DE273048C

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Publication number: DE273048C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 42c. GRUPPE

ANTON GAGG in ZÜRICH.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 30. April 1912 ab.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Übertragung der Höhenschwankungen eines Flüssigkeitsspiegels in einem hohen Behälter auf tiefer gelegene Meß- oder Regelungsvorrichtungen und beruht darauf, daß aus dem Behälter mittels einer Leitung mit besonders geformter und besonders angeordneter Eintrittsmündung Flüssigkeit in ein Hilfsgefäß ein- und aus demselben wiederum abfließt,

ίο und zwar derart, daß sich die Flüssigkeit im Hilfsbehälter der Hauptsache nach in Abhängigkeit von der Höhenlage des Flüssigkeitsspiegels im Hauptbehälter staut, ohne aber zugleich auch unter dem Einfluß des Höhenunterschiedes zwischen Behälter und Meßvorrichtung zu stehen, wie dies bei bekannten Vorrichtungen der Fall ist. Die Stauhöhe im Hilfsgefäß ist einmal abhängig von der Größe der Austrittsöffnung des Hilfsgefäßes. Wird diese Austrittsöffnung konstant gehalten, so ist die Stauhöhe nur noch abhängig von der in der Zeiteinheit in das Hilfsgefäß eintretenden Menge. Wird diese Menge durch geeignete Formgebung und An-Ordnung der Eintrittsmündung der Leitung in Abhängigkeit gebracht von der Höhenlage des Flüssigkeitsspiegels, so ist somit die Stauhöhe im Hilfsgefäß ein ganz bestimmtes Maß für den Flüssigkeitsstand im Hauptgefäß. Dieses Maß ist im Gegensatz zu bekannten Vorrichtungen genau das gleiche, ob der Behälter sich um einige oder viele hundert Meter über der Meß- und Regelvorrichtung befindet. Macht man diese Stauhöhe beispielsweise mittels Glaswandungen nach außen sichtbar oder überträgt sie auf besondere Meßvorrichtungen, so kann an der Stauhöhe unter Verwendung eines entsprechenden Maßstabes die Höhenlage im Hauptbehälter jederzeit abgelesen werden. Man hat es auch in der Hand, durch geeignete Zwischenübertragungen graphische Aufzeichnungen über den zeitlichen Verlauf des Flüssigkeitsspiegels im Hauptbehälter zu machen. Der statische Drück der Stauhöhe im Hilfsgefäß kann ferner übertragen werden auf Hilfskraftmaschinen (Servomotoren), welche Regelungsvorrichtungen für möglichste Konstanthaltung des Flüssigkeitsspiegels im Hauptgefäß oder solche für das Anlassen oder Abstellen von Kraftmaschinen, Pumpen, Akkumulierungsanlagen usw. betätigen.

Durch geeignete Formgebung und Anordnung der Eintrittsmündung der Leitung und durch entsprechende Formgebung des AustrittsqUerschnittes des Hilfsgefäßes sowie des Querschnittes dieses Gefäßes selbst kann gewünschtenfalls genau lineare Abhängigkeit der Stauhöhe vom Stand des Flüssigkeitsspiegels im Hauptbehälter erreicht werden, und zwar in verkleinertem oder vergrößertem oder auch in genau gleichem Maßstabe, je nachdem die Austrittsöffnung größer, kleiner oder gleich der Eintrittsöffnung ist. Die Vergrößerung der Stauwirkung ist ganz besonders wichtig, beispielsweise für die Erzielung eines möglichst gleichbleibenden Wasserspiegels. Will man einen ganz besonders vergrößerten Maßstab

erzielen, so kann zweckmäßigerweise an die Ausfluß Öffnung des Hilfsbehälters ein Doppelkonus (Venturirneter) angeschlossen werden, in dessen engstem Querschnitt ein Unterdruck gegenüber dem Endquerschnitt entsteht. Durch geeignete Hintereinanderschaltung dieses Unterdruckes und des im Hilfsgefäß sich bildenden Staudruckes kann eine Wirkung erzielt werden, welche um ein Vielfaches höher'ist

ίο als die unmittelbare Wirkung der Schwankung des Flüssigkeitsspiegels im Hauptbehälter.

Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele in schematischer Darstellung.

In Fig. ι schwanke in dem Behälter ι der Flüssigkeitsspiegel zwischen der tiefsten Lage A₀ bis zur Lage A₁. Diese Schwankung soll in einem vergrößerten Maßstabe an einem Meßrohr abgelesen werden. Zu diesem Behufe wird in den Behälter 1 ein Standrohr 2 eingebaut und an dasselbe unten ein Glasrohr 3 angeschlossen. Letzteres trägt unten ein Ventil 4. In dem Standrohr 2 befindet sich in der Höhenlage A₀ eine Bohrung 5, durch welche Flüssigkeit, z. B. Wasser, aus dem Behälter 1 in das Standrohr 2 und also auch in die Glasröhre 3 eindringen kann. Je höher der Wasserspiegel über der Bohrung 5 liegt, um so mehr Wasser fließt in der Zeiteinheit in das Standrohr 2 hinein. Durch geeignete Einstellung des Ventiles 4 kann erreicht werden, daß sich in der Glasröhre 3 eine Stauhöhe H₁ bildet, wenn sich im Hauptbehälter 1 als Beharrungszustand der Wasserspiegel in der Höhe A₁ einstellt. Sinkt der Wasserspiegel von der Höhenlage A₁ gegen A₀ hinunter, so sinkt auch die Stauhöhe im Glase 3 von der Höhenlage H₁ gegen H₀ hinunter. Würde man im Staurohr 2 nur eine einzige Bohrung 5 anbringen, so wäre das Verhältnis zwischen der Änderung des Wasserspiegels im Behälter 1 und der Stauhöhe im Glasrohr 3 ein von einem linearen abweichendes, was in den wenigsten Fällen erwünscht ist. Man kann das Verhältnis mit beliebiger Annäherung zu einem linearen gestalten, wenn man in dem Standrohr 2 über der Bohrung 5 noch weitere Bohrungen anbringt, wie dies in Fig. 1 eingezeichnet ist. Statt des Ventiles 4 kann eine Drosselscheibe mit unveränderlichem Durchflußquerschnitt angebracht werden. Die Fig. 1 stellt eine Meßvorrichtung für den Wasserspiegel im Behälter ι dar, wobei die Höhenschwankung des Wasserspiegels in vergrößertem Maßstabe am Glasrohr abgelesen werden kann, und zwar, wenn gewünscht, in ziemlich genau linearem Verhältnis.

In Fig. 2 ist eine Ausführungsform der Vorrichtung dargestellt, bei der die Höhenschwankung des Wasserspiegels im Behälter 1 auf einen Servomotor 6 übertragen wird, welcher mittels eines Kolbens 7 und der Kurbel 8 eine Welle 9 verdreht und damit in der Lage ist, beispielsweise die Einlaßorgane zu einer Wasserturbine oder den Antriebsmotor einer Pumpe zu steuern. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, enthält in diesem Fall das Standrohr 2 an seinem oberen Ende nicht einzelne Bohrungen wie in Fig. i, sondern einen Längsschlitz, durch welchen das Wasser in das Standrohr 2 einfließen kann. Dieser Schlitz kann so geformt sein, daß zwischen der Höhenschwankung des Wasserspiegels im Behälter 1 und der Stauhöhe genau lineare Proportionalität eintritt. An das untere Ende des Standrohres 2 ist ein T-Stück 10 angeschraubt, welches unten mit dem Zylinder des Servomotors 6 in Verbindung steht und an dessen nach rechts gehendem Schenkel das Venturimeter 11 angebaut ist. Im Beharrungszustand nimmt der Kolben 7 im Servomotor eine bestimmte Lage ein, z. B. die mittlere. Das aus dem Behälter ι in das Standrohr 2 eindringende Wasser staut sich beispielsweise bis zur Höhenlage H_x, und es fließt durch das Venturimeter 11 gerade so viel Wasser nach rechts aus, wie oben in das Standrohr 2 einfließt. An der engsten Stelle 12 des Venturimeters 11 bildet sich gegenüber der Außenluft ein Unterdruck, welcher abhängig ist von' der Durchflußgeschwindigkeit des Wassers, also von der Stauhöhe H_x im Standrohr 2 und somit auch abhängig von der Höhenlage des Wasserspiegels im Behälter i. Von links nach rechts wirkt auf den Kolben 7 der Staudruck H_x und der Unterdruck bei 12, von rechts nach links die Feder 13. Im Beharrungszustand halten sich die auf beiden Seiten des Kolbens 7 wirkenden Kräfte das Gleichgewicht. Steigt nun der Wasserspiegel im Behälter 1 an, so dringt durch den oberen Schlitz mehr Wasser in das Standrohr 2 ein, die Stauhöhe H_x steigt, und damit erfährt der Kolben 7 einen von links nach rechts gerichteten Überdruck. Dieser Überdruck wird noch erhöht dadurch, daß infolge Vergrößerung der Stauhöhe H_x in der Zeiteinheit eine größere Wassermenge durch das Venturimeter ΐτ ausfließt und dadurch der an der engsten Stelle 12 erzeugte Unterdruck vergrößert wird. Die Vergrößerung des Drukkes auf der linken Seite des Kolbens 7 und die Verkleinerung des absoluten Druckes auf der rechten Kolbenseite bewirken zusammen, daß sich der Kolben von links nach rechts bewegt und daß er mittels der Kurbel 8 die Welle 9 verdreht. Dadurch kann beispielsweise eine Wasserturbine mehr geöffnet und somit ihre Leistung dem größeren Wasservorrat ^im Behälter ι angepaßt werden, oder es kann der Antriebsmotor einer Pumpe und damit diese selbst verlangsamt werden. In beiden Fällen kann also der Oberwasserspiegel innerhalb gegebener Grenzen geregelt werden. Wird das

Standrohr 2 nach oben offen gehalten und steigt der Wasserspiegel im Behälter ι über dessen oberen Rand, so staut sich eine viel größere Menge Wasser in dem Standrohr, als durch das Venturimeter ii augenblicklich abfließen kann. Es steigt die Stauhöhe H_x in kürzester Zeit um einen großen Betrag und erwirkt ein rasches und energisches Verschieben des Kolbens 7 im Servomotor 6. Damit ist also eine Art »Schnellschlußvorrichtung« erreicht. Sinkt im Behälter 1 der Wasserspiegel unter die Unterkante des Schlitzes im Standrohr 2, so entleert sich dasselbe vollständig, die Spannung der Feder 13 erreicht das Übergewicht und drückt den Kolben 7 ganz nach links. Hierdurch kann die Wasserturbine abgestellt oder die zu steuernde Pumpe auf hohe Umlaufzahl gebracht werden.

Die in Fig. 2 dargestellte Anordnung kann für den Fall, daß sie als Regelungsvorrichtung für Pumpen dienen soll, auch für einen viel höheren Betriebsdruck ausgebildet werden, als der statischen Wassersäule entspricht. Man kann den Behälter 1 oben schließen und mit Druckluft versorgen, wie in Fig. 3 dargestellt. In diesem Fall empfiehlt es sich, das Venturimeter 12 in einen Behälter 15 auszugießen, in welchem der gleiche Luftdruck herrscht wie über dem Wasserspiegel im Behalter 1. In Fig. 3 ist eine derartige Anordnung schematisch dargestellt. Aus dem an das Venturimeter 11 angeschlossenen zweiten Hilfsgefäß 14 kann die Flüssigkeit unter Vermittelung einer Schwimmvorrichtung 15 abfließen.

In Fig. 4 ist gezeigt, wie die Wirkung der Höhenschwankung des Flüssigkeitsspiegels im Behälter 1 verlangsamt werden kann. Zu diesem Behufe ist an das untere Ende des Standrohres 2 ein in horizontaler Richtung stark erweitertes Gefäß 16 angesetzt, dessen Ausflußmündung 17 beispielsweise so bemessen ist, daß der im Gefäß 16 sich einstellende Flüssigkeitsspiegel nur schwankt zwischen den Grenzen H₃ und H₄, wenn im Behälter 1 der Flüssigkeitsspiegel schwankt zwischen den Grenzen A₃ und A₄. Wegen der Querschnittserweiterung steigt der Wasserspiegel im Gefäß 10 viel langsamer als im Behälter 1. Es tritt eine Art Phasenverschiebung ein.

Durch geeignete Hilfsrohrleitungen kann erreicht werden, daß in dem Standrohr 2 ein Flüssigkeitsstrom zeitweise in entgegengesetzter Richtung fließt, um etwaige Unreinigkeiten wegzuschwemmen. Diese Umschaltung kann gegebenenfalls während des Betriebes und ohne nennenswerte Störungen desselben geschehen, weil sie nur kurze Zeit in Anspruch nimmt. Das Verfahren nach der Erfindung hat den Vorteil, daß keinerlei Hilfspumpen erforderlich sind. Weil in der Hilfsleistung ein stetiger Flüssigkeitsstrom stattfindet, besteht keine Gefahr, daß die Leitung im Winter einfriert, oder daß sich Verunreinigungen in störender Weise ansammeln. Damit auch der Einlauf des Staurohres nicht einfriert, kann derselbe beispielsweise elektrisch geheizt werden.

Claims

Patent-Ansprüche:

1. Vorrichtung zur Übertragung der Höhenschwankungen des Flüssigkeitsspiegels

■ in einem Hochbehälter auf tiefer gelegene Meß- oder Regelungsvorrichtungen, gekennzeichnet durch ein mit dem Hochbehalter (1) durch eine Leitung (2) verbundenes Hilfsgefäß (3), dessen Ausflußöffnung derart eingestellt werden kann, daß sich im Hilfsgefäß eine Stauhöhe bildet, die von der Höhe des Stauspiegels im Hochbehälter abhängig, von dem Höhenunterschied zwischen diesem Behälter und der Meß vorrichtung jedoch unabhängig ist.

2. Ausführungsform der Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch geeignete Formgebung der Eintrittsmündung der Leitung bzw. des Hilfsgefäßes die in demselben sich bildende Stauhöhe in einem linearen Verhältnis steht zur Höhenschwankung des Flüssigkeitsspiegels im Hauptbehälter.

3. Ausführungsform der Vorrichtung nach Anspruch 1 als Regelungsvorrichtung für den Betrieb einer Hilfskraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausflußöffnung des Hilfsgefäßes als Venturimeter ausgebildet ist, so daß der im Venturimeter sich bildende Unterdruck und der im Hilfsgefäß sich bildende Staudruck zusammenwirken.

4. Ausführungsform der Vorrichtung nach Anspruch 1 für hohen Druck, dadurch gekennzeichnet, daß an das Venturimeter ein Hilfsgefäß (15) angeschlossen wird, welches dem gleichen hohen Luftdruck unterstellt wird wie der Hauptbehälter (1).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.