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Einrichtung zur Verstellung eines in einer Durchflußö$nung, beispielsweise
in einer Rohrleitung, angebrachten beweglichen Verstellorgans in Abhängigkeit von
der Strömungsmenge Es wird häufig die Aufgabe gestellt, den Strömungszustand in
einer Rohrleitung für flüssige oder gasförmige Stoffe zu messen bzw. irgendwelche
Steuer-, Regel- oder Schaltorgane in Abhängigkeit von diesem Strömungszustand bzw.
von auftretenden Änderungen desselben zu betätigen. Ein einfaches Mittel zur Lösung
dieser Aufgabe besteht darin, daß in eine Flüssigkeitsleitung von gegebenem Durchflußquerschnitt
eine Strömungsklappe, ein Ventilteller oder ein ähnlicher flächenförmiger Teil eingesetzt
wird, der unter dem Druck der strömenden Flüssigkeit steht und als Verstellorgan
des zu betätigenden Gerätes dient. Je nach der Größe dieses Druckes gibt die Strömungsklappe
mehr oder weniger nach und öffnet dadurch in Abhängigkeit von der Größe des Druckes
einen bestimmten Durchflußquerschnitt. Die von dem Druck abhängigen Abweichungen
der Strömungsklappe von ihrer Nullage können dann benutzt werden, um an Regelanordnungen
Schalt-, Steuer- oder Regelvorgänge dirdkt oder unter Vermittlung weiterer beweglicher
Teile auszulösen.
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Die auf eine solche Strömungsklappe oder ein ähnliches Verstellorgan
ausgeübte Kraft hängt einerseits von dem spezifischen Flächendruck und andererseits
von der Größe der Fläche ab, auf der dieser Druck zur Wirkung kommt. Bei einem bestimmten
Durchmesser einer Flüssigkeitsleitung und einem bestimmten in dieser Leitung herrschenden
spezifischen Druck ist dar größtmögliche Druck dann vorhanden, wenn das Verstellorgan
den Leitungsquerschnitt voll ausfüllt. Einen bestimmten mechanischen Widerstand
des Verstellorgans vorausgesetzt, liegt damit aber auch die Größe der beim Ausweichen
der Strömungsklappe durchfließenden Flüssigkeitsmenge fest. Soll die durchfließende
Flüssigkeitsmenge herabgesetzt werden, so läßt sich dies dadurch erreichen, daß
dem Verstellorgan unmittelbar ein Einsatzstück vorgeschaltet wird, durch welches
der Durchflußquerschnitt für das strömende Medium verringert wird. Die auf das Verstellorgan,
beispielsweise auf eine Strömungsklappe, ausgeübte Kraft vermindert sich hierdurch,
sofern der spezifische Druck der gleiche bleibt, ebenfalls, und zwar uxn so mehr,
je stärker der Dürchflußquerschnitt verringert wird. Diese an sich bekannte Anordnung
hat somit den Nachteil, daß mit der Verminderung des auf das Verstellorgan wirkenden
Druckes auch die Steuerkraft der Überwachungseinrichtung kleiner wird. Dieser Nachteil
macht sich besonders bemerkbar, wenn die Überwachungseinrichtung bei sehr geringen
Durchflußmengen verwendet wird und bereits bei ganz kleinen Strömungsunterschieden
zuverlässig ansprechen soll.
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Dieser Nachteil wird gemäß der Erfindung beseitigt. Durch sie wird
erreicht, daß der auf das Verstellorgan einwirkende Druck und somit die wirksame
Steuerkraft der Überwachungseinrichtung unabhängig von dem Durchflußquerschnitt
für das strömende Mittel gewählt
bzw. festgesetzt werden kann. Dies
wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß dem Verstellorgan ein den Durchflußquerschnitt
verkleinernder, beispielsweise ringförmiger Teil derart beweglich vorgeschaltet
wird, daß er unter der Einwirkung des Druckes sowohl bei geschlossener als auch
bei geöffneter Durchflußöffnung auf das ausweichende Verstellorgan einwirkt, also
stets an ihm anliegt. Der dem Verstellorgan vorgeschaltete bewegliche Teil überträgt
dann dauernd einen von der Größe seiner wirksamen Druckfläche, bei einem ringförmigen
Teil also den von der Größe der Ringfläche, und dem spezifischen Flüssigkeitsdruck
abhängigen zusätzlichen Druck auf das Verstellorgan: Diese Anordnung hat den Vorteil,
daß der Druck, der auf den. den Durchflußquerschnitt verkleinernden Einsatzteil
einwirkt und bei den bekannten Anordnungen bei geöffneter Durchflußöffnung für die
Steuerung verlorengeht, nunmehr für die Steuerung nutzbar gemacht wird. Somit ist
also der Gesamtdruck, welcher für den Ausschlag des Verstellorgans und damit für
die zu bewegenden Regel-, Steuer oder Schaltorgane wirksam ist, nicht mehr von dem
Durchflußquerschnitt abhängig, sondern. kann je nach den Abmessungen des in die
Rohrleitung eingefügten beweglichen Teiles beliebig bemessen und auch gegebenenfalls,
beispielsweise durch Vergrößerung des Außendurchmessers des Einsatzringes, verändert
werden. Das gleiche -Regel- und Steuerorgan kann daher durch Auswechseln des Ringes
verschiedenen besonderen Bedingungen verschiedener- Regelanordnungen in einfacher
Weise angepaßt werden.
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Staukörper zur Strömungsüberwachung mit einem ihnen vorgeschalteten,
ihrer Bewegung folgenden Teil sind mit andererWirkungsweise; z. B. durch de britische
Patentschrift 158 767, bekanntgeworden. Bei dieser bekannten Vorrichtung wird nämlich
durch je einen festen Anschlag für das Verstellorgan und den ihm vorgeschalteten
Teil bewirkt, daß nach anfänglichem Anliegen bei gemeinsamer Bewegung zunächst ein
vollkommenes Abheben beider Teile voneinander und damit die Öffnung- des Durchflußquerschnittes
eintritt, und daß danach das Absinken beider Teile nacheinander in die Grund- bzw.
Schließstellung erfolgt, worauf- sich das Spiel wiederholt, das für die Strömungsanzeige
nutzbar gemacht wird. Die von dem vorgeschalteten Teil auf das Verstellorgan ausgeübte
Kraft ist also bei der bekannten Einrichtung nur bei geschlossenem Durchflußquerschnitt
wirksam, während sie bei dem Gegenstand der Erfindung auch bei geöffnetem Durchflußquerschnitt
wirksam bleibt.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Irgendein Regelvorgang soll in Abhängigkeit von dem Strömungszustand in einer Rohrleitung
i stattfinden. Zu dem Zweck ist als Verstellorgan eine Strömungsklappe 4 vorgesehen,
welche je nach dem auf sie ausgeübten Druck sich um einen Drehpunkt 5 entgegen einer
Federkraft 6 bewegt. Diese Bewegung sei beispielsweise dadurch ausgelöst,daß ein
in diese Rohrleitung an entfernter Stelle eingeschalteter Schieber 2 durch einen
Antrieb 3 mehr oder weniger geöffnet wird. In Abhängigkeit von der Bewegung des
Verstellorgans 4 soll ein Hebelschalter 7 umgelegt werden, so daß dadurch ein Steuerstromkreis
8 geschlossen wird, sobald durch die Rohrleitung eine bestimmte Mindestflüssigkeitsmenge
hindurchtritt.
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Dem Verstellorgan 4 ist gemäß der Erfindung ein Einsatzring g vorgeschaltet,
welcher in der Rohrleitung i gleiten kann. Nimmt man an, daß in dem Rohr ein spezifischer
Druck P herrscht, so ist die Durchflußmenge durch den Innendurchmesser DZ des Ringes
gegeben, während der auf das Verstellorgan 4 ausgeübte Gesamtdruck von dem Außendurchmesser
Dl des Ringes abhängt; denn auf das Verstellorgan wirkt sowohl der auf die Ringfläche
ausgeübte Strömungsdruck als auch der der Innenfläche des Ringes entsprechende unmittelbar
auf das Verstellorgan einwirkende Druck. Der Einsatzring ist zweckmäßig gegen Ringe
verschiedenen Außendurchmessers auswechselbar, so daß die auf das Verstellorgan
4 ausgeübte Druckkraft verschiedenen Verhältnissen angepaßt werden kann.
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Ein wichtiges Anwendungsbeispiel der Erfindung sind Überwachungs-
und Steuerorgane, welche in Kühlwasserleitungen von Kälteanlagen eingeschaltet sind.
Zur Kontrolle des Kühlwässerflusses werden strömungsabhängige Verstellorgane in
die Kühlwasserleitungen geschaltet, so daß beim Durchtritt einer gewissen Mindestwassermenge
Maschinen oder Apparate eingeschaltet bzw. beim Sinken der Durchtrittswassermenge
unter ein bestimmtes lEndestmaß diese Apparate und Maschinen wieder ausgeschaltet
werden.
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Bei einer Kälteanlage wird z. B. durch einen Thermostaten bei Überschreitung
einer gewissen Soletemperatur ein Ventil gesteuert, das den Kühlwasserkanal freigibt.
Trifft nun die Wassermenge auf das Verstellorgan auf, so wird dieses mehr oder minder
aus seiner Gleichgewichtslage herausgebracht; nach Überschreitung eines gewissen
Schaltweges ßspringt ein Schaltmechanismus an und bewirkt direkt oder über Schütze
bzw. Schalter das Einschalten von Kältekompressoren und Solepumpe.
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An das Gerät ist die Forderung zu stellen, erst bei einer Mindestwassermenge
anzusprechen, die bei Kälteanlagen bei etwa 750/(, der vollen Wassermenge, die dem
Rohrquerschnitt entspricht, liegen dürfte, damit Kompressor und Kondensator nicht
zu warm und damit gefährdet werden. Das Verstellorgan muß also erst einen
bestimmten
Mindestweg zurücklegen und dann den Mindestquerschnitt freigeben, bis der Schalter
einspringt. Das bedeutet aber einen beträchtlichen Kühlwasserverlust, der sich bei
ländlichen Betrieben sehr ungünstig bemerkbar macht. Zur Überwindung dieses Weges
muß eine bestimmte Kraft auf das Verstellorgan ausgeübt werden, die eine Federkraft
überwindet. Beide Kräfte sind im wesentlichen durch die Mindestwassermenge bestimmt,
da ein gewisser Schaltweg immer eingehalten werden muß, um das Verstellorgan unabhängig
von der Zustandsänderung des Wassers während des Betriebes zu machen. Macht man
den Rohrquerschnitt kleiner, so sinkt die Betätigungskraft; man muß also entsprechend
die Federkraft verkleinern, dadurch wird der Schalter labiler. Das wichtigste dabei
ist, daß man im vollen Betrieb die richtige Wassermenge von ioo°/o nicht erreicht,
weil der Rohrquerschnitt zu klein ist.
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Die Erfindung beseitigt die vorstehend angedeuteten Schwierigkeiten
durch die Vorschaltung eines Ringes vor das bewegliche Verstellorgan. Man kann dann
die Gegenkräfte groß halten, die Arbeit des Apparates wird wesentlich stabiler,
und es können größere Schaltwege für den Schaltmechanismus bei gedrängtem Aufbau
des Ganzen erreicht werden, ohne daß große Wasserverluste in Kauf genommen werden
müssen.
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Das Verstellorgan wird zweckmäßig derart konstruiert, daß sein maximaler
Ausschlagswinkel nur so groß wird, daß der Ring in der Rohrleitung noch gehalten
wird. Der Ring kann aus dem gleichen Material wie das Verstellorgan, am besten aus
Bronze, hergestellt sein. Er wird in die Rohrleitung eingeschliffen, damit er der
Bewegung des Verstellorgans leicht folgen kann. Die dem Verstellorgan zugekehrte
Ringfläche wird dabei zweckmäßig kegelförmig ausgebildet, damit sich der Ring in
der schrägen Lage dem Verstellorgan möglichst gut anschmiegen kann.
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Vorstehend ist die Erfindung an einer Überwachungseinrichtung des
Strömungszustandes in einer Rohrleitung erläutert. Die Erfindung beschränkt sich
aber nicht auf das angeführte Beispiel, sondern es kann gemäß der Erfindung auch
der Strömungszustand in einer beliebig anderen, nicht rohrförmigen Durchflußöffnung
überwacht werden. Beispielsweise kann die Einrichtung zur Strömungsüberwachung in
gemauerten Kanälen dienen. Ferner kann die Strömung eines aus einem Behälter ausströmenden
Mediums überwacht werden, wobei die Überwachungseinrichtung unmittelbar in die in
der Behälterwand angeordnete Ausflußöffnung eingebaut ist, die beliebige, z. B.
viereckige, Form haben kann. Eine weitere Möglichkeit stellt folgende Anordnung
dar: Bei Kältemaschinen wird die Überwachungseinrichtung vorteilhaft an einer Stelle
des Rohrsystems angebracht, wo das strömende Kühlmittel bereits sämtliche Apparate
durchflossen hat. Sofern es sich nicht um eine Kreislaufkühlung handelt, sitzt bei
solchen Anlagen die Überwachungseinrichtung nicht in der Rohrleitung, sondern ganz
am. Ende des Rohrsystems, so daß die von dem Verstellorgan durchgelassene Flüssigkeit
aus der Durchflußöffnung unmittelbar ins Freie ausströmt.