DE2508184A1

DE2508184A1 - Zweifach gesteuertes fuellstandshoehen-regelventil

Info

Publication number: DE2508184A1
Application number: DE19752508184
Authority: DE
Inventors: Philippe Alexandre
Original assignee: Cegelec SA
Current assignee: Cegelec SA
Priority date: 1974-02-28
Filing date: 1975-02-26
Publication date: 1975-09-04
Also published as: ES434781A1; ZA751187B; JPS50120130A; FR2262764A1; FR2262764B1; IT1033321B

Description

ANB

F 9123 D

Dipl.-Ina. Jürgen WEINMIL.L.ER PATENTASSESSOR 2. $, fßt)

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8OOÜ Müi ι .hen 8O

Zeppelinstr. 63

SOCIETE GENERJiLE DE CONSTRUCTIONS ELECTRIQUES

ET MECANIQUES ALSTHOM

38, avenue Kleber, 75784 PARIS CEDEX 16 (Frankreich)

ZWEIFACH GESTEUERTES FÜLLSTANDSHÖHEN-REGELVENTIL

Die Erfindung betrifft ein automatisches Füllstandshöhen-Regelventil, das am Ausfluß aus einem Wasserbauwerk angebracht ist und mit dem sowohl der unterwasserseitige Pegel, d.h. am Eingang eines Kollektors auf einen praktisch konstanten Wert eingeregelt als auch oberwasserseitig verhindert werden kann, daß der Füllstand unter einen Mindestwert absinkt.

Als Anwendungsbeispiel seien Speicherbecken genannt, die dazu dienen sollen, wildbachartige Oberflächenwasser zu sammeln und kontrolliert einem Abfluß mit begrenzter Kapazität

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zuzuführen. ** *

Es ist dazu notwendig, die Abflußöffnung eines solchen Speicherbeckens mit einer Vorrichtung¹ zu versehen, mit der die Abflußmenge auf einen praktisch konstanten Wert eingeregelt werden kann, was darauf hinausläuft, den Wasserstand im Unterwassersammelbecken zu kontrollieren.

Andererseits muß aber das völlige Leerlaufen eines oberen Speicherbeckens vermieden werden; dazu wird der Abfluß gestoppt, wenn die Wasserstandshöhe einen vorbestimmten Mindestwert erreicht.

Es ist ein zylindrisches Ventil zur Konstanthaltung eines Unterwasserpegels bekannt; es besteht aus einem rohrförmigen Verschlußstück, das unterwasserseitig über der vertikal nach oben gerichteten Öffnung einer Wasserzuführungsleitung angeordnet ist, wobei die Unterseite des Verschlußstücks in Verschlußstellung auf einen kreisförmigen Sitz gepreßt wird, der zur Öffnung der Zuleitung gehört; die Stellung des Verschlußstücks wird dabei durch einen Schwimmer gesteuert, der auf der zu regelnden Wasseroberfläche schwimmt und mit dem Verschlußstück über einen Waagebalken verbunden ist, dessen Arme gleich lang sein können.

Der oberwasserseitige Wasserpegel stellt sich dann als Druck im rohrförmigen Verschlußstück unter Berücksichtigung des Druckverlustes in der Zuführungsleitung ein. Der oberwasserseitige Wasserpegel hat keinerlei Auswirkung auf den Gleichgewichtszustand des Geräts.

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Die Eintauchtiefe h des Schwimmers ist konstant. S sei der Querschnitt des Schwimmers. Die Ballastausstattung der gesamten Anlage wird dementsprechend durchgeführt.

Das Öffnen des Ventils, d.h. das Einlassen des Oberwassers, wird durch den Pegel des Unterwassers in der den auftretenden Veränderungen jeweils entgegengesetzten Richtung gesteuert. Dieser Pegel wird mit einer dem Hub des Schwimmers entsprechenden Genauigkeit konstant gehalten.

Durch die Erfindung soll mit einem einzigen Ventil nicht nur der Unterwasserpegel geregelt, sondern gleichzeitig ein Mindestpegel auf der Oberwasserseite eingehalten werden. Dies wird dadurch erreicht, daß das Verschlußstück des Ventils aus einem Hohlzylinder besteht, der auf seinen beiden Seiten geöffnet ist und oberhalb einer senkrechten Mündung einer Wasserzuführungsleitung in das zu regelnde untere Wasserbecken getaucht und in geeigneter Weise ausbalanciert ist und durch den Wasserspiegel des Unterwassers gesteuert wird, wobei dieser Zylinder, in dem sich der Wasserspiegel des Oberwassers einstellt, einen Tauchkörper enthält, der den inneren Querschnitt des Zylinders verringert und dessen Höhenanordnung derart ist, daß die Unterseite des Körpers sich bei geschlossenem Ventil unterhalb der Mindestwasserhöhe des Oberwassers, die nicht unterschritten werden darf, befindet, wobei das Volumen dieses Körpers dazu ausreicht, daß, wenn er infolge des absinkenden oberwasserseitigen Wasserspiegels aus dem Wasser auftaucht, der auf ihn einwirkende schwindende Auftrieb das Schließen des Ve r s chIußstückes bewirkt.

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Wirkt also auf selten des Verschlußstückes ein zusätzliches Gewicht von W.S . h (CO ist das spezifische Gewicht des Wassers) ein, so schließt sich das Ventil unabhängig vom Pegel des Unterwassers und der Schwimmer hängt in der Luft.

An der Innenseite des Verschlußstückmantels unterhalb des Wasserspiegels des Unterwassers ist also gemäß der Erfindung ein hohler oder massiver Körper mit dem Volumen V=S .h (1+C) befestigt. Die Ballastversorgung der gesamten Vorrichtung wird so durchgeführt, daß das Gewicht dieses Körpers und der auf ihn einwirkende Wasserauftrieb berücksichtigt werden.

Wenn bei fallendem Wasserspiegel des Unterwassers der Körper freigelegt wird, so nimmt der archimedische Auftrieb (O . S .h (1 + £ ) , der über diesen Körper auf das Verschlußetück einwirkt, allmählich ab und läßt das Verschlußstück entsprechend sch\*erer werden. Wenn der oberwasserseitige Wasserspiegel die Unterseite des Körpers erreicht, befindet sich der Schwimmer außerhalb des Wassers und das Ventil schließt sich.

Die Höhe des Oberwassers bewahrt daher einen Mindestwert, der praktisch der Höhe der Unterseite des Körpers oberhalb des Sitzes entspricht, wenn das Verschlußstück in Schließstellung ist.

Das so gebildete erfindungsgemäße Ventil läßt das oberwasserseitige Becken so leerlaufen, daß die Rückflußwasserhöhe (und folglich die Durchflußmenge, falls man dies wünscht)

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konstant und kontrolliert ist, und bricht den Wasserablauf ab, wenn die Wasserhöhe im Becken ein festgesetztes Mindestmaß erreicht.

Dieses festgesetzte Mindestmaß bestimmt die Höhenlage der Unterseite des Körpers im rohrförmigen Verschlußstück. Der oberwasserseitige Wasserpegel, von dem aus der Körper seinen Einfluß bemerkbar werden läßt, befindet sich natürlich oberhalb dieses Mindestmaßes in einer Entfernung, die gleich der Höhe H des Körpers zuzüglich dem Hub t des Verschlußstücks ist.

Es ist vorteilhaft, daß der Bereich H + t, in dem vom Körper her auf den normalen Betrieb des Ventils Einfluß genommen wird, klein ist, anders ausgedrückt, daß H gering ist.

So ist der Bereich, in dem die zum Unterwasser fließende Strömung allmählich abnimmt, so kurz wie möglich.

Der Körper kann zwischen zwei geraden Abschnitten des rohrförmigen Verschlußstücks liegen, beispielsweise zwischen dem entsprechenden Wandungsabschnitt des Verschlußstücks und einem Zentralrohr.

Wenn in diesem Fall die Mindesthöhe in dem Becken unter Berücksichtigung der gewünschten Betriebsbedingungen höher festgelegt ist als die Höhe des Unterwasserspiegels, der kontrolliert werden soll, kann die Wandung des Verschlußstücks in Höhe des genannten Körpers unterbrochen werden, da sie sich sowieso stets über dem Unterwasserstand befindet.

Aus Konstruktionsgründen kann die Wandung auch nur

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teilweise unterbrochen sein (z.B. mit Bohrungen versehen, durch Verstärkungsrippen ersetzt usw.).

Zum besseren Verständnis der Erfindung werden nachfolgend vier Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden vier Figuren näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventils.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventils.

Fig. 3 zeigt eine Variante der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform.

Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 1 zeigt ein Oberwassersammelbecken 1, das mit einem Unterwasserbecken 2 über eine Leitung 3 in Verbindung steht, deren Mündung 4 mit einem Ventil verschlossen werden kann, das ein zylindrisches Verschlußstück 5 enthält; in diesem Verschlußstück ist ein Tauchkörper 6 mit der Höhe H befestigt, dessen Unterseite 14 sich bei geschlossenem Ventil etwas unterhalb des oberwasserseitigen Mindestwasserstands N, befindet, wobei der Pegel N- des Unterwassers 2 sich bei allen Ventilstellungen unterhalb dieser Unterseite 14 befindet.

Die Stellung des Verschlußstücks 5 wird durch einen Schwimmer 7, der auf der Oberfläche des Unterwassers schwimmt, über einen Waagebalken 9 und gelenkig befestigte Stangen 8 und 10 gesteuert und in geeigneter Weise so ausbalanciert, daß sich Unterwasser seit ig ein Wasserstand N„ ergibt, wenn das ob#rwa*ser-

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seitige Niveau N sich oberhalb des Körpers 6 befindet.

Ein Anschlag 19 für den Waagebalken 9 begrenzt den Schwiirimerhub sowie den Öffnungshub des Verschlußstücks 5 auf einen Wert, der dem Querschnitt der Wasserzuführungsleitung entspricht.

Unter diesen Bedingungen arbeitet das Ventil, wenn der Wasserstand N im Sammelbecken 1 oberhalb des Körpers 6 liegt, normal und reguliert das Niveau N_ des unterwasserseitigen Wasserspiegels 2, ohne Berücksichtigung des Oberwasserpegels.

Wenn dagegen die oberwasserseitige Wasserstandshöhe N absinkt und den Mindestwert N¹ erreicht, dann befindet sich dieser selbe Wasserspiegel im Zylinder 5 in einer Höhe H oberhalb der Unterseite des Tauchkörpers 6 und unter der Höhe H.

In diesem Augenblick wird der Auftrieb, der

F -= H . S¹ . CJ war, wobei H die Höhe des Körpers, S¹ der Querschnitt des Körpers und ⁶^ das spezifische Gewicht der Flüssigkeit ist, zu :

F₁ » H S¹ W , d.h. kleiner als der vorhergehende Auftrieb, da H. <i H.

Mit abnehmender Füllstandshöhe dee Oberwassers

verringert sich der auf das Verschlußstück einwirkende Auftrieb, so daß sich das VerschlwSstück senkt.

Dieses Absinken des Verschlußstücks bewirkt, daß der Schwimmer 7 angehoben wird, wodurch sich wiederum eine Kraft ergibt, die das Verschlußstück nach oben bewegen will.

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Unter diesen Bedingungen muß das Volumen HS' des Körpers ausreichend sein, um bei abfallendem Wasserspiegel des Oberwassers eine Abnahme des Auftriebs zu erreichen, die größer ist als die Hebekraft, die sich aus dem Abheben des Schwimmers 7 ergibt.

Wenn dem oberwasserseitigen Becken 1 keinerlei Wasser mehr zugeführt wird, dann nimmt der Wasserspiegel hier weiter ab, und das Verschlußstück sinkt auf seinen Sitz 4 ab, bis die Schließstellung erreicht ist und der Pegel des Oberwassers auf einem Mindestwert N, angehalten wird. Wenn dem Oberwasserbecken 1 weiterhin eine geringe Menge Wasser zugeführt wird, so ruft der abfallende Wasserspiegel wie im vorhergehenden Fall das Absenken des Verschlußstücks hervor, bis zu dem Augenblick, wo der vom teilweise geschlossenen Ventil durchgelassene Wasserabfluß gleich dem Zufluß zum Oberwasserbecken ist, so daß sich der Wasserspiegel des Oberwasserbeckens auf einer Höhe stabilisiert, die über dem Mindestwasserspiegel N, liegt, während die Zuflußmenge des Unterwasserbeckens sich bei einem Wert stabilisiert, bei dem die vom Sammelorgan durchgelassene Wassermenge gleich der oberwasserseitig zugeführten Wassermenge ist.

Gemäß Fig. 2 kann der Körper aus einem Ring 12 bestehen, der von zwei geraden Abschnitten 13 und 14 des Verschlußstücks 5 begrenzt wird, wobei im Abschnitt 15 innerhalb des Rings ein zentraler Durchlaß 16 vorhanden ist.

Unter diesen Bedingungen ist der Auftrieb F, der auf das Verschlußstück einwirkt, wenn oberwasserseitig der

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Wasserspiegel über dem Ring liegt ;

P = HS '«3 , wobei H die Höhe des Rings,
S' der Querschnitt des Rings und
Ό das spezifische Gewicht der Flüssigkeit ist.

Wenn oberwassersextxg der Wasserspiegel sinkt und den Wert N¹ erreicht, befindet er sich in bezug auf die Unterseite des Rings 12 in einer Höhe H,, die geringer ist als die Höhe H, woraus sich für das Verschlußstück ein Auftrieb von ϊ

F, = H, 3¹ c3 ergibt, der geringer ist als der vorhergehende, da H, <. H.

Die Arbeitsweise des Ventils ist also dieselbe, wie sie unter bezug auf Fig. 1 beschrieben wurde.

Für den Fall, daß die Mindesthöhe N, im Becken höher festgelegt wird als die Höhe des Wasserspiegels Ν~ des Unterwassers, d.h., wenn der Ring 12 stets oberhalb des Niveaus N„ liegt, kann die Außenwandung dieses Rings, wie in Fig. 3 gezeigt, unterbrochen werden, wobei dann das Verschlußstück aus einem Hohlzylinder 5 besteht, der an der Stelle, an der sonst der Körper angebracht ist, eine Verengung besitzt.

Fig. 4 bezieht sich auf ein zylindrisches Ventil gemäß der Erfindung mit unterwasserseitig konstantem Pegel, das lediglich ein einziges bewegliches Teil aufweist.

Der Hohlzylinder 5 ist mit Federn 17 geeigneter Dehnung an einer zentralen festen Stange 18 aufgehängt.

Eine Verengung, die analog der an Hand der Fig. 3 gezeigten ist, unterbricht den hohlen Zylinder &; die horizontale

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untere Wandung 14 spielt die Rolle des Schwimmers, und der auf sie vom Wasserspiegel N« des Unterwassers ausgeübte Auftrieb regelt die Stellung des Ventils auf diesen Wasserspiegel ein, so wie es der in Fig. 1 gezeigte Schwimmer 6 tut.

Die oberwasserseitigen Wasserstandsänderungen haben keinen Einfluß auf das Gleichgewicht und die Arbeitsweise des Ventils, solange dieser Wasserstand sich über der oberen horizontalen Wandung 13 befindet.

Hierdurch ist es möglich, daß das Ventil dem Prinzip der Erfindung entspricht, d.h., seine regulierende Wirkung auf den unterwasserseitigen Pegel abbricht und sich schließt, wenn die oberwasserseitige Wasserhöhe einen bestimmten Mindestwert erreicht, damit auf diese Weise ein Leerlaufen des Oberwasserbeckens verhindert wird.

Wenn U die Tiefe der Wandung 14 unter dem unter— wasserseitigen Füllstand N₇ ist, der reguliert wird, wenn das Ventil im Regulierbetrieb für das Unterwasserbecken arbeitet, und die Tiefstellung erreicht ist, so wie sie in Fig. 4 dargestellt wird, dann befindet sich der oberwasserseitige Wasserspiegel N, , der der Schließstellung des Ventils entspricht, ebenfalls in dieser selben Entfernung U unter der Wandung 13, so daß das Ventil dann geschlossen ist.

Der vom oberwasserseitigen Wasserspiegel auf den verengten Teil des Verschlußstücks ausgeübte Auftrieb hat dann um ία «(Querschnitt der Wandung 13) . U abgenommen.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

( 1 -J Zweifach gesteuertes automatische Ventil zur Regulierung eines konstanten Pegels in einem unteren Wasserbecken und eines Mindestpegels in einem oberen Wasserbecken, dadurch gekennzeichnet, daß sein Verschlußstück aus einem Hohlzylinder (5) besteht, der auf seinen beiden Seiten geöffnet ist und oberhalb einer senkrechten Mündung einer Wasserzuführungsleitung (3) in das zu regelnde untere Wasserbecken (2) getaucht und in geeigneter Weise ausbalanciert ist und durch den Wasserspiegel des Unterwassers gesteuert wird, wobei dieser Zylinder, in dem sich der Wasserspiegel des Oberwassers einstellt, einen Tauchkörper (6) enthält, der den inneren Querschnitt des Zylinders verringert und dessen Höhenanordnung derart ist, daß die Unterseite (14) des Körpers sich bei geschlossenem Ventil unterhalb der Mindestwasserhöhe (N,) des Oberwassers, die nicht unterschritten werden darf, befindet, wobei das Volumen dieses Körpers dazu ausreicht, daß, wenn er infolge des absinkenden Oberwasserseitigen Wasserspiegels aus dem Wasser auftaucht, der auf ihn einwirkende schwindende Auftrieb das Schließen des Verschlußstücks bewirkt.

2 - Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verringerung des Querschnitts durch den Tauchkörper (6) im Innern des Zylinder (5) gebildet wird.

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3 - Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verringerung des Querschnitts mit einem hohlen Ringkörper (12) im Innern des Hohlzylinders (5) erreicht wird.

4 - Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsverringerung aus einer Verengung (16) des Hohlzylinders (5) besteht.

5 - Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterseite (14) des Tauchkörpers (6, 12) für alle Stellungen des Verschlußstücks oberhalb des unterwasserseitigen Wasserspiegels (N„) liegt.

6 - Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterseite (14) des Hohlkörpers (6, 12) für alle Stellungen des Verschlußstücks unterhalb des unterwasserseitigen Wasserspiegels (N„) liegt.

7 - Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der das Verschlußstück bildende Hohlzylinder (5) über ein Hebelsystem mit einem Schwimmer (7) verbunden ist, der in den unterwasserseitigen Wasserspiegel (2) getaucht ist.

8 - Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der das Verschlußstück bildende Hohlzylinder (5) über ein Hebelsystem mit einem Schwimmer (7) verbunden ist, der in den unterwasserseitigen Wasserspiegel (2) getaucht ist.

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9 - Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der das Verschlußstück bildende Hohlzylinder (5) mit Federn (17) an einem feststehenden Organ (18) befestigt ist.

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