bleibt. Es wird so dem Ventilkörper beim Heben durch den

ι Überdruck des Wassers oder beim Senken durch den Überdruck des Gewichtes eine Geschwindigkeit erteilt, die genügt, den steuernden Körper über die Mittelstellungen hinaus zu bewegen und ein Hängenbleiben desselben zu verhindern.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in den Fig. 1 bis 6 dargestellt. Davon veranschaulichen:

Fig. ι einen Längsschnitt durch das gesamte Umschaltventil in der Achse der Ein·- und Ausströmung,

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Ventilkörper und den Ventilsitz nach 1-1,

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Pig. 3 einen Längsschnitt durch den Ventilkörper und die angrenzenden Teile nach 2-2

. (Fig. 2).,

die Fig. 4, 5 und 6 Schnitte durch den Ventilkörper und die angrenzenden Teile nach Art von Fig. i, durch die verschiedene Stellungen des Körpers im Verlauf der Umschaltbewegung gezeigt werden sollen.

Das Ventilgehäuse α ist mit drei nach außen führenden öffnungen versehen, dem Einlaufstutzen b und den zu dem großen bzw. kleinen Messer führenden Auslaufstutzen c bzw. d. Im Innern des Gehäuses befindet sich der zylindrische, mit dem Belastungsgewicht e versehene Ventilkörper f, der in dem Ventilsitz g geführt wird. In der Wandung des letzteren ist eine Öffnung h angeordnet, die in eine ringförmig zwischen dem Sitz und dem Gehäuse ausgebildete Kammer i führt, an welche der zum kleinen Messer führende Auslaufstutzen d angeschlossen ist. In dem Ventilkörper sind Öffnungen k vorgesehen, durch die das von unten in der Pfeilrichtung eintretende Wasser bei vollkommen gehobenem Ventilkörper in den zu dem großen Messer führenden Auslaufstutzen c übertreten kann.

In dem Ventilkörper sind weiter zwei Steuerkanäle m und η angeordnet, die zur Umschaltung der Wasserwege dienen. Der erstere von ihnen wirkt mit der zum kleinen Messer führenden Öffnung derart zusammen, daß beim Heben oder Senken des Ventilkörpers ein Schließen bzw. Öffnen von h. erfolgt. Durch den über m liegenden Steuerkanal η wird der Durchtritt des Wassers zum großen Messer in bestimmter Anhubstellung des Ventilkörpers freigegeben. Während nun der Kanal m, wie die Zeichnung erkennen läßt, regelmäßig gestaltet ist, so daß im Zusammenwirken mit der Öffnung h Hub- und Durchflußquerschnitt in gleichbleibendem Verhältnis sich ändern, ist die Begrenzung des Kanals η teilweise durch eine unregelmäßige Kurve gebildet, deren Form durch die Bedingung gegeben ist, die gemäß der Erfindung erfüllt werden soll.

An Hand einer Darstellung der Wirkungsweise des gesamten Ventils soll dies näher erläutert werden. Befindet sich der Ventilkörper in der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ruhelage, so strömt das Wasser vom Einlaßstutzen b in der Pfeilrichtung in den Körper hinein und weiter durch den Steuerkanal m,. die Öffnung h und den Stutzen d dem Nebenmesser zu. Bei einer steigenden Wasserentnahme steigert sich auch, da der Stutzen c durch den großen Messer mit der den kleinen Messer enthaltenden Umgehungsleitung in Verbindung steht, der Unterschied der Drücke unter und über : dem Ventilkörper und erreicht Zunächst eine Höhe, bei der er dem Gewicht des Ventilkörpers mit dem Belastungsgewicht entspricht.

Der Ventilkörper wird dann gerade vom Wasser getragen. Bei weiter steigender Wasserentnahme leitet der entsprechend zunehmende Druckunterschied eine Aufwärtsbewegung des Ventilkörpers ein; dieser gelangt zunächst in die in Fig. 4 dargestellte Lage. An den Durchflußverhältnissen hat sich während dieser Hubbewegung nichts geändert, das Wasser fließt immer noch ausschließlich durch den kleinen Messer. Diese Aufwärtsbewegung erfolgt vermöge der Auftriebskraft des einströmenden Wassers mit einer bestimmten, im praktischen Betrieb großen Geschwindigkeit, die auch bei der Umschaltung beibehalten wird, die mit der in Fig. 4 gezeichneten Stellung beginnt. Die öffnung h zum kleinen Messer wird nunmehr durch die untere Kante des Steuerkanals m allmählich abgeschlossen, und gleichzeitig gelangt der Kanal η über die obere Kante des Ventilsitzes und gibt dadurch. den Durchfluß zum großen Messer frei.

Gemäß der Erfindung ist nun die Umgrenzung des Kanals η derart ausgeführt, daß während der Umschaltung bei jeder Stellung des Ventilkörpers dieselbe Wassermenge, die dem kleinen Messer entzogen wird, dem großen Messer zugeführt wird. Da nun der große Messer bei gleicher Durchflußmenge bekanntlich einen geringeren Druckverlust als der kleine Messer besitzt, so muß, wenn die Verteilung der Wassermengen in der angegebenen Weise vor sich gehen soll, unter Berücksichtigung dieser verschiedenartigen und während der Umschaltung. sich ändernden Druckverluste der Messer der Durchlaß zum großen Messer besonders geregelt werden. Demzufolge wird, wie die Fig. 1 und 4 bis 6 erkennen lassen, vorerst bei einer geringen Verkleinerung der zum kleinen Messer führenden Öffnung h eine verhältnismäßig noch geringere Durchlaß öffnung zum großen Messer freigegeben, die genügt, um die dem kleinen Messer entzogene Menge dem großen . Messer zuzuführen. Wird nun die Öffnung h durch die untere Kante des Steuerkanals m weiter abgeschlossen, so nimmt auch mit der abnehmenden Durchfluß menge der Druckverlust im kleinen Messer immer mehr ab, dagegen wird für die Breitenbestimmung des Kanals η immer mehr der Druckverlust von Bedeutung, der in der Öffnung h selbst liegt. Da der Steuerkanal η selbst in ganz geöffnetem Zustand nur eine Wassermenge hindurchläßt, die keinen nennenswerten Druckverlust im großen Messer hervorruft, so ist natürlich bei geringen öffnungen von η der Druckverlust im Messer praktisch erst recht zu vernachlässigen; von Wichtigkeit für die Breitenbestimmung der bei der Umschaltung ausgetauschten Kanalquerschnitte ist also nur der Druckverlust, der im Kanal η selbst erzeugt wird.

Kurz vor dem Abschluß der Öffnung h ist

Claims

somit nur mit den Druckverlusten zu rechnen, die im Kanal η bzw. in der Öffnung h liegen. Da ein Unterschied in diesen Drücken vermieden werden soll, die Druckverluste also gleich sein sollen, so müssen in dieser Stellung gleich große Kanalstreifen ausgetauscht werden. Dementsprechend verbreitert sich der Steuerkanal n, wie aus der Zeichnung ersichtlich, schließlich bis auf das Maß des Kanals m. ίο Wenn der Ventilkörper nun die in Fig. 5 dargestellte Lage erreicht hat, so ist der Zugang zum kleinen Messer vollkommen abgeschlossen ; die gesamte Wassermenge, die vorher durch den kleinen Messer geflossen war, strömt nun durch den Steuerkanal η zum großen Messer. Da sich an den Druckverhältnissen während der bisherigen Hubbewegung nichts geändert hat, so gleitet der Ventilkörper weiter aufwärts und nimmt die in Fig. 6 angedeutete Lage ein. Die Hauptöffnungen k des Ventilkörpers beginnen über den oberen Rand des Ventilsitzes g zu treten, der geringe vorhandene Überdruck läßt nach und der Ventilkörper bleibt stehen; die Umschaltung ist also vollendet. Erst bei noch größeren Durchflußmengen wird infolge des Strömungsdruckes des Wassers die Durchfluß Öffnung durch weiteres Heben entsprechend vergrößert. Die angegebene Umschaltbewegung vollzieht sich natürlieh im praktischen Betrieb mit großer Geschwindigkeit, da es sich dort im allgemeinen um größere Unterschiede in den Durchflußmengen handelt und der zum großen Messer führende Steuerkanal η nur, wie angegeben, die gleiche Wassermenge durchläßt, die vor Beginn der Umschaltung durch die Öffnung h zum kleinen Messer geflossen war. Wird die Wasserentnahme wieder geringer, - so sinkt der Ventilkörper zunächst wieder in die Stellung nach Fig. 6. Das Gewicht des Körpers wird vom Wasser gerade noch getragen ; das gesamte Wasser fließt durch den Kanal, n. Wird die Entnahme etwas kleiner, so wird auch der Druckunterschied etwas geringer; das Gewicht überwiegt und·leitet eine weitere Bewegung nach unten ein. Die Höhe, die'der Ventilkörper durchfällt, ohne den Zugang h zum kleinen Messer zu öffnen (aus der Stellung Fig. 6 bis zur Stellung Fig. 5) wird dazu benutzt, um dem Ventilkörper eine bestimmte Fallgeschwindigkeit zu erteilen, mit der die Umschaltung erfolgen soll und durch die ein Hängenbleiben. in den Mittelstellungen vermieden wird. Beim weiteren Sinken beginnt der Steuerkanal η sich wieder zu schließen und gleichzeitig wird der Kanal m geöffnet. Diese Öffnung, d. h. die Umschaltung auf den kleinen Messer, erfolgt bei derselben Durchflußmenge, bei der vorher der Kanal η geöffnet wurde. Während der weiteren Abwärtsbewegung des Ventilkörpers wird nun wieder in jeder Stellung des Ventilkörpers genau dieselbe Wassermenge, die dem großen Messer entzogen wird, dem kleinen Messer zugeführt. Da an den Druckverhältnissen nichts geändert wird, eine Bremsung also nicht stattfindet, so muß der Körper mit der- ihm einmal erteilten Geschwindigkeit bis auf den Ventilsitz herunterfallen. Die unregelmäßige Kurve, die einen Teil der Begrenzung des Kanals η bildet, muß praktisch entsprechend den verschiedenartigen Druckverlusten der beiden Messer ausgeprobt . werden, es muß also für eine leicht mögliche Einstellung bestimmten Querschnittes dieses Kanals in den Mittelstellungen des Ventilkörpers Sorge getragen werden. Es kann dies beispielsweise dadurch erfolgen, daß der Kanal durch eine Anzahl übereinander liegender Reihen von Löchern gebildet wird, durch deren Öffnung oder Schließung an dem angegebenen Teil der Kanalbegrenzung die gewünschte Einstellung bewirkt werden kann. Pate nt-A ν Sprüche:

1. Umschaltventil für Wassermesserverbindungen, bei welchem die Querschnitte der zum großen und kleinen Messer führenden Kanäle unter Berücksichtigung der Druckverluste in den Messern und ihren Leitungen gestaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die den Zugang zum großen und zum kleinen Messer vermittelnden Steuerkanäle (n, m) derart angeordnet bzw. gestaltet sind, daß beim Umschalten des Ventils in beiden Richtungen der Beginn der Öffnung der zum einen Messer führenden Steuerkanäle mit dem Beginn der Schließung der zum anderen Messer führenden Steuerkanäle zusammenfällt und die Querschnitte der zum großen und zum kleinen Messer führenden Steuerkanäle unter Berücksichtigung der Druckverluste in den angeschlossenen Messern so bemessen sind, daß sie im Zustand ihrer vollkommenen Öffnung gleiche Wassermengen hindurchlassen, zu dem Zweck, die Umschaltung in beiden Richtungen bei der gleichen oder nahezu gleichen Wassermenge stattfinden zu lassen.

2. Eine Ausführungsform des Umschaltventils nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkanäle des Ventils unter Berücksichtigung der ungleichen und während der Umschaltung sich ändernden Druckverluste'innerhalb der angeschlossenen Messer derart gestaltet sind, daß die Gesamtdurchflußmenge durch die Steuerkanäle in jeder Stellung des Ventils während der Umschaltung stets die gleiche bzw. nahezu gleiche bleibt.

3· Eine Ausführungsform des Umschaltventils nach Anspruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Zugang zum großen und kleinen Messer vermittelnden Steuerkanäle gleiche Höhe aufweisen und bezüglich ihrer Breite so gestaltet sind, daß am Ende der Umschaltung vom kleinen zum großen Messer bzw. Beginn der Umschaltung vom großen zum kleinen Messer gleich breite Kanalstreifen
werden.

4. Eine Ausführungsform des Umschaltventils nach Anspruch 1 bis 3, dadurch ge

ausgetauscht kennzeichnet, daß die Steuerkanäle so angeordnet sind, daß die Umschaltung erst nach Zurücklegung eines bestimmten Weges (Hub- oder Senkstrecke) des Ventilkörpers beginnt, währenddessen der freie Durchflußquerschnitt zum kleinen bzw. großen Messer unverändert bleibt, zum Zweck, eine bestimmte Hub- und Senkgeschwindigkeit unmittelbar vor dem Beginn der Umschaltung ohne Drosselung der Wasserwege zu erreichen und dadurch ein Hängenbleiben des Ventilkegels in den Mittelstellungen zu vermeiden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.