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Vorrichtung zur Regelung der Flüssigkeitssäule geschlossener Behälter,
die veränderlichem Innendruck ausgesetzt sind, wie Wärmespeicher u. dgl. Bei Flüssigkeitsbehältern,
deren Innendruck veränderlich ist, z. B. bei Wärmespeichern u. dgl., ist es häufig
erwünscht, daß die jeweilige Höhe des Flüssigkeitsspiegels in einem ganz bestimmten
Verhältnis zu dem jeweiligen im Behälter herrschenden Druck steht.
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Sollte die Flüssigkeitssäule bei einem bestimmten Behälterdruck aus
irgendeinem Grunde über eine diesemDruck entsprechende Höhe hinaussteigen, so muß
dem Behälter Flüssigkeit entnommen werden, und umgekehrt muß Flüssigkeit zugeführt
werden, wenn die Höhe der Säule dem Behälterdruck nicht mehr entspricht.
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Soll ein solcher Speicher bei der Entladung eine bestimmte berechnete
Dampfmenge abgeben, so muß der Wasserstand im Speicher auf einer ebenfalls genau
berechneten Höhe gehalten werden. Es zeigt sich aber, auch wenn vor der ersten-
Entladung der Wasserstand genau einreguliert war, daß dieser Wasserstand im Betrieb,
d. h. bei mehrmaliger Ladung und Entladung die Neigung besitzt, über den dem jeweiligen
Behälterdruck entsprechenden Normalwert hinauszusteigen oder unter diesen Wert zu
sinken. Diese Neigung der Flüssigkeitssäule ist auf verschiedene Ursachen zurückzuführen.
Ein Grund hierfür ist z. B. die Wärmestrahlung des Speichers. Zufolge Wärmestrahlung
kühlt sich nämlich der Wasserinhalt des Speichers ab, und es muß - um den einem
bestimmten Ladezustand entsprechenden Dampfdruck zu erreichen - dem Speicher eine
größere Ladedampfmenge als berechnet zugeführt werden. Infolgedessen steigt der
Wasserstand im Speicher. Andererseits hat im allgemeinen der Ladedampf pro Kilogramm
größeren Wärmeinhalt als der Entladedampf.
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Der Dampf des Speichers entlädt sich bekanntlich unterDruckabsenkung,
und infolgedessen ist sein Wärmeinhalt während der Entladung im Mittel niedriger
als der Wärmeinhalt des trocken gesättigtenDampfes beim höchsten Speicherdruck.
Außerdem besitzt der Ladedampf im allgemeinen einen höheren Druck als der höchste
Speicherdruck, und er ist außerdem vielfach überhitzt, weshalb in der Regel der
Wärmeinhalt des Ladedampfes höher als der des Entladedampfes ist. Das hat zur Folge,
daß dem Speicher durch jedes Kilogramm Ladedampf eine größere Wärmemenge zugeführt
wird. Infolgedessen bedarf es für eine gewisse Entladedamgfmenge nicht der gleichen
Ladedampfmenge, was zur Folge hat, daß der
Wasserstand während des
Betriebes sinkt. Je nachdem nun der eine oder der andere der obengenannten Faktoren
überwiegt, wird der Wasserstand im Speicher allmählich steigen oder sinken. Wird
der Speicher verhältnismäßig selten entladen, so hat infolge der Strahlungsverluste
der Wasserstand die \ eigang, zu steigen; wird er dagegen öfter entladen, so zeigt
der Wasserstand die Neigung, zu fallen, weil dem Speicher durch den Dampf mehr Wärme
entnommen als zugeführt wird. Nur ausnahmsweise lieben sich diese Einflüsse gegenseitig
so auf, daß der Wasserstand in bezug auf den Druck seinen richtigen Wert beibehält.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Wasserstand derartiger Behälter
selbsttätig in ein ganz bestimmtes Verhältnis zu dein jeweiligen in dein Behälter
herrschenden veränderlichen Druck gebracht.
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Dies wird ini wesentlichen dadurch erreicht, daß die Stellungsdes
den Wasserstand in bekannter Weise regelnden Organs (Schwimmers o. dgl.) gleichzeitig
durch den @-eränderlichen Behälterdruck beeinflußt wird.
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Zu diesem Zweck kann beispielsweise der Schwimmer derart finit einem
unter dein Einfluß des Behälterdruckes stehenden Kolben verbunden sein, daß zwischen
Schwimmer und Kolben Gleichgewicht herrscht, solange die Höhe der Flüssigkeitssäule
im richtigen Verhältnis zum Behälterdruck steht, während bei Abweichungen von der
normalen Höhe der Flüssigkeitssäule die eine oder die andere Kraft @Schwininier
bz«-. Kolben) überwiegt und eine Regulierung der Flüssigkeitssäule bewirkt, so daß
diese sich «-feder auf einen zum Druck itn Behälter normalen Wert einstellt.
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Durch diese Einrichtung wird erreicht, daß bei höchstem Speicherdruck,
d. h. bei Ladezustand, hoher Wassertand vorhanden ist, und daß nach erfolgter Entladung
und infolgedessen niedrigem Speicherdruck auch der Wasserstand seinen niedrigsten
Wert hat. Liegt der Speicherdruck zwischen diesen beiden Grenzen, so nimmt auch
der Wasserstand den entsprechenden Zwischenwert an.
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Die Erfindung sei an Hand der beiliegenden Abb. r bis 7, die sieben
Ausführungsformen des Erfindungsgedankens darstellen, näher erläutert.
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I n Abb. z bezeichnet a einen kleineren Flüssigkeitsbehälter, der
mittels der Rohranschlüsse h und c finit einem größeren Behälter, dessen Flüssigkeitssäule
geregelt werden soll, in Verbindung steht. Dadurch, daß diese Behälter durch kommunizierende
Röhren miteinander verbunden sind, ist der Wasserstand in beiden Behältern gleich
hoch. d bezeichnet einen Schwimmer, e einen Kolben, atif dessen eine Seite der P)eliiiltei-druclc
einwirkt, während seine andere. Seite unter lconstantein Druck - ini vorliegenden
Fall unter dein Atmosphärendruck - steht. Der Schwininier d und der Kolben e sind
durch die Feder f verbunde:i. Am Kolben eist eine Stange g mit einem
Mitnehmer lt. befestigt. Der Behälter ist mit einem Ablaufrohr i- und einem Zulaufrohr
k versehen, in dem das Ventil 1 bzw. das Ventil ni aneordnet ist. Die Ventile «-erden
mittels der' Hebelarme a bz«-. o betätigt. Sie bleiben geschlossen. wenn diese Hebelarme
durch die Federn bz«-. (j gegen die Anschlüge r- bzw. s gedrückt werden.
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Die Anlage arbeitet auf folgende Weise: Ist die Höhe der Flüssigkeitssäule
normal ini Verhältnis zum Druck im Behälter, so ist dich ain Schwimmer d aufwärts
wirkende Kraft ebenso groß wie der auf den Kolben e wirkende Druck. In der Feder
f tritt dabei eine diesen Kräften entsprechende Spannung auf, und diese Spannung
ändert sich ganz je nach-<lein, wie sich die Flüssigkeitssäule und der Druck
ini Behälter ändern. Solange jedoch die einem gewissen Druck im Behälter entsprechende
normale Flüssigkeitssäule vorhanden ist, wird sich Kolben c weder in der einen noch
in cier anderen Richtung bewegen. Sollte nun aus irgendeiner Ursache die Flüssigkeitssäule
über ihre normale Höhe steigen, so wird clie Auftriebskraft des Schwimmers d größer
als die Kraft, welche am Kolben c abwärts \%-irkt. Infolgedessen bewegt sich der
Schwiniiner nach oben, wobei er den Kolben t# mit-»iinnit, der mittels des Gestänges
@, il das Ventill öffnet, worauf die Flüssigkeit cluich den Ablauf i ausströmt.
Entsprechend dein Sinken der Flüssigkeitssäule wird der Kolben e nach unten verschoben,
bis er - wenn c,ie Flüssigkeitssäule auf ihre normale Höhe gesunken ist - seine
frühere Stellung wieder einnimmt. Sollte die Flüssigkeitssäule ini Behälter niedriger
sein als die, welche normal dein augenblicklich im Behälter herrschenden Druck entspricht,
so wird der auf den Kolben e ausgeübte Druck die am Schwimmer (1
aufwärts
wirkende Kraft überwiegen und der Kolben e bei seiner Abwärtsbewegung das Ventil
trr öffnen, so daß dein Behälter durch die Leitung k Flüssigkeit zugeführt wird.
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Abb. 2 veranschaulicht eine andere Ausführungsforrn der Erfindung.
a. bezeichnet - wie vorher - einen Behälter, welcher mittels der Rohranschlüsse
1) und c mit einem anderen Behälter verbunden sein niag, e ist der Kolben und d
der Schwimmer, zwischen denen die Feder f angeordnet ist. Dieser Schwimmer d betätigt
in diesem Falle den Hebelarm t, der mit der Feder f verbunden ist.
Der .Kolben e betätigt mittels der
Stange g, des Hebelarmes u und
der Stange v den Steuerschieber x, der bei normaler Flüssigkeitssäule die Verbindung
des Behälters mit dem Zulauf k und Ablauf i unterbricht.
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Bei im Verhältnis zum augenblicklich im Behälter herrschenden Druck
normaler Flüssigkeitssäule wird - in Übereinstimmung mit dem, was zu Abb. i beschrieben
wurde -der Kolben e sich weder in der einen noch in der anderen Richtung bewegen.
Der Steuerschieber x steht daher in der gezeichneten Stellung. Sollte aus irgendeiner
Ursache die Flüssigkeitssäule im Behälter über die normale Größe steigen, so wird
der Kolben e nach unten gezogen, wodurch durch die Stange g, den Hebela:-m u und
die Stange v der Steuerschieber x nach oben bewegt und Flüssigkeit durch
den Ablauf i abgezapft wird. Sollte dagegen die Flüssigkeitssäule unter den normalen
Wert sinken, so bewegt sich der Kolben e aufwärts und bewegt den Steuerschieber
x nach unten, wobei dem Behälter durch den Zulauf k Flüssigkeit zugeführt wird.
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Bei der Ausführungsform nach Abb. 3 ist der Kolben e durch eine Membran
y ersetzt. Die in der vorigen Abbildung mit f bezeichnete Feder ist bei dieser Ausführungsform
durch eine Druckfeder z ersetzt. Diese Feder ist mittels Mutter 3 1 verstellbar,
um eine geIV isse Müssigkeitssäule auf einen gewissen Druck im Behälter einregulieren
zu können. Die Membran y ist durch die Stange g mit dem Steuerschieber x verbunden,
der die Verbindung des Behälters mit dem Ablauf i bzw. Zulauf k vermittelt,
falls die Flüssigkeitssäule über die normale Höhe steigen bzw. unter die normale
Höhe sinken sollte. Die Arbeitsweise der Einrichtung dürfte ohne weiteres aus dem
zu Abb. i und 2 Gesagten hervorgehen.
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Um die Federn f bzw. z zu vermeiden, kann man dem Schwimmer d auch
eine solche Form geben, daß die an ihm aufwärts wirkende Kraft bei normaler Flüssigkeitssäule
im Verhältnis zu dem augenblicklich im Behälter herrschenden Druck stets gleich
der Kraft ist, die auf den Kolben bzw. auf die Membran wirkt. Eine solche Ausführungsform
veranschaulicht Abb. 4., deren Bezeichnungen mit denen der Abb."3 übereinstimmen.
Die Arbeitsweise dürfte aus der obigen Beschreibung mit aller Deutlichkeit hervorgehen.
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In Abb. 5 wird die Erfindung durch eine andere Ausführungsform veranschaulicht,
bei der der Apparat mit einem Dampfspeicher verbunden sein soll. Der Schwimmer d
besteht in diesem Falle aus zwei Teilen, einem oberen, engeren Teil a und einem
unteren, weiteren Teil 3, welch letzterer sich stets unter Wasser befindet.
Der Schwimmer d ist mit dem Hebelarm 4, der sich um Punkt 5 zu drehen vermag, verbunden.
Mit diesem Hebelarm ist ferner durch ein Gelenk 6 ein Kolben oder ein Balg 7 verbunden,
auf den also die Bewegung des Hebelarmes übertragen wird. Auf den Kolben oder Balg
wirkt von oben der Speicherdruck; von unten der Atmosphärendruck. Am Hebelarm 4
sind zwei dünne, federnde»Bleche 8 und 9 befestigt, die gegen die Rohre io und i
i anliegen und sie - unter der Voraussetzung, daß der Hebelarm 4 in seiner Mittellage
steht - verschließen. Bewegt sich der Hebelarm 4 über seine Mittellage hinaus aufwärts,
so wird die Mündung des Rohres io freigelegt, während das Blech g nachgibt und dabei
die Mündung des Rohres i i dauernd geschlossen hält. Senkt sich dagegen der Hebelarm
,4, so wird umgekehrt die Mündung des Rohres ii freigegeben, während das Rohr io
geschlossen bleibt. Die Bewegtang des Hebelarmes 4 ist durch die Anschläge 12 und
13 begrenzt.
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Der Apparat wirkt auf folgende Weise: Jeder Druck im Speicher soll,
wie vorher erw * ä lint, einem gewissen Wasserstand entsprechen. Der Auftrieb des
Schwimmers und der Druck auf den Balg sind so abgestimmt, daß sie den Hebelarm 4
im Gleichgewicht halten, wenn Druck und Wasserstand zueinander im richtigen Verhältnis
stehen. Beide Rohrmündungen io und ii sind dabei verschlossen. Steigt der Wasserstand
über den normalen Wert des betreffenden Speicherdruckes, so steigt der Schwimmer
und hebt den Hebelarm4 etwas an, bis dieser gegen den Anschlag 12 anliegt. Hierdurch
wird Rohr i o geöffnet, während Rohr i i verschlossen bleibt. Dieses Rohr io steht
zweckmäßig mit einem Speisewasserbehälter in Verbindung. Bei Öffnen des Rohres io
strömt also das Wasser aus dem Speicher in diesen Behälter. Man erreicht dadurch,
daß der Wasserspiegel im Speicher wieder sinkt, und es tritt Gleichgewicht ein,
wenn der Wasserstand den für den betreffenden Druck normalen Wert erreicht hat.
Ist dagegen der Wasserstand zu niedrig im Verhältnis zum Speicherdruck, so sinkt
der Schwimmer und bewegt den Hebelarm 4, bis letzterer gegen den unteren Anschlag
13 anstößt. Hierdurch wird das Rohr ii geöffnet, das Rohr io dagegen geschlossen.
Durch das Rohr i i strömt daher Wasser - beispielsweise von der Speisewasserleitung
der Dampfkessel der Anlage - dem Speicher zu, wodurch dessen Wasserstand steigt
und Gleichgewicht eintritt, wenn der Wasserstand den dem betreffenden Druck normalen
Wert wieder erreicht.
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Die Bewegung des Schwimmers bei der Regelung ist recht klein, weil
sie durch den Abstand der Anschläge 12 und 13 begrenzt ist. Über diese Grenzen hinaus
kann der
Schwimmer dein Wasserstand nicht folgen. Er wird infolgedessen
bei hohem Wasserstand im Verhältnis zum Wasserspiegel tiefer liegen, wodurch ein
noch stärkerer Auftrieb entsteht, der einem um so höheren Speicherdruck am Balg
die Wage hält, je höher der Wasserstand ist.
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Abb. 6 veranschaulicht eine andere Ausführungsforrn der Anordnung.
Die Bleche S und 9 sind hier ersetzt durch zwei Hebelarme 14 und 15, welche im Behälter
mittels zweier Federn 16 und 17 gegen die Mündungen der Rohre io und i i - die entgegen
Abb. 5 vertauscht sind - gedrückt werden und diese Mündungen verschließen. Bewegt
sich der Hebelarm d. aus seiner Mittellage nach oben, so wird der Hebelarm 15 nach
oben gedrückt und dadurch die Öffnung des Rohres 10 geöffnet. Senkt sich
dagegen der Hebelarm, so wird die Öffnung des Rohres i i auf entsprechende Weise
geöffnet.
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Abb. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Der Balg
ist hier durch einen Kolben 18 ersetzt, welcher mit einem Doppelventil ig verbunden
ist. Wenn der Schwimmer steigt, wird mittels der Stange 21 und des Mitnehmers 2o
das untere Ventil 22 von seinem Sitz gehoben, und das Wasser vermag durch das Rohr
23, die Kammer 24 und den Ablauf io aus dem Speicher abzufließen. Während dieser
Bewegung des Hebels wird das obere Ventil 25 durch die Feder 26 gegen seinen Sitz
gepreßt und bleibt demnach geschlossen. Senkt sich der Schwimmer, so wird der Kolben
18 das obere Ventil 25 durch den Mitnehmer 27 nach unten mitnehmen und dadurch die
Verbindung -zwischen dem Rohr i i und dem Rohr 23 herstellen, so daß Wasser in den
Speicher einzuströmen vermag. Unterdessen hält die Feder 26 das untere Ventil 22
geschlossen.
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Bei den veranschaulichten Ausführungsformen wird der Flüssigkeitszulauf
bzw. -ablauf zum Behälter von Kolben, Membranen o. dgl. direkt beeinflußt. Diese
Einwirkung kann jedoch auch indirekt sein.
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Dadurch, daß die Schwimmerstellung im Verhältnis zum Kolben, Balg,
Membran o. dgl. verstellbar ist, kann die Flüssigkeitshöhe eingestellt werden.