DE2638141A1 - Rohrschieber fuer eine pipeline - Google Patents

Rohrschieber fuer eine pipeline

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Description

PATENTANWÄLTE
K. SIEBERT G. GRÄTTINGER
Dlpl.-Infl. Dlpl.-Ing., Dtpl.-Wlrtsch.-Ing.
813 Starnberg bei München Postfach 1649, Almeidaweg 12 Telefon (08151) 1 27 30 U. 4115 Telegr.-Adr.: STARPAT Starnberg
den
2635141
Anwaltsakte: 6761/1 Telex: 526422 star d
Maezawa Industrial Incorporated No.2-1, Kyobashi 3-chome, Chuo-ku, Tokio, Japan
Rohrschieber für eine Pipeline
Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung eines Rohrschiebers zur Strömungs- und Drucksteuerung eines Fluidums, z. B. Wasser, in einem Pipelineabschnitt.
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70981 0/ÖS5
Postscheckkonto München 2726-804 · Kreissparkasse Starnberg 68940 · Deutsche Bank Starnberg 59/17570
Bekannte Strömungs- und Drucksteuerventile für ein Fluidum, wie beispielsweise Wasser, sind Keilschieber und Drosselventile. Bei diesen Keilschiebern und Drosselventilen ist es jedoch von Nachteil, daß nur eine schlechte Strömungs- und Drucksteuerung möglich ist, da sich die Strömungskonfiguration mit dem Grad der Ventilöffnung ändert. Insbesondere ist es nachteilig, daß über einen Ventilöffnungsquerschnitt von weniger als ungefähr 30 % die sogenannte Kavitation entsteht, da diese Ventile einen relativ hohen Kavitationsindex besitzen, wodurch schädliche Schwingungen hervorgerufen und relativ großer Lärm verursacht werden.
Ein bekannter Rohrschieber beinhaltet eine fest angeordnete, hohlzylinderförmige und an ihrem unteren Ende geschlossene Hülse, in deren ümfangswand eine Vielzahl von kleinen konischen Bohrungen mit untereinander gleichgroßen und allmählich von der Innenwand gegen die Außenwand sich verkleinernden Durchmessern spiralförmig mit im wesentlichen gleicher Ganghöhe ausgebildet sind, wobei die fest angeordnete Hülse koaxial mit ihrem oberen offenen Ende in einem Enterregungstank oder Behälter an einem Ende eines Einlaufrohres für das Fluidum angeschlossen ist, an dessen oberer Wand das Ende eines eine Einlaßöffnung für den Behälter bildende Einlaufrohr vertikal angeschlossen ist und der an einem vorbestimmten Seitenwandabschnitt mit einer Ausfluß- oder tiberströmöffnung versehen ist. Weiter beinhaltet der Rohrschieber eine bewegliche mit der fest angeordneten Hülse zusammenwirkende Hülse, welche hin- und herverschoben werden kann.
Dieser bekannte Rohrschieber weist einen geringeren Kavitationsindex als die bekannten Keilschieber und Drosselventile auf
und verhindert infolgedessen das Auftreten einer Kavitation über einem Ventilöffnungsquerschnitt von mehr als ungefähr 10 %, da die Störmungskonfiguration beständig in Kreisform gehalten werden kann.
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Der bekannte Rohrschieber weist jedoch die nachfolgend aufgezählten Nachteile auf:
(1) Ober einem Ventilöffnungsquerschnitt von weniger als ungefähr 10 % tritt Kavitation auf.
(2) Ist der Steuerschieber in einem Pipelineabschnitt in der Nähe des Wasserspiegels, wie beispielsweise einem Damm, angeordnet, wo der Rohrverlustkoeffizient beinahe Null ist, dann kann mit dieser Steuerung ein Strömungsbetrag erzielt werden, der im wesentlichen proportional zum Maß des Bewegungshubs der Hülse über dem gesamten Bewegungshub ist. Wenn aber der Steuerschieber in einem weit vom Wasserspiegel entfernten Pipelineabschnitt eingebaut wird, wo der Rohrverlustkoeffizient einen außerordentlich großen Wert aufweist, dann strömt der größere Betrag des gesamten durch den Rohrschieber zu steuernden Fluidstroms bei einer Stellung mit einer außerordentlich kleinen Ventilöffnung durch und ändert sich infolgedessen der Betrag des durchgeleiteten Fluidstroms fast nicht über dem großen verbleibenden Ventilöffnungsbereich (siehe Fig.9)
Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, einen Rohrschieber zu schaffen, dessen Kavitationsindex schon beim ersten Abschnitt des Ventilöffnungsbereichs einen kleineren Wert als der bekannte Rohrschieber aufweist und der über den gesamten Ventilöffnungsbereich eine bestmögliche Strömungssteuerung sogar bei Anordnung in einem Pipelineabschnitt mit einem außerordentlich großen Rohrverlustkoeffiezienten gestattet.
Diese Aufgabe wird bei einem in einem vorbestimmten Mittenoder Endabschnitt einer Pipeline angeordneten Rohrschieber mit einer ortsfesten, hohlzylinderförmigen, an ihrem Einlaß-
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und Auslaßende offenen und in ihrer Umfangswand mit einer Vielzahl von öffnungen versehenen Hülse, sowie mit einer beweglichen, hohlzylinderförmigen, an beiden Enden offenen und wahlweise gegen die ortsfeste Hülse hin- und herbewegbaren, dabei die öffnungen in der Umfangwand der ortsfesten Hülse selektiv verschließenden Hülse dadurch gelöst, daß koaxial innerhalb der ortsfesten Hülse eine höhlzylinderförmige, an ihrem Einlaßende offene und ähnlich der ortsfesten Hülse in ihrer umfangswand eine Vielzahl von öffnungen aufweisende Innenhülse angeordnet ist, und daß ein oder mehrere ringförmige Platten vorgesehen sind, welche in im wesentlichen gleichen Abstand voneinander zwischen Außenwand und Innenhülse und dem der Innenhülse zugewandten Innenwandabschnitt der ortsfesten Hülse angeordnet sind.
Ein Rohrschieber mit dem oben erwähnten Aufbau ermöglicht vorteilhaft die Herabsetzung des Kavitationsindex im Anfangsabschnitt des Ventilöffnungsbereichs auf einen kleineren Wert als dem des bekannten Rohrschiebers.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Löcher in der umfangswand der ortsfesten Hülse derart ausgebildet, daß ihr gesamter Öffnungsquerschnitt pro Längeneinheit am einlaßseitigen Ende einen größeren Wert als der des verbleibenden Abschnittes der ortsfesten Hülse aufweist, wodurch in vorteilhafter Weise eine bestmögliche Flußsteuerung über dem gesamten Ventilöffnungsquerschnitt sogar beim Einbau in einen Pipelineabschnitt mit einem beträchtlich hohen Rohrverlustkoeffizienten sowie beim Einbau in einen Pipelineabschnitt mit einem relativ geringen Rohrverlustkoeffizienten erzielt wird.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand von Figurenzeichnungen beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 einen schematischen Querschnitt eines Pipelineabschnitts mit einer erfindungsgemäßen Ausführungsform des Rohrschiebers,
Fig. 2
und 3 jeweilige schematische Ansichten der Aulaßseite der ortsfesten Hülse nach Figur 1, wobei die Anordnung der kleinen Löcher in der ürafangswand dargestellt sind,
Fig. 4 eine teilweise gebrochene vergrößerte perspektivische Ansicht der in Figur 1 dargestellten ortsfesten Hülse,
Fig. 5 das Verhältnis von Ventilöffnungsverhältnis zur Strömungsgeschwindigkeit des Fluids vom geöffneten Öffnungsquerschnitt der ortsfesten Hülse darstellende Diagramme und zwar sowohl für den bekannten wie für den erfindungsgemäßen Rohrschieber,
Fig. 6 das Verhältnis zwischen Ventilöffnungsverhältnis und Kavitationsindex darstellende Diagramme für den bekannten Keilschieber, Drosselventil und Rohrschieber sowie für den erfindungsgemäßen Rohrschieber,
Fig. 7 das Verhältnis des Ventilöffnungsverhältnis zum Verhältnis des in die Umfangswand der ortsfesten Hülse gebohrten Öffnungsquerschnitts darstellende Diagramme für den bekannten und erfindungsgemäßen Rohrschieber,
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Fig. 8 das Verhältnis zwischen Ventilöffnungsverhältnis und Zuflußrate des Fluidums darstellende Diagramme, wobei der erfindungsgemäße Rohrschieber in verschiedenen Pipelineabschnitten mit unterschiedlichen Rohrverlustkoeffizienten eingebaut ist,
Fig. 9 das Verhältnis des Venti löffnungs verhältnis zur Flußrate des Fluidums darstellende Diagramme, wobei der bekannte Rohrschieber in verschiedenen Pipelineabschnitten mit unterschiedlichen Rohrverlustkoeffizienten eingebaut ist,
Fig. 10 eine teilweise gebrochene perspektivische Ansicht einer weiteren Ausfuhrungsform der ortsfesten Hülse,
Fig. 11 eine schematische Querschnittsansicht eines Pipelineabschnitts mit einem Rohrschieber einer weiteren Ausführungsform der Erfindung und
Fig. 12 eine perspektivische Querschnittsansicht eines weiteren Pipelineabschnitts mit einem erfindungsgernäßen Rohrs chieber.
In Figur 1 ist ein Einlaßrohr 1 mit einer Einlaßöffnung für ein durch einen erfindungsgemäßen Rohrschieber strömungs- und druckzusteuerndes Fluidum sowie ein Auslaßrohr 2 für das durch den Rohrschieber strömungs- und druckgesteuerte Fluidum dargestellt.
Der erfindungsgemäße Rohrschieber ist innerhalb eines Ventilgehäuses mit nachfolgend beschriebenem Aufbau angeordnet und zwischen Einlaßrohr 1 und Auslaßrohr 2 angeschlossen.
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Das Ventilgehäuse 3 beinhaltet ein hohlzylinderförmiges, an beiden Enden offenes und mit einem Ende am Einlaßrohr 1 angeschlossenes Führungsrohr 4, einen im wesentlichen dieselbe Länge wie die nachfolgend beschriebene festangeordnete Hülse 10 aufweisenden Enterregungsbehälter 7, einen topfförmigen Rohrabschnitt 5, dessen ringförmige Bodenöffnung am anderen Ende des Führungsrohrs 4 angeschlossen ist, einen zylindrischen einstückig mit dem topfförmigen Rohrabschnitt ausgebildeten zylindrischen Rohrabschnitt 6 dessen eine Ende sich von der oberen Kante des Topfabschnittes 5 gegen das Auslaßrohr 2 erstreckt, sowie ein kegelstumpfförmiges hohles Rohr 8, dessen unterer Rand am anderen.Ende des Zylinderabschnitts 6 des Enterregungsbehälters 7 und dessen oberer Rand am Auslaßrohr 2 angeschlossen ist. Das Führungsrohr 4 des Ventilgehäuses 3 ist derart ausgebildet, daß sein Nominaldurchmesser im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des Einlaß- und Auslaßrohres 1 und 2 und seine Länge geringfügig länger als die der festen Hülse 10 ist.
Eine an beiden Enden offene, hohlzylinderförmige, bewegliche Hülse 9 ist derart innerhalb des Führungsrohres 4 angeordnet, daß es in Längsrichtung im wesentlichen entsprechend der Länge I3 der festen Hülse 10 hin- und herbewegt werden kann, um in der nachfolgend beschriebenen Weise selektiv die gesamte äußere Wand der festen Hülse 10 zu schließen. Die fest angeordnete hohlzylinderförmige Hülse 10, deren dem Einlaßrohr zugewendetes Ende offen ist, ist koaxial innerhalb des Enterregungsbehälters 7 des Ventilgehäuses 3 angeordnet. Die fest fixierte Hülse 10 ist so ausgebildet, daß sie eine etwas kürzere Länge 1_ als die bewegliche Hülse 9 sowie einen etwas kleineren Durchmesser als diese Hülse aufweist.
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Ausgehend vom auslaßseitigen Rohrende sind in der Umfangswand der festen Hülse 10 über eine Länge von 70 % der Gesamtlänge 1_ eine Vielzahl von kleinen öffnungen oder Löcher 11 mit im wesentlichen den gleichen Abmessungen sowie über die restlichen 30 % der Gesamtlänge ein oder mehrere große öffnungen oder Fenster 12 mit beispielsweise einer rechteckigen Form und wesentlich größeren Abmessungen als denjenigen der kleinen Löcher 11 ausgebildet, wobei der gesamte Öffnungsquerschnitt der Außenfläche der größeren öffnungen pro Längeneinheit im wesentlichen gleich dem Wert von jeweils der kleinen Löcher 11 ist.
Dabei ist es bevorzugt, jede der jeweiligen kleinen Löcher 11 sich verjüngend mit einem von der inneren Wandfläche der festen Hülse 10 gegen die äußere Wandfläche hin allmählich kleiner werdenden Durchmesser auszubilden, um den Reibungswiderstand des durch jedes Loch 11 strömenden Fluids so gering wie möglich zu halten, wobei die jeweiligen Löcher 11 in Zickzackform in einem Abstand von ungefähr zwei mal dem Durchmesser d.. eines jeden Loches 11 an der Außenwand der festen Hülse 10 sich befinden und somit das öffnungsverhältnis der festen Hülse 10 (in diesem Beispiel y = 39 %) so groß als möglich machen und als Folge davon den Strömungsabfall durch jedes Loch 11 so klein als möglich halten (siehe Figur 3) .
Wenn, wie aus Figur 3 ersichtlich, der Steigungswinkel der jeweiligen kleinen Löcher 11 ^ beträgt (in diesem Beispiel Θ = 10^I0I1)* dann wird der Durchmesser d.. eine jeden Loches 11 an der äußeren Fläche der festen Hülse 10 durch die Gleichung
d1 = bestimmt.
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Werte für cL in Abhängigkeit des Noiainaldurchmessers d des Ventilgehäuses 3, welcher in diesem Beispiel durch den Innendurchmesser des Führungsrohres 4 bestimmt wird, sind der nachfolgenden Tabelle entnehmbar.
Tabelle 1
d (mm) d.j (mm) d (mm) d1 (mm) d (mm) d1 (mm)
250 8,0 500 15,0 1000 30,0
300 9,O 600 18,0 1100 33,0
350 10,0 700 21,0 1200 36,0
400 12,0 800 24,0 1350 41,0
450 13,0 900 27,0 1500 45,0
Experimentelle Versuche haben gezeigt, daß der Kegelwinkel (siehe Figur 3) der Verjüngung eines jeden kleinen Loches
ο '
geeigneterweise ungefähr 11 30 beträgt (entspricht einem Kegel 1:5).
Weiter ist aus Figur 1 eine an beiden Enden offene kegelstumpfförmige hohle Innenhülse 14 ersichtlich (siehe auch Figur 4) , die im rückwärtigen Teil oder im dem Auslaßrohr zugewandten Endabschnitt der festen Hülse 10 koaxial zur Hülse derart angeordnet ist, daß ihr oberer kreisförmiger Rand an der Seite des Auslaßrohres 2 angeordnet ist.
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Die Innenhtilse'14 besitzt eine Länge von ungefähr 30 % der Gesamtlänge 1- der festen Hülse 10. In der Wand der Hülse 10 befinden sich eine Vielzahl von kleinen kegeligen oder düsenartigen Löchern 13 ähnlich den in die feste Hülse 10 gebohrten Löchern 11. Der untere kreisförmige Rand der Innenhülse 14f deren Außendurchmesser im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser der festen Hülse 10 ist, ist an der Innenwand der festen Hülse 10 befestigt. Eine oder mehrere (in diesem Beispiel zwei) ringförmige Stützplatten 15 sind in, im wesentlichen gleichen Abstand zwischen äußerer Wand der Innenhülse 14 und der Innenwand der festen Hülse 10 gegen die Innenhülse 14 laufend angeordnet, wodurch eine Vielzahl von (in diesem Beispiel drei) wasserdichten Kammern 16 gebildet werden.
Der Neigungswinkel der ümfangswand der Innenhülse 14 ist derart bestimmt, daß der gesamte obere Flächenöffnungsquerschnitt der jeweiligen in den Wandabschnitt der Innenhülse 14 gebohrten Löcher 13.'einer jeden der Kammern 16 im wesentlichen denselben Wert hat, wie derjenige der in den Wandabschnitt der festen Hülse 10 einer jeden entsprechende Kammer 16 gebohrten Löcher 11 besitzt.
Des weiteren ist ein hohles kegelförmiges Zylindergehäuse koaxial innerhalb des in einer Richtung geneigten Rohres 8 derart angeordnet, daß dessen Spitze auf die Seite des Auslaßrohres 2 weist. Der ringförmige und einen Außendurchmesser von im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser der festen Hülse 10 aufweisende Bodenrand des Gehäuses 17 ist wasserdicht am vorderen Ende oder am einlaßseitigen Ende der feststehenden Hülse 10 befestigt. Das Gehäuse 17 ist durch eine Vielzahl von Platten 18 an der Innenwand des in einer Richtung
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geneigten Rohres 8 befestigt. Weiter ist eine hohle kegelförmige Zylinderabdeckung 19 mit einer Länge gleich ungefähr 30 % der Länge I3 der festen Hülse 10 koaxial innerhalb der feststehenden Hülse 10 derart angeordnet, daß seine Spitze auf das Einlaßrohr 1 weist. Der Außendurchmesser des Bodenrandes der Abdeckung 19 ist im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des oberen Randes der Innenhülse 14 und er ist zusammen mit dem oberen Rand der Innenhülse 14 wasserdicht an der ringförmigen Bodenfläche des Gehäuses 17 befestigt, wodurch der rückwärtige Teil oder das zum Auslaßrohr weisende Seitenende der festen Hülse 10 wasserdicht abgeschlossen ist.
Ein durch ein Fluid gesteuerter Zylinder 21, dessen Kolbenstange 20 aus der Spitze der Abdeckung 19 herausragt und gegen die Abdeckung abgedichtet ist, ist innerhalb des Gehäuses 17 und der Abdeckung 19 angeordnet und reicht durch den ringförmigen Boden des Gehäuses 17 in die Abdeckung 19 und ist weiter am ringförmigen Boden des Gehäuses 17 befestigt.
Der herausragende Spitzenabschnitt der Kolbenstange 20 ist durch eine Vielzahl von Platten 22 an der Vorderseite oder in der Nähe des Einlaßrohres am Innenwandabschnitt der beweglichen Hülse 9 befestigt. Der Zylinder 21 ist an einer an der Außenseite des Ventilgehäuses 3 vorgesehenen Druckeinheit 23 angeschlossen, welche die hervorstehende Länge der Kolbenstange 20 entsprechend steuert, wodurch die bewegliche Hülse 9 zwischen einer innerhalb des Führungsrdhrs 4 befindlichen Stellung in der die gesamte äußere Umfangswand der festen Hülse 10 offen ist (siehe Figur 1) und einer anderen Stellung, in der die äußere Wand der feststehenden Hülse 10 ganz geschlossen ist, hin- und herbewegbar ist.
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Falls die Querschnitts fläche (D2 - d2) des Behälters 7
* Tt-* 2
nicht größer als die Querschnittsfläche —-g— d des Nominaldurchmessers d des Ventilgehäuses 3 aufweist, dann sollte .ein großer Betrag an Strömung innerhalb des Enterregungsbehälters 7 verlustig gegangen sein. Aus diesem Grund soll der Durchmesser D des Behälters 7 bevorzugt nach unterer Gleichung berrechnet sein.
,„2 . a2) t
aus (1) ergibt sich
D =/2d2 = 1,414 d (2)
Der Durchmesser D des Behälters 7 entspricht praktisch bevorzugt dem 1,5 bis 2-fachen der Größe des Nominaldurchmessers d des Ventilgehäuses 3.
Die Länge 1- der feststehenden Hülse 10 wird bevorzugt so kurz als möglich gemacht, um den Verlust an durchgehender Strömung so gering wie möglich zu machen. In experimentellen Versuchen wurde festgestellt, daß die optimale Länge der festen Hülse ungefähr 70 % des Nominaldurchmessers d des Ventilgehäuses 3 beträgt.
Obwohl die Länge L des Ventilgehäuses 3, welche durch Hinzuftigung der Länge 1. vom am Einlaßrohr 1 angeschlossenen Ende des Führungsrohrs 4 ab zum rückwärtigen Ende oder
auslaßseitigen Ende der feststehenden Hülse
10 zur Länge I2 des Rohres 8 erreicht wird, durch die Länge I3 der feststehenden Hülse 10. und dem Fluid-Ausflußwinkel CL beeinflußt wird, welcher durch den Neigungswinkel einer jeden
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Umfangswand des Rohres 8 und des Gehäuses 17 gebildet wird,ist bevorzugt ,das Verhältnis relativ zum Nominaldurchmesser d des Ventilgehäuses 3 auf einen geringeren Wert reduziert zu halten, da der besagte Nominaldurchmesser d einen größeren Wert aufweist, um den Verlust an Fluidströmung innerhalb des Ventilgehäuses 3 so gering als möglich zu machen.
Experimentell hat sich herausgestellt, daß bei einem vorbenannten Ausströmwinkel von ungefähr 20° bis 30° und einer Länge 1- der feststehenden Hülse 10 von ungefähr 0,7 d jeder Wert von L » I1 und I2 relativ zu verschiedenen Werten des Nominaldurchmessers d bevorzugt aus einem in der nachfolgend angegebenen Tabelle 2 angegebenen Wert gewählt wird.
Tabelle 2
d(irm) L (mm) I^ (mm) *
I2 (mm).
d(mm) L (mm) I1 (mm) I2 (mm)
250 3,7d 2d 1,7d 1000 3,Od 1,6d 1,4d
300 M m H 1100 If H M
350 m M M 1200 M If It
400 η η If 1350 η Il Il
450 "M n H 1500 N M N
500 3,3d 1,8d 1,5d
600 H M If
700 H H
800 n M Il
900 Il H η
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Nachfolgend wird die Arbeitsweise des wie oben auf geführt gebauten Rohrsciiiebers beschrieben.
Als erstes sei angenommen, daß die Kolbenstange 20 des Zylinders 21 unter der Steuerung der Druckeinheit 23 in ihre hinterste Stellung zurückfährt, so daß ihr größter Teil in den Zylinder 21 einfährt und die Wand der feststehenden Hülse 10 zur Gänze durch die bewegliche Hülse 9 geschlossen ist.
Unter dieser Bedingung fließt das cvom Einlaßrohr 1 kommende Fluidum durch das Führungsrohr 4 in die feststehende Hülse 10, wird aber durch die bewegliche Hülse 9 blockiert und strömt nicht in den Enterregungsbehälter 7. Wenn unter diesem Zustand die Länge des aus dem Zylinder 21 hervorragenden Teiles der Kolbenstange 20 durch die Tätigkeit der Druckeinheit 23 allmählich vergrößert wird, dann wird zuerst der Wandabschnitt der feststehenden Hülse 10, welcher den gegen die Innenhülse 14 weisenden Abschnitt beinhaltet und in dem die kleinen konischen Löcher 11 ausgebildet sind, geöffnet. Infolge davon strömt das Fluidum innerhalb der feststehenden Hülse 10 durch die jeweiligen Löcher 11 im geöffneten Abschnitt der ümfangswand in den Behälter 7 in einer Geschwindigkeit, die durch die Strömungsgeschwindigkeit des Fluidums, des Druckunterschieds zwischen stromaufwärtigem Ende und st rom abwar tigern Ende der feststehenden Hülse 10 sowie des Reibungswiderstands der geöffneten kegeligen Löcher 11 bestimmt ist, und strömt dann durch das Rohr 8 gegen das Auslaßrohr 2. Bei einem weiteren Anwachsen der Länge der aus dem Zylinder 21 heraus ragenden Kolbenstange 2O durch die Tätigkeit der Druckeinheit 23, wird derjenige Wandabschnitt der festen Hülse 1O zusammen mit den gesamten konischen Löchern 11 der feststehenden Hülse geöffnet, in welchem das große rechteckige Fenster oder die Fenster 12 ausgebildet sind. Infolge davon strömt das Fluid
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innerhalb der festen Hülse 10 durch das große rechteckige Fenster oder die Fenster 12 sowie durch die kleinen kegeligen Löcher 11 in den Enterregungsbehälter 7 und strömt dann durch das Rohr 8 gegen das Auslaßrohr 2 mit einer Geschwindigkeit, die in der gleichen Weise, wie oben angegeben, definiert ist.
Es ist somit erkennbar, daß der in irgend einem Pipelineabschnitt installierte erfindungsgemäße Rohrschieber eine einfache Steuerung des Flusses der durch die in die Wand der feststehenden Hülse 10 gebohrten Ventilöffnungen 11 und 12 in den Enterregungstank 7 und gegen das Auslaßrohr 2 strömenden Fluidmenge durch entsprechende Steuerung der Länge des aus dem Zylinder 21 herausragenden Kolbens 20 aufgrund der Druckeinheit 23 ermöglicht.
Die wie oben aufgebaute Innenhülse 14 ist beim erfindungsgemäßen Rohrschieber innerhalb des zuerst sich öffnenden Ventilabschnitts der feststehenden Hülse 10 angeordnet, an welchem der Druckunterschied zwischen dem stromaufwärtsgerichteten und dem stromabwärtsgerichteten Ende der feststehenden Hülse 10 den größten Betrag aufweist und folglich die Geschwindigkeit des durch die in die ümfangswand der feststehenden Hülse 10 gebohrten öffnungen oder Löcher in den Behälter 7 strömenden Fluidums den höchsten Wert besitzt, wodurch die Reduzierung der Strömungsgeschwindigkeit des durch die den oben angegebenen ersten Ventilöffnungsquerschnitt bildenden öffnungen 13 der Innenhülse 14 und die öffnungen 11 der feststehenden Hülse 10 in den Enterregungsbehälter 7 strömende Fluidum, wie durch die Kurve 31 in Figur 5 dargestellt, auf einen geringeren Wert ermöglicht wird, als den durch Kurve in Figur (5) angegebenen Verlauf des bekannten Rohrschiebers. Infolge davon wird der Kavitationsindex am anfänglichen Ventilöffnungsquerschnitt, wie durch Kurve 33 in Figur 6 gezeigt, auf
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einen kleineren Wert (ungefähr 0,45) reduziert, als derjenige (ungefähr 0,6) durch Kurve 34 angezeigte des bekannten Rohrschiebers .
Ein unter Verwendung des erfindungsgemäßen Rohrschiebers aufgebauter Pipelineabschnitt verhindert somit vorteilhaft das Entstehen der bei Verwendung des bekannten Rohrschiebers sich entwickelnden Kavitation beim öffnen des Ventils.
Wie in Kurve 34 in Figur 6 verdeutlicht, besitzt der bekannte Rohrschieber über seinem gesamten Ventilöffnungsquerschnitt einen Kavitationsindex von ungefähr 0,6.
Die in Figur 6 dargestellten Kurven 35 und 36 zeigen jeweilig die Kavitationindizes der bekannten Keilschieber- und Drosselventile. Wie aus diesen Kurven 35 und 36 hervorgeht, ist bei konventionellen Keilschieber- und Drosselventilen von Nachteil, daß ihre Kavitationindizes jeweils einen größeren Wert besitzen, wenn der Ventilöffnungsbetrag erhöht wird sowie, daß jedes dieser Ventile einen beträchtlich größeren Wert von ungefähr 2,5 bis 3r0 sogar bei einem anfänglichen Ventilöffnungsabschnitt mit kleinstem Wert als demjenigen des oben benannten Rohrschiebers besitzt.
Weiter sind im erfindungsgemäßen Rohrschieber die erwähnten kleinen kegeligen Löcher 11 lediglich in dem Wandabschnitt der feststehenden Hülse 10 ausgebildet, welche ungefähr 70 % der Gesamtlänge der feststehenden Hülse beginnend vom rückwärtigen Teil oder dem auslaßseitigen Ende ausmacht, und sind das oder die rechteckigen Fenster 12 im verbleibenden Wandabschnitt der feststehenden Hülse 10, welcher ungefähr 30 % der Gesamtlänge ausmacht, derartig
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ausgebildet, daß ihr gesamter oberer Flächenöffnungsbereich im wesentlichen denselben Wert besitzt, wie derjenige der jeweiligen Löcher 11, wie es durch Kurve 37 in Figur 7 verdeutlicht ist.
Bei experimentellen Versuchen hat es sich gezeigt, daß der erfindungsgemäße Rohrschieber sogar dann eine bestmögliche Strömungssteuerung über den gesamten Ventilöffnungsbereich gewährleistet, wenn er in einem Pipelineabschnitt mit einem außerordentlich großen Rohrverlustkoeffizienten von beispielsweise ungefähr 200, sowie, wenn er in einem Pipelineabschnitt mit einem relativ geringen Rohrverlustkoeffizienten eingebaut wird.
Der bekannte Rohrschieber, bei dem in Spiralform von im wesentlich gleicher Ganghöhe über der gesamten ümfangswand lediglich eine Vielzahl von kleinen kegeligen Löchern (siehe Kurve 38 in Figur 7) ausgebildet sind, weist den Nachteil auf, daß die Änderung des Strömungsbetrages des durch das Ventil fließenden Fluidums bei einem außerordentlich kleinem Ventilöffungsbereich desto größer ist, je größer der Rohrverlustkoeffizient des Pipelineabschnitts ist, in dem das Ventil angeordnet ist, und daß folglich der Strömungsbetrag über den verbleibenden größten Ventilöffnungsbereich fast nicht geändert wird(siehe Figur 9).
Insbesondere dort, wo der bekannte Rohrschieber mit dem oben angegebenen Aufbau in einem Pipelineabschnitt mit einem relativ kleinen Rohrverlustkoeffizienten, beispielsweise weniger als ungefähr 20, eingebaut ist, kann eine sehr gute Strömungssteuerung erzielt werden, wohingegen dort, wo es in einem Pipelineabschnitt mit einem Rohrverlustkoeffizienten von ungefähr 50
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eingebaut wird, ungefähr 90 % des gesamten und zu steuernden Fluidums bei einem Ventilöffnungsquerschnitt von ungefähr 20% ausgeströmt ist, und wo es in einem Pipelineabschnitt mit .einem Rohrverlustkoeffizienten von ungefähr 200 eingebaut ist, ungefähr 95 % des gesamten zu steuernden Fluidums bei einem Ventilöffnungsabschnitt von ungefähr 20 % ausgeströmt ist.
Weiter, ist der erfindungsgemäße Rohrschieber derart angeordnet, daß die Hin- und Herbewegung der beweglichen Hülse 9 gegenüber der feststehenden Hülse 10 nicht unmittelbar von außerhalb der Pipeline gesteuert wird, sondern durch den durch Fluidumdruck gesteuerten Zylinder 21 innerhalb der Pipeline geregelt wird.
Deshalb kann der erfindungsgemäße Rohrschieber sogar vorteilhaft in jeder Pipeline eingebaut werden, wo das Einlaßrohr 1 koaxial zum Auslaßrohr 2 angeordnet ist (siehe Figur 1).
In Figur 10 ist eine zum Teil aufgebrochene perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der feststehenden Hülse dargestellt.
Diese feste Hülse 101 weist denselben Aufbau wie die in den Figuren 1 und 4 dargestellte feststehende Hülse 10 auf, außer daß die Innenhülse durch einen vielsttifigen (in diesem Beispiel zweistufigen) Aufbau aus Hülsen 141 und 142 ersetzt ist, welche jeweilig an beiden Enden offene, im wesentlichen gleiche Längen und verschiedene Durchmesser anstelle der einzigen Innenhülse 10 nach Figur 1 und 4 aufweisende Hohlzylinder beinhalten.
Die in Figur 1O den Bauteilen der Figur 4 entsprechenden Teile sind durch die gleichen Bezugszeichen angegeben, wobei deren Beschreibung nachfolgend weggelassen wurde.
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Bei Verwendung der vielstufigen Innenhülsen 141 und 142 ist es erforderlich, daß die jeweiligen ringförmigen Stützplatten 151 und 152 derart geneigt sind, daß ihre verschiedenen spitzen Winkel gegen den hinteren Teil oder des auslaßrohrseitige Ende der feststehenden Hülse 101 gerichtet sind, so daß der gesamte Öffnungsbereich der jeweilig in die Wand einer jeden der Innenhülsen 141 und 142 gebohrten kleinen konischen Löcher 13 im wesentlichen den gleichen Wert besitzt, wie derjenige, der jeweiligen in dem Wandabschnitt der feststehenden Hülse 101 ausgebildeten Löcher 11, welche der entsprechenden Innenhülse 141 oder 142 gegenüberliegen.
Der mit dem feststehenden Rohrschieber 101 ausgestattete Rohrschieber zeigt im wesentlichen die gleiche Wirkung, wie der Rohrschieber mit der feststehenden Hülse 10, wie in den Figuren 1 und 4.
In Figur 11 ist eine schematische Querschnittsansicht eines mit einem Rohrschieber gemäß der Erfindung ausgerüsteten Pipelineabschnitts dargestellt.
Die Ausführungsform nach Figur 11 weist denselben Aufbau wie die der Figur 1 auf, mit der Ausnahme, daß eine Einrichtung zur Hin- und Herbewegung der beweglichen Hülse 9 gegenüber der Längsachse der feststehenden Hülse 10 mit dem nachfolgend beschriebenen Getriebeaufbau 40 anstelle des druckgesteuerten Zylinders 21 ausgerüstet ist.
Der Getriebeaufbau 40 beinhaltet eine langgestreckte Steuerstange 43, deren größter Teil innerhalb des Führungsrohres 4, der feststehenden Hülse 10 und einem Gehäuse 171 ähnlich dem oben erwähnten Zylindergehäuse 17 angeordnet ist, wobei die Steuerstange 43 zentrisch darin ausgerichtet ist und entlang diesem Bauteilen
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hin- und herbewegt werden kann. Der dem Ein laß rohr zugewandte Abschnitt ist über eine Vielzahl von Platten 41 mit dem Vorderteil oder dem Innenwandabschnitt in der Nähe des Einlaßrohres der beweglichen Hülse 9 befestigt, wohingegen der hintere und dem Auslaß zugewandte Ende der Steuerstange 43 mit einem Gewinde 42 ausgebildet ist, wobei die Länge der Gewindeausbildung im wesentlichen gleich dem Bewegungshub der beweglichen Hülse 9 ist. Weiter beinhaltet der Getriebeaufbau eine Gewindemutter 46, in deren Inneren eine mit dem Gewinde 42 zusammenwirkende Gegenverschraubung 44 ausgebildet ist und an deren Außenseite eine Verschraubung 45 aufgebracht ist, ein erstes Kegelrad 54 mit einer an beiden Enden offenen zylindrischen Hohlform und einem großen Kopfteil 48, in dessen Außenwand Kegelzähne 47 ausgebildet sind und in dessen Innenwand die Gewindemutter durch eine Sperrmutter 49 verschraubt ist. Auf dem Schaftabschnitt 50 des Kegelrades 54 ist ein Hohlzylinder 52 mit einer Vielzahl von radial nach außen ragenden an der Innenwand des Gehäuses 171 befestigten Platten 51 durch eine Sperrmutter 53 befestigt. Koaxial in einem vertikalen Hohlzylinder 55 ist drehbar eine Steuerstange 59 angeordnet, wobei das untere Ende des Hohlzylinders 55 von der Außenseite des Pipelineabschnitts durch einen Enterregungsbehälter 71 zum Gehäuse 171 reicht und flüssigkeitsdicht befestigt ist. Auf dem unteren Ende der Steuerstange 59 befindet sich ein zweites Kegelrad 57 und wird durch einen Keil 58 gehalten. Das zweite Kegelrad 57 besitzt eine an den Enden offene zylindrische Hohlform und die Verzahnung 56 des Kegelrades 57 wirkt mit der Verzahnung 45 des ersten Kegelzahnrades 54 zusammen.
Der Figur 1 entsprechende Bauteile in Figur 11 sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, jedoch nachfolgend in der Beschreibung ausgelassen.
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Der Getriebeaufbau 40 bewirkt ähnlich wie der druckgesteuerte Zylinder 21 die Hin- und Herbewegung der beweglichen Hülse 9. Dazu wird die Steuerstange 59 im Uhrzeiger- oder Gegenuhrzeigersinn von Hand oder über einen Antrieb gedreht.
Selbstverständlich sind darüberhinaus eine Reihe von Abänderungen möglich. Beispielsweise sind in den Ausführungsformen nach den Figuren 1 und 11 die bewegliche Hülse 9 und die feststehende hülse 10 so ausgebildet, daß sie innerhalb eines in der Mitte eines Pipelineabschnitts angeordneten Ventilgehäuses angeordnet werden.
Die bewegliche Hülse 9 und die feststehende Hülse 10 können jedoch wie in Figur 12 ausgebildet sein und innerhalb eine hohlen kastenförmigen Behälters 61 angeordnet sein, welcher an einem Endabschnitt einer Pipeline 62 angeschlossen ist und welcher die Speicherung eines Fluidums 63 (in diesem Beispiel Wasser) nach Flußsteuerung durch den erfindungsgemäßen Rohrschieber mit der beweglichen Hülse 9 und der festen Hülse 10 erlaubt.
Die Seitenwand des Behälters 61 ist mit einer öffnung 64 zur Einführung des Endabschnitts der Pipeline 62 in den Behälter ausgebildet und eine weitere Seitenwand ist mit einer Oberströmöffnung 65 versehen.
Der Endabschnitt, der in den Behälter 61 eingeführten Pipeline 62 ist in Vertikalrichtung abgebogen und am unteren Ende des Führungsrohres 4 abgeschlossen, welches in Vertikalrichtung im wesentlichen in der Mitte des Behälters 61 angeordnet ist und in dem die bewegliche Hülse 9 in ihrer Längsrichtung verschiebbar angeordnet ist. Die'ortsfeste Hülse 10 ist am oberen Ende des Führungsrohres 4 mittels Stützarmen 66 angeordnet. Eine auf- und abbewegliche langgestreckte Stange 67 ist durch
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die obere Wand des Behälters in den Behälter 61 eingeführt, wobei, das untere Ende der Stange 67 durch eine Anzahl von in engem Abstand zueinander angeordneten Platten 68 an der unteren Innenwand der beweglichen Hülse 9 befestigt ist.
Damit ist in ähnlicher Weise wie in den Ausführungsforme η der Figuren 1 und 11 eine Regelung der Zuflußmenge des durch die Pipeline 62 in den Behälter 61 eingeführten und über die öffnung 65 abströmenden Wassers aufgrund der wahlweisen Auf- und Abbewegung der Stange 67 zur Schließung der jeweiligen in der ümfangswand der ortsfesten Hülse 10 ausgebildeten öffnungen 11 und 12, möglich.
- Patentansprüche -
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Claims (21)

  1. Patentansprüche
    In einem Mitten- oder Endabschnitt einer Pipeline angeordneter Rohrschieber mit einer ortsfesten, hohlzylinderförmigen, an ihrem Einlaß- und Auslaßende offenen und in ihrer Wand mit einer Vielzahl von öffnungen versehenen Hülse, sowie mit einer beweglichen, hohlzylinderförmigen, an beiden Enden offenen und wahlweise gegen die ortsfeste Hülse hin- und herbewegbaren, dabei die öffnungen in der Wand der ortsfesten Hülse selektiv verschließenden Hülse, dadurch gekennzeichnet, daß koaxial innerhalb der ortsfesten Hülse (10) eine hohlzylinderförmige, an ihrem Einlaßende offene und ähnlich der ortsfesten Hülse in ihrer .Wand eine Vielzahl von öffnungen (13) aufweisende Innenhülse (14) angeordnet ist, und daß ein oder mehrere ringförmige Platten (15) vorgesehen sind, welche in im wesentlichen gleichen Abstand voneinander zwischen Außenwand der Innenhtilse (14) und dem der Innenhülse gegenüberliegenden Innenwandabschnitt der ortsfesten Hülse (107 ) angeordnet sind.
  2. 2. Rohrschieber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenhülse (14) einen kegelstumpfförmigen Hohlzylinder mit einer Länge von ungefähr 30 % der ortsfesten Hülse (10) und einer derart geneigt ausgebildeten Wand beinhaltet, daß der gesamte Öffnungsquerschnitt an der äußeren Oberfläche der sich in dem durch jede der platten (15) begrenzten Wandabschnitt des Kegelstumpfes befindenden öffnungen (13) im wesentlichen die gleiche Größe aufweist, wie der Querschnitt der jeweiligen öffnungen im durch die entsprechende Platte (15) begrenzten Wandabschnitt der ortsfesten Hülse (10).
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  3. 3. Rohrschieber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenhülse (14) vielstufige und im wesentlichen die gleiche Länge aufweisende Hohlzylinder mit einer Gesamtlänge von
    . 30 % der ortsfesten Hülse und derart unterschiedlich ausgebildeten Durchmessern beinhaltet, daß an der äußeren Fläche der gesamte Öffnungsquerschnitt der jeweiligen sich in der Wand eines jeden der Zylinder befindenden öffnungen (13) die gleiche Größe aufweist, wie der Querschnitt der jeweiligen öffnungen im durch die entsprechende Platte (15) begrenzten und dem entsprechenden Zylinder zugewandten Wandabschnitt der ortsfesten Hülse (10).
  4. 4. Rohrschieber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen in der Wand der ortsfesten Hülse (10) derart ausgebildet sind, daß ihr gesamter Öffnungsquerschnitt pro Längeneinheit an ihrer Einlaßseite größer als im übrigen Abschnitt der ortsfesten Hülse (10) ist.
  5. 5. Rohrschieber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen im einlaßseitigen Wandabschnitt der ortsfesten Hülse (10) kleine Löcher (11) aufweisen, welche in einer Ganghöhe von im wesentlichen 2 χ damem Durchmesser eines jeden der kleinen Löcher (11) in Zichzackform angeordnet sind, und daß die öffnung oder öffnungen im übrigen Wandabschnitt der ortsfesten Hülse (10) ein großes Loch oder Löcher (12) aufweisen, welche größer als jedes der kleinen Löcher sind.
  6. 6. Rohrschieber nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das große Loch (12) einen durch das vordere oder einlaßseitige Ende der ortsfesten Hülse (10) und dem hinteren oder auslaßseitigen Ende der beweglichen Hülse (9) begrenzten Raum beinhaltet.
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  7. 7. Rohrschieber nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die kleinen Löcher (11) in dem Wandabschnitt der ortsfesten Hülse (10) ausgebildet sind, welcher ausgehend vom hinteren oder auslaßseitigen Ende der ortsfesten Hülse 70 % deren Länge mißt, und daß das große Loch oder Löcher (12) derart im verbleibenden ungefähr 30 % der Länge der Hülse messenden Wandabschnitt der ortsfesten Hülse (10) ausgebildet sind, daß an der äußeren Fläche der gesamte Öffnungsquerschnitt im wesentlichen die gleiche Größe wie der der kleinen Löcher aufweist.
  8. 8. Rohrschieber nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der kleinen Löcher (11) düsenförmig ausgebildet ist und deren Durchmesser der Löcher an der Außenfläche bei Nominaldurchmesser d eines Pipelineabschnxtts, in den der Rohrschieber eingebaut ist, und bei einem Steigungswinkel Θ der kleinen Löcher im wesentlichen gleich dem durch die Formel tsn& · & gegebenen Wert ist, wobei der Durchmesser
    2
    d2 an der Innenfläche unter einem Kegelwinkel von ungefähr
    11° 30« ausgebildet ist.
  9. 9. Rohrschieber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ortsfeste und bewegliche Hülse (10 und 9) innerhalb eines im Mittenabschnitt einer Pipeline angeschlossenen Ventilgehäuses (3) angeordnet sind.
  10. 10. Rohrschieber nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Hin- und Herbewegung der beweglichen Hülse (9) über deren Länge durch eine Steuereinrichtung innerhalb des Ventilgehäuses (3) geregelt wird.
  11. 11. Rohrschieber nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,, daß die
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    Steuereinrichtuns einen durch Druck des Fluidums gesteuerten Zylinder (21) aufweist.
  12. 12. Rohrschieber nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung einen Getriebeaufbau (40) aufweist.
  13. 13. Rohrschieber nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
    das Ventilgehäuse (3) ein hohlzylinderförmiges, an beiden Enden offenes, mit einem Ende am einlaßseitigen Ende der Pipeline angeschlossenes Führungsrohr (4), in welchem die bewegliche Hülse
    (9) verschiebbar angeordnet ist, sowie einen Enterregungsbehälter (7) aufweist, innerhalb welchem die ortsfeste Hülse (10) koaxial angeordnet ist und welcher einen topfförmigen Abschnitt (5), dessen ringförmiges Bodenteil am anderen Ende des Führungsrohres (4) angeschlossen ist, und einen Hohlzylinderabschnitt beinhaltet, welcher sich vom oberen ringförmigen Rand des topfförmigen Abschnitts gegen das auslaßseitige Ende erstreckt, und daß das Ventilgehäuse (3) ein hohles kegelstumpfförmig gestaltetes in einer Richtung sich verengendes Rohr (8) aufweist, dessen unterer Rand am Rand des Hch lzylinderabschnitts des Enterregungsbehälters (7) und dessen oberer Rand am Ende einer Pipeline angeschlossen ist.
  14. 14. Rohrschieber nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das gemeinsam das Ventilgehäuse (3) darstellende Führungsrohr (4), Enterregungsbehälter (7) und Rohr (8) koaxial in bezug auf den Einlaß und Auslaß einer Pipeline angeordnet sind.
  15. 15. Rohrschieber nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Enterregungsbehälters (7) ungefähr eineinhalb bis zweimal so groß wie der der ortsfesten Hülse (10) ist.
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  16. 16. Rohrschieber nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangswand des sich in einer Richtung verjüngenden Rohrs (8) einen Neigungswinkel von ungefähr 20° bis 30° in bezug auf die Rohrachse aufweist.
  17. 17. Rohrschieber nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Führungsrohres (4) im wesentlichen gleich dem Nominaldurchmesser d der Pipeline und die Länge des Führungsrohrs (4) im wesentlichen gleich der Länge der beweglichen Hülse (9) ist.
  18. 18. Rohrschieber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ortsfeste und die bewegliche Hülse (10 und 9) innerhalb eines hohlen kastenförmigen Behälters (61) angeordnet sind, welcher an den Endabschnitt einer Pipeline angeschlossen ist und in welchem das Fluidum nach Flußsteuerung durch den Rohrschieber aufgenommen wird.
  19. 19. Rohrschieber nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (61) eine in einer vorbestimmten Wand ausgebildete öffnung (64) zur Aufnahme des Endabschnitts der Pipeline sowie einen Auslaß- oder eine Oberströmöffnung (65) in einer vorbestimmten Seitenwand aufweist.
  20. 20. Rohrschieber nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Hülse (9) verschiebbar innnerhalb eines Führungsrohres (4) angeordnet ist, welches mit seinem unteren Ende am in Vertikalrichtung umgebogenen Ende der Pipeline innerhalb des Behälters (61) angeschlossen ist, und daß die ortsfeste Hülse (10) am oberen Ende des Führungsrohres (4) koaxial zum Führungsrohr (4) und zur beweglichen Hülse (9) angeordnet ist.
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  21. 21. Rohrschieber nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet/ daß die bewegliche Hülse (9) durch eine Vielzahl von im engen Abstand zueinander angeordneten Platten (68) an das untere •Ende einer langgestreckten hin- und herverschiebbaren und in den Tank durch eine obere Wand eingeführten Stange 67 befestigt ist, wodurch die jeweiligen öffnungen in der Umfangswand der ortsfesten Hülse (10) durch die Hin- und Herbewegung der Stange(67) selektiv schließbar sind.
    Starnberg, den 16. August 19 76/1062
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    Le e rs eι τe
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