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Vorriditung zum Dosieren von Flüssigkeit und Gasen
In der Technik ist
es oft erforderlich, einer strömenden Flüssigkeit oder Gase bestimmte Niengen einer
anderen Flüssigkeit oder eines anderen Gases beizufügen, teils zur Durchführung
von Reaktionen, teils für Reinigungszwecke od. dgl.
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Solange die zu behandelnde Flüssigkeit oder das Gas sich in einem
gleichmäßig strömenden Zustand und unter Atmosphärendruck befinden, ist die Zugabe
verhältnismäßig einfach, weil man dann die zuzufügende Flüssigkeit oder das Gas
nur auf eine bestimmte Strömungsgeschwindigkeit einzustellen und durch eine Leitung
der zu behandelnden Flüssigkeit oder dem Gas zuzufügen hat. Erheblich schwieriger
gestaltet sich die Dosierung, wenn das zu behandelnde Medium eine wechselnde Strömungsgeschwindigkeit
aufweist und sich vielleicht außerdem noch unter einem höheren als Atmosphärendruck
befindet. Auch für derartige Betriebsverhältnisse sind bereits zahlreiche Vorrichtungen
vorgeschlagen und in die Praxis eingeführt worden.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung, die in einer besonders
einfachen und betriebssicheren Weise die Lösung der vorgenannten Aufgaben gewährleistet
und mit welcher auch umgekehrt zwecks Probeentnahme od. dgl. den strömenden Flüssigkeiten
oder Gasen Stoffmengen, die den Durchflußgeschwindigkeiten proportional sind, entnommen
werden können. Die bisher vorgeschlagenen Vorrichtungen dieser Art besaßen
diese
Vorzüge nicht. So wurde z. B. eine elektrische Steuerung gewählt, die gerade hier
erhebliche Nachteile besitzt. Sie ist nicht betriebssicher, weil die elektrischen
Kontakte gerade bei chemischen Geräten leicht korrodieren und daher Störungen eintreten.
Die Vorrichtung nach der Erfindung gehört demgegenüber einer Gattung von Geräten
an, bei denen mittels einer durch das strömende Medium bewegten Meßvorrichtung ein
Hilfskraftorgan nicht elektrisch, sondern mechanisch gesteuert wird und bei denen
das in der Leitung strömende Medium selbst als Druckmedium für die Förderpumpe dient,
die den Zusatz des zu dosierenden Mittels überwacht. Eine solche Einrichtung, bei
der der in der Leitung angeordnete Durchflußmesser den Zu- und Abfluß eines Druckmittels
steuert, das die als Kolben-, z. B. Membranpumpe ausgebildete Fördereinrichtung
für das Zusatzmittel unmittelbar antreibt, wurde ebenfalls vorgeschlagen. Während
also dort die Förderpumpe unmittelbar die Dosiervorrichtung antreibt, also sozusagen
selbst die Dosiervorrichtung bildet, wird beim Gegenstand der vorliegenden Erfindung
an Stelle des direkten Antriebs der Dosierpumpe dieser Antrieb durch eine Hilfspumpe
bewirkt, deren Druckmittelzufuhr durch den erwähnten Durchflußmesser überwacht wird.
Die Anordnung ist so getroffen, daß die Förderpumpe über ein mechanisches Kraftübertragungsorgan,
z.B. eine Kolbenstange, eine mit eigenen Pumporganen (Zylinder und Kolben bzw. Membrankammer
und Membran) ausgerüstete Dosiervorrichtung antreibt.
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Gegenüber dem direkten Antrieb der Dosiervorrichtung ergibt sich
der Vorteil, daß es nicht mehr notwendig ist, eine Reduktion des Druckes hinter
dem Wassermesser bzw. der Entnahmestelle des Druckmittels vorzunehmen. Wenn z. B.
die Hilfspumpe eine Membran mit einem Flächeninhalt von 100 qcm besitzt und von
der einen und der anderen Seite abwechselnd mit Druckwasser von ungefähr 5 atü beaufschlagt
wird, so steht auf der Membran ein Druck von 500 kg zu Verfügung. Wird nun eine
Dosierpumpe verwendet mit einer Membran, die z. B. einen Flächeninhalt von nur 50
qcm besitzt, so würde ein Druck von I0 atü zur Verfügung stehen, um die in die Hauptleitung
zu gebende Lösung zu dosieren.
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Allgemein gesprochen treten also durch die vorgesehene Trennung von
Dosierpumpe und Antriebspumpe alle die Vorteile in Erscheinung, die bei entgegenstehenden
Drücken durch größere Fläche der Antriebspumpe gegenüber der wirksamen Fläche der
Dosierpumpe in hydraulischer Beziehung entstehen. Während ferner bei einer Vorrichtung
mit gemeinsamer Membran für Antriebs-und Dosierpumpe eine unkontrollierbare Diffusion
entstehen kann, da es erforderlich ist, die Membran aus einem möglichst labilen
Material herzustellen, so fällt durch die beim Erfindungsgegenstand vorgesehene
Trennung auch diese Fehlerquelle fort.
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Es kann auch nicht beim Auftreten von irgendwelchen Undichtheiten
bei gemeinsamer Membran ein unerwünschtes Durchmischen von Antriebswasser und Chemikalienlösung
entstehen, was um so gefährlicher ist, als meist erst eine gewisse Zeit vergeht,
bis ein solcher Fehler augenfällig wird oder überhaupt festgestellt werden kann.
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Die durch die geschilderte Zweiteilung von Antriebs- und Dosierpumpe
erleichterte Abdichtung der druckführenden Teile der Vorrichtung wird zweckmäßig
auch noch dadurch vereinfacht, daß der Zylinder des Steuerschiebers unmittelbar
an das Durchflußmessergehäuse angebaut ist. Das heißt also Steuerschieber, Zylinder
und Messergehäuse brauchen gegeneinander nicht mehr abgedichtet zu sein, da die
Druckflüssigkeit des Messers unmittelbar mit der unteren Fläche des Steuerkolbens
in Berührung kommt. Dabei kann als Steuerschieber ein sich drehender Kolben dienen,
der mit abwechselnd öffnenden und schließenden Kanälen für den Zu- und Abfluß des
Druckmediums versehen ist. Natürlich ist es ohne weiteres möglich, in dem vom Druckmittel
gefüllten Raum bei Verwendung eines Messers mit rotierender Bewegung und einem Steuerkolben
mit hin und her gehender Bewegung eine umgekehrte Anordnung und Bewegungsart dieser
Organe vorzusehen.
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Um auch in solchen Fällen genau dosieren zu können, in denen nur
verhältnismäßig geringe Druckunterschiede oder Strömungsgeschwindigkeiten zur Verfügung
stehen, und um trotzdem die oben geschilderten Vorteile des nur mittelbaren Antriebs
der Dosiervorrichtung durch die Förderpumpe zu genießen, ist es zweckmäßig, für
die dosierte Zuführung von Gasen neben der von der Förderpumpe angetriebenen Dosiervorrichtung
noch eine zusätzliche Membrankammer vorzusehen, die für die Feinregulierung der
Dosiervorrichtung sorgt.
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Zusammenfassend besteht also die Vorrichtung in ihren Grundzügen
aus einem in die Leitung des strömenden Mediums eingesetzten Messer beliebiger Konstruktion,
etwa einem Flügelradmesser, Ringkolbenmesser, Venturirohr mit Partialmesser oder
irgendeiner anderen Vorrichtung, in welcher durch die Strömung des Mediums eine
zu der Strömungsgeschwindigkeit in einem festen Verhältnis stehende Drehung oder
Hinundherbewegung erzeugt wird, z.B. eine kreisel- oder kolbenpumpenartige Vorrichtung.
Diese Bewegung wird auf ein Steuerorgan, beispielsweise einen Steuerkolben, übertragen,
der seinerseits ein Druckmittel, beispielsweise eine unter einem gewissen Druck
stehende Flüssigkeit, als welche auch das strömende Medium selbst benutzt werden
kann, in eine Krafterzeugungsvorrichtung, beispielsweise einen mit einem Kolben
versehenen Zylinder, einführt. Dawodurch, daß die Steuervorrichtung das Druckmittel
der Krafterzeugungsvorrichtung mit wechselnder Geschwindigkeit, entsprechend der
wechselnden Strömungsgeschwindigkeit des zu behandelnden Mediums, zuführt, kann
aus einer mit der Krafterzeugungsvorrichtung verbundenen Dosierungsvorrichtung,
die etwa nach Art einer Pumpe gebaut sein kann, eine wechselnde Menge des zuzu-
gebenden
Stoffes gefördert und in den zu behandelnden Stoff eingeführt bzw. zur Probeentnahme
od. dgl. abgenommen werden.
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An Stelle eines Zvlinders und Kolbens kann man als Krafterzeug;Ilgsvorrichtung
eine andere Vorrichtung, z. 13. eine rlembrankammer, die durch eine in sie eingesetzte
bewegliche Membran in zwei Hälften geteilt wird, od. dgl. verwendeii.
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Nachstehend seien zwei Ausführungsbeispiele an Hand der Abb. I und
2 näher beschrieben.
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In Abb. I bedeutet I eine Leitung, in der ein Gas strömt, das mit
einer gewissen Menge Flüssigkeit zum Zwecke einer Reaktion, beispielsweise einer
Befeuchtung, einer chemischen Behandlung od. dgl., versetzt werden soll. In die
Leitung ist ein Flügelradmesser 2 eingesetzt, dessen Flügelrad sich je nach der
Strömungsgeschwindigkeit des Gases schneller oder langsamer dreht und diese Drehung
auf ein Räderwerk überträgt. Durch die Spindel 3 wird eine Kurbel 4 betätigt, die
durch das anschließende Gestänge den Steuerkolben 5 in dem Zylinder 6 hin und her
bewegt.
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Um möglichst alle Widerstände, die der freien Bewegung des Messers
hinderlich sein können, auszuschalten, ist der Steuerkolben zweckmäßig völlig zu
entlasten und auch alle Reibungswiderstände, die beispielsweise in den Stopfbuchsen
entstehen können, tunlichst zu vermeiden. Der Steuerkolben wird mit einem unter
Druck stehenden Stoff, beispielsweise mit Ö1 oder Wasser, aus der Leitung 7 gespeist,
und die Zuführung geschieht zweckmäßig so, daß der Stoff beiden Seiten des Kolbens
zugeführt wird, um die vorerwähnte Entlastung zu erreichen.
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Bei der Stellung gemäß der Abbildung befindet sich der Steuerkolben
5 links innerhalb des Steuerzylinders 6. Der Kolben selbst besteht aus zwei durch
die Kolbenstange verbundenen Einzelteilen, so daß er in der Mitte zwischen den beiden
Teilen einen Hohlraum aufweist. Von dem Steuerzylinder gehen drei Leitungen sa,
8b und 8c ab, von denen 8a und 8c je zu einer Seite des Kraftkolbens führen, während
8b eine Abflußleitung darstellt.
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Bei der Stellung gemäß der Zeichnung strömt Druckflüssigkeit aus
der Leitung 7 durch die vom Steuerkolben freigegebene Öffnung Sc in die rechte Seite
des Kraftzylinders g ein, wodurch der Kraftkolben 10 nach links gedrückt wird und
die links von ihm befindliche Flüssigkeit durch die Leitung 8a über dem Steuerzylinder
in die Leitung 8b und von dort ins Freie entleert. Zugleich wird durch den Kraftkolben
die Dosierungsvorrichtung, bestehend etwa aus einem Pumpenzylinder 11 mit einem
Pumpenkolben I2, in gleicher Richtung, nämlich nach links, gedrückt, wodurch der
auf der linken Seite des Kolbens befindliche Stoff durch das Druckventil fortgedrückt
wird, während durch das Saugventil auf der rechten Seite des Kolbens neuer Stoff
in die Vorrichtung einströmt.
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Der durch das Druckventil fortgedrückte Stoff wird, wenn er zur Behandlung
des in der Leitung I strömenden Gases dienen soll, in diese Leitung vermittels eines
Verbindungsrohres eingepreßt, was ohne weiteres möglich ist, wenn der Druck der
dem Steuerzylinder zugeführten Flüssigkeit und der Durchmesser des Kraftkolbens
10 hinreichend gewählt werden, so daß die durch beide auf den Pumpenkolben I2 ausgeübte
Kraft zur Uberwindung des entgegenstehenden Druckes ausreicht.
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Der von dem Kolben 12 aus dem Pumpenzylinder II fortgedrückte Stoff
kann aber auch nach einer anderen Stelle geleitet werden, an welcher man eine Flüssigkeits-
oder Gasmenge im Verhältnis zu der durch die Leitung I strömenden Flüssigkeits-
oder Gasmenge erhalten oder ansammeln will, beispielsweise für die Betätigung eines
Fernzählwerkes, einer Probeentnahme od. dgl.
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Für diese Zwecke ist dann an Stelle der Ableitung von dem Zylinder
11 die Zuleitung zu ihm mit der Leitung I zu verbinden.
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Die Abb. 2 stellt eine Vorrichtung dar, vermittels derer z. B. einer
Wasserleitung gewisse Mengen von reinigenden oder entkeimenden Stoffen zugeführt
werden sollen, und enthält unter anderem eine abgeänderte Form des Steuerkolbens,
die nachstehend näher beschrieben werden soll.
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I stellt wiederum die Leitung mit dem strömenden Stoffe, im vorliegenden
Falle also Wasser, und 2 einen Wassermesser dar. Der Wassermesser ist unmittelbar
durch eine Welle 3 mit dem unter der Kappe 4 angebrachten rotierenden Steuerkolben
5 verbunden, dem aus der gleichen Wasserleitung I durch die Leitung 6 und 7 Wasser
zugeführt wird.
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Da der gleiche Stoff wie der zu behandelnde, im vorliegenden Falle
also Wasser, zur Speisung des Steuerkolbens und damit auch der Kraftvorrichtung
dient, können Stopfbuchsen, wie sie in einer Vorrichtung gemäß Abb. I sowohl für
den Messer als auch für den Steuerkolben erforderlich sind, vermieden und damit
ein für die Praxis erheblicher Reibungsfaktor ausgeschaltet werden. Von dem Steuerkolben
gehen wiederum drei Leitungen 8a, 8b und Sc ab, von denen 8a und 8C der Speisung
des Kraftorgans, im vorliegenden Beispiel einer Membrankammer 9 mit einer Membran
10 dienen, während 8b die Ablaufleitung darstellt.
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Bei der gezeigten Stellung des Steuerkolbens 5 ist der Abfluß von
der Leitung 6 nach der Leitung 5a offen, während diejenige durch die Leitung 7 nach
8C geschlossen ist. Dagegen steht die Leitung 8C über einen Ausschnitt im Steuerkolben
mit der Ablaufleitung 8b in Verbindung. Demgemäß kann sich der Wasserdruck auf der
linken Seite der Membran 10 auswirken. Diese wird nach rechts gedrückt, so daß das
auf ihrer rechten Seite vorhanden gewesene Wasser durch die Leitungen SC und 5b
fortgedrückt wird. Dementsprechend wird in der Fördervorrichtung, bestehend aus
der Membrankammer II und der Membran 12, die letztere ebenfalls nach rechts bewegt,
wodurch durch die links angedeutete Zuleitung nebst Saugventil der zu dosierende
Stoff, beispielsweise Aluminiumsulfatlösung, Kalkwasser, Hypochloritlösung, Chlorgas,
Schwefeldioxyd, Sauerstoff od. dgl., ausgesaugt wird, um bei der Linksbewegung der
Membran durch das Druckventil und die
anschließende Rohrleitung
heraus- und dem in der Leitung I fließenden Wasser zugeführt zu werden.
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Für die Dosierung von Gasen, von denen vorstehend einige Beispiele
genannt wurden, sind wegen der Zusammendrückbarkeit derselben noch einige Zusatzeinrichtungen
erforderlich, wie beispielsweise ein ebenfalls von der Membrankammer g und der Membran
10 betätigter Wasserzylinder oder eine Membrankammer I3, die sich gleichzeitig mit
Wasser füllen und entleeren und aus denen das Wasser in den Gasraum der Membrankammer
II gedrückt wird, so daß das Wasser während des Druckstoßes das Gas aus der Membrankammer
hinausdrückt. Das Wasser kann der Membrankammer I3 beispielsweise aus der Leitung
6, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Druckreduziervorrichtung, z.B. einen
mit Schwimmerventil versehenen Kasten I4, zugeführt werden.