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Uberdrucksicherung für Differenzdruckmesser
Zur Messung von Druckdifferenzen
bedient man sich in der Industrie verschiedener Geräte, wie Plattenfedermanometer,
Membrandosenmanometer, Ringwaagen, Flüssigkeitsmanometer usw. Sie alle sind beschädigungsempfindlich
gegen einseitige überbelastungen, und es sind zur Lösung des Problems bereits verschiedenerlei
Ausführungen bekanntgeworden, die größtenteils nur der betreftenden Geräteart besonders
angepaßt sind.
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So hat man beispielsweise bei Plattenfedermanometern eine Anlage
geschaffen, die in Funktion tritt, sobald der entsprechende noch zulässige Druckwert
erreicht wird. Bei Quecksilberschwimmermessern hat man ein Schließventil eingebaut,
das durch einen Schwimmer beim Erreichen eines bestimmten Druckes die Minusleitung
abschließt usw.
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Diese Fälle liegen verhältnismäßig einfach. Bei den sog. Ringwaagen
ist die Lösung wesentlich schwieriger, doch hat man auch hier schon Lösungen gesucht
und mit mehr oder weniger Erfolg gefunden. Zum Beispiel schaltet man ein System
kommunizierender Röhren der Ringwaage parallel, in dem eine Sperrflüssigkeit ist.
Drückt man das Medium in den einen Schenkel hinein, so wird die Sperrflüssigkeit
so weit verdrängt, bis eine Offnung mit anschließendem Rohr freigegeben wird, durch
die das Medium ungehindert voh der Uberdrucknach der Unterdruckseite hinüberströmen
kann.
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Durch entsprechende Abstimmung wird erreicht,
daß
dieser Vorgang stattfindet, bevor die Sperrflüssigkeit in der Ringwaage durchschlägt
und in die Kapillare bzw. in die Rohrleitung gedrückt wird.
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Die konstruktive Ausführung und die Wirkung ließen aber bisher allgemein
zu wünschen übrig.
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Teils war die Anordnung nicht günstig, oder sie war mehr als Notbehelf
und Provisorium ausgeführt und entsprach nicht den gewünschten Anforderungen. Der
größte Mangel war aber der, daß, selbst wenn die Sperrflüssigkeit in der Ringwaage
am Durchschlagen - gehindert wurde, das aber dann bei der Durchschlagssicherung
geschah.
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Damit ging einerseits die Sperrflüssigkeit verloren, und andererseits
wurde der gewünschte Durchschlagswert, also der Sicherungswert, ständig verringert,
so daß die Ringwaage nicht mehr ihren vollen Ausschlag erreichen konnte.
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Derartige Drucksteigerungen können vorkommen, beispielsweise bei
Mengenmessungen mittels Blende oder Düse in Rohrleitungen, durch die das zu messende
Medium hindurchströmt. Wird in einem solchen Fall, z. B. hinter der Blende, also
auf der Minusseite, der Druck niedriger als in Rechnung gesetzt, so wird der Druckabfall
zu groß, und die Sperrflüssigkeit der Ringwaage schlägt durch Dieser Vorgang kann
bei gewissen Betriebsstörungen ganz plötzlich und stoM!weise auftreten, und -gerade
für diesen Fall sind die bisher bekannten Sicherungen nicht geeignet.
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Es kommt aber auch sogar vor, daß in manchen Fällen die Druckdifferenz
ihr Vorzeichen umkehrt, die Strömung also rückwärts verläuft. Auch dieser Fall ist
bei den bekannten Sicherungen nicht vorgesehen bzw. nur nebenher und daher ein Schutz
dagegen nur mangelhaft oder gar nicht erreicht worden.
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Alle diese Mängel sind bei den bisher bekannten Konstruktionen weder
beriicksichtigt noch vermieden worden, was meistens auch gar nicht möglich war.
Es ist daher der Zweck der vorliegenden Erfindung, ein Gerät zu schaffen, das allen
Anforderungen entspricht und das im Gegensatz zu vorher auch für hohe Betriebsdrücke
geeignet ist.
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Es ist ferner nicht nur für die Ringwaage, sondern in gleicher Weise
zum Schutz aller andern Arten von Differenzdruckmessern brauchbar.
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Das Gerät ist in der nachfolgenden Beschreibung und in der Zeichnung
in einem Ausführungsbeispiel beschrieben und -dargestellt.
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An die Rohrleitung 1 mit Drosselorgan 2 ist das Meßinstrument 3 mit
den Leitungen 4 und 5 angeschlossen. Der Pfeil gibt die normale Strömungsrichtung
des zu messenden Mediums an. Von den Leitungen4 und 5 sind die Zuleitungen 6 und
7 -abgezweigt, die zur überdrucksicherung führen.
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Diese ist wie folgt aufgebaut: Ein entsprechend druckfester Hohlkörper
8 ist in zwei Kammern g und 10 unterteilt, von denen die untere g durch die Leitung
6 mit der Rohrleitung I vor der Drosselstelle und die obere 10 durch die Leitung
7 mit der Rohrleitung I hinter der Drosselstelle verbunden ist.
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Die beiden Kammern sind durch ein Steigrohr II miteinander verbunden,
das bis ziemlich auf den Boden der unteren Kammer führt. Es ist mit einer Abschrägung
12 versehen. Die untere Kammerg ist teilweise mit einer Sperrflüssigkeit I3 gefüllt.
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Entsteht nun zwischen den beiden Kammern eine Druckdifferenz, so
steigt die Sperrflüssigkeit im Steigrohr II, während sie in der Kammer g sinkt.
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Die Spiegeldifferenz h entspricht der Druckdifferenz zu beiden Seiten
der Drosselstelle 2. Diese Druckdifferenz wird vom Meßinstrument 3 angezeigt oder
registriert. Wird nun die Druckdifferenz zu groß, so wird der untere Rand des Steigrohres
durch die Sperrflüssigkeit freigegeben, und ein Teil des durch die Rohrleitung I
strömenden Mediums tritt in Form von Blasen oder Tropfen von unten her durch das
Steigrohr von der Plusseite nach der Minusseite iiber und vereinigt sich hinter
der Drosselstelle wieder mit den übrigen.
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Es ist ersichtlich, daß die Druckdifferenz niemals größer werden
kann, als es der maximale Spiegelstand h zuläßt.
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Bei h = o besteht gleiche Spiegelhöhe.
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Die Einregulierung wird wie folgt vorgenommen: Bevor die Sicherung
montiert wird, schließt man an den Plusstutzen 14 eine Rohrleitung an, die mit einem
geeigneten Manometer versehen ist. Nun wird Druckluft (evtl. Fahrradpumpe) hineingedrückt,
wobei der maximale Ausschlag des Manometers beobachtet wird. Ist dieser höher als
der gewünschte Sicherungswert, so hält man ein Gefäß unter die Ablaßschraube 15
und löst diese etwas, so daß ein Teil der Sperrflüssigkeit ablaufen kann. Dann schließt
man die Schraube wieder und probiert von neuem.
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Ist- der Sicherungswert zu niedrig, so schraubt man die Einfüllschraube
I6 heraus und füllt Sperrflüssigkeit nach. Nach dem Einschrauben probiert man wie
vorher.
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Nun haben aber Versuche gezeigt, daß, besonders bei Anwendung von
Quecksilber als Sperrfiüssigkeit und bei gas- oder dampfförmigen Medien, das Quecksilber
von den aufsteigenden Blasen und der Strömungskraft in größeren und kleineren Tropfen
mitgerissen wird und in die Rohrleitung gelangt.
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Es geht somit aus der Kammer 9 verloren, und der Sicherungswert wird
vermindert.
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Um diesen Mangel zu beheben, könnte man beispielsweise die Kammer
10 sehr hoch machen. Dadurch würde aber das Gerät sehr lang und unhandlich sowie
für die Anbringung ungeeignet. Auch eine Verbreiterung der Kammer bietet keine Gewähr
für ein sicheres Zurückhalten des Quecksilbers, da die Strömungsenergie sehr groß
werden kann. Auch Versuche mit nur festen Prallplatten haben beim Einhalten einer
handlichen Form aus dem gleichen Grund keine befriedigenden Ergebnisse gezeitigt.
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Deshalb wurden feste und bewegliche Prallplatten kombiniert, wie
beispielsweise die Zeichnung zeigt. Außerdem wurde ein allmählicher Übergang vom
Steigrohr II zur Kammer 10 geschaffen, der eine Entspannung des Mediums und
eine
Verringerung der Geschwindigkeit des Quecksilbers bewirkt.
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Auf einen Stift I8 sind eine oder mehrere feste (19, 20) und ebenso
längs verschiebbare (e2'I, 22) Prallplatten angebracht. Wird nun Quecksilber aus
dem Steigrohr II nach oben herausgeschleudert, so trifft es die Prallplatte 2I und
nimmt sie mit nach oben bis zum Anschlag an der festen Prallplatte 19.
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Inzwischen kann das Medium seitlich daran vorbeiströmen, während die
Stoßenergie mindestens zum großen Teil aufgezehrt wird. Es strömt weiter durch die
Öffnungen 23 der festen Prallplatte 19 und trifft die bewegliche 22. Sollten noch
Quecksilbertropfen vorhanden sein, so werden sie genau wie vorher nun von der beweglichen
Prallplatte 22 abgefangen. Das Quecksilber fällt auf die Prallplatte 19 zurück und
fließt durch Öffnungen an ihrem Rande oder einen freigelassenen Ringspalt am Umfang
wieder nach unten in das Steigrohr zurück. Der Gasstrom geht allein weiter durch
Öffnungen 24 und 25, den Stutzen 26 und die Rohrleitung 7 in die Rohrleitung I hinter
der Drosselstrecke 2. Das Meßinstrument 3 ist also durch eine im gegebenen Augenblick
offene Parallelüberbrückung vor Überlastung geschützt. Es hat sich gezeigt, daß
bei der gedrängten Bauart stärkste Stöße mit der Luftpumpe nicht vermochten, Quecksilber
aus der Sicherung herauszuschlagen.
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Wie nun eingangs erwähnt, kommt es im Betrieb von Differenzdruckmessern
bei gewissen Störungen vor, daß der Druckabfall sein Vorzeichen umkehrt.
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Auch dann muß das Meßinstrument 3 vor Beschädigungen bzw. dem Herausschleudern
von Quecksilber geschützt werden. Es ist meistens notwendig, den Sicherungswert
für diesen Fall entsprechend niedriger zu halten als für die andere Richtung.
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Daher macht sich die Erfindung das vom Quecksilberbarometer her bekannte
Prinzip des Oberflächenverhältnisses der beiden Ouecksilberspiegel zunutze. Im vorliegenden
Fall ist die Oberfläche des Ringraumes in der Kammer ein mehrfaches größer als die
im Steigrohr I I. Durch entsprechende Berechnung läßt sich das Verhältnis zwischen
Vorwärts- und Rückwärtsströmung in den praktischen Grenzen beliebig bestimmen und
bemessen.
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Diese Überdrucksicherung beschränkt sich in ihrer Anwendung nun nicht
nur auf Mengenmesser, die nach dem Drosselprinzip arbeiten, sondern sie kann auch
sonst überall angewendet werden, wo Druckdifferenzen gemessen werden. Ebenso könnte
sie natürlich verwendet werden für einfache Druckmesser, wenn es zulässig ist, das
durchtretende Medium ins Freie strömen zu lassen.