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Gerät für Feuerlöschzwecke zum Einbringen von Schaumbildnern, Netzmitteln
u. dgl. in Druckwasser führende Leitungen Zusatz zum Patent 905 928
Gegenstand der
Erfindung ist eine weitere Ausbildung des Gerätes für Feuerlöschzwecke zum Einbringen
von Schaumbildnern, Netzmitteln u. dgl. in Druckwasser führende Leitungen mittels
einer Strahlpumpe nach Patent 905 928.
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Bei den Geräten nach dem Hauptpatent wird das Druckgefälle vor und
hinter der Strahlpumpe durch Beeinflussung der in einer Umführungsleitung an der
Strahlpumpe vorbeifließenden Flüssigkeitsmenge selbsttätig geregelt. Die zur selbsttätigen
Druckgefälleregelung dienenden Vorrichtungen bestehen dabei im allgemeinen aus einem
oder mehreren von dem Druck vor und hinter der Strahlpumpe beaufschlagten Kolben
und einem von diesem Kolben gesteuerten Organ zur Beeinflussung der Nebenstromflüssigkeitsmenge.
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Man kann solche Geräte so bauen, daß der Druck vor und hinter der
Strahlpumpe mittels besonderer Meßleitungen dem zugehörigen Druckkolben zugeführt
wird, ohne daß eine Strömung in diesen Meßleitungen stattfindet. Außerdem kann man
das Regelorgan z. B. als entlasteten Schieber ausbilden,
so daß
es keine Eigenkräfte auf die eigentliche Regelvorrichtung ausübt. Auch wenn man
in an sich bekannter Weise mittels des oder der Druckkolben ein Vorsteuerventil
betätigt, das etwa die Druckwasserzufuhr zum Arbeitskolben eines Servomotors steuert,
der seinerseits das Drosselorgan der Nebenschlußleitung verstellt, kann man es vermeiden,
daß vom Drosselorgan Kräfte auf den oder die in diesem Fall als Meßvorrichtung wirkenden
Druckkolben übertragen werden, die die Messung verfälschen würden. Die oben dargestellten
Maßnahmen erlauben zwar ein genaues Arbeiten der Regelung, erfordern jedoch einen
verhältnismäßig großen Aufwand, machen die gesamte Anordnung verwickelt und umfangreich
und setzen deshalb die Betriebssicherheit der gesamten Vorrichtung herab.
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Das wirkt sich besonders dann nachteilig aus, wenn die selbstregelnde
Strahlpumpe, wie z. B. im Feuerlöschwesen, leicht bewegbar sein muß. Man muß daher
darauf verzichten, den Regler und das Steuerorgan der Nebenflußwasserleitung in
der oben angedeuteten Weise mechanisch und hydraulisch zu trennen. Vielmehr benutzt
man die Umführungsleitung selbst dazu, um an ihr die erforderlichen Regeldrucke
zu entnehmen und läßt den oder die Regelkolben unmittelbar auf das Drosselorgan
der Nebenflußleitung einwirken. Es ergeben sich jedoch dann hinsichtlich der Regelgenauigkeit
Schwierigkeiten. Die auf die Flächen des oder der Regelkolben wirkenden Drucke sind
nämlich jetzt nicht immer gleich den vor und hinter der Strahlpumpe selbst herrschenden
Drucken, weil die an der Strahlpumpe vorbeifließende Flüssigkeit beim Durchströmen
in dem vor der Regelvorrichtung liegenden Teil der Umführungsleitung einen Druckabfall
erfährt. Der Druck kurz vor der Regelvorrichtung ist also um ein Geringes niedriger
als der Druck vor der Treibdüse der Strahlpumpe. In gleicher Weise erfährt die im
Nebenstrom fließende Flüssigkeit einen Druckabfall in dem hinter dem Regler befindlichen
Teil der Umführungsleitung, was dazu führt daß der kurz hinter dem Regler herrschende
Druck etwas höher ist als der Druck in dem Druckraum hinter der Strahlpumpe. Diese
beiden Druckänderungen wachsen bei turbulenter Strömung ungefähr mit dem Quadrat
der die Nebenflußleitung durchfließenden Flüssigkeitsmenge, die selbst um so größer
werden muß, je geringer der Widerstand in der sich an die Strahlpumpe anschließenden
Leitung für das Gemisch aus Treib- und Zusatzflüssigkeit wird. Die Regelvorrichtung
als solche stellt nun das unmittelbar an ihr herrschende Druckgefälle bei richtiger
Arbeitsweise auf einen bestimmten Wert ein.
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Infolge der eben beschriebenen Erscheinung wird aber das an der Strahlpumpe
selbst vorhandene Druckgefälle um so stärker von dem an der Regelvorrichtung vorhandenen
abweichen; je geringer der Widerstand der Gemischleitung hinter der Strahlpumpe
wird.
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Es genügen bereits geringe Abweichungen der Drucke an der Regelvorrichtung
von den tatsächlich vor und hinter der Strahlpumpe meßbaren Drucken, um erhebliche
Abweichungen des Istwertçs--der zugesetzten Flüssigkeitsmenge von dem erstrebten
Sollwert hervorzurufen. Dies sei an einem Rechenbeispiel gezeigt: Es wird eine Strahlpumpe
angenommen, die zu saugen beginnt, wenn der Gegendruck hinter derselben soO/o des
Treibdruckes vor derselben beträgt und die bei einem Gegendruck von 700/0 eine Zusatzflüssigkeitsmenge
von 8e/o der Treibflüssigkeitsmenge ansaugt. Bei einem Treibdruck von 8 at wird
der gesamte Regelbereich (o bis 8 °/o Zumischung) bei einer Änderung des Gegendruckes
von 6,4 auf 5,6 at, also um den Betrag von o,8 at, durchlaufen. Es genügt also bei
den angegebenen Verhältnissen bereits, eine Verfälschung des Treib- oder Gegendruckes
um o,I at, um die anteilige Menge der eingeschleusten Zusatzflüssigkeit um IO/o
vom Sollwert abweichen zu lassen. Druckveränderungen in der Umführungsleitung von
solcher Höhe und mehr sind indessen kaum zu vermeiden, wenn die Umführungswassermenge,
um einen großen Regelbereich zu überstreichen, einen größeren Anteil der durch die
Strahlpumpe selbst fließenden Flüssigkeitsmenge ausmacht. Dies ist z. B. bei den
Strahlpumpen für Zwecke des Feuerlöschuesens der Fall, wo die Betriebsverhältnisse
infolge der verschiedenen Länge der verwendeten Rohrleitungen, der verschiedenen
Rauhigkeit derselben und der Möglichkeit des Auftretens statischer Druckerhöhungen
stark schwanken können.
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Um trotz des oben erläuterten Fehlers zu einer einwandfreien Regelung
zu kommen, sind gemäß der Erfindung die Leitungsteile, in denen die der Regelung
des Druckgefälles der Strahlpumpe dienende, an der Strahlpumpe vorbeiströmende Druckflüssigkeit
fließt, so ausgebildet, daß sie der hindurchströmenden Flüssigkeit einen möglichst
geringen Widerstand entgegensetzen, - so daß der Druckabfall in der Nebenschlußleitung
ausschließlich am Drosselorgan des Gefällereglers stattfindet.
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Die Umführungsleitung erhält zu diesem Zweck bei kürzester Länge zweckmäßig
überall einen Querschnitt von mindestens etwa dem doppelten des engsten Querschnittes
der Strahlpumpe.
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Gemäß weiterer Erfindung wird der Regelfehler, der durch den restlichen
noch vorhandenen Strömungswiderstand der Umführungsleitung oder durch andere Ursachen
dynamischer Art hervorgerufen wird, durch eine mit der Menge der an der Strahlpumpe
vorbeifließenden Flüssigkeit veränderliche Kraft, die zusätzlich auf das Regelsystem
einwirkt, ausgeglichen. Beispielsweise kann die an einer beweglichen Fläche, die
von der im Nebenschlußkanal fließenden Druckflüssigkeit beaufschlagt wird, entstehende
Strömungskraft zum Ausgleich der Regelfehler benutzt werden. Es kann auch die Druckverminderung,
die im engsten Querschnitt eines Venturirohres auftritt, das einen Teil des Nebenschlußkanals
bildet, dazu benutzt werden, um auf eine der Kolbenflächen einzuwirken, deren Druckraum,
falls erforderlich, zu diesem Zweck von den übrigen Druckräumen abgetrennt sein
kann, und um das Regelorgan der Umführungs-
leitung mit wachsender,
durch' diese strömende Flüssigkeitsmenge vermehrt zu öffnen. Schließlich wird gemäß
weiterer Erfindung mit dem Drosselorgan, das die Menge der den Nebenflußkanal durchströmenden
Flüssigkeit steuert, eine Vorrichtung verbunden, die den Zu- oder Abfluß von Druckflüssigkeit
in eine Kammer, die von einer der Steuerkolbenflächen abgeschlossen wird und die
mit einem der übrigen Druckräume durch eine Drosselöffnung verbunden, aber sonst
abgetrennt ist, beeinflußt, so daß sich der Druck in dieser Kammer im Sinne eines
Ausgleichs des Regelfehlers ändert.
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Die nicht veränderliche Drosselöffnung, vorzugsweise also diejenige,
durch die die Druckflüssigkeit in die erwähnte Kammer eintritt, kann so gestaltet
sein, daß in ihr über den ganzen Regelbereich oder einen Teil desselben eine bestimmte
Strömungsform, z. B. etwa die laminare oder die turbulente, herrscht. Endlich können
mit Vorteil zwei oder mehr der eben aufgeführten Möglichkeiten zum Zwecke einer
erhöhten Wirksamkeit der Ausgleichvorrichtung verbunden werden.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung zum Teil
schematisch im Schnitt gezeigt.
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Abb. I stellt einen Druckgefälleregler zusammen mit einer Strahlpumpe
dar, bei dem der Ausgleich des Regelfehlers mittels einer von der Strömung beaufschlagten
Ablenkfläche erfolgt; bei der Anordnung nach Abb. 2 geschieht dieser Ausgleich unter
Benutzung der in einer Verengung der Umgehungsleitung entstehenden Druckverminderung,
desgleichen mit anderer Anordnung der Kolbenflächen in Abb.3; Abb. 4 endlich zeigt
eine Fehlerausgleichsvorrichtung, bei der der Hub des eigentlichen Drosselorgans
in Verbindung mit einer Drosselbohrung für den Ausgleich des Regelfehlers sorgt.
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Die Druckflüssigkeit tritt bei der Ausführungsform nach Abb. I, wie
durch den Pfeil angedeutet, aus einer nicht gezeichneten Rohrleitung von links in
den Treibdruckraum I der Strahlpumpe ein und durchströmt deren Treibdüse 2 und deren
Diffusor 3.
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Aus dem Gegendruckraum 4 tritt das entstandene Gemisch in die sich
an die Strahlpumpe anschließende nicht gezeichnete Rohrleitung ein. Die zuzusetzende
Flüssigkeit, z. B. der Schaumbildner, wird wie üblich einem Behälter 5 entnommen
und mittels des Saugrohres 6 der Saugkammer 7 der Strahlpumpe zugeführt. Aus dem
Raum I zweigt die Umgehungsleitung8 ab und mündet in die Kammer g des Druckgefällereglers.
Diese ist nach der einen Seite durch die Membran Io abgeschlossen, nach der anderen
Seite durch die Gehäusewand II, die als Sitz 12 eines Drosselventils ausgebildet
ist. Gegen den Sitz 12 kann der Ventilkegel I3, der mit einer Zugstange 14 fest
verbunden ist, abdichten. Die aus der Leitung 8 in den Raum 9 eintretende Flüssigkeit
strömt eine schräg gestellte Fläche 15 an, die an einem Hebel I6 befestigt ist.
Der Hebel I6 ist um den festen Punkt 17 drehbar und greift mit seinem oberen Ende
an der Zugstange 14 an. Mit der Zugstange 14 ist weiter eine den Raums8 abschließende
Membran Ig, deren Fläche um einen gewissen Betrag größer ist als die der Membran
Io, fest verbunden.
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Das Verhältnis der Flächen der Membranen 10 und 19 entspricht dem
einzuhaltenden Verhältnis der Drucke in den Räumen 4 und I.
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Die Einrichtung arbeitet wie folgt: Die Nebenstromflüssigkeit durchströmt,
aus dem Raum 9 kommend, das Drosselventil 12, 13 und den Raum 18 und verläßt diesen
durch die Umführungsleitung 20.
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Entsteht beim Anwachsen der an der Strahlpumpe vorbeigeführten, die
Leitungsteile 8 und 20 durchströmenden Flüssigkeitsmenge in diesen ein Druckabfall,
der, wie oben dargelegt, dazu führt, daß der Anteil der angesaugten Zusatzflüssigkeitsmenge
über den gewollten Wert ansteigt, so wird diese Wirkung dadurch wieder ausgeglichen,
daß die aus der Leitung 8 ausströmende Flüssigkeit an der Ablenkfläche IS eine nach
rechts wirkende Kraft erzeugt, die mittels des Hebels I6 mit Richtung nach links
auf die Zugstange 14 übertragen wird. Bei geeigneter Bemessung der Teile wird das
Drosselorgan 12, 13 um einen solchen Betrag weiter geöffnet, daß das Verhältnis
der Drucke in den Räumen 4 und I seinen alten Wert wieder erreicht.
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Die Abb. 2 zeigt eine Regelvorrichtung, bei der die aus der Rohrleitung
8 ausströmende Umgehungsflüssigkeit zunächst einen zwischen dem Ventilteller 2I
und der Fläche 22 des Gehäuses 23 gebildeten Drosselspalt durchströmt. Auf die Fläche
des Ventiltellers 21 wirkt von links der vor der Strahlpumpe herrschende höhere
und von rechts der hinter der Strahlpumpe vorhandene niedrigere Druck ein, der gleich
dem Druck im Innenraum 24 des Gehäuses 23 ist, solange eine Strömung durch die Umführungsleitung
nicht stattfindet. Der Ventilteller 2I ist an einem zweiarmigen Hebel 25 mit einem
festen Drehpunkt 26 angelenkt. Das obere Ende des Hebels 25 ist gelenkig mit einer
Spindel 27 verbunden, die an ihrem rechten Ende an der Hilfsmembran 28 befestigt
ist. Die Hilfsmembran 28 grenzt nach rechts an die Atmosphäre und nach links an
den abgetrennten Raum 29, durch dessen Boden 30 die Spindel 27 annähernd druckdicht
hindurchgeführt ist. Aus dem Raum 24 führt eine Rohrleitung 3I in den Raum 4 hinter
der Strahlpumpe. Die Leitung 3I weist eine Verengung 32, an deren engster Stelle
eine Rohrleitung 33 abzweigt, die in den Raum 29 mündet, und eine sich anschließende
Erweiterung auf.
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Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen: Solange eine Strömung durch
die Regelvorrichtung nicht stattfindet, wirkt von links auf den Ventilteller 21
der volle Treibdruck des Raumes I und von rechts der volle Gegendruck des Raumes
4 der Strahlpumpe ein. Da der Druck vor der Strahlpumpe höher ist als derjenige
hinter derselben, würde die von dem Treibdruck herrührende öffnende Kraft auf den
Ventilteller 21 überwiegen, wenn nicht die von dem Hilfskolben 28 mittels des Hebels
25 auf den Teller 21 übertragene, vom Gegendruck herrührende Kraft den Ausgleich
her-
beiführen würde. Wird der Regler jedoch durchströmt, so würde
sich an seinen Ixolbenflächen ein verfälschtes Druckverhältnis einstellen, und das
Drosselorgan 2I, 22 würde weniger stark öffnen als es zur Gleichhaltung des gewünschten
Druckverhältnisses erforderlich wäre. Dieser Fehler wird dadurch ausgeglichen, daß
an der engsten Stelle der Rohrverengung 32 beim Durchströmen eine Druckverminderung
entsteht, die mittels der Rohrleitung 33 in den Raum 27 übertragen wird und dazu
führt, daß die den Spalt 2I, 22 schließende Hilfskraft kleiner und der Spalt2I,22
vermehrt geöffnet wird. Auch hier ist eine Aufhebung des Regelfehlers das Endergebnis.
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Die in der Abb. 3 dargestellte Vorrichtung hat eine ähnliche Wirkungsweise
wie die in der Abb. 2 gezeigte. Die Umgehungsflüssigkeit tritt aus dem Raum I der
Strahlpumpe über die Rohrleitung 8 in den Raum 34 des Gehäuses 35 ein und durchströmt
die düsenartige Verengung 36 und die diffusorartige Erweiterung 37 desselben. Am
Ende der Erweiterung 37 befindet sich der Ventilteller 2r. der mit der Fläche 22
des Gehäuses 35 einen Drosselspalt bildet. Aus dem Raum 38 fließt die Umgehungsflüssigkeit
schließlich durch die Rohrleitung 20 in den Raum 4 der Strahlpumpe. Das Tellerventil
21 ist mittels der Zugstange 39 mit der Hilfsmembran Ao verbunden. Die mit der linken
Seite an die Atmosphäre grenzende Hilfsmembran 40 schließt den Raum 41 ab, der vom
Raum 34 durch den Einsatz 42 getrennt wird. Die Zugstange 39 füllt die Bohrung des
an der engsten Stelle der Verengung 36 mündenden Endes 43 des Einsatzes 42 nicht
vollständig aus, so daß sich der an dieser Stelle in der Verengung herrschende verminderte
Druck in den Raum 41 fortpflanzen kann.
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Die Arbeitsweise dieser Vorrichtung entspricht derjenigen der in Abb.
2 beschriebenen. Auch hier tritt an der engsten Stelle der Rohrverengerung 36 eine
Druckherabsetzung auf, die sich in den Raum 4I überträgt und zur Folge hat, daß
der Drosselspalt 21, 22 weiter geöffnet und so der Fehler des Reglers ausgeglichen
wird.
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In Abb. 4 stellt 8 die aus dem Raum 1 kommende Umgehungsleitung dar,
aus der die Druckflüssigkeit in den Ringraum 44 des Gehäuses 45 eintritt. Dann durchströmt
die Druckflüssigkeit die Bohrungen 46 des Einsatzes 47, dessen untere Fläche 48
den Sitz des Ventiltellers 49 bildet. Der Ventilteller 49 hat zwei ringförmige Drosselkanten
50 und 51 und weist Bohrungen 52 für den Durchtritt der aus der vom inneren Ringspalt
51 zusammen mit der Fläche 48 gebildeten ringförmigen Drosselöffnung entströmenden
Flüssigkeit auf. Außerdem besitzt der Ventilteller 49 eine weitere ringförmige Drosselkante
53, die den Raum 54 des Gehäuseeinsatzes s nach unten abschließt. Der Ventilteller
49 ist mittels des Zugbolzens 55 mit der den Raum 54 nach oben abschließenden Membran
56 verbunden.
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Außerdem befindet sich in der Seitenwand des Raumes 54 eine Drosselbohrung
57, die diesen mit dem Druckraum 44 verbindet. Die Oberseite der AIembran 56 ist
wie vorher dem htmospharendruck ausgesetzt. Wie in der Beschreibung zu Abb. 2 dargelegt,
wird mittels der Membran 56 und des Zugbolzens 55 eine schließende Kraft auf den
Ventilteller 49 übertragen, um die sonst überwiegende, vom Treibdruck auf den Ventilteller
g ausgeübte öffnende Kraft wieder auszugleichen.
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Auch bei dieser Anordnung macht sich eine Veränderung der auf die
Kolbenfläche wirkenden Drucke, verursacht durch die Reibungsverluste beim Durchströmen
der Umführungsleitung, in dem bereits dargelegten Sinne als Regelfehler bemerkbar.
Hier wird der erwähnte Regelfehler dadurch ausgeglichen, daß mit wachsendem Hub
des Ventiltellers 49 auch die Größe der zwischen Fläche 48 und Ringspalt 53 gebildeten
Austrittsöffnung des Raumes 54 zwangläufig wächst, so daß wegen der Drosselung der
in den Raum 54 eintretenden Flüssigkeit durch die Drosselbohrung 57 der Druck im
Raum 54 ebenfalls abnimmt. Die Folge ist wiederum ein vermehrtes Offnen der Drosselspalte
48. 51, 52 und die Aufhebung des Regelfehlers.