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Steuervorrichtung mit Flüssigkeitsverschluß für Gasmesser Für die
Umsteuerung der Gasbewegung im Gasmesser benutzt man heute in den meisten Fällen
Schieber oder Ventile, deren Hauptmängel, Unsicherheit ihrer Dichtung bei Dauergebrauch,
Hängenbleiben, Festfressen oder Festkleben infolge starker Verschmutzung, bekannt
sind. Man war daher bestrebt, diese Fehlerquellen zu beseitigen; insbesondere bei
mit Sperrflüssigkeit betriebenen Gasmessern benutzt man Steuerglocken. Diese sichern
ein widerstandsloses, stets dichtes und verschmutzungsfreies Arbeiten. Der sich
bei solchen Organen beim Austauchen infolge der Druckdifferenz bildende unvermeidliche
starke Spritzregen konnte zwar durch geeignete Gasführung von einem Eintritt in
die aus der Sperrflüssigkeit ,aufsteigenden zu steuernden Leitungen vollständig
abgehalten werden. Unvermeidbar ist aber mit der Zunahme der Belastung eine zunehmende
Spiegelschwankung unter den Steuerglocken und eine Zunahme der Spritzwirkung. Solche
Spritzwirkung entsteht, wenn z. B. der abgesperrte Gasstrom plötzlich unter der
angehobenen Absperrkante hindurch auf den hinter der Absperrfläche infolge des Druckunterschiedes
höheren Flüssigkeitswall stößt, ihn zerreißt und als starken Spritzregen in die
Richtung der Gasbewegung mitzureißen sucht. Je größer die Fläche des Absperrspiegels,
um so größer ist diese Wirkung, besonders bei hoher Tourenzahl. Während längerer
Betriebsdauer verursacht die Spritzwirkung einen zunehmenden Niederschlag von Flüssigkeit
in den unter den Spiegel hinabgeführten und dort verlaufenden Gasleitungen und kann
zu deren vollständiger Absperrung führen. Überlastungshöhe und Betriebsdauer besonders
bei höheren mittleren Belastungen werden durch diese Erscheinung begrenzt. Auch
die bekanntgewordene Ausbildung der Steuerglocke als Tellerventile vermag diese
Mängel in keiner Weise zu beheben. Die weiter bekanntgewordenen vertikal bewegten
Kolbenschiebersteuerungen oder Rohrschiebersteuerungen mit einem Eintauchen der
unteren Kante in eine Sperrflüssigkeit erst nach erfolgter Umsteuerung lösen die
Aufgabe nicht, sind überdies mit den bekannten Fehlern der Kolbenschieber behaftet.
Ebensowenig verhindern diese gekennzeichneten Mängel Steuerungen, bei welchen auf
den Enden von zweiarmigen Hebeln gelagerte Flüssigkeitsbehälter abwechselnd auf
und ab bewegt werden, wobei in diese Behälter Rohrenden mit Scheidewänden mehr oder
weniger eintauchen, ohne ganz auszutauchen. Für den Betrieb von Hochleistungsgasmessern
sind solche Absperrorgane ganz ungeeignet.
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Eine Lösung der gestellten Aufgabe, alle diese Nachteile zu beseitigen
und den Gasmesser bis zu höchster Überlastung im Dauerbetriebe betriebssicher zu
machen, verlangt die Erfüllung folgender hauptsächlicher Gesichtspunkte: i. In den
zu steuernden Zu- und Ableitungen des Gasmessers soll an keiner Stelle ein Ansammeln
von überlaufender oder mitgerissener Flüssigkeit und dadurch eine allmähliche
Verstopfung
auch bei sehr langem Dauerbetrieb entstehen können ohne Anwendung künstlicher Entleerungen.
Daher darf keine dieser Leitungen abwärts unter den Flüssigkeitsspiegel tauchend
geführt werden. Vielmehr müssen alle gesteuerten Leitungen vom Hauptspiegel und
seinen im Betrieb entstehenden Schwankungen getrennt bleiben und über ihm so mit
Gefälle verlegt werden, daß etwa mitgerissenes Spritzöl in den Hauptspiegel wieder
zurücklaufen muß.
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z. Bei der Umsteuerbewegung dürfen nur die geringen Flüssigkeitsgleitwiderstände
zu überwinden sein, und die Umsteuerung selbst muß lediglich durch Flüssigkeitssperre
erfolgen. Der Gasdruck soll ohne jeden Einfluß auf den Bewegungswiderstand der Ventile
bleiben, so daß die wachsenden Druckdifferenzen die Steuerarbeit nicht hemmen können.
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3. Die Umsteuerung soll nur von so kleinen Volumenmengen und Spiegelflächen
der Sperrflüssigkeit bewirkt werden, daß ihre Spritzwirkung gänzlich unschädlich
bleibt, sofern sie überhaupt noch auftreten kann.
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q.. Bei jedem Steuervorgang wird naturgemäß, insbesondere bei hoher
Tourenzahl, von diesen kleinen Sperrflüssigkeitsvolumen stets etwas verspritzt werden
oder übertreten. Daher muß das Ventil seinen verminderten Vorrat an Sperrflüssigkeit
während der öffnungsperiode aus einem größeren Flüssigkeitsvolumen, z. B. dem Hauptsperrflüssigkeitsspiegel
des Gasmessers, sicher und hinreichend wieder ergänzen können. Dies wird durch völliges
Versinken der Abschlußorgane beim Öffnen unter dem Hauptsperrflüssigkeitsspiegel
erreicht.
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Nach der Erfindung besteht die Lösung der Aufgabe darin, daß oberhalb
des Spiegels -einer schwer verdunstenden Flüssigkeit die gesteuerten Zu- und Ableitungen
vom Eintritt in das Gehäuse bis zu ihrer horizontalen Steuerkante im Gasmesser vertikal
angeordnet sind, in einem das Zu- und Abströmen des Gases erlaubenden Abstande über
dem Flüssigkeitsspiegel enden und mit rohrförmigen Abschlußgliedern von U-förmigem
Wandungsquerschnitt zusammenwirken, welche zur Umsteuerung der Gaswege ihren durch
Untertauchen mit Flüssigkeit gefüllten Ringraum widerstandslos gleitend und ohne
selbst ganz auszutauchen über den Spiegel an das zugehörige Leitungsende -bis zu
dessen genügend tiefem Eintauchen in die Flüssigkeit heranbringen, wobei Querschnitt
und Oberfläche des Flüssigkeitsringes so klein gehalten sind, daß in ihm ein freies
Gleiten des Leitungsendes gerade ermöglicht wird.
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In den Abb. i bis q. sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt,
in denen mittels Sperrflüssigkeit abgedichtet wird. Die Abb. 5 und 6 stellen eine
Ausführungsform einer hydraulischen Abdichtung dar.
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In allen dargestellten Beispielen möge einheitlich das Gras durch
die Leitung abströmen.
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Der Antrieb für die Steuervorrichtung ist weggelassen, da er für den
Erfindungsgedanken unwesentlich ist und verschiedene Form haben kann.
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In Abb. i und ia sei i das abwärts gerichtete Ende einer zu steuernden
Gasableitung, die im Gasmesser mit stetem Gefälle verlegt ist, a die horizontale
Mündungskante der Leitung, 3 ein Flüssigkeitsspiegel, welcher soweit unter der Mündungskante
liegt, daß auch bei den höchsten Belastungen des Messers ungedrosseltes Zu- oder
Abströmen des Gases erfolgen kann. In Abb. i liegt auf einer am Gehäuse festen Führungsstange
q. gleitend das Rohrventil 8, 9 mit seiner Führungsbüchse 5 auf dem Anschlag 7 der
Stange ¢ in tiefster Lage untergetaucht unter den Spiegel 3, so daß sich
der Ringraum io füllen kann. Zum Abschluß der Leitung wird das Rohrventil 8, 9 mit
dem gefüllten Ringraum io widerstandslos gleitend durch eine, wie schon oben erwähnt,
nicht gezeichnete Antriebsvorrichtung bis in die in Abb. ia dargestellte Lage gehoben.
Dabei gleitet das Leitungsende i mit seiner Mündungskante a zwischen den Wandungen
der Ringtasse in deren Spiegel hinein, bis die Tauchtiefe ihre der Druckdifferenz
entsprechende Größe erreicht hat. Etwaige geringe überlaufende Flüssigkeit läuft
an den Wandungen der Tasse in den Spiegel zurück. Es taucht also das untere offene
Ende des Rohrventils 8, 9 in, dieser Stellung noch in den Spiegel ein. Die Leitung
z ist somit durch. Rohrventil 8, 9 bis in den Spiegel 3 hinein verlängert und durch
den doppelten Flüssigkeitsverschluß abgesperrt. :Beim darauffolgenden Öffnen der
Steuervorrichtung wird der Verlust an Sperrflüssigkeit im Ringraum io wieder aus
dem Flüssigkeitsvorrat ergänzt. Die Ringtasse sorgt mithin dafür, daß stets genügend
Abdichtungsflüssigkeit an die Abdichtungsstelle des Leitungsendes herangebracht
wird. Im allgemeinen: wird die notwendige Tauchtiefe der Mündungskante in den Ringspiegel
klein bleiben können, da die Druckunterschiede im Gasmesser vor und hinter dem Meßorgan
selbst bei höheren Belastungen nach Erfahrung klein bleiben.
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Wird die Ringbreite der Tasse schmal gehalten, so wird bei Benutzung
zäher Flüßsigkeiten die Bewegung der Flüssigkeit in dem bei der Absperrung gebildeten
Ringspalt sehr verzögert. Da aber andererseits die Umsteuerperiode (also auch die
Zeit der Aufrechterhaltung der Absperrung) mit wachsender Leistung und Tourenzahl
kürzer werden, so
kann im schmalen Spalt. die Druckdifferenz in
der kurzen Zeit die ihr entsprechende Spiegeldifferenz gar nicht mehr herstellen,
d. h. Eintauchtiefe in die Tasse und damit auch Bauhöhe und Steuerweg können kleiner
gehalten werden, ohne die Sicherheit der Absperrung zu mindern.
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Der Zwischenraum zwischen Leitungsende und-- Spiegel kann so bemessen
werden, daß ein Ansteigen des Spiegels durch Schwankungen oder in ihrer praktischen
Größe bekannte etwaige Anreicherung noch genügend Strömungsquerschnitt zur Leitung
frei läßt.
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Die Steuerleitungen werden also gänzlich befreit von einer Störung
durch Schwankungen oder Anreicherung. Etwaige- kleine beim Umsteuern mitgerissene
Flüssigkeitströpfchen schlagen sich an den absteigend verlegten Leitungswänden nieder
und fließen wieder in den Spiegel zurück. Das fast widerstandslose Gleiten der Ventilrohre
gestattet mit Vorteil die Anwendung einer zähen, schwer verdunstenden Flüssigkeit.
Ein mit derartigen Steuervorrichtungen ausgerüsteter Messer wird damit besonders
für langen Dauerbetrieb bei sehr hoher Belastung geeignet.
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Es liegt nun nahe, die Tiefe der Tasse, also die Länge, auf welche
das Rohrventil als Tasse ausgebildet wird, und damit die anzuhebende Flüssigkeitssäule
nicht größer zu machen, als die Tauchtiefe der Leitungsmündung erfordert.
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Eine solche Ausbildung zeigt das Ausführungsbeispiel derAbb.2. Hier
ist außerdem noch auf dem Boden der Ringtasse eine Dichtung i i angebracht, gegen
welche sich beim Anheben und Absperren des Rohrventils die Mündungskante der Leitung
unter dem Druck derSteuerung,dicht anlegenkann. DasFlüssigkeitsbad erhält die Dichtung
dauernd elastisch. Sie übernimmt auch bei schnellem Umsteuern die Wirkung einer
Stoßdämpfung. Die Dichtung sichert eine Absperrung auch noch bei wesentlich höheren
Druckdifferenzen, als der Eintauchtiefe in dieTässe entsprechenwürden, ohne eine
Vergrößerung der Bauhöhe nötig zu machen.
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Auch das Beispiel der Abb. 3 dient dem Zweck, gegen höhere Druckunterschiede
eine sichere Abdichtung ohne größere Bauhöhe zu erreichen. Die Ringtasse mit den
Außenwandungen 8, g ist durch eine Mittelwand r2 in zwei oben offene Ringräume geteilt,
die beim Eintauchen sich jeder mit Sperrflüssigkeit füllen. Das Leitungsende ist
bis etwas über Eintauchhöhe doppelwandig (i3, iq.) ausgebildet. Ineinandertauchend,
die Außenwand 1q. in den äußeren Ringraum, die Innenwand i2 in den inneren Ringraum
der Tasse, entstehen vier hintereinandergeschaltete Flüssigkeitssäulen, die in bekannter
Weise ohne Vergrößerung der Bauhöhe die Wirkung einer Verdopplung der Absperrhöhe
haben. Es können auch mehrere Ringräume ineinandertauchend angewendet werden, um
bei der gleichen Bauhöhe noch größere Absperrhöhen, d. h. Sicherheit gegen größere
Druckdifferenzen, zu erreichen.
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Abb. q. zeigt ein Lösungsbeispiel der Aufgabe, das Gas nach Absperrung
am Strömen zu hindern bzw. bis auf geringe Mengen zu drosseln, wenn der Flüssigkeitsspiegel
aus irgendeiner Ursache bis unter das Ende der Rohrventile gesunken wäre. Dies wird
erreicht durch Anbringung eines Querbodens 15 etwa am Anschlag 7 mit zylindrischem
Ansatz, an welchem- möglichst dicht das Rohrventil 6 gleitet. Wie die Abbildung
erkennen läßt, würde bei Anwendung der Dichtung i i, wie in Abb. 2 beschrieben,
bei einem Fehlen des Flüssigkeitsspiegels lediglich durch einen schmalen Spalt zwischen
dem Querboden 15 und dem Rohrventil 6 eine geringe Menge durchströmen können, wenn
nichtFlüssigkeitsreste an den Wandungen auch dieses noch unterbinden.
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Bei Gasmessern mit höheren inneren Druckunterschieden wird für die
Füllung der Ringtasse zweckmäßig eine Flüssigkeit höheren spezifischen Gewichtes,
wie Quecksilber, angewendet. Hierbei kann, wie dies die Abb. 5 zeigt, der Sperrfiüssigkeitsspiegel3
fortfallen und die Ringtasse mit einem Querboden 17 abgeschlossen werden. Auch läßt
sich die Abdichtung analog den Beispielen Abb.2 und Abb. 3 erhöhen, so daß nur wenig
Quecksilber nötig wird.
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Um ein Verspritzen oder sonstigen Verlust des ,Quecksilbers zu verhindern,
erscheint es zweckmäßig, den Spiegel der Ringtasse mit einer Membran 18 oben abzuschließen,
wie das Beispiel in Abb. 6 zeigt. Ein seitlich an der Rohrtasse angebrachtes Steig-
und Füllrohr i9 sorgt bei entsprechender Höhe für eine balligeSpannung der Membran
nach oben, da das Quecksilber, als nicht benetzende Flüssigkeit, die Membran nicht
durchdringt. Bei der Absperrung drückt die Mündungskante der Leitung i die Membran
elastisch ein unter ständigem hydraulischem Gegendruck des Quecksilbers. Die Membran
kann also durch Druck oder Schlag nicht verletzt werden. Diese hydraulische
Abdichtung ist besonders für große Gasmesser geeignet bei Anwendung einer nicht
benetzenden Flüssigkeit.