DE75325C - Durchflufsregler für Proportionalwassermesser - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT/^

;-■- KLASSE 8S: Wasserleitung.

Die vorliegende Regelungs- oder Ausgleichvorrichtung, die dazu dient, einem in einer Zweigleitung betriebenen Wassermesser stets einen bestimmten Bruchtheil der durch die Hauptleitung fliefsenden Wassermenge zuzuführen, besteht im wesentlichen aus einem mit einem Differentialkolben verbundenen, Abflufsöffnungen mehr oder weniger deckenden Schieber oder Ventil. Dieselbe erfüllt ihren Zweck in der Weise, dafs je nach dem Druck, der in einer an den Wassermesserabflufs (die Nebenleitung) angeschlossenen Regelungskammer gegenüber dem Druck der Hauptleitung wirksam wird, eine entsprechende Drosselung oder eine Durchlafserweiterung alier, sowohl der Hauptwie der Nebenleitung zugehörigen, Abflufsöffnungen eintritt. Infolge dessen wird zu jeder Zeit, ein den Bedingungen angepafster Druckausgleich herbeigeführt, um das durch die Nebenleitung strömende Wasservolumen in constantem Verhältnifs zu demjenigen zu halten, welches durch den Hauptweg tritt.

Auf beiliegenden Zeichnungen ist die Regelungsvorrichtung in Verbindung mit einem Scheibenwassermesser bekannter Art dargestellt.

Zur Verbindung mit der neuen Vorrichtung eignet sich zweckmäfsig namentlich ein Wassermesser, der auch für sich diejenigen Bedingungen erfüllt, welche eine möglichst genaue Messung sichern. Als solcher ist gemäfs der Darstellung ein Scheibenwassermesser, übrigens bekannter Construction, angewendet, an dessen Untergehäuse 16 einerseits der in Verbindung mit der Kammer /stehende Zuführungskanal 33 zur Scheibenkammer (H) emporführt und daneben der absteigende Abschlufskanal 40 angeordnet ist. Während in der gebräuchlichen Form des Wassermessers, die für nicht proportionale Wassermessung dient, die Anschlufsstutzen 30, 31, wie bei Fig. 1 durch punktirte Linien angedeutet ist, in gewöhnlicher Weise angebracht werden, sind im vorliegenden Falle zur bequemen Verbindung mit der Proportionalvorrichtung die Zuführungs- und Austrittsöffnungen an der unteren Anschlufsfläche des Messergehäuses bei 32 und 86 so vorgesehen, dafs sie sich mit entsprechenden Oeffnungen des der Proportionalvorrichtung zugehörigen Gehäuses 15, Fig. 1, decken. In der Richtung der Pfeile (Fig. 1) tritt demgemäfs das Wasser, von dem ein gröfserer Theil (zwei Drittel) den Hauptweg durch die Regelungsvorrichtung einschlägt, ein und aus. Am Oberende des Scheibenwassermessers befindet sich das beiläufig durch ein Differential-Räderwerk betriebene Anzeigewerk.

Wenn der Wassermesser in Verbindung mit der zu beschreibenden Regelungsvorrichtung benutzt wird, giebt sein Anzeige- oder Zählwerk nur einen Bruchtheil (ein Drittel) der dem Verbrauch durch die Haupt- und Nebenleitung zugeführten Wassermenge an. Der Zweck der neuen Regelungsvorrichtung ist das Verhältnifs der durch Haupt- und Nebenweg strömenden Wassermenge unter wechselnden Betriebsbedingungen, Durchflufsgeschwindigkeiten und veränderlichen Druckbeeinflussungen stets gleich zu halten, so dafs die Genauigkeit des Mefsresultates gewährleistet ist. Die Regelung mit Hülfe der neuen Einrichtung beruht auf der Nutzbarmachung der Druckunterschiede, die sich diesseits und jenseits des Wassermessers (in einer dem Abflüsse desselben vorgeschalteten Regelungskammer P) ergehen. Zu diesem

Zwecke wird eine wirksame Widerstands-, zunähme gegen den Gesammtdurchflufs nach Mafsgabe irgend einer Druckabnahme in der Regelungskammer eingerichtet und veranlafst, dafs umgekehrt einer Druckzunahme darin eine auf den gesammten Durchflufs sich erstreckende Widerstandsabnahme entspricht. Weitere Einrichtungszwecke sind, die Vorrichtung als Ganzes nicht von Störungen in ihrer Arbeitsweise beeinträchtigen zu lassen, die durch einen Wechsel in der Durchflufsgeschwindigkeit herbeigeführt werden könnten.

Die ganze Proportionalregelungsvorrichtung ist in dem äufseren Hauptgehäuse 15 enthalten und ümfafst aufser der Haupteinlafskammer K und der Hauptauslafskammer M einen Ventiloder Kolbenschieber mit ringförmigem Schieberkörper 74, der an einem Rohrgehäuse 76 angebrachte Abflufsöffnungen 85, 84 mehr oder weniger deckt und dadurch einen gröfseren oder geringeren Durchflufswiderstand erzeugt. Versperrend wirkt der Druck der Leitung voider Abzweigung des Nebenweges, wenn er den Kolben 71, der einen Theil des Schiebers bildet, in der Strömungsrichtung ν an dem zugehörigen Cylinder 72 verschiebt. Es ist eine in unmittelbarer Verbindung mit der Haupteinlafskammer K stehende Vorkammer J an dem vorderen Gehäusetheil 14 vorgesehen, um den Flüssigkeitsdurchtritt bei 73 zu gestatten und nöthigenfalls eine die Wirkung unterstützende Feder 87 aufzunehmen. Der von Speichen 75 gehaltene oder durchbrochen ausgeführte Ventilschieber 74 arbeitet andererseits in dem unmittelbar auf die Hauptauslafskammer M ausmündenden Rohr 76, welches die zu deckenden Durchlässe 85, 84 hat. Dem vorgenannten Kolben 71 entgegen arbeitet der Kolben γγ in seinem Zwischencylinder 78, dessen feste Wand 79 eine Durchlafsbüchse für die dem Schieber und den Kolben gemeinsame Spindel 80 bildet. Der Zwischenkammerraum N des Gehäuses ist durch die Oeffnung 81 mit der getrennten Regelungskammer P in geeignete Verbindung gebracht, während die zwischen den Kolben befindliche Kammer R durch Uebergangskanäle 83 mit einem Kanal 82 und mittels dieses (der durch die Spindel 80 führt) mit der Hauptauslafskammer in Verbindung steht.

Da der Schieber 74 durch die Arme 75 getragen wird, kann das Wasser von der einen Seite des Schiebers nach der anderen Seite übertreten. Der Kolben 71 ist ein Tauchkolben, der von dem Gegenkolben yj nach aufsen vortritt. Seine wirksame Fläche ist kleiner als die des Gegenkolbens yy und beide bilden in dieser Weise, da sie derselben Spindel oder Kolbenstange zugehören, einen Differentialkolben, welcher bei gleichem Flächendruck auf der einen und anderen Seite die Schieberöffnung herbeiführt.

Die Abflufsdurchlässe sind sämmtlich als Umfangsausschnitte an das Schieberrohr 76 verlegt. Mit 84 sind die Auslafsöffhungen des Hauptweges bezeichnet, von denen in den Zeichnungen zwei angenommen sind und welche unmittelbar, in Pfeilrichtung d, von der Haupteinlafskammer zur Auslafskammer überleiten. Der eine Auslafs oder Kanal 85 stellt Verbindung zwischen der Regelungskammer P und der Hauptauslafskammer her (Pfeil e); da die Regelungskammer selbst an den Abflufskanal 86 des Wassermessers angeschlossen ist, so ist der Auslafs 85 zugleich die einzige Austrittsöffnung für den Nebenweg, der durch die Räume und Kanäle 32, J, 33, H, 40, 86 und den Messer führt. Da die Querschnitte der Verbindungskanäle und insbesondere der Auslässe 84 und des Auslasses 85 einander gleich genommen sind, so ist das Verhältnifs des gemessenen zu dem gesammten Volumen in dem dargestellten Falle gleich 1:3.

Das zu messende Drittel der Wassermenge geht demnach zuerst 'durch die Oeffnung 32, alsdann durch die Aufnahme- und Scheibenkammer, um dann durch den Kanal 40 und durch den Abflufskanal 86 nach der Regelungskammer P überzutreten, von welcher der Weg durch den mittels des Schiebers 74 geregelten Auslafs 85 zur Hauptauslafskammer führt; in dieser oder in der Ausmündung des Schieberrohres y6 vereinigen sich mithin die Wassermengen aus dem Haupt- und Nebenweg, um in einfacher Hauptleitung weiter zu fliefsen. Die Regelungskammer P steht durch den Kanal 81 in dauernd offener Verbindung mit dem hinter dem Kolben yy wirksamen, aber geschlossenen Arbeitsraum N.

Die Arbeitsweise der vorbeschriebenen Einrichtung ist folgende:

Man denke sich den Schieber in der durch volle Linien in Fig. 1 dargestellten Lage, in welcher die Auslässe 84, 85 zum Theil geschlossen sind. Um die Beziehungen leichter verfolgen zu können, werde ferner angenommen, dafs die wirksame Fläche des Gegenkolbens yy noch einmal so grofs sei als die des Kolbens 71. Wenn sich unter diesen Umständen infolge eines vermehrten Abzuges ein Druckunterschied zwischen der Haupteinlafskammer K einerseits und der Auslafskammer M andererseits einstellt, welcher Unterschied gleich einer auf die Flächeneinheit bezogenen Gewichtseinheit sei, so wird zunächst der Doppelkolbenschieber von Seiten des Kolbens 71 mit dem Druck von einer Gewichtseinheit vorgestofsen.

Inzwischen theilt sich der Druck durch den die Mefsvorrichtung einschliefsenden Nebenweg der Regelungskammer P und zugleich durch die Oeffnung 81 der Zwischenkammer JV mit. Der Druckbetrag, der die Regelungskammer erreichen und in dieser, sowie der Kammer N wirksam werden wird, ergiebt sich> wenn man

von dem Druck in der Haupteinlafskammer denjenigen als Druckverlust bezeichneten Druck abzieht, der auf dem Wege durch die Kanäle und Räume der Mefsvorrichtung oder auf dem Nebenwege' im Ganzen zur Ueberwindung der Reibung und zum Betriebe der Wassermesserscheibe verbraucht wird. In dem angenommenen Falle betrage nun dieser Verlust an Druck 0,25 Gewichtseinheit, bezogen auf die Flächeneinheit, so dafs als wirksamer Druck in den Kammern P und N ein solcher gleich ι ·—· 0,25 = 0,75 Gewichtseinheit pro Flächen einheit verbleibt. Vermöge der zwei Einheiten betragenden wirksamen Oberfläche wird der Gegenkolben jj demnach mit dem Druck von 2 χ i,75 = 1,50 Gewichtseinheiten dem mit einer Einheit belasteten Kolben 71 entgegenwirken. Infolge dessen kommt unter dem Antriebe des überschüssigen Druckes von 0,5 Gewichtseinheiten eine auf Eröffnung wirkende Rückwärtsverschiebung des Doppelkolbenschiebers zu Stande. Diese Arbeitsweise setzt sich so lange fort, bis die entgegenwirkenden Kräfte ausgeglichen sind, d. h. wenn die Summe des Druckes auf die Flächen der Kolben (nicht der Druck auf jede Flächeneinheit) einander gleich ist. Während dieser Arbeitsweise tritt das Wasser aus den Kammern P nach N und wird von R nach M verdrängt.

Wenn andererseits, nachdem eine solche Gleichgewichtsbedingung hergestellt worden ist, aus irgend einer Veranlassung eine Widerstandserhöhung gegen den Durchflufs durch den Mefsmechanismus eintreten sollte, so wird dieser den Druck sowohl in der Regelungskammer, wie auch in der Zwischenkammer vermindern; die weitere Wirkung hiervon mufs ein Drucküberschufs auf Seiten des Kolbens 71 sein, so dafs die Auslässe 84, 85 mehr geschlossen werden, wobei die Drosselung des Abflusses so lange fortgesetzt wird, bis eine andere Gleichgewichtslage zwischen den entgegenwirkenden Kräften, wie vorher ausgeführt, hergestellt worden ist. .

Während der Bewegung des Ventils geht die Flüssigkeit, welche in die Kammer R eintritt oder aus derselben verdrängt wird, wie vorher angegeben, durch den Kanal in der Spindel nach der Haupteinlafskammer oder aus dieser hinaus. Der Druck in der Kammer R ist dabei als wesentlich übereinstimmend, mit demjenigen in der Hauptauslafskammer anzusehen. Allerdings kann bei erheblichen Durchfiufsgeschwindigkeiten der Druck in der Kammer R etwas geringer als der der Hauptauslafskammer sein, und zwar infolge der Ejector- oder Ansaugwirkung, die der Ausflufs am jenseitigen Ende der Spindel ausübt. Diese ist, wie dargestellt, gegen die Hauptauslafskammer fortgeführt, um jede Rückstofswirkung auszuschliefsen, die sonst eintreten würde.

Aus Vorstehendem ist ersichtlich, dafs die Lage des Schiebers in Beziehung zu den Auslässen ein Ergebnifs folgender Bedingungen ist, nämlich: des Druckes in der Haupteinlafskammer K, des Druckes in der Hauptauslafskammer M, des Druckes in der Regelungskammer P und der Drucke in den verschiedenen Kammern der Vorrichtung. Weiter geht hieraus hervor, dafs alle Druckschwankungen in der Regelungskammer allein sich in einer Druckmitwirkung in den anderen Kammern äufsern, derart, dafs der Schieber alle Auslässe mehr oder weniger in dem Augenblick gleichartig drosselt, wo der Druck in der Regelungskammer abnimmt; andererseits eröffnet der Schieber alle Auslässe in gröfserem oder geringerem Mafse, wenn der Druck zunimmt.

Die beschriebene selbsttätige Wirkung der Regelungsvorrichtung, die mithin zu jeder Zeit einen Ausgleich der Druckbeziehungen herbeiführt, wird im wesentlichen nicht durch die Anwendung der Feder 87 hinter dem Kolben 71, wie in Fig. 1 mit dargestellt, beeinflufst. Diese Feder hat auch eine andere Aufgabe, nämlich zu verhindern, dafs die Auslässe zufällig in der Offenstellung bleiben, nachdem etwa bei plötzlicher Absperrung während grofser Durchflufsgeschwindigkeit die Neigung zum Offenbleiben vorgelegen hat. Die Feder treibt alsdann den Schieber nach vorn und schliefst theilweise die Auslasse. Die Anwendung der Feder oder eines derselben gleichwerthigen Theiles (wie z. B. eines Gewichts) beeinträchtigt somit in keiner Weise, die beschriebene Arbeitsweise der Vorrichtung, da sie nur noch die Wirksamkeit oder den Druckunterschied zwischen der Hauptauslafs- und Regelungskammer und in der Haupteinlafskammer erhöht.

Als Vervollkommnungsmittel für die Regelungsvorrichtung dient eine kreisförmige Rippe 88, die in dem Hauptgehäuse hergestellt ist und einen ringförmigen Raum oder Spalte 89 beläfst, die durch die innere Kante der Rippe und das Ventilgehäuse begrenzt wird. Die Aufgabe dieser Rippe ist, den Durchflufs aus der Haupteinlafskammer an derjenigen Stelle zu drosseln, wo der Eintritt zu den Uebergangsräutnen,. in denen die Ausgangskanäle angeschlossen sind, stattfindet, wie durch Pfeil i bezeichnet. Durch zweckmäfsige Abmessung der Querschnitte der Spalten 89 kann das Wasser durch den Hauptweg unter etwa denselben Bedingungen hindurchgeführt werden, wie durch den Nebenweg. Je genauer dies erreicht werden kann, um so vollkommener wird der Proportionalwassermesser arbeiten. Es empfiehlt sich, das Vorrichtungsgehäuse in die Achse des Hauptgehäuses zu legen, da auf diese Weise die am wenigsten Raum einnehmende Einrichtung erhalten wird. Der Durchmesser des Hauptgehäuses braucht nur

ein wenig gröfser als der des Zuführungsrohres zu sein. Auf diese Weise ist auch die maschinelle Bearbeitung der Theile aufserordentlich einfach, da nur ein cylindrisches Lager, der Länge nach in den Hauptkolben zu bohren und das Vorrichtungsgehäuse darin einzufügen ist.

Der Zweck der Schraube 90 ist, zu verhindern, dafs das Vorrichtungsgehäuse durch Druck aus seiner Lage gebracht wird.

Es empfiehlt sich, die Kanäle 84, 85 kreisrund herzustellen, wie dargestellt, indem man einfach eine Anzahl Löcher durch das Gehäuse bohrt, deren Anzahl (bei gleicher Gröfse) zweckmä'fsig mit dem gewünschten Proportionalverhältnifs übereinstimmt.

Die Befestigung des Mefsmechanismus an dem Hauptventilgehäuse erfolgt zweckmäfsig mittels der Schrauben 91, Fig. 3, die von dem Innern des unteren Scheibenkammergebäuses eingesetzt werden. Es liegen indessen keine Schwierigkeiten vor, das untere Scheibenkammergehäuse und das Hauptgehäuse der Regelungsvorrichtung als ein Stück herzustellen.

Da die aus den Oeffhungen 84, 85 tretenden gleichen Wasserströme gegen einander gerichtet sind, vereinigen sie sich in dem glatt ausgedrehten Rohr 76 ohne unregelmäfsigen Rückstofs oder Widerstand, wie solcher als häufige Ursache ungenauer Arbeitsweise bei Wassermessern anzunehmen ist. Der Nachtheil einer anderen Anordnung, · beispielsweise mit zwei nach aufsen gerichteten Ablafsmündungen, ergiebt sich, wenn man sich vergegenwärtigt, wie etwa der eine Wasserstrahl gegen eine¹ feste Wand strömen kann, der andere dagegen in der Richtung des Durchflusses abströmt. In dem ersten Falle würde ein erheblicher Theil des Beharrungsvermögens durch Stofs- und Wirbelbildungen verbraucht werden, während in dem letzteren Falle praktisch die ganze Beharrungskraft mit der Geschwindigkeit des Hauptstromes zusammenwirkt. Offenbar machen sich die genannten Einflüsse um so bemerkbarer, je höhere Durchflufsgeschwindigkeiten angewendet werden; hohe Durchflufsgeschwindigkeiten sind aber die Bedingung für einen möglichst gedrängten Bau eines Wassermessers der beschriebenen Art.

Durch die vorliegende einfache Einrichtung, bei welcher das ganze Wasservolumen von aufsen nach dem Innern des Gehäuses tritt, erzielt man mit geringster Raumbeanspruchung den Vortheil fast vollständiger Gleichartigkeit der Wirkung und Unabhängigkeit von störenden Ursachen.

Es ist bezüglich der gleichmäfsigen Wirkungsweise noch besonders hervorzuheben, dafs der Kolben 71 von der Einlafskammer Wasser erhält wie nach derselben verdrängt (Pfeil v), dafs der Gegenkolben γγ aus der Regelungskammer Wasser entnimmt und nach derselben zurückdrückt (Pfeil aj, während der thatsächliche Durchfluss ausschliefslich durch den Auslafscylinder 76 stattfindet. Wenn danach der Abzug sich auf einer constanten Menge erhält und constante Reibungswiderstände des Mefsmechanismus vorliegen, so würde der Schieber in diesem Falle in Ruhe bleiben, wie als ob er festgelegt wäre, und es würde der Druck in den Gehäusekammern J, R und N im Gleichgewicht sein. Sobald der Nebenweg durch den Wassermesser infolge Versandung versperrt wird, wird auch ein Schlufs der Leitung im Ganzen herbeigeführt werden, weil alsdann der Druck am Kolben 71 eine Aufhebung durch einen Gegendruck nicht erfährt.

Es kann der Messer auch nicht in Richtung nach rückwärts betrieben werden, d. h. wenn das Auslafs- und Einlafsende einer Rohrleitung unrichtig angebracht werden. Es würde in diesem Falle der Druck auf die Kammer R durch den Kanal 82 übertragen werden, welcher Druck den Schieber in Stellung und die Auslässe geschlossen halten würde.

Die Ausfuhrungsform, welche in Fig. 6 noch dargestellt ist, veranschaulicht nur eine äufserliche Abänderung der beschriebenen Regelungsvorrichtung, mit welcher sie die Wirkungsweise und die wesentlichen ebenso bezeichneten Organe, nur in anderer Anordnung, gemein hat. Eine Beschreibung ist deshalb entbehrlich.

Die neue Regelungseinrichtung bietet den wichtigen praktischen Vortheil, dafs einem gegebenen Wassermesser verschiedene Regulirvorrichtungen angepafst werden können; auf diese Weise ist man in der Lage, allen praktischen Anforderungen zu entsprechen.

Mit dem Umrifs W ist eine gröfsere Ausführung der Regelungsvorrichtung bezeichnet.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Ein Durchflufsregler für Proportionalwassermesser, bestehend aus einem mit einem Differentialkolben (γγ, γι) verbundenen und die Abflufsöffnungen (85, 84) sowohl des Nebenweges als auch des Hauptweges beeinflussenden Schieber (74), dessen Bewegung abhängig ist von dem Druck, der in einer an der Wassermesserabflufsseite angeschlossenen Regelungskammer P herrscht und der auf den gröfseren Kolben (jy) in dem Cylinder (78) wirkt, während der kleinere Kolben (71) unter dem Druck der Zuflufsseite steht, dergestalt, dafs in jedem Falle mit der Vergrößerung und Verminderung des Druckes in der Regelungskammer (P) die Vergröfserung und Verkleinerung aller Ausflufsquerschnitte Schritt hält.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.