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Sicherheitseinrichtung für selbsttätig arbeitende, zweikammerige Druckluftflüssigkeitsförderanlagen
Es ist bekannt, daß für die Förderung von Abwässern aller Art und anderen Dickstoffen
zweikammerige Druckluftflüssigkeitsförderanlagen entwickelt wurden, welche den Zweck
haben, die Wirtschaftlichkeit derartiger Anlagen zu steigern, indem das gespannte
Treibmittel, z. B. Druckluft, zwischen den beiden Kesseln bei der Förderung hin
und her pendelt.
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Das Fördergut läuft vielfach mit natürlichem Gefälle (vgl. Abbildung)
in den gemauerten Sumpf i g. Hat sich dieser Sammelraum gefüllt, so werden durch
den Schwimmer 2o Motor und Luftpumpe selbsttätig eingeschaltet.
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Mit der Luftpumpe ist andererseits eine Steuervorrichtung i 6 verbunden,
die abwechselnd die Saug- und Druckseite der Luftpumpe mit den Leitungen 17
und 18 verbindet, die ihrerseits unmittelbar zu dem Kessel i bzw. 2 führen.
Dadurch wird beispielsweise zunächst der Kessel i unter Unterdruck gesetzt, so daß
das Fördergut aus dem Sammelbehälter i g durch die Leitung 21 in den Kessel i eintritt.
Gleichzeitig ist die Druckseite der Luftpumpe mit dem KesSe12 verbunden, und der
vom letzten Arbeitsgang verbliebene teilweise Kesselinhalt soll in die Druckleitung
22 entleert werden, wobei in die beiden Leitungen 21 und 22 in bekannter Weise Rückschlagklappen
eingebaut sind.
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Nimmt man an, daß die wirkliche Saughöhe beispielsweise 6 m Wassersäule
und die wirkliche Druckhöhe 20m Wassersäule beträgt, so wird der Gleichgewichtszustand
beim Fördern dann erreicht sein, wenn der Kessel i z. B. gerade vollgesaugt ist,
wobei in dem schädlichen Raum über dem Förderspiegel im Kessel i ein absoluter Druck
von 0,4 at herrscht, und durch die Steuervorrichtung 16 in diesem Augenblick die
Druckseite der Luftpumpe mit dem Kessel i verbunden wird. Die Leitung 17 war also
vorher mit der Saugweite der Luftpumpe durch die Steuervorrichtung 16
verbunden
und wird, wie gesagt, in diesem Augenblick durch diese Steuervorrichtung 16 mit
der Druckseite der Luftpumpe verbunden, so daß also im Kessel i der Inhalt anfängt,
sich in die Druckleitung 22 zu entleeren.
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In diesem Augenblick wird aber auch der Kessel e umgeschaltet. Er
ist gerade entleert und mit Druckluft von 2 atü gefüllt; durch die Steuervorrichtung
16 wird, die Leitung 18
mit der Saugseite der Luftpumpe verbunden.
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Das gleiche gilt sinngemäß, wenn der Kessel i gerade leergedrückt
und der Kessel 2 gerade vollgesaugt ist, in welchem Augenblick ebenfalls Umschaltung
durch die Vorrichtung 16 erfolgt.
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Man kann ,nun ohne weiteres nach der wirklichen Ansaugeleistung der
Luftpumpe und den gegebenen Förderhöhen sowie der Förderleistung der gesamten Anlage
die Steuervorrichtung 16 so einrichten, daß die geschilderten Umsteuerungen in solchen
Zeitabständen bei unveränderlicher Umlaufzahl der Luftpumpe erfolgen, wie dies dem
erstrebten Gleichgewichtszustand entspricht.
.Bei Beginn - des ersten
Arbeitsganges herrscht aber weder in dem Kessel i noch in `dem Kessel 2-Unter- bzw:#
Überdruck, da die Anlage so lange stillgestanden hat, bis der Sumpf i9 wieder gefüllt
ist und der Schwimmer 2o einschaltet, denn bei entleertem Sumpf i9 schaltet der
Schwimmer 2o den Motor und die Luftpumpe selbsttätig aus.
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Es wird also bei 20m Förderhöhe beim Einschalten der Anlage nicht
zu erwarten sein, daß der geschilderte Gleichgewichtszustand vorhanden ist; da andererseits
die Vorrichtung 16 auf diesen Gleichgewichtszustand eingestellt ist und ganz unabhängig
von den Flüssigkeitsspiegeln in den beiden Kesseln steuert, so wird es bei dem.
ersten Arbeitsgang unvermeidlich sein, daß die Flüssigkeitsspiegel in den beiden
Kesseln übersteuert werden; denn abgesehen davon, daß nur bei Gleichgewichtszustand
eine befriedigende Wirtschaftlichkeit der Anlage erreicht werden kann, ist auch
zu berücksichtigen, daß das Fördergut etwa bei Zuhochsteigen des Spiegels in den
Kesseln niemals in die Bteuervorrichtung oder die Luftpumpe eingesaugt wird, da
sonst die Luftpumpe sofort zerstört werden würde. Auch soll die gespannte Luft nicht
in die Abwasserdruckleitung 22 bei zu tiefem Absinken des Spiegels gelangen, da
dann- Schläge in dieser Leitung und eine Verschwendung des Treibmittels unvermeidlich
wird.
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Es wurden daher bei diesen zweikammerigen Druckluftförderanlagen Vorrichtungen
bekannt,. die bei einem Zuhochansteigen des Flüssigkeitsspiegels im Kessel die Saugluftseite
der @ Luftpumpe selbsttätig vom Kessel absperren' und mit der Außenluft verbinden,.
und zwar so lange, bis der betreffende Kessel wieder vom Verdichter her unter Druck
gesetzt wird, Entsprechendes gilt bei zu. tiefem Abfallen des Flüssigkeitsspiegels
im Kessel, wo dann die Druckseite- des Verdichters auspufft oder auch in einen besonderen
Hilfswindkessel fördert.
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Alle diese .Vorrichtungen. bedingen jedoch eine verwickelte Art der
Ausführung, um letzten Endes das Gleichgewicht zwischen den beiden Kesseln zu erreichen.
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Die vorliegende Erfindung beseitigt nicht nur unnötige und zahlreiche
Steuerorgane, sondern begnügt sich mit. einfachen und wenigen- Vorrichtungen, um
das erstrebte Gleichgewicht herzustellen.
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Am besten wird der Erfindungsgedanke an Hand der Arbeitsweise nach
der Abbildung klargelegt.
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Auf dem Kessel i befindet -sich eine Steuervorrichtung 9, die durch
den Schwimmer 7 dann betätigt wird, wenn der Flüssigkeitsspiegel im Kessel i zu
hoch oder zu niedrig wird. Ist dies nicht der Fall, so steht die Steuervorrichtung
in der gezeichneten Mittelstellung, in welcher das Innere des Kessels durch den
Kanal 23 nicht mit den Kanälen 3 gder 4 in Verbindung steht.
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Auf dem Kessele ist die gleiche Anordnung vorgesehen, bestehend aus
der Steuervorrichtung i o -und dem Schwimmer B.
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Diese beiden Vorrichtungen g und io sind in der Zeichnung als Hähne
dargestellt.
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An der Vorrichtung 9 befindet sich ein Rückschlagventi13, .welches
ein' Entweichen des gespannten Treibmittels in Pfeilrichtung gestattet, wenn durch
den Schwimmer 7 bei zu niedrigem Flüssigkeitsspiegel die Vorrichtung g so -umgeschaltet
wird, daß sich der Kana123 mit dem Kana13 deckt. Auch in dieser Stellung steht der
Kanal ä3 nach wie vor mit dem Fesselinnern in Verbindung. Das gleiche gilt für das
Rückschlagventil.4, welches nur ein Zuströmen des Treibmittels über den durch den
Schwimmer 7 umgeschalteten Kana123 in den Kesseln gestattet.
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Die gleiche Anordnung befindet sich auch im Kesse12 (Schwimmer 8,
Vorrichtung io, Kanal 24, Rückschlagventile 5, 6).
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Die Ventile 3, 5 sind durch eine gemeinsame Leitung 13 über ein Druckbegrenzungsventil
12 mit der Außenluft verbunden (Leitung 15).
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Entsprechend sind die Rückschlagventile 4 und 6 durch ein Druckbegrenzungsventil
i i mittels der Leitung 14 mit der ,Außenluftlcitung 15 verbunden, Es sei angenommen,
daß die wirkliche DrückfÖYderhöhe 20 m und die Saugförderhöhe 6 m Wassersäule beträgt.
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Weiterhin sei vorausgesetzt, daß beim Einschalten der gesamten Anlage
durch den Schwimmer 2o der Kessel i mit der Saugseite und der Kessel 2 mit der Druckseite
der Luftpumpe "verbunden ist.
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In beiden Kesseln ist beim Einschalten ein Druck von o atü vorhanden.
Die Steuervorrichtung 16 ist aber so ausgeführt, als ob eine unmittelbare Fortsetzung
des vorhergehenden Arbeitsganges stattfände. Dies bedeutet mit anderen Worten, daß
in dem Kessel :z noch ein Druck von z atü und in dem Kessel i ein solcher von 0,4
ata beim-Einschalten vorhanden sein müßte, was aber nicht zutrifft. Es wird zwar
- wenn man in den beiden Kesseln die gezeichnete Flüssigkeitsspiegelhöhe beim Einschalten
durch Schwimmer 2o annimmt - Druckluft über 18 in den Kessel 2 gefördert, die aber
noch keine maßgebliche Bewegung des Förderspiegels nach unten bewirkt, da hier o
atü statt 2 atii vorhanden sind und die Steuervorrichtung demzufolge zu schnell
den Kessel 2 von
Drücken auf Saugen umschaltet, da zu wenig Luft
in dem Kessel e vorhanden war.
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Beim Kessel i tritt dasselbe ein. Hier müßte beim Einschalten ein
Druck von 0,4 ata vorhanden sein, um den Förderspiegel nach oben zu bewegen. Da
aber i ata vorhanden - ist, so ist zu viel Luft in dem Kessel i, und der Förderspiegel
steigt demzufolge nicht maßgeblich an.
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Wenn aber jetzt die Steuervorrichtung 16 den Kessel i mit der Druckseite
und den Kesse12 mit der Saugseite des Verdichters verbindet, so ist die Vorrichtung
i 6 zeitlich so eingestellt, als ob der Kesse12 beim Umschalten auf Ansaugen gerade
leergedrückt und mit gespannter Luft von 2 atü gefüllt wäre. Tatsächlich ist der
Kessel nicht ganz leergedrückt und eine Luftmenge in ihm vorhanden, die eine geringere
Spannung als -a atü hat. Da auch die Luftpumpe natürlicherweise auf eine Saugleistung
abgestellt ist, um nach dem Umschalten aus dem leergedrückten Kessel ein Luftgewicht
entsprechend einem Kesseldruck von 2 atü abzusaugen, so ist es klar, daß im Kesse12
bei diesem Arbeitsgang der Flüssigkeitsspiegel zu hoch ansteigen muß. Der Schwimmer
8 schaltet die Vorrichtung i ö um und verbindet den Kanal 24 mit 6. Die Luftpumpe
saugt demnach über das Druckbegrenzungsventil i i und Leitung 15 Außenluft an und
fördert diese Luft in den Kessel i. In diesem Kessel i herrschte vor dem Umschalten
(erstmaliges Saugen) noch nicht genügender Unterdruck. Nach dem jetzt angenommenen
Umschalten auf Drücken des Kessels i ist hier also zu viel Luft vorhanden. Außerdem
fördert die Luftpumpe über 15, 11, 6, 24 und 18 durch die Steuervorrichtung 16 unmittelbar-'in
den Kessel i. Es wird demnach verständlich, daß der Kessel i erstmalig aufgeladen
wird.
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Beim nächsten Arbeitsgang, wenn der Kessel i wieder saugt und der
Kesse12 wieder drückt, wird die Steuervorrichtung 9 in genau der gleichen Weise
betätigt, sofern bei Beginn des Ansaugens im Kessel i ein noch zu geringes Luftgewicht
vorhanden war, und es wird über 23, 4, 11 und 15 Frischluft durch die Leitung 17
und Vorrichtung 16- von der Luftpumpe angesaugt und in den Kessel 2 gefördert.
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Dieses Spiel wiederholt sich so lange, bis das notwendige Luftgewicht
in den beiden Kesseln gefangen und der Gleichgewichtszustand erreicht ist. Wenn
die Druckförderhöhe kleiner ist als die Saugförderhöhe, so tritt das Umgekehrte
ein. Es befindet sich dann in den beiden Kesseln beim selbsttätigen Einschalten
durch 20 insgesamt zu viel Luft. Der eine Kessel wird eher leergedrückt, als der
andere vollsaugt. In diesem Falle wird z. B. -.beim Kessel e, durch: den Schwimmer
8 der Kanal 24 mit 5 verbunden, und die überschüssige Luft entweicht über 13, i
2, 15 in die Außenluft.
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Die geschilderte Störung des Gleichges wichtszustandes der beiden
Kessel wird sich gelegentlich auch im Betrieb wiederholen, wenn z. B. plötzlich
bei der Förderung Lappen, Sand oder gröbere Fremdkörper erfaßt werden, die eine
plötzliche zeitweilige Veränderung der manometrischen Förderhöhe bedingen.
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Würde man nun z. B. das Druckbegrenzungsventil12 weglassen und der
eine oder andere Kessel plötzlich durch Umschaltung der zugehörigen Vorrichtung
9, 1o auspuffen (bei zu tiefem Absinken des Förderspiegels), so würde die im Kessel
2 angespeicherte Preßluft sofort völlig aus diesem Kessel entweichen, und es wären
wieder o atü in dem Kessel vorhanden, mit anderen Worten, das erst hergestellte
Gleichgewicht würde wieder gestört werden, und dieAnlage wäre ununterbrochen übersteuert.
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Das gleiche gilt sinngemäß, wenn im Kessel i der Flüssigkeitsspiegel
zu hoch ansteigt. Der Unterdruck im Kessel würde dann (wenn i i wegfiele) über 15,
14, 4 und 23 sofort restlos zerstört werden.
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Die Rückschlagventile 3, 4, 5, 6 sind aus folgenden Gründen notwendig:
Wenn z. B. in dem Kessel i der Flüssigkeitsspiegel zu hoch ansteigt, so wird das
Kesselinnere und demnach auch die Leitung 17 über 23;, 4, 14 und i i mit der Außenluft
verbunden, d. h. der Flüssigkeitsspiegel bleibt stehen. Schaltet nun die Steuervorrichtung
16 den Kessel i auf Druck, so würde diese Druckluft durch 17, 23 sofort entweichen,
wenn das Rückschlagventil 4 nicht vorhanden wäre. Der Flüssigkeitsspiegel im Kessel
würde sich nicht nach unten bewegen, und die Anlage könnte nicht weiter arbeiten.
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Das gleiche gilt für das Rückschlagventil 3, welches bei zu tiefem
Absinken des Flüssigkeitsspiegels zwar die gespannte Luft entweichen läßt, nicht
aber, wenn i 6 auf Saugen umschaltet,, Luft einläßt, so daß der Flüssigkeitsspiegel
ansteigt und der Kanal 23 in beiden Fällen wieder auf Mittelstellung kommt.
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Den gleichen Zweck erfüllen die Rückschlagventile 5 und 6 am Kessel
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