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Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der dem Wasser bei der Erzeugung
von Luftsdiaum für Feuerlösdizwecke zuzusetzenden Schaumbildnermenge
Bei der Zumischung
von Schaumbildner zum Betriebswasser zum Zweck der Schaumerzeugung für Feuerlöschzwecke,
beispielsweise in Luftschaumstrahlrohren, macht es Schwierigkeiten, den richtigen
Prozentsatz einzumischen. Es ist jedoch wichtig, den richtigen Prozentsatz zu treffen,
da bei zu niedriger Beimischung Schaumergiebigkeit und Schaumbeschafenheit mangelhaft
sind und bei zu hoher Beimischung Schaumbildner verschwendet wird. Es kann dann
vorkommen, daß die vorgesehene Menge an Schaumbildner zur Ablöschung eines großen
Brandes nicht mehr ausreicht, während sie ausgereicht hätte, wenn die Beimischung
im richtigen Verhältnis erfolgt wäre.
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Die bisher bekannten Vorrichtungen für die Regelung der Schaumbildnermenge
bestehen im wesentlichen aus einfachen Regelhähnen, mit deren Hilfe es schon schwierig
ist, die Schaumbilduerzumischung für bekannte Betriebswassermengen einzustellen,
da die Durchflußmenge bei solchen Regelöffnungen auch abhängig von der Viskosität
des Schaumbildners ist. Viel weniger noch gestatten die einfachen Regelhähne eine
Anpassung an wechselnde Betriebsverhältnisse, wie sie durch den unterschiedlichen
Wasserdruck und die unterschiedliche Länge der Schlauchleitungen entstehen.
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Die eingangs erwähnte Forderung nach einer gcnauen Regelung kann also
mit den bisher bekannten
Vorrichtungen eicht erreicht werden. Aufgabe
der Erfindung ist es, hier Abhilfe zu schaffen.
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Gemäß der Erfindung werden eine Mengenmeßeinrichtung für das Betriebswasser
und eine vorzugsweise gleichartige Mengenmeßeinrichtung für den Schaumbildner so
miteinander gekuppelt, daß bei verhältnisrichtigen Zumischen von Schaumbildner an
dem Kupplungsglied ein sichtbarer Gleichgewichtszustand besteht. Der Gleichgewichtszustand
kann durch irgendeine Markierungsvorrichtung kenntlich gemacht werden. Dias Verfahren
kann gemäß weiterer Erfindung auch in vollem Umfang selbsttätig gestaltet werden,
indem das vorgenannte Kupplungsglied zur Steuerung des Schaumbildnerventils verwendet
wird. Eine Vorrichtung zur Durchführung des neuen Verfahrens kann z. B. so beschaffen
sein, daß ein Flüssigkeitsmesser, vorzugsweise ein Volumenzähler, für das Betriebswasser
und ein solcher für den Schaumbildner mit einem Differentialgetriebe so verbunden
sind, daß die Differenzdrehzahl Null ist, wenn das Verhältnis der Betriebswassermenge
und der Schaumbildnermenge dem Sollwert entspricht. Zur Durchführung des völlig
selbsttätigen Verfahrens wird zweckmäßig ein DIfferentialgetriebe verwendet, das
Unterschiede der Drehzahlen der durch die beiden Flüssigkeitsmesser angetriebenen
Räder in eine seitliche Verschiebung einer Steuerwelle um--andelt.
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Eine andere Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des
halbselbsttätigen Verfahrens besteht darin, daß in der Betriebswasseleitung und
in der Schaumbildnerleitung je lein Venturimeßsystem angeordnet ist, deren Druckdifferenzen
jeweils auf einem Stellmotor, z.B. einem Kolben oder eine Membran, wirken, die untereiander
so gekuppelt sind, daß die Stellkräfte ineinander entgegenwirken und sich bei Erreichung
des Sollwertes für die Schaumbildnermenge aufheben. Zur Durchführung des völlig
seibsttätigen Verfahrens wird diese Vorrichtung zweckmäßig so weitergebildet, daß
das Kupplungsglied zwischen den Stellmotoren, vorzugsweise eine Verbindungsstange,
den Verschlußkörper für das Schaumbildnerventil unmittelbar steuert, indem dieser
z. B. an dem Kupplungsglied befestigt ist.
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In der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung
zur Durchführung des neuen Verfahrens dargestellt.
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Fig. 1 zeigt eine halb selbsttätige Vorrichtung unter Venvendung
von Flüssigkeitszählern, Fig. 2 die gleiche Vorrichtung zur Durchführung des völlig
selbsttätigen Verfahrens; in Fig. 3 ist eine Vorrichtung dargestellt, bei der gegeneinander
arbeitende Stellmembranen verwendet werden und bei der ebenfalls das Schaumbildnerventil
völlig selbsttätig gesteuert wird.
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In Fig. I ist a das Hauptdurchflußrohr für das Betriebswasser, in
welches zwecks Erzeugung des für den Nebenschlußzähler b erforderlichen Druck gefälles
eine Verengung eingeschaltet ist. In bekannter Weise herrscht an der engen Stelle
bei Wasserdurchgang ein verminderter Druck gegenüber der normalen Durchflußweite.
Infolgedessen fließt durch das Verbindungsrohr d eine Teilwassermenge zum Zähler
b und von diesem durch die Verbindungsleitung e zurück zur Einmündungsstelle im
verengten Teil. Die Regelschraube j gestattet die Einstellung leiner bestitmtiten
Teilwassermenge, die durch den Zähler fließen soll. D;er Wasserdurchfluß durch den
Zähler b äußert sich in einer bestimmen Drehzahl der Zählerscheibe g. Auf dieser
Scheibe läuft in bestimmtem und festem Abstand von dem Drehmittelpunkt das Reibrad
lt. Die Umdrehung des Rades im wird ,mittels Weile od. dgl. auf die eine Seite des
Differentialgetriebes i übertragen.
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In dem Gefäß k ist der Schaumbildner unter Druck aufgespeichert.
Von dem Gefäß k führt über das Schaumbildnerregelventil l 1 eine Leitung zu dem
Schaumbildnerzähler m und von da eine Verbindungsleitung n zu dem 1Hauptwasserrohr
a, wo der Schaumbildner sich mit dem Betriebswasser mischt.
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Die Scheibe o des Schaumbildnerzählers ist größer als diejenige des
Wasserzählers b, damit durch Verschieben des Reibrades p verschiedene Übersetzungen
eingestellt werden können. Dies geschieht durch den Schieber q, in dessen gabelartigem
Führungsstück das Reibrad p läuft. Damit dieses Reibrad seine Umdrehung auf die
Verbindungswelle r trotz seitlicher Verschiebung übertragen kann, sitzt es beispielsweise
auf ,einem Vierkant. Die Weller überträgt die Umdrehungen des Reibrades p auf die
rechte Seite des Differentialgetriebes i, jedoch in entgegesetzter Drehrichtung.
Die Differenzdrehzahl des Reibrades 11 und des Reibradesp werden durch die Zahnräder
s und t auf die Markierungsscheibe u übertragen. EIn Fenster v gestattet die genaue
Festellung, ob die Markierungsscheibe sich in Drehung befindet oder nicht.
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Die Wirkungsweise der Einrichtung ist folgende: Bei Inbetriebsetzung
fließt durch das Hauptwasser rohrs eine bestimmte Wassermenge, die denNebenschlußzähler
b in Umdrehung versetzt. Die Drehzahl dieses Zählers ist verhältnisgleich dem Gesamtdurchfluß
im Rohrs. Über die Zählerscheibe g und das Reibrad k wird die linke Seite des Differentialgetriebes
in Drehung versetzt, während die rechte Seite beispielsweise noch stillstehen soll.
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Die einseitige Drehung im Differentialgetriebe veranläßt pber die
Zahnräder s und t eine Umdrehung der Markierungsscheibe u. Wird nun durch das Schaumbildtierregelventil
1 eine bestimmte Schaumbildnermenge durch den Zähler m und das Verbidungsrohr n
zum Betriebswasser überführt, so beginnt auch die Scheibe o sich zu drehen und teilt
diese Drehung über - das Reibrad p der rechten Seite des Differentialgetriebes i
mit. In dem Augenblick, in dem die Rebräder h und p gleiche Umdrehung besitzen,
steht die Markierungsscheibe u still, was in dem Fenster v beobachtet werden kann.
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Der Stillstand ist ein Anzeichen dafür, daß das Schaumbildnerr,egelventil
genau auf die richtige Menge eingestellt ist, denn die Flüssigkeitszähler b und
m laufen gleich schnell, und da durch den Zähler b beispielsweise die Teilmenge
von 2°,o an Wasser hindurchfließt, so muß auch. durch den
Schaumbildnerzähler
m sa/o Schaumbilducr hilldurchfließen.
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Etwaige Änderungen in den Betriebsverhältnissen, z. B. höherer Wasserverbrauch,
äußern sich sofort im Anlaufen der Markierungsscheibe cr, worauf dann ein Nachregeln
am Ventil 1 erfolgen muß, bis diese Scheibe wieder zum Stillstand gekommen ist.
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Soll ein anderer als der normale Prozentsatz von beispielsweise 2%
zugemischt werden, so wird mittels eines Schiebers q das Reibrad auf seiner Vierkantwelle
zum Mittelpunkt der Scheibe 0 oder von diesem weg geschoben. Weitere Entfernungen
vom Mittelpunkt entsprechen geringeren DSosierungen, näherte Entfernungen stärkerer
Dosierung. Der Schieber q kann sichtbar in Prozenten der Schaumbildnerdosierung
geeicht werden. Um den Bedienenden auf etwa eintretende Veränderungen der Betriebsverhältnisse
aufmerksam zu machen, wenn er gerade nicht die Markierungsscheihe tt beobachtet,
kann diese z. B. mit einem akustischen Signal ausgerüstet werden, welches ertönt,
sobald die Markierungsscheibe sich in Drehung befindet.
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In Fig. 2 ist das Dosierungsverfahren in ein völlig selbsttätiges
abgewandelt. Statt des Zahnraddifferentialgetriebes i blei der halbselbsttätigen
Einrichtung kommt ein Differentialgetriebe zur Anwendung, welches Ungleichheiten
der Drehungen der Reibräder lt und p in seitliche Verschiebung einer Steuerwelle
1 umwandelt. Zu diesem Zweck besitzt das Reibrad lt in seiner Nabe ein Muttergewinde
2 und die Steuerwelle I ein Außengewinde 3.
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Längsverschiebungen der Welle I werden übertragen auf den Kraftschalterq,
in welchem eine Nadel 5 eine Bohrung 6 mehr oder weniger abschließt.
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Der Kraftschalter 4 dient zum Steuern des Stellmotors, der seinerseits
aus dem Steuerzylinder 7,, dem Kolben 8, der Schließfeder 9 und der Steuerstange
10 besteht. Eine Verbindungsleitung 11 führt dem Stellmotor Druckwasser zu, welches
durch die Bohrung 6 zum Kraftschalter und von diesem durch das Abflußrohr I2 als
verbrauchtes Steuerwasser abfließt. Die Steuerstange 10 betätigt das Schaumbildn;erregelventil
I3, welches in die Schaumbildnerleitung 12 eingeschaltet ist.
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Diese Einrichtung arbeitet folgendermaßen: Bei Durchfluß von Betriebswasser
durch das Hauptdurchfiußrohr a wird der Zähler b in Umdrehung versetzt. Der Zähler
b teilt über die Zählerscheibe g die Umdrehung dem Reibrad lot mit. Dla das Reibrad
p noch vorerst stillsteht, weil die Schließfeder g über die Steuerstange 10 das
Schaumbildnerregelventil 13 teschllossen gehalten hat und demgemäß der Zähler nicht
läuft, wird die Steuerwelle aus dem Muttergewinde 2 herausgedreht und verschiebt
sich nach rechts. Hierdurch wird der Durchgang durch die Bohrung 6 im Kraftschalter
durch die Steuernadel 5 so weit geschlossen, daß der Durchflußquerschnitt kleiner
wird als die Eingangsdrosselbohrung I5, durch die Druckwasser zum Stellmotor fließt.
Mit zunehmender Verkleinerung des Austrittsquerschnittes bei 6 bildet sich Druck
im Stellmotor, der den Steuerkolben 8 unter Überwindung d'er Federkraft g aufwärts
bewegt. Die Steuerstange Io macht diese Bewegung mit und öffnet dadurch das Schaumbildnerregelventil
I3. Es fließt nunmehr vom Schaumbidnerdruckbehälter k Schaumbildner über das Regelventil
zum Schaumbindnerzähler m und weiter über die Verbindunggsleitung n in das Hauptwasserohr
1, wo er sich mit dem Betriebswasser mischt.
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Mit zunehmendem Schaumbildnerdurchfluß erhöht sich die Drehzahl der
Zählerscheibeo und damit auch diejenige des Reibrades p und der Steuerwelle I. In
dem Augenblick, in dem die Steuerwelle I mit dem Außengewinde 3 und das Reibrad
h mit seinem Muttergewinde 2 gleiche Geschwindigkeit erreicht haben, ist das richtige
Mischungsverhältnis zustande gekommen. In diesem Augenblick hört aber auch, da eine
Relativbewegung zwischen Muttergewinde 2 und Außengewinde 3 nicht mehr besteht,
eine Seitenverschiebung der Steuerwelle I und damit ein Nachsteuern der Steuernadel
5 im Kraftschalter auf. Es herrscht ein Gleichgewichtszustand, der nur durch Änderung
der Betriebsverhältnisse gestört werden kann. Tritt eine solche Änderung ein, so
kommt zeitweise wieder eine Relativblewegung zwischen Muttergewinde 2 und Außengewinde
3 zustande, was ein entsprechendes Nachstellen und Nachsteuern des Kraftschalters
und einentsprechendes Folgen des Stellmotors zur Folge hat.
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Um zu vlerhindern, daß die Schaumbildnerbeimischung, die durch das
Verbindungsrohr n in das Hauptwasserführungsrohr mündet, durch den Zähler b mitgezählt
wird, kann selbstverständlich die Verbindungsleitung n auch hinter der Verengung
c des Hauptwasserführungsrohres münden.
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In Fig. 3 bedeutet a die Meßstrecke für das Betriebswasser mit dem
weiten Querschnitt bei b und dem verengten Querschnitt bei c. Diese Meßstrecke wird
z. B. in die Schlauchleitung eines Luftschaumerzeugerrohres eingeschaltet. Für den
Schaumbildner befindet sich die Meßstrecke bei d mit dem weiten Querschnitt bei
e und dem verengten Querschnitt bei f, in Fließrichtung vor der Meßstrecke d befindet
sich das Schaumbildnerregelventil g, dem Schaumbilduer unter Druck aus dem Vorratsgefäß
lt zugeführt wird.
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Die sich in der Meßstrecke a für das Betriebswasser einstellenden
Druckdifferenzen wirken auf den Stelimotor 1, der im vorliegenden Beispiel als Membranapparat
ausgebildet ist. Durch die Verbindungsleitung k wird der Druck an der weiten Querschnittstelle
b über die Membran und durch die Leitung l derjenige an der engen Querschnittstelle
unter die Membran i geleitet. Eine Schließfeder m sorgt im Ruhezustand durch Vermittlung
der Verbindungsstellstange n für den Abschluß des Schaumbildnerregelventils g.
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Die Druckdifferenzen, die sich in der Meßstelle d einstelLen, wirken
auf einen zweiten, gleich großen Stellmotor bzw. Membranapparat o. Hier wirkt der
jeweils höhere Differenzdruck im Rohre über die Verbindungsleitung q unterhalb der
Membran, während der niedrige Differenzdruck im Rohr f über die Verbindungsleitung
p oberhalb der Membran wirkt.
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Über die Leitung fließt die geregelte Schaumbildnermenge zur Betriebswasserleitung,
wo sie bei s einmündet.
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Um bei der Einrichtung den Sollprozentsatz verschienen einstellen
zu können, blesitzt die Venturidüse f eine verstellbare Einstellnadel t, mit deren.
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Hilfe der enge Querschnitt bei j verändert und damit das ganze System
auf eine gewünschte Riegelgröße eingestellt werden kann.
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Die Wirkungsweise der Einrichtung ist folgende: Im Ruhezustand ist
das Schaumbildnerregelventil unter dem Einfluß der Feder m geschlsssen. Beginnt
nun beim Betrieb der Anlage durch die Meßstrecken Wasser zu fließen, so verstellt
der unterhalb der Membran i wirkende Unterdruck die Stellstangen und damit das Regelventil
g im Öffnungssinne. Es beginnt nunmehr Schaumbildner durch die Meßstrecke d zu fließen,
der mit seinem höheren Druck unterhalb der Membran o und mit seinem verringerten
Druck oberlialh der Membran lastet.
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Große Druckdifferenzen wirken bei diesem Stellmotor im Sinne der Schließbewegung
des Regelventils g. Die vom Wasserstellmotor i eingeleitete Öffnungsbewegung des
Regelventils g findet in dem Augenblick ihren Abschluß, in dem der Schaumbildnerstellmotor
o gleich große, jedoch lentgegengesetzt gerichtete Stellkräfte, hervorgerufen durch
gleich große Druckdifferenzen und verhältnisgleiche Schaumbildnermengen, erzeugt.
Bei etwaiger Übersteuerung des Regelventils g und demzufolge zu starken Schaumbildnertzfluß
entstehen sofort durch wachsende Druckdifferenzen an der Schaumbildnermeßstrecke
d Gegenkräfte auf die Membran o, die zur Schließbewegung bei g führen.
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Zur Verhinderung etwaiger Schwingungen des Regelsystems können verschiedene,
bekannte Maßnahmen getroffen werden. Zum Beispiel können die Verbindungsleitungen
k und l und p und q mit Dlrosselstellen ausgerüstet werden, die ein zu rasches Aus
steuern der Stellmotoren verhindern.