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Strömungsmengenregler für Flüssigkeiten, Aufschwemmungen od. dgl.
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Die Erfindung betrifft einen Strömungsmengenregler für durch eine
Leitung fließende FIüssigkeiten, der vornehmlich im Sinne einer Gleichhaltung der
aus der Leitung abströmenden Flüssigkeitsmenge, bei Aufschwemmungen gegebenenfalls
auch im Sinne einer Konstanthaltung des Anteils der in der abströmenden Flüssigkeit
befindlichen Feststoffe unabhängig von Verbindungen des Gehaltes an Feststoffen
oder des Förderungsdruckes bei der Zuführung der Flüssigkeit oder Aufschwemmung
wirksam sein soll.
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Für diese Zwecke werden meist Regler verwendet, bei denen ein durch
die Strömung beeinflußbares bewegliches Glied mechanisch mit Einrichtungen zur Betätigung
eines in die Flüssigkeitsleitung eingeschalteten Ventils verbunden ist. Solche Regelvorrichtungen
arbeiten jedoch meist nicht sehr feinfühlig und sind für korrodierende Flüssigkeiten
oder Aufschwemmungen, die Verschleiß bewirkende Teilchen, wie Schmirgel od. dgl.,
enthalten, wenig geeignet.
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Bei anderen Vorrichtungen zum Messen oder zum Regeln der Strömungsmenge
ist es bekannt, in dem lotrechten Rohrabschnitt der durchströmten Leitung einen
Schwebekörper anzuordnen, der zur Erzielung einer guten Stabilität und zur Vermeidung
von Pendelbewegungen kegelförmig gestaltet und in einem düsenartig ausgebildeten
Rohrabschnitt angeordnet ist und mit einem Magnetkern in das Magnetfeld von zwei
das Rohr umschließenden Spulen ragt, so daß er bei seinen durch Änderungen des Strömungsdruckes
hervorgerufenen Bewegungen die Impedanz der zugeordneten Spulen wechselweise verändert,
die in Differenzschaltung an ein elektrisches Meßgerät oder an ein elektrisch gesteuertes
Regelventil angeschlossen sind. Bei einer bekannten Einrichtung dieser Art ist der
Schwebekörper in einem düsenförmigen Rohrabschnitt angeordnet, der eine in Strömungsrichtung
sich erweiternde, kegelförmige Begrenzungswand aufweist; und der dem Schwebekörper
zugeordnete Magnetkern sitzt gesondert auf einer Stange, die in ein von der Flüssigkeitsströmung
nicht berührtes Führungsrohr ragt, das die dem Magnetkern zugeordnete Transmitterspule
für die elektrische Differenzschaltung trägt. Die Anordnung des Schwebekörpers in
einer sich kegelförmig erweiternden Düse ist jedoch insoweit unzweckmäßig, als der
Schwebekörper bei zunehmender Verstellung in der Strömungsrichtung durch die Vergrößerung
des Durchlaß spaltes an Stabilität verliert, so daß die Führungsgenauigkeit für
den Magnetkern nachläßt und Reibungen auftreten, die die Empfindlichkeit der Messung
oder Regelung beeinträchtigen können. Im gleichen Sinne wirkt sich auch die getrennte
Anordnung des Schwebekörpers vom Magnetkern des Transmitters aus, weil der Schwebekörper
zusätzlich zu dem Gewicht dieser Teile auch das Gewicht der Führungsstange aufnehmen
muß, die ihn mit dem Magnetkern des Transmitters verbindet.
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Die Erfindung ist darauf gerichtet, diese Nachteile zu vermeiden
und einen Strömungsmengenregler dieser Art so auszubilden, daß er bei erhöhter Lagenstabilität
des im lotrechten Rohrabschnitt der Leitung angeordneten, nur durch den Strömungsdruck
getragenen Schwebekörpers eine besonders gute Regelungsempfindlichkeit aufweist.
Der Schwebekörper ist hier gleichfalls mit einem die Impedanz einer Differenzschaltung
für ein elektrisch gesteuertes Regelventil wechselweise steuernden Teil versehen,
mit dem er sich bei Mengenänderungen zwischen zwei außen am Rohr oberhalb und unterhalb
der Mittelstellung des Schwebekörpers angebrachten Reaktanzgliedern verschiebt;
und die Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß ein zylindrischer Führungseinsatz
des Rohrabschnittes für den stromlinienförmigen Schwebekörper kronenartig in Zacken
ausläuft, so daß der Strömungsquerschnitt in Strömungsrichtung stetig zunimmt. Bei
dieser Ausführung bleibt der Schwebekörper bei axialen Bewegungen an den kronenartigen
Zacken des Führungseinsatzes geführt, wodurch eine erhöhte Lagenstabilität des Schwebekörpers
erreicht wird.
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Bestehen die am Rohr angebrachten Reaktanzgliederaus zwei das Rohr
umschließenden Spulen, so ist zweckmäßig der mittlere. Teil des Schwebekörpers magnetisch
ausgebildet, indem er z. B. eine Eisenhülse aufweist. Hierdurch wird die Regelungsempfindlichkeit
noch verbessert, da etwaige Neiglmgsbewegungen des Schwebekörpers den radialen Abstand
zwischen dem Magnetkern und den ihm zugeordneten . Spulen des Transmitters nicht
verändern.
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An Stelle einer elektromagnetischen Beeinflussung des Transmitters
kann auch eine elektrostatische Beeinflussung vorgesehen werden. In diesem Fall
werden statt der Transmitterspulen zwei in Abstand -voneinander angeordnete Kondensatorplatten
verwendet, deren Kapazität durch die Bewegungen des Schwebekörpers aus seiner neutralen
Stellung verändert wird.
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Infolge seiner durch den kronenartigen Rohreinsatz erhöhten Lagenstabilität
kann der Schwebekörper besonders leicht, z. B. als Hohlkörper aus Kunststoff gefertigt,
sein, wobei er zweckmäßig so ausgebildet ist, daß er sich zum Einbringen von Belastungsgewichten
öffnen läßt, um ihn hinsichtlich der neutralen Stellung des Magnetkerns gegenüber
den Transmitterspulen unterschiedlichen Strömungsverhältnissen, unterschiedlichen
Flüssigkeitsarten bzw. Aufschwemmungen von unterschiedlicher Dichte des Feststoffanteils
anpassen zu können.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung
dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 ein Schema der gesamten Regelanlage, Fig 2 einen
Längsschnift durch das Regelrohr mit Schwebekörper, Düse und Spulen, Fig. 3 eine
Seitenansicht des Differentialrelais.
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Die zu regelnde Aufschwemmung wird gemäß Fig. l zu dem unteren Ende
eines aufrecht angeordneten Steuerrohres A durch hintereinandergeschaltete Ventile
V4 und V3 gepumpt. Das Ventil V4 ist ein von Hand betätigbares Kolbenventil, während
das Ventil V3 selbsttätig unter dem Einfluß eines Schwebekörpers E gesteuert wird.
Der Schwebekörper ist mit einer verschleißfesten Kappe 10 (Fig. 2) versehen und
besteht aus einem Körper aus korrosionsfestem Kunststoff. Er trägt einen Eisenring
11, der mit einem korrosionsfesten Werkstoff überzogen ist, wenn der Schwebekörper
zur Regelung der Strömung von korrodierenden Flüssigkeiten verwendet werden soll.
Der Schwebekörper kann im Gewicht der zu regelnden Flüssigkeit dadurch angepaßt
werden, daß Bleikörner od. dgl. in entsprechender Menge in einen im Innern des Schwebekörpers
vorgesehenen Hohlraum 12 eingefüllt werden, den man durch Abnehmen der Kappe 10
öffnen kann. Normalerweise nimmt der Eisenring des Schwebekörpers E eine neutrale
Stellung in der Mitte zwischen zwei Spulen C1 und C2 ein, die teilweise von nicht
dargestellten Eisenlamellen umgeben sind. Die Spulen sind durch einen Schalter 16
(Fig. 1) an eine Wechselstromquelle angeschlossen, für die die Anschlußklemmen 15
vorgesehen sind. Der Durchlaßquerschnitt des Rohres A vergrößert sich in Strömungsrichtung
dadurch, daß er ein Einsatzrohr 13 enthält, das mehrere auf den Umfang verteilte
spitze Einschnitte aufweist, zwischen denen Spitzen 14 (Fig. 2) stehengeblieben
sind. Der Strömungsquerschnitt des Rohres nimmt infolgedessen von unten nach oben
stetig zu.
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Die Spulen C1 und Q sind je in Serie mit den Primärwicklungen von
Transformatoren T1 bzw. T2 geschaltet. Der durch die Sekundärwicklung des Transformators
T1 gehende Strom fließt über einen Gleichrichter D1 und einen Kondensator P1 in
Parallelschaltung zu einer Spule C3 eines Differentialrelais 17.
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Der durch die Sekundärwicklung des Transformators T2 gehende Strom
fließt über einen Gleichrichter D2 und einen Kondensator F2 in Parallelschaltung
zu der anderen Spule C4 des Differentialrelais 17.
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Wie Fig. 3 genauer erkennen läßt, weist das Differentialrelais eine
Grundplatte 18 auf, auf der die Spulen C3 und Cg angeordnet sind, sowie eine eiserne
Zunge 20, die durch eine Zentrierfeder 21 gehalten ist.
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Die Spulen Cs und C4 weisen die gleiche Zahl von gegensätzlich gerichteten
Windungen auf. Das freie Ende der Zunge 20, das zwischen den Polen eines permanenten
Magneten 22 angeordnet ist, trägt einen Kontakt 23, der mit zwei einstellbaren Kontakten
24 und 25 in Berührung kommen kann. Wie Fig. 1 zeigt, ist das feste Ende der Zunge
20 mit einem Ende der Sekundärwicklung eines Transformators T3 verbunden, zu dessen
Primärwindung Strom von den Anschlußklemmen 15 über einen Schalter 46 geleitet wird.
Das andere Ende der Sekundärwicklung des Transformators T3 ist über die Spulen C5
und C6 der Relais R und R2 mit den Kontakten 24 und 25 verbunden.
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Normalerweise sind die durch die beiden Spulen C3 und C4 des Differentialrelais
17 fließenden Ströme gleich, - so daß die Zunge 20 eine mittlere Stellung zwischen
den Polen des Magneten 22 einnimmt, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Bewegt sich
der Schwebekörper E nach oben, so bleibt der durch die Spule C2 fließende Strom
konstant, während der durch die Spule C1 fließende Strom schwächer wird. Der durch
die Spule C4 des Differentialrelais fließende Strom ist infolgedessen größer als
der durch die Spule C3 fließende. Infolgedessen bewegt sich die Zunge derart, daß
sich die Kontakte 23 und 25 berühren, so daß die Spule C6 des Relais R unter Strom
gesetzt wird.
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Dadurch schließen sich die Kontakte 26 des Relais R2, wodurch wieder
die Spule C7 eines elektromagnetisch betätigten Ventils V1 unter Strom gesetzt wird.
Hierdurch wird Druckluft zu dem Ventil V8 gelassen, so daß der Querschnitt des Ventils
verkleinert und damit der Strom der Aufschwemmung zu dem Rohr A verringert wird.
Sinkt der Schwebekörper ab, so ist der durch die Spulen C1, C2 fließende Strom in
der umgekehrten Richtung unausgeglichen, der durch die Spule C3 fließende Strom
wird größer als der durch die Spule C4 fließende, so daß die Zunge 20 sich in der
entgegengesetzten Richtung bewegt und dadurch die Kontakte 23 und 24 zur Berührung
bringt, wodurch die Spule C5 des Relais R1 unter Strom gesetzt wird.
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Ein Schließen der Relaiskontakte 27 setzt dann die Spule C8 eines
elektromagnetisch betätigten Ventils V2 unter Strom. Dadurch wird Luft von dem Ventil
V3 abgeblasen, wodurch der Querschnitt dieses Ventils vergrößert und damit die Strömung
der Aufschwemmung zu dem Rohr A verstärkt wird. Die Betätigung des Regelventils
V3 kann jedoch auch auf andere Weise, z. B. durch einen umsteuerbaren Motor, erfolgen,
der über den Transmitter durch zugeordnete Relais in dem einen oder anderen Sinne
in Gang gesetzt wird.
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Wie Fig. 1 erkennen läßt, sind Nadelventile 44 und 45 zur Steuerung
der zu und von dem Ventil V8 strömenden Druckluft vorgesehen. Diese Nadelventile
können ebenfalls elektromagnetisch betätigt werden, so daß sie den Druckluftstrom
in Abhängigkeit von den Differentialströmen in den Spulen C3 und C4 regeln. In diesem
Falle werden ihre Betätigungsspulen parallel zu den Spulen C3 und C4 geschaltet.
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Die Empfindlichkeit des Reglers ist über einen weiten Bereich einstellbar,
wenn man das Einsatzrohr 13 durch ein anderes von anderer Länge oder Form ersetzt.
Der Regelbereich ist durch Änderung des Abstandes der Spulen Ct und C, veränderbar.
Schließlich kann der Regler Flüssigkeiten verschiedenen spezifischen Gewichts durch
Wahl von Schwimmern verschiedenen spezifischen Gewichts oder verschiedener Form
Rechnung tragen.
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Die Regelgeschwindigkeit kann durch Einstellung der Nadelventile
44, 45 und durch Änderung des Abstandes der Spulen Ct, C2 verschieden groß gemacht
werden.
Auch kann es in bestimmten Fällen erwünscht sein, die Regelgeschwindigkeit im einen
Sinne schneller, im anderen langsamer von sich gehen zu lassen. Zum Beispiel kann
der Regler auf die Strömung vergrößernde Faktoren schnell ansprechen und auf solche,
die eine Verminderung der Strömung zur Folge haben, langsam reagieren oder umgekehrt.
Dies bezieht sich auch auf die Empfindlichkeit, die in einer Richtung gegebenenfalls
größer sein soll als in der anderen.
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Die elektrische Stromaufnahme ist gering, z. B. bei normalen Strömungsbedingungen
etwa 20- Watt, bei stärkeren Änderungen etwa 40 Watt. Der Luftverbrauch ist ebenfalls
gering, z. B. bei einer Strömung von etwa 200 1/min und bei etwa 20 Änderungen nach
oben oder unten in der Stunde etwa 0,1 m3 von 3 at in 24 Stunden.
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Das Öffnen und Schließen des Ventils V3 erfolgt proportional zu den
Veränderungen der Regelgröße.
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Der Strömungsregler gemäß der Erfindung ist für viele Industrien
und Strömungsaufgaben anpassungsfähig und brauchbar. Er ist robust und verwendet
keine Elektronenröhren mit ihren unvermeidlichen Nachteilen. Typische Beispiele
für die industrielle Verwendung des Reglers sind das Zuführen bestimmter Flüssigkeits-
oder Aufschwemmungsmengen in Tanks, Verdampfer, Vakuumfllter, Zentrifugalfilter,
Zentrifugalseparatoren und Mischgefäße.
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PATENTANSPR(ICHE: 1. Strömungsregler mit einem Schwebekörper, der
in einem lotrechten Rohrabschnitt geführt ist und dessen die Impedanz einer Differenzschaltung
für
ein elektrisch gesteuertes Regelventil wechselweise steuerndes Teil sich bei Mengenänderungen
zwischen zwei außen am Rohr oberhalb und unterhalb der Mittelstellung des Schwebekörpers
angebrachten Reaktanzgliedern verschiebt, dadurch gekennzeichnet, daß ein zylindrischer
Führungseinsatz (13) des Rohrabschnitts für den stromlinienförmigen Schwebe1<örper
(E) kronenartig in Zacken (14) ausläuft, so daß der Strömungsquerschnitt in Strömungsrichtung
stetig zunimmt.