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Apparat, der es gestattet, die von einem mit veränderlicher Temperatur
behafteten Flüssigkeitsstrom mitgeführten Wärmeeinheiten zu messen
Die gegellxv.irtige
Ertiiidung bezieht sich auf einen Apparat. der es gestattet. die von einem mit ver
änderlicher Temperatur behafteten Flüssigkeitsstrom mitgeführten \\ärmeeinlleiten
zu messen. Dieser Apparat ist dadurch gekennzeichnet, daß er mit einem durch die
Temperaturschwankungen der Flüssigkeit selbst einregulierten Verschlußelement \versehen
ist, wobei letzteres dazu bestimmt ist, einen Teil der Flüssigkeit in einem zu einem
geöhnlichen volumetrischen Wassermesser führenden Kanal zu leiten, während der restliche
Teil der Flüssigkeit zu einem Nebenauslaß geleitet wird, wobei die ganze Anordnung
dermaßen eingerichtet ist, daß der Druck sowohl im Xehenauslaß als auch in der zum
Wassermesser führenden Leitung mittels einer Druckausgleichsvorrichtung stets gleichwertig
gehalten wird, so daß die Flüssigkeitsmenge, die den volumetrischen W assermesser
durchströmt, direkt proportional der Flüssigkeitstemperatur ausfällt.
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Die Zeichnungen veranschaulichen verschiedene beispielsweise Ausführungsformen
des Erfindungsgegenstands.
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Fig. 1 ist ein Schnitt des Aufrisses einer ersten Ausführungsform;
Fig. 2 ist ein Schnitt nach der Linie Il-II dei Fig. I; Fig. 3 ist ein Schnitt im
Aufriß einer zweite Ausführungsform des Apparates; Fig. 4 ist der Schnitt im Aufriß
eines Details einer dritten Ausführungsform des Apparates; Fig. 5 ist ein Schnitt
einer Draufsicht nach Linie V-V der Fig. 4; Fig. 6 ist ein Schnitt im Aufriß nach
Linie VI-VI der Fig. 5;
Fig. 7 ist ein Schnitt im Aufriß einer vierten
Ausführungsform des Apparates; Fig. 8 und 9 sind Schnitte im Aufriß von Details
zweier Abarten dieser vierten Ausführungsform; Fig. Io ist ein Schnitt im Aufriß
einer Druckausgleichsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform.
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In der durch die Fig. I und 2 veranschaulichten Ausführungsform weist
der Apparat eine Flüssigkeitszufuhrleitung I auf, der eine als Nebenauslaß 2 ausgebildete
Leitung 36 folgt, und ferner eine Leitung 3, die zu einem gewöhnlichen volumetrischen
Wassermesser 4 führt. Der Nebenauslaß ist mit einem Rohr 82 versehen, das sich an
die Hauptleitung, hinterhalb des Wassermessers 4, anschließt.
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Die Mündung der Leitung 36 ist mit zwei Stauscheiben 5 und 6 versehen,
die zwischen ihnen eine Offnung 7 bilden und mittels der Stellschlitze 5' und 6'
regulierbar sind. Die Leitung 36 ist rechteckig gestaltet und erweitert sich dann
in einen hohlen Raum 8. Letzterer schließt eine Druckausgleichsvorrichtung ein,
deren Gehäuse g einen Kolben lo aufweist, welcher das gleiche Gewicht der von ihm
verdrängten Flüssigkeit hat und dermaßen angeordnet ist, daß er das Abschließen
der Öffnung I I des Nebenauslasses zu erwirken vermag. Auf das Gehäuse g des Druckausgleichers
und der Öffnung 7 gegenüber gelegen ist das Ende I21 einer auf die Gesamtbreite
des Kanals 36 sich erstreckenden und den hohlen Raum 8 in zwei Teile trennenden
bimetallischen Lamelle 12 befestigt, wodurch der Nebenauslaß 2 sowie die Leitung
3 gebildet werden.
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Das zweite, durch 122 bezeichnete Ende der Lamelle 12 ist zwischen
den Stauscheiben 5 und 6 angeordnet, und zwar so, daß es der jeweiligen Flüssigkeitstemperatur
entsprechend der einen oder der anderen Stauscheibe näher gelegen ist. Je nach den
jeweiligen minimalen und maximalen Betriebstemperaturen, unter welchen der Apparat
arbeiten soll, vermag die Lage der Lamellen oder Stauscheiben 5 und 6 zwecks Abänderung
der Weite des Durchgangsquerschnittes sowohl in den Nebenauslaß als auch in die
Leitung 3 einreguliert zu werden.
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Die Arbeitsweise des Apparates ist die folgende: Bei Minimaltemperatur
der Flüssigkeit stützt sich die Lamelle I2 auf die Stauscheibe 5 und schließt somit
die zu dem Wasserzähler 4 führende Leitung. Die ganze Flüssigkeitsmenge fließt durch
den Nebenauslaß 2 hindurch; somit findet keine Eintragung statt. Das Gegenteil tritt
ein, wenn die Flüssigkeit ihre maximale Temperatur erreicht hat und sich jetzt die
Lamelle 12 gegen die Stauscheibe 6 stützt. Für eine Zwischentemperatur der Flüssigkeit
nimmt das Ende 122 der Lamelle 12 eine entsprechende Lage zwischen den Stauscheiben
5 und 6 ein. Es genügt nun, daß der Druck im Raum 8 auf beiden Seiten der Lamelle
12 gleich sei, damit die Flüssigkeitsmenge, die den Zähler durchfließt, proportional
der Temperatur ausfällt.
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Dank dem Druckausgleicher, dessen Kolben 10 im Innern des Gehäuses
9 schwebend angeordnet ist, wird diese Bedingung erfüllt. Sobald z. B. der Druck
im Wassermesser zunimmt, wird der Kolben 10 nach unten gestoßen. Die Verschiebung
des Kolbens 10 drosselt die Öffnung II ab, so daß jetzt die Flüssigkeit weniger
leicht ausströmen kann, was ein Ansteigen des Druckes unterhalb der Lamelle 2 veranlaßt,
und zwar so lange, bis das Gleichgewicht wiederhergestellt ist.
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Die Vorrichtung gestattet dem Wasserzähler 4, die vom Flüssigkeitsstrom,
welcher sowohl im Volumen als auch in der Temperatur gleichzeitig veränderlich sein
kann, mitgeführten Wärmeeinheiten einzutragen. Es genügt nämlich, den volumetrischen
Index des Wassermessers 4 mit der dem Apparat eigens zugehörigen Konstante zu multiplizieren,
um das Resultat direkt in Wärmeeinheiten zu erhalten.
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Der Wert dieser Konstante wird durch die Anzahl Wärmegrade entsprechend
dem Temperaturunterschied, der dem Abstand zwischen den beiden Stauscheiben 5 und
6 entspricht, bestimmt. Die Skala könnte übrigens mit einer besonderen Teilung versehen
werden, so daß das Resultat direkt abgelesen werden könnte.
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Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten durch
die Verschlußvorrichtung sowie durch den Druckausgleicher.
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In Fig. 3 bezeichnet I3 die Flüssigkeitszufuhrleitung, 14 den Nebenauslaß
und 15 die Leitung, die zu dem volumetrischen Wasserzähler I6 führt.
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Das Gehäuse des Apparates ist durch I7, dasjenige des Druckausgleichers
durch I8 bezeichnet. Zwei Ventilsitze 19 und 20 sind im Gehäuse I7 befestigt.
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Die Lage dieser Sitze vermag nach den jeweils gewünschten Temperaturahweichungen,
mit welchen der Apparat arbeiten soll, abgeändert zu werden.
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Der Verschluß schließt ein Ventil 21 ein, dessen eine Fläche 2I1 zusammen
mit dem Sitz 19 und dessen andere Fläche 212 zusammen mit dem Sitz 20 mitzuwirken
bestimmt sind. Dieses Ventil ist auf eine axial verschiebbare Welle 22 aufmontiert
und ist weiter mittels des Hebels 23 und der wenig ausdehnbaren Stange 24 an einem
freien Ende 251 eines einen großen Ausdehnungskoeffizient aufweisenden Rohrs 25
verbunden, dessen zweites Ende 252 am Gehäuse befestigt ist. Die durch die Temperaturschwankungen
der Flüssigkeit im Rohr 25 erwirkten Längenänderungen veranlassen eine axiale Verschiebung
der das Ventil 2I tragenden Welle 22.
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Infolgedessen öffnet das Ventil mehr oder weniger entweder den Nebenauslaß
oder aber die Leitung 15.
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Der Druckausgleicher, dessen Zweck es ist, den gleichen Druck sowohl
im Nebenauslaß 14 als auch in der Leitung 15 aufrechtzuerhalten, weist eine Membran
26 auf, die einerseits an dem Gehäuse, andererseits an einer mittels einer Stange
28 solidal verbundenen Scheibe 27 befestigt ist und ein im Gleichgewicht gehaltenes
Doppelventil 29 und 30 trägt, wobei letzteres dazu bestimmt ist, den Flüssigkeitsausfluß
vom Nebenauslaß zu regulieren.
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Das Arbeitsprinzip des Apparates stimmt mit demjenigen der ersten
Ausführungsform genau überein.
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Der nach der dritten Ausführungsform vorgesehene Apparat (s. Fig.
4, 5 und 6) ist dazu
bestimmt, die der Flüssigkeit zugeführten Wärmeeinheiten
zu messen, und zwar unter Berücksichtigung der von der Speiseflüssigkeit herrührenden
Temperaturschwankungen, wie dies z. B. bei einem Dampfkessel der Fall ist.
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Zu diesem Zweck wird dem Apparat eine Ausgleichsvorrichtung in ähnlicher
Weise, wie dies in der ersten Ausführungsform geschehen ist, zugefügt, wobei sich
jedoch diese Ausgleichsvorrichtung durch die Art und Weise der Befestigung des Endes
I21 der bimetallischen Lamelle 12 von der anderen unterscheidet. Das Ende I21 ist
nämlich auf eine aus dem Gehäuse des Apparates hervorragende Welle 31 aufmontiert,
um in das Speisezuflußrohr des Dampfkessels einzudringen. Eine in die Speiseflüssigkeit
tauchende bimetallische Lamelle 33 ist durch ihr Ende 331 und die Welle 3I befestigt.
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Ihr anderes Ende 332 ist zwischen zwei einstellbare Anschlagschrauben
34 und 35 dermaßen geklemmt, daß es zwischen denselben eine Gleitbewegung auszuführen
vermag. Die Lamellen 12 und 33 weisen die gleichen Charakteristiken auf. Etwaige
eintretende Temperaturschwankungen der Speiseflüssigkeit veranlassen eine mehr oder
weniger große Verzerrung der Lamelle 33, wodurch die Welle 31 eine kleine Drehung
ausführt, die die Lamelle 12 um einen entsprechenden Betrag verschiebt.
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Auf diese Weise werden zusätzliche, durch den Dampfkessel infolge
einer durch die Speiseflüssigkeit verursachte Temperaturerniedrigung gelieferte
Wärmeeinheiten durch den Wassermesser automatisch eingetragen.
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In Fig. 7 bezeichnet 37 die Zuleitung, die zu dem durch 38 bezeichneten
gewöhnlichen volumetrischen Wassermesser führt, während 39 den Nebenauslaß und 40
die bimetallische Lamelle bezeichnet. Die Ausgleichsvorrichtung umfaßt ein zwischen
der Zuleitung 37 und dem Nehenauslaß 39 angeordnetes Gehiiuse 41. Drei durch 42,
43 und 44 l>ezeichnete Kammern behuden sich im Gehäuse 41. Die beiden ersten,
und zwar 42 und 43, sind durch eine durch eine elastische Membran gebildete bewegliche
Scheidewand 45 voneinander getrennt. Die Kammer 42 ist mit dem Nebenauslaß durch
einen Kanah 46 verhullden, während Kammer 43 an die Zuleitung 37 vermittels eines
Kanals 47 verbunden ist.
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Damit der Druck sowohl in der Zuleitung 37 als auch im Nehenauslaß
gleich ausfällt, muß der Druck gleichfalls in den Kammern 42 und 43 den gleichen
Wert aufweisen. Eine Reguliernadel 48 ist an die Membran 45 befestigt. Die Nadel
vermag die Flüssigkeitszuflußöffnung 49 der Kammer 44 zumindest teilweise zu verschließen,
wobei die Flüssigkeit einen Zwischenraum oder eine Kammer 50 durchfließen muß. Die
Kammer 44 wird durch eine elastische feml)ran 51, die mit einem kleinen kalibrierten,
als Durchflußlehre dienenden Loch 52 versehen ist, begrenzt. Diese Membran vermag
zumindest teilweise eine Öffnung oder einen Durchgang 53 des Abflusses des Nebenauslasses
abzuschließen, dessen zweiter Teil 54 hinter dem Durchgang 53 angeordnet ist.
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Die Membran 51 bildet somit ein Regulierorgan für den Abfluß des Nebenauslasses.
Zwecks Vermeidung von Schwankungen am System und um letzteres stabil zu gestalten,
ist eine zwangsläufige Vorrichtung vorgesehen, die einen mit der Reguliernadel 48
solidal verbundenen Kolben 55 umfaßt, wobei letzterer sich in einem mit der Membran
51 solidal verbundenen Zylinder 56 bewegt.
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Die Arbeitsweise des Ausgleichers ist die folgende: Bei bestehendem
Gleichgewicht liegt die Membran 45 so, daß die Wassermenge, welche die Reguliernadel
48 unter Wirkung des zwischen den Kammern 50 und 44 bestehenden Druckunterschiedes
hindurchläßt, gleich derjenigen Wassermenge ist, die aus der Öffnung 52 unter Einwirkung
des Druckunterschiedes zwischen den Kammern 44 und 54 ausfällt. Demnach weist der
Druck in der Kammer 44 einen mittleren Wert auf, der dem mittleren Wert des in jeder
Kammer 50 und 54 vorhandenen Druckes entspricht.
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Ist z. B. der Druck in der Leitung 37 höher als im Nebenauslaß 39,
dann wächst der Druck auch in der Kammer 43 und wird auf die Membran 45 so ausgeübt,
daß die Reguliernadel 48 den Durchgang 49 öffnet, was eine Erhöhung des Druckes
in der Kammer 44 hervorruft. Dieser Druck bewirkt eine Verschiebung der Membran
51 und drosselt etwas den Durchgang 53, bis das Gleichgewicht zwischen den Leitungen
37 und 39 wiederhergestellt ist.
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Fällt dagegen der Druck im Nebenauslaß 39 höher aus, dann tritt die
entgegengesetzte Wirkung ein.
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Ist jedoch das Wasser kalt und ist der Eintritt der Leitung 37 durch
die Lamelle 40 verschlossen, dann ist der Druckabfall zwischen den beiden durch
57 und 58 bezeichneten Stellen des durch den Wasserzähler führenden Kreislaufes
praktisch gleich Null, während der Druckabfall im Kreislauf des Nebenauslasses einen
maximalen Wert erreicht.
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Unter diesen Verhältnissen vermag der Ausgleicher das Gegengewicht
nicht in passender Weise wiederherzustellen. In diesem Fall erweist es sich als
vorteilhaft, ein durch eine gegen ihren Sitz 66 mittels einer Feder 6I gehaltenen
Kugel 59 gehildetes Ventil zuzufügen, wobei zu beachten ist, daß der Widerstand
des Ventils zumindest gleich demjenigen des durch den Nebenauslaß ausgeübten maximalen
Widerstandes sein muß.
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In der in Fig. 8 veranschaulichten Abart bedeutet 63 das Gehäuse
des Ausgleichers, 64 die erste Kammer, die mit der Leitung 37 vermittels eines Kanals
65 verbunden ist, 66 die zweite Kammer, die vermittels eines Kanals 67 mit dem Nebenauslaß
39 verbunden ist, und 68 die dritte Kammer. Die Kammern 64 und 66 sind durch einen
Kolben 69 voneinander getrennt, wobei dieser Kolben eine Reguliernadel 70 trägt,
die zumindest teilweise eine Ausflußöffnung 7r, die in einem die Kammer 68 begrenzenden
Kolben 72 vorhanden ist, abzuschließen vermag. Der Kolben 72 ist als Differentialkolben
ausgebildet und weist demnach zwei voneinander verschiedene Durchmesser auf, wobei
die entsprechenden Oberflächen im Verhältnis 1 : 2 zueinander
stehen.
Der Kolben 72 vermag, zumindest teilweise, den Durchgang 53 des Abflusses des Nebenauslasses
abzuschließen.
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Eine feste Wand 73 trennt die Kammern 66 und 68 voneinander. Ein
in der Mitte dieser Wand gebohrtes Loch 74 läßt die Reguliernadel mit einem geringen
Spiel hindurchgehen und bildet somit eine Durchflußleere zwischen den Kammern 66
und 68.
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Die Verschiebung des Kolbens 72 schließt den Abfluß 53 des Nebenausflusses
mehr oder weniger ab.
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Bei bestehendem Gleichgewicht fließt eine geringe Wassermenge durch
die Leitung 67, die Kammer 66, das Loch 74, die Kammer 68 und die Öffnung 7I hindurch.
Der Druck in der Leitung 37 und der in der Kammer 64 sind einander gleich, und das
gleiche gilt auch für den Druck im Nebenauslaß 39 und in der Kammer 66.
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Der Druck in der Kammer 68 weist einen mittleren Wert zwischen demjenigen
der Kammern 66 und 75 auf, wobei 75 den Raum, der sich unterhalb des großen Durchmessers
des Kolbens 72 betindct. bezeichnet und welcher mit dem Nebenauslaß mittels der
Leitung 76 in Verbindung steht.
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Falls der Druck in der Leitung 37 höher zu stehen kommt als derjenige
in dem Nebenauslaß 39, dann wird der Kolben 69 verschoben und schließt durch seine
Reguliernadel 70 die Öffnung 7I etwas ab.
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Demzufolge steigt der Druck im Innern der Kammer 68 und verschiebt
den Kolben 72, der jetzt die Durchgangsöffnung 53 abdrosselt und dadurch den Druck
in den Nebenauslaß so lange ansteigen läßt, bis der Druck der Leitung 37 wieder
ausgeglichen ist. Die als Ventil wirkende Kugel 59 ist auch zu dem gleichen Zweck
wie im Fall der Fig. 7 vorgesehen.
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Da die Abflußbedingungen nicht für jede Lage der Lamelle 40 dem Druckabfall
streng proportional ausfallen, kann man über einen noch genaueren Apparat verfügen
(Fig. 9), indem die Kammern 64 und 66 (oder 42 und 43 in Fig. 7) durch mit 77 und
78 bezeichnete Pitotröhren verbunden werden, wobei die Einmündung dieser Röhren
gerade an der Stelle 79, wo die Drosselung ihren maximalen Wert erreicht und wo
die Geschwindigkeiten selbst ihren Höchstwert besitzen, angeordnet ist. Es werden
also die dynamischen Drücke, die den an der Einmündung der Röhren 77 und 78 vorhandenen
Geschwindigkeiten proportional sind, den Kammern.64 und 66 übertragen. Das Gleichgewicht
auf beiden Seiten des Kolbens 69 wird nur dann erreicht, wenn diese Geschwindigkeiten
einander gleich sind.
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In der gemäß Fig. 10 veranschaulichten Druckausgleichsvorrichtung
wird der Hohlkörper durch eine sehr biegsame Scheidemembran 85 in zwei Kammern getrennt,
und zwar eine obere Kammer 86, die in 87 mit der Zuleitung 37 verbunden ist, während
eine untere Kammer 88 mit dem Nebenauslaß 39 in Verbindung steht. Die Ausflußöffnung
des Nebenauslasses 39 weist im unteren Teil eines Zentriergliedes 91 eine Löcherreihe
go auf. Der obere leicht kegelstumpfförmige Teil 92 dieses Zentriergliedes dient,
mit einem geringen Spielraum, zur Führung eines Kolbenmantels 93, der zur veränderlichen
Abdrosselung des nützlichen Ausflußquerschnittes 98 des Nebenauslasses bestimmt
ist und gleichfalls zur Bildung einer Kammer im Raum 97 dient, in welcher der gleiche
Druck wie in 88 herrscht. Die Stange 94 des Kolbens 93 ist im Gehäuse der Ausgleichsvorrichtung
geführt; mit der Scheidemembran ist sie wasserdicht verbunden. Der Boden des Kolbens
ist mit Durchgangslöchern go versehen, deren Gesamtquerschnitt viel größer als der
Durchgangsquerschnitt zwischen dem Kolbenmantel 93 und dem kegelstumpfförmigen Teil
92 sein soll, damit der in 97 herrschende Druck dem in 88 vorhandenen gleich sei.
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Wenn die Drücke auf beiden Seiten der bimetallischen Lamelle 40 ungleich
sind, so bewegt sich die Scheidemembran 85 nach oben oder nach unten und treibt
den Kolben 93, der die Durchgangsöffnung 98 mehr oder weniger abschließt, bis der
Druck auf beiden Seiten der bimetallischen Lamelle 40 gleich ausfällt. Dank dem
in 88 und 97 herrschenden gleichen Druck sowie der Schneidekante des Kolbenmantels
93 erfährt der bewegliche Teil dieses Abschließelementes praktisch keinen durch
die hydraulische Rückwirkung hervorgerufenen Antrieb. Der Sickerausfluß, der zwischen
dem Kolbenmantel 93 und dem Teil 92 durchfließt, sichert dank der Kugel form des
Teiles 92, eine automatische hydraulische Zentrierung des Kolbens 93.