DE973002C - Regler fuer ueberstroemende Fluessigkeitsmengen - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 12. NOVEMBER 1959

P 9216IX/42 e

Die Erfindung bezieht sich auf einen nach dem Prinzip dies hydraullischen Hebers arbeitenden Regler für Flüssigkeitsmengen, die von einem höhereni zu einem tieferen Flüssigkeitsniveau überströmen, wie z. B. bei Becken, Flüssen, Kanälen oder Leitungen, wobei zwei oben offene, durch eine Zwischenwand oder ein Überfallwehr getrennte und, nacheinander durchflossene Behälter durch eine ortsfeste Haube überdeckt sind/, in, welcher die überströmende Flüssigkeitsnieinge durch dien Druck des über der Flüssigkeit befindlichen, Gases geregelt wird.

Heberartige Vorrichtungen, die das Niveau der zuströmenden oder ablaufenden Flüssigkeit auf einer gewünschten Höhe halten, sind bekannt. Dabei ist ein, ein Ventil betätigender Schwimmkörper außerhalb des Hebers, d.. h. im Zustrom bzw.
fluß, angeordnet. Die durchfließende Flüssigkeitsmenge wird von den, Niveauschwankungen beein'-flußt und schwankt daher ständig. ao

Für bestimmte Zwecke muß die Menge der die Vorrichtung in der Zeiteinheit durchströmenden Flüssigkeit eine beliebig einstellbare, aber unabhängig von äußeren Faktoren automatisch konstant bleibende Größe sein.

Bei einer bekannten Vorrichtung ist ein als Heber wirkendier Rohrbogen derart mit einem im Zulauf vertikal beweglichen Schwimmer verbunr den, daß der Rohrbogen sich mit dem Oberwasserspiegel hebt und senkt, wobei das frei hängende Auslaufende des Rohrbogens und; eine Überlaufkante dauernd um einen gleichbleibenden, die

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Druckhöhe bildenden, einstellbaren Betrag unter dem Oberwasserspiegel gehallten werden. Der Rohrbogen besitzt keinen Scheitelluftraum. Im solchen Einrichtungen können nur verhältnismäßig kleine Wassermengen, übergeleitet werden., und die Regelung ist wegen, des großen, vom Schwimmer zu tragenden. Gewichtes und wegen der beträchtlichen Reibungswiderstände ungenau.

Es sind, ferner Meßeinrichtungen, vorgeschlagen ίο worden,, bei denen die zu messende Flüssigkeit aus einem allseitig geschlossenen, unter Überdruck stehenden Zulaufraum durch eine Drosselöffnung in einen geschlossenen Kasten mit Überlaufkante strömt. In diesem Kasten steht die Flüssigkeit ständig im wesentlichen gleich hoch, und ein Schwimmer, der auf ein den Luftdruck im Ablaufkasten verminderndes· Ventil wirkt, stellt ein genaues, ebenso hohes Flüssigkeitsniveau im ZuI auf kasten: her. Je größer die Zulaufmenge ist, desto höher steigt' der so Schwimmer und desto mehr öffnet, er das Entlüftungsventil des. Ablaufkastens, dessen Luftdruck nun. gegenüber jenem im Zulaufkasten, absinkt, wodurch dann, mehr Flüssigkeit durch die Drosselöffnung abfließt. Die Luftdruckdifferenz der Kästen ist die Meßgröße der Durchfluß menge. Durch die Verwendung einer Drosselöffnung ist die Menge des Durchflusses eng begrenzt.

Eine andere bekannte Art der Beeinflussung des Flüssigkeitsdurchflusses durch einen als Siphon .30 wirkenden Rohrbogen besteht darin, daß im Scheitel des Hebers ein sich nach dem Heberinnern zu öffnendes Rückschlagventil angeordnet ist, welches durch eine einstellbare Kraft, z. B. eine Feder, in Schließstellung gezogen wird. Bei sich verstärkender Saugwirkung durch die aus dem Heber ausfließende Flüssigkeit entsteht im Hebersoheitel ein vergrößerter Unterdruck, der das Ventil aufzieht, so daß durch dasselbe Luft eingesaugt und der Flüssigkeitsspiegel im Scheitel-.40 teil des Hebers entsprechend gesenkt wird. Damit verringert sich dort der Überlaufquerschnitt und die Durchflußmenge. Die jeweiligen hydraulischen Druckverhältnisse vor bzw. hinter dem Siphon bestimmen bzw. verändern die Durchfluß-Verhältnisse. Wenn nun, wie bei solchen Vorrichtungen vorgesehen, z. B. im Zulaufbehälter ein Fühler (Schwimmer) angeordnet ist, der mit dem Scheitelventil zusammenwirkt, so kann zwar das Niveau im Zulaufbehälter auf gleichbleibendem Stand gehalten werden, aber eine Durchflußmenge von konstanter Größe ergibt sich nicht.

Diese Mangel werden, gemäß der Erfindung dadurch, beseitigt, daß das. Ventil, welches den Druck des über der Flüssigkeit in der Zufluß- und Abflußbehälter überdeckendien Haube befindlichen Gases in Abhängigkeit vom Flüssigkeitsstand steuert, seinerseits durch, den Flüssigkeitsspiegel im oberen der beiden Behälter mittels eines vom darin herrschenden Gasdruck praktisch unabhängigen Fühlers so gesteuert ist, daß in an sich bekannter Weise die gleichbleibende Überströmmenge erzielt wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird das das Ventil steuernde Organ zu einem in den Flüssigkeitsspiegel des oberen Behälters eingetauchten, dem statischen Auftrieb unterworfenen Körper ausgebildet. Um die überströmende Menge auf einen anderen Wert einstellen zu können, wird in Ausgestaltung der Erfindung eine Abhängigkeit von einer Regelgröße dadurch hergestellt, daß das Regelventil mit einer entsprechenden Betätigungseinrichtung ge-, koppelt wird.

Die Erfindung soll nun an Hand verschiedener beispielsweiser Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben werden. Es zeigt

Fig. ι einen Längsschnitt einer Vorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine Teilansicht dieser Vorrichtung in vergrößertem Maßstab,

Fig. 3 eine Teilansicht einer anderen Ausführungsform.

Bei der in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung tritt eine Flüssigkeitsmenge aus einem oberen Becken 20 mittels einer Vorrichtung gemäß der Erfindung in ein unteres Becken 21 über. Diese allgemein mit 22 bezeichnete Vorrichtung umfaßt eine Haube 23 mit einem in dieser angeordneten Wehr 24, welches einen aufsteigendem Teil 25 und einen absteigenden Teil 26 der Strömung gegeneinander abgrenzt. Der aufsteigende Teil 25 weist in waagerechter Richtung eine große Ausdehnung auf, so daß der Flüssigkeitsspiegel η des Teiles 25 im wesentlichen ruhig und' waagerecht ist.

In, der oberen Wand der Haube 23 ist gegenüber dem. Teil 25 eine Durchtrittsöffnung 27 ausgebildet, die mit einem Verschluß 28 zusammenarbeitet. Dieser umfaßt eine zylindrische Wandung 29 (Fig. 2), welche an ihrem unteren, der Durchtrittsöffnung 27 gegenüberliegenden Ende bei 30 offen ist und an, ihrem oberen Ende durch eine zweite· zylindrische Wandung 31 verlängert ist, welche einen größeren Durchmesser aufweist. Auf ihrem oberen Rand 32 ist eine sie abdeckende elastische Membran 33 befestigt, welche mittels einer in ihrer Mitte angeordneten. Scheibe 34 mit einer Stange 35 gekuppelt ist. Diese ist bei 36 an einem Tragarm 37 befestigt, welcher bei 38 fest mit der Haube 23 verbunden ist. Der Verschluß 28 ist, z. B. durch Schweißuing, wie bei 39 angedeutet, an einem Waagebalken 40 befestigt, welcher auf einem von der Haube 23 getragenem Schneidenlager 41 kippbar angeordnet ist.

An. dem auf der Seite des Verschlusses befindlichen Ende des Waagebalkens. 40 ist im Inneren des Verschlusses· bei 42 eine Stange 43 angelenkt, welche sich durch die Durchtrittsöffnung 27 erstreckt und einen: in den Flüssigkeitsspiegel η eingetauchten Gewichtskörper 44 trägt. Der Körper 44 ist vorzugsweise als senkrechter Zylinder großen. Querschnittes ausgebildet.

An seinem _t anderen Ende nimmt der Waagebalken 40 ein, Gleitgewicht 45 auf, welches entlang des Waagebalkens verschiebbar ist und mittels

einer Schraube 46 festgestellt werden kann. Für eine: Stellung des. Gewichtes 45 auf dem Waagebalken; 40 herrscht. Gleichgewicht, wenn der Körper 44 durch den, auf ihn wirkenden statischen. Auftrieb um einen bestimmten, Betrag erleichtert wird;, welcher bei einem gegebenen Flüssigkeitsspiegel η erreicht wird.

Wenn, aus irgendeinem Grund der Flüssigkeitsspiegel η im Verhältnis zum Gleichgewichts stand steigt, wird der Körper 44 durch den verstärkten statischen Auftrieb erleichtert, wodurch, sich der Verschluß 28 starker öffnet und mehr Luft in die Haube eintreten! läßt, als nach unten, mitgenommen wird. Infolge dieser vorübergehenden. Erhöhung des in der Haube herrschenden Druckes sinkt der Flüssigkeitsspiegel n, und der Verschluß nimmt seine Schließstellung ein.

Wenn, umgekehrt der Flüssigkeitsspiegel η gegenüber dem Gleichgewichts stand sinkt, wird der Körper 44 auf Grund der Verringerung des statischen Auftriebs schwerer. Der Verschluß 28 schließt sich vollkommen, und läßt keine Luft in, die Haube eintreten. Der Druck in der Haube sinkt im gleichen Ausmaß, wie Luft von der Strömung fortgeführt wird, so daß der Flüssigkeitsspiegel η wieder bis zur Soll-hohe ansteigt.

Somit ergibt sich, daß jeder Einstellung des Gewichtes 45 auf dem Waagebalken ein. stets auf einer vorher festgelegten Höhe gehaltener Flüssigkeitsspiegel η und demzufolge eine gleichbleibende Höhe der über dem Wehr 24 befindlichen Flüssigkeitsschicht entsprechen'. Durch. Einstellen des Gewichtes 45 auf dem Waagebalken wird somit das Überströmen einer bestimmten Flüssigkeitsmenge bewirkt.

Es ist zu beachten, daß· der Verschluß 28 auf Grund, seiner Ausbildung mit zwei abgesetzten zylindrischen Wandungen und einer Membran 33 zum Teil entlastet ist, d;. h., so. daß er nicht störend von dem im Inneren, der Haube herrschenden Druck beeinflußt wird,-. An. Stelle des beschriebenen- und dargestellten, Verschlusses kann, auch jeder andere entlastete Verschluß Verwendung finden..

Auf Grundi der allgemeinen Anordnung gemäß der Erfindung ergibt sich., daß die Einregelung des Flüssigkeitsspiegels η auf eine bestimmte Höhe nicht durch, den im Inneren der Haube herrschenden Gasdruck beeinflußt wird. Wenn sich, die Höhe des Flüssigkeitsspiegels im oberen Becken 20 zu verändern beginnt, verändert sich der in der Haube herrschende Gasdruck selbsttätig, wobei jedoch der Flüssigkeitsspiegel η unverändert: bleibt.

Wie aus dem Vorhergehenden ersichtlich^ entspricht jeder gegebenen Stellung des. Gewichts 45 auf dem Waagebalken. 40 ein Flüssigkeitsstand; η und somit eine bestimmte Überströmmenge. Durch Verschieben des Gewichtes 45 auf dem Waagebalken aus einer Stellung in eine andere wird also somit eine Veränderung der Sollhöhe des Flüssigkeitsspiegels η und demzufolge der Überströmmenge erzielt.

Der Waagebalken" 40 kann übrigens auch mit einer Gradeinteilung versehen sein, die gestattet, jede gewünschte Überströmmenge durch Einstellen des Gewichtes 45 auf die entsprechende Marke zu erzielen.

Es versteht sich, daß anstatt* eines verstellbaren, auf den Waagebalken 40 wirkenden Gewichtes auch eine beliebige andere Vorrichtung verwendet werden, kann, welche auf den Waagebalken eine einstellbare, in gleicher Weise wirkende Kraft ausübt. Hierbei kann, es sich z. B. um eine hydraulische, pneumatische elektromagnetische oder anderweitige Vorrichtung handeln, die entweder unabhängig arbeitet oder aber irgendwelchen belie-■bigen Regelgrößen, unterworfen ist, welche die Überströmmenge des Hebers gleichzeitig oder nacheinander mittels der Vorrichtung gemäß der Erfindung steuern.

Wie bereits, erwähnt, ist die Regelung des Flüssigkeitsspiegels η unabhängig von dem in der Haube 33 herrschenden Gasdruck und somit vom Flüssigkeitsstand/ des. Beckens 20. Trotzdem versteht sich, daß, je nachdem ob der Flüssigkeitsstand im Becken 20 niedriger oder höher ist als der Flüssigkeitsspiegel n, die Luft in der Haube im Verhältnis zur Außenluft unter Unter- oder Überdruck gesetzt werden muß. Im zweiten Fall ist daher die Durchtrittsöffnung 27 an einen Druckbehälter anzuschließen. Falls es stich um eine unter Druck stehende Haube handelt, kann diese auch unmittelbar an eine Druckluftleitung angeschlossen werden, wobei .der Druck durch einen Verschluß geregelt wird;, der die Haube mit der Außenluft verbindet und dem in Fig. 2 dargestellten Verschluß mit der Ausnahme gleicht, daß er im umgekehrten Sinne arbeitet, d. h., daß er sich bei sinkendem Flüssigkeitsspiegel öffnet.

Der Mengenregler gemäß der Erfindung ermöglicht somit eine zufriedenstellende und genaue Regelung der überströmenden Flüssigkeitsmenge, unabhängig davon, ob es sich um eine kleine oder eine große Menge handelt, und unabhängig von der Höhe des Flüssigkeitsspiegels im oberen Teil der Haube.

Die weitere Ausführungsform der Erfindung nach, Fig. 3 entspricht der in Verbindung mit Fig. 1 und 2 beschriebenen, mit der Ausnahme, daß der ausgeglichene Verschluß durch eine pneumatische, elektrische, mechanische, hydrauilische oder sonstige Steuerung ersetzt ist, welche von dem in dien. Flüssigkeitsspiegel η eintauchenden Fühler gesteuert wird, um den die Luftzufuhr in die Haube, regelnden Verschluß zu betätigen.

In· Fig. 3 ist mit 50 eine Stange bezeichnet. welche mit dem nicht dargestellten·, diern* Körper 44 der Fig. 1 entsprechenden ansprechenden· Fühler verbunden ist. An der Stange 50, welche sich durch eine in der Wandung der Haube 23 vorgesehene öffnung S ι kleinen Durchmessers erstreckt, ist eine Scheibe 52 befestigt. Diese ist in einem die öffnung 51 umgebenden, bei 54 an der Haube befestigten Gehäuse 53 angeordnet. In seinem oberen Teil weist das Gehäuse 53 eine mit der öffnung 51 gleichachsig angeordnete öffnung 55 auf, deren Durchmesser ebenso groß odier größer als. derjenige

der erstgenannten öffnung sain kann. Die Stange 50 durchsetzt auch die öffnung 55 und ist über dem Behälter mit einem nicht dargestellten. Betätigungsglied verbunden, dessen Wirkung durch dien Pfeil F angedeutet ist.

Zum Inneren, des die pneumatische Steuerung bildenden. Gehäuses-53 führt eine Luftleitung 56, die an der Seitenwand! 57 des Gehäuses befestigt und bei 58 an einen groß bemessenen, allgemein mit 59 bezeichneten Verschluß angeschlossen ist.

Dieser steuert die Luftzufuhr in, die Haube 23. Der Verschluß 59 wird- von einer Membran 60 in eine obere Kammer 61 und, in eine, untere Kammer 62 unterteilt. Diese ist mit zur Außenluft führenden Öffnungen 63 versehen, während eine in, der Wand 23 vorgesehene Durchtrittsöffnung 64 die Haube und die Kammer 62 miteinander verbindet. In der Kammer 62 ist gegenüber der Durchtrittsöffnung 64 ein zylindrisches Ventil 65 angeordnet, welches- in einem Kreuzstück 66 geführt und durch eine Stange 67 mit der Membran 60 verbunden, ist. Zwischen der Membran- 60 und. der oberen, Wand der Kammer 61 erstreckt sich, in Verlängerung der Stange 67 eine Druckfeder 68.

Wenn die Scheibe 52 unter der Wirkung des Tauchkörpers gegem die öffnung 51 gesenkt wird, wird die Leitung 56 über die öffnung 55 mit der Außenluft verbunden, so daß in den. Kammern. 61 und. 62 des. Verschlusses. 59 Außenluftdruck herrscht und das Ventil. 65 sich unter der Wirkung der Feder 68 schließt. Die Haube ist somit von. der Außenluft abgeschlossen. Der Flüssigkeitsspiegel n, der zu niedrig war, steigt somit bis auf die gewünschte Sollhöhe an·.

Wenn, die Scheibe 52. uniter der Wirkung des Tauchkörpers gegen die Öffnung 55 angehoben wird;, wird die Leitung 56 über die, öffnung 51 mit diem in der Haube herrschenden: Druck verbunden, so daß in der Kammer 61 des- Verschlusses ein Unterdruck, in der Kammer 62 dank der öffnungen 63 jedoch Außenluftdruck herrscht.

Dieser auf die Membran 60 wirkende Druckumiterschiedi gleicht die Wirkung der Feder 68, welche bestrebt ist, das Ventil 65 zu schließen, aus und überwindet sie schließlich, so daß sich das Ventil 65 öffnet. Die Haube steht nunmehr durch die öffnungen 66 und: 63 mit der Außenluft in Verbindung. Der Flüssigkeitsspiegel κ-, welcher zu hoch war, fällt somit bis auf die gewünschte Sollhohe ab.

Die in Fig. 3 dargestellte Anordnung weist auf Grund' der Verwendung einer klein, bemessenen Steuerung 53 und eines, größeren Kräften unterworfenen Verschlusses 59 den besonderen Vorteil einer guten Abdichtung beim Schließen auf. Ferner werden die Beanspruchung und die Bewegungen der Stange 50 verringert, wodurch ein Meiner, in den Flüssigkeitsspiegel η eingetauchter Körper sowie eine nicht entlastete Steuerung 53 verwendet werden, können. Der vorgesehene Unterschied, im Querschnitt der öffnungen 51 und 55 begünstigt die Stabilität der Regelung.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Regler für eine über ein Wehr (oder eine Vorrichtung von gleicher hydraulischer Wirkung) strömende Flüssigkeitsmenge, das von einer ortsfesten Haube überdeckt ist, so daß zwei oben abgeschlossene Behälter gebildet werden, in denen der Druck des über der Flüssigkeit befindlichen Gases durch die Stellung eines vom Flüssigkeitsstand gesteuerten Ventils bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (28, 59) durch den Flüssigkeitsspiegel (n) im oberen (25) der beiden Behälter (25, 26) mittels eines vom darin herrschenden Gasdruck praktisch unabhängigen Fühlers so gesteuert ist, daß in an sich bekannter Weise eine gleichbleibende Überströmmenge erzielt wird.

2. Mengenregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler ein in den Flüssigkeitsspiegel (n) des oberen Behälters (25) eingetauchter, dem statischen Auftrieb unterworfener Körper (44) ist, der an einem Hebel (40) angreift, auf den außerdem eine den Sollwert darstellende Kraft ausgeübt wird.

3. Vorrichtung nach. Anspruch! 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dier Verschluß (28) entlastet: ist, so daß er von dem im oberen Teil der Behälter (25, 26) herrschenden- Gasdruck nicht störend beeinflußt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch. 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (59) über eine Steuerung (53) mit dem Fühler (44) verbunden ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 734 369, 289 384; schweizerische Patentschrift Nr. 25 324; französische Patentschriften Nr. 1 003 237, 616430, 548 163; britische Patentschrift Nr. 570 844.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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