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Vorrichtung zur Überwachung der Strömung von Flüssigkeiten in Rohren
Zur Überwachung der Förderung und Dosierung von Flüssigkeiten und Suspensionen in
Rohrleitungen sind verschiedene Vorrichtungen bekannt. Hierzu kann der Strömungswiderstand
eines Auftriebskörpers ausgenutzt werden. Es sind ferner Vorrichtungen bekannt,
in denen die durch die Strömung bewirkte Verdrehung von ein oder zwei drehbar angeordneten
Elementen zur Überwachung der Strömung herangezogen wird. Auch die Messung des Staudruckes
der Strömung kann zu ihrer Überwachung ausgenutzt werden.
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Diese bekannten Vorrichtungen, auch Strömungswächter genannt, haben
entweder den Nachteil, daß sie nur im Bereich relativ kleiner statischer Drucke
in der Flüssigkeit einsetzbar sind, oder sie werden erst wirksam bei Überschreiten
einer gewissen Strömungsgeschwindigkeit wegen der entgegenstehenden unvermeidlichen
Reibungskräfte. Es ist deshalb schwierig, beispielsweise in jedem Augenblick das
Vorhandensein einer sehr geringen Strömungsgeschwindigkeit in einem unter erhöhtem
Druck stehenden Rohr festzustellen.
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Es ist weiterhin ein Strömungswächter mit einem in Strömungsrichtung
durch die Flüssigkeit in einer Förderleitung aus nicht magnetisierbarem Werkstoff
entgegen einer Feder bewegten Kontrollkörper mit einem Magnetkern und einer außerhalb
der Förderleitung angeordneten magnetisch betätigten Anzeigevorrichtung bekannt.
Der Kontrollkörper wird hierbei in der Nullage durch die Feder gegen die Mündung
der Förderleitung im Rohranschlußstück gepreßt und gibt sofort die als Nuten im
Kontrollkörper ausgebildeten Durchtrittsöffnungen für die Flüssigkeit frei, wenn
er von der Mündung der Förderleitung abgehoben wird. Die Feder muß hierbei so stark
sein, daß sie dem statischen Druck der Flüssigkeit bis zum Eintritt der Strömung
das Gleichgewicht halten kann.
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Für die Verwendung in Rohrsystemen mit großem statischem Druck sind
derartige Vorrichtungen nicht geeignet. Außerdem ist nicht erkennbar, ob die Nulllage
dadurch zustande kommt, daß der erforderliche Druck zur Einleitung der Strömung
bei sonst fehlerfreien Verhältnissen in dem Rohrleitungssystem nicht groß genug
ist, oder ob ein Fehler, beispielsweise ein Leitungsbruch vor dem Strömungswächter
oder Ausfall der Förderpumpe, vorliegt.
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Die Erfindung, welche sich ebenfalls auf eine Vorrichtung zur Überwachung
der Strömung von Flüssigkeiten in Rohren mit einem in der Förderleitung angeordneten,
als Kolben ausgebildeten, durch eine Feder belasteten Meßstab mit einem Magnetkern
und einer außerhalb der Förderleitung angeordneten,
magnetisch betätigten Anzeigevorrichtung
bezieht, vermeidet diese Nachteile der bekannten Vorrichtungen erfindungsgemäß dadurch,
daß eine der vorstehend erwähnten Feder entgegenwirkende zweite Feder vorgesehen
ist und der Meßstab und die Anzeigevorrichtung aus einer mittleren Nullage, in der
die statischen Drücke der Flüssigkeit vor und hinter dem Kolben gleich groß sind
und vom Kolben gesteuerte Durchtrittsöffnungen für die Flüssigkeit geschlossen sind,
nach beiden Richtungen frei bewegbar sind.
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Bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung brauchen die beiden Federn
nur für die Differenz der statischen Drücke vor und hinter dem Kolben des Meßstabes
ausgelegt zu sein, und es werden daher auch geringe Strömungsgeschwindigkeiten in
einem unter erhöhtem statischem Druck stehenden Rohr festgestellt.
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Ferner ist an der mittleren Nullage der Anzeigevorrichtung erkennbar,
daß der statische Druck zu beiden Seiten des Meßstabes gleich groß und die Verhältnisse
im Rohrleitungssystem in Ordnung sind, während beim Auswandern der Anzeigevorrichtung
entgegen der Strömungsrichtung bis in die entsprechende Endlage ein Fehler angezeigt
wird. Die Anzeigevorrichtung kann mit elektrischen Kontakten ausgerüstet sein, so
daß bei bestimmten Lagen des Meßstabes jeweils Signale ausgelöst werden.
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Die Erfindung gestattet, auf diese Weise mit verhältnismäßig einfachen
Mitteln eine ständige Kontrolle der Strömung und des Rohrleitungssystems auf Fehler
praktisch ohne Wartung des Strömungswächters durchzuführen.
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Zweckmäßig ist die Vorrichtung so ausgeführt, daß die vom Kolben
gesteuerten Durchtrittsöffnungen erst nach einer Verschiebung des Kolbens um einen
bestimmten Weg in der Strömungsrichtung geöffnet werden. Es muß also erst ein gewisser
Überdruck vorhanden sein, der ausreicht, den Kolben um eine
bestimmte
Strecke axial zu bewegen, bevor ein Durchfluß entsteht. Dadurch ist sichergestellt,
daß die Strömung erst bei einem bestimmten Überdruck einsetzen kann, was insbesondere
in Systemen mit chemischen Reaktionen erforderlich ist, um eine Sicherheit gegen
vorzeitiges Öffnen der Durchtrittsöffnungen und dadurch bedingte Stöße zu erzielen.
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Außerdem ergibt die verhältnismäßig große Verschiebung des Kolbens
bis zum Eintritt der Strömung einen großen, gut erkennbaren Ausschlag des Anzeigeinstrumentes
und eine sichere Kontaktgabe der Anzeigekontakte.
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Zur Sicherung bei starken Rückstößen kann noch eine zweite als zusätzliche
Rückschlagsicherung dienende Dichtung vorgesehen sein, die am Ende des maximalen
Verschiebungsweges des Kolbens entgegen der gewünschten Strömungsrichtung zur Wirkung
kommt und durch eine Dichtungsfläche am Ende des Kolbens und eine entsprechende
Gegenfläche des Rohranschlußstückes gebildet ist.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
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In einem zylindrischen Mantel 1 (s. Abbildung) ist axial verschieblich
ein zylindrischer Meßstab 2 gelegt. Durch die gegeneinanderwirkenden Druckfedern
3 und 4 wird der Meßstab 2 bei Druckausgleich vor und hinter dem Strömungswächter
in der Nullage gehalten. An der Stelle 5 befinden sich auf einem Teil der Länge
des Meßstabes 2 einige Nuten für den Flüssigkeitsdurchtritt. Die Nuten werden begrenzt
durch eine koaxiale Dichtung 6, die auf dem Meßstab 2 befestigt ist und sich mit
diesem bewegt.
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Beim Überfahren der Kante 7 durch das Ende der Nuten 5 wird infolge
Querschnittserweiterung der Weg für den Flüssigkeitsdurchtritt freigegeben. Die
Verschiebung des Magneten 8, der in den Meßstab 2 eingelassen ist, wird durch den
Tastmagneten 9, der an der Schelle 16 gelenkig gelagert ist und an dem ein Zeiger
10 angelenkt ist, auf der Skala 11 angezeigt. Durch die elektrischen Kontakte 18
und 19 werden bei Erreichen der Endlagen des Meßstabes Signale ausgelöst. Der Mantel
1 besitzt bei 12 und 13 Gewinde. Durch Verdrehen des Mantels 1 gegen die Anschlußrohrstücke
pressen sich die Dichtflächen 14 und 15 gegen die entsprechenden Gegenflächen und
bewirken eine Abdichtung des Innenraumes des Strömungswächters nach außen.
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Die Druckfedern 3 und 4 werden je nach Verschiebungsrichtung des
Meßstabes entweder zusammengedrückt oder entlastet. Bei Ausbleiben eines einseitigen
Überdruckes auf den Meßstab 2 kehrt dieser in die Nullstellung zurück.
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Der Meßstab 2 besitzt weiter eine Dichtung 17, die bei seiner Verschiebung
entgegen der erwünschten Strömungsrichtung, die durch Pfeile kenntlich gemacht ist,
durch Aufpressen auf die entsprechende Gegenfläche des Rohranschlußstückes eine
zweite Rückschlagsicherung ergibt.
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An der Stellung des Zeigers 10 kann mittels Skala 11 leicht das Vorhandensein
einer Strömung oder auch das Wirksamwerden der Dichtung 6 allein oder zusammen mit
der Dichtung 17 abgelesen werden.
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Eine Flüssigkeitsströmung ist erst dann möglich, wenn die durch den
Förderpumpendruck in der Flüssigkeit erzeugte Kraft die Druckfeder 4 so weit zusammendrückt,
daß das stromabwärts gelegene Ende der Nut 5 aus dem Bereich der die Nuten begrenzenden
Dichtung 6 heraustritt. Bei einem Ausbleiben
des Förderpumpendruckes bewirkt die
zusammengedrückte Feder 4 eine Rückverschiebung des Meßstabes 2. Das Nutende kommt
in den Bereich der Dichtung 6, und der Strömungsweg ist damit unterbrochen.
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Ein Ansteigen des statischen Druckes in der Flüssigkeit hinter dem
Strömungswächter, in Richtung der erwünschten Strömung gesehen, bewirkt eine weitere
Verschiebung des Meßstabes in Richtung stromaufwärts bis zu dem als zweite Dichtung
auF gebildeten Anschlag. Durch die Hintereinanderschaltung von zwei Dichtungen wird
eine wirksame Rückschlagsicherung erreicht.
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Zur Rückführung des Meßstabes 2 aus dieser Sperrstellung in die Nullage
bei einem DruckauF gleich vor und hinter dem Strömungswächter dient die Druckfeder
3, die der Druckfeder 4 entgegenwirkt. Unter Nullage wird diejenige relative Lage
des Meßstabes verstanden, die eintritt, wenn Druckausgleich vor und hinter dem Strömungswächter
herrscht. Bei Druckausgleich heben sich die beiden gegeneinanderwirkenden Federkräfte
auf. Der Strömungsweg bleibt durch die Dichtung 6 gesperrt.
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Die Dimensionierung der beiden Druckfeder erfolgt auf bekannte Weise,
wobei man zweckmäßig die Federkräfte so wählt, daß der im Strömung wächter auftretende
Druckabfall in gewissen Grenzen bleibt. Einen Einfluß auf die Funktion des Strömungswächters
hat sein Druckabfall, wie auch die in ihm auftretenden Reibungskräfte, jedoch nicht.
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Es ist vorteilhaft, die Querschnitte von Mantel und Meßstab des Strömungswächters
kreisrund auszuführen, obwohl jede andere Querschnittsform grundsätzlich auch gewählt
werden kann.
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Die Dimensionierung der Nuten 5 richtet sich nach der geforderten
Flüssigkeitsdurchsatzmenge und nach dem zugelassenen Druckabfall in der Nut. Der
durch die Nuten gebildete freie Strömungsquerschnitt kann 0,1 bis 250/o, vorzugsweise
jedoch 0,5 bis 20/o des Querschnittes des axial verschieblichen Meßstabes, gemessen
an der Stelle, an der sich die Nuten befinden, betragen.
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Als Werkstoff der Einzelteile des Strömung wächters können handelsübliche
unmagnetische Werkstoffe, vorzugsweise jedoch austenitischer Stahl, verwendet werden.
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Es ist vorteilhaft, daß ein Teil des Meßstabes, zweckmäßigerweise
derjenige, in dem sich die Nuten 5 für den Flüssigkeitsdurchtritt befinden, aus
gleitfähigem Werkstoff, insbesondere aus Kunststoff mit niedrigem Reibungskoeffizienten,
besteht.
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Der maximale Verschiebungsweg des Meßstabes sollte 10 bis 500/0 von
der Größe des Durchmessers des zylindrischen Mantels des Strömungswächters, vorzugsweise
20 bis 350/0 lang sein. Er kann jedoch auch hiervon abweichende Werte annehmen.