DE2108081A1

DE2108081A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Ausgleichen von Durchsatzstromen in Verteilersystemen

Info

Publication number: DE2108081A1
Application number: DE19712108081
Authority: DE
Inventors: Raymond Joseph New Britain Conn Drzala (V St A )
Original assignee: Allied Thermal Corp
Current assignee: Madison Management Group Inc
Priority date: 1970-02-24
Filing date: 1971-02-19
Publication date: 1971-09-02
Also published as: GB1283676A; CA932555A; FR2081038A1; US3640307A

Description

DR. t, MAAS

Dfl. W. PFEIFFER

PR. F. VO!THE?."--:iTNER

UNQERERSTR. 25-TEL. 39 0239

13 482

Allied Thermal Corporation, 215 Warren Street_t New Britain, Connecticut, Y. St .A«

Vorrichtung und Verfahren zum Ausgleichen von Durchsätzetrömen in Verteileraystemen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Messen und Steuern des Gasdurchsatzes in einem Verteilersystem mit dem Zweck, dieses System auszugleichen und den Durchsatz in jeder Zweigleitung des Systems einzustellen. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, die in jede Zweigleitung eines Luftverteilungssystems eingesetzt werden kann, so daß der Durchsatzstrom in jeder Zweigleitung des Systems schnell und wirtschaftlich eingestellt werden kann.

Die meisten Gebäude haben heute Luftverteilungssysteme mit einem Gebläse und einem Leitungssystem, das die Luft von dem Ansaugkanal des Gebläses in einzelne Zweitleitungen fördert. Beim Einbau eines solchen Systems empfängt der Bereich, der dem Gebläse am nächsten ist, mehr Luft als die Bereiche_r die weiter von dem Gebläse weg sind. Dies führt zu einer Überbelüftung bestimmter Zonen und zu einer

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Unterbelüftung anderer Zonen. Besonders unerwünscht ist dieses Ergebnis, wenn die Zonen oder Bereiche, die am meisten Luft benötigen, weit von. dem Eingangegebläse entfernt sind. In solchen Systemen ist es möglieh, die Leitungen nahe dem Gebläse teilweise zu sehließen, so daß ein überschüssiger Luftstrom in diese Bereiehe durea die entsprechenden Leitungen verhindert wird. Es wird daher ein Teil der Luft in andere Bereiehe, die weiter von dem Eingangsgebläse entfernt sind, geleitet. Wenn nur ein roher Luft« ausgleich erforderlich ist, reicht eine solche Anordnung aus.

Wenn jedoch eine Anzahl von Bereichen mit einem Gebläse beschickt werden sollen, die praktisch den gesamten Gebläsedurehsatz erfordern, wird es notwendig jedem Bereich oder jeder Zone eine bestimmte Menge an Luft zuzumessen, die von dem Bedarf in der Zone, der Anzahl der in der Zone oder dem Bereich sich aufhaltenden Menschen und der allgemeinen Lage der Zone abhängt. Da weiter eine Veränderung in jeder Zweigleitung eines üblichen air conditioning Systems zu einer Änderung in allen anderen Zweigleitungen führt, ist es notwendig, Spezialisten zu verwenden, die Messungen für den Ausgleich des Systems vornehmen, während dieses sich im Betrieb befindet, um eine optimale Belüftung aller Zonen zu erhalten. Dieses Verfahren ist teuer und aufwendig, da viele Messungen vorgenommen werden müssen, um das System auszugleichen.

Ein Gerät nach der Erfindung zum Messen und Steuern des Durchsatzes eines Gases in einem Verteilungssystem weist auf: Ein Gehäuse mit einander gegenüberliegenden Eingangs-

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und Ausgangsenden» die mit dem Verteilungssystea gekoppelt werden können, eine einstellbare Drosseleinrichtung in dem Gehäuse nake dessen Eingangsende, die den Durchsatz dureh das Gehäuse steuert, eine erste Meßeinrichtung in dem Gehäuse stromabwärts von der Drosseleinriohtung, die auf die turbulenzfreie Strömung ansprieht und den dynamischen Druck in dem Gehäuse mißt, ein Gitter stromabwärts von der ersten Meßeinrichtung, das praktisch senkrecht zu den Gehäusewänden verläuft und in Richtung der Gasströmung ein Druckgefälle erzeugt, eine zweite Meßeinrichtung stromabwärts von der das Druckgefälle erzeugenden Einrichtung, die den statischen Druck in dem Gehäuse mißt und eine Anzeigeeinrichtung, die mit der ersten und der zweiten Meßeinrichtung verbunden ist und den Druckunterseaied zwischen dem dynamischen und dem statischen Druck des Gases in dem Gehäuse mißt.

Mit der Vorrichtung nach der Erfindung ist das Problemndes Ausgleichs eines Verteilersystems mit mehreren Leitungen vereinfacht, da das Gerät an jeder zweckmäßigen Stelle in dem Verteilungssystem angebracht werden kann. Die Schotten oder Flügel des Systems müssen nur geöffnet oder geschlossen werden, um die Durchsatzmenge, die durch das Gerät strömt, einzustellen. Wenn der Durchsatz abnimmt, nimmt der Druckunterschied an dem Gitter ebenfalls ab. Der Druckunterschied kann daher verwendet werden, um den Gaseinstrom anzuzeigen und wenn man den Druckabfall an dem Gitter hemmt,

kann dieser zur wirksamen Steuerung des Durchsatzes durch die Leitung verwendet werde». Da di« Vorrichtung in einem Baum unmittelbar bei dem Gebläse angeordnet werden kann, kann der Ausgleich der Zonen des Systems ohne den Baum zu verlassen bewirkt werden.

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Anhand der Figuren wird die Erfindung beispielsweise erläutert.

Pig. 1 zeigt eine perspektivische Ansieht der Ausgleichseinrichtung nach der Erfindung, die mit einen Differentialmanometer gekoppelt ist, vom Eingangsende her gesehen.

Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht der Ausgleichseinrichtung vom Ausgangsende her gesehen.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 1.

Fig. 4 zeigt einen Längsschnitt längs der Linie 4-4 in Fig. 1 und Fig. 3«

Fig. 5 zeigt schematisch ein 4-Zonen-Luftverteilersystem.

In den Figuren 1 und 2 iat ein Volumen-Meßgerät 2 dargestellt. Das Gerät befindet sich in einem Gehäuse 4, dessen innere Querschnittsfläche praktisch gleich der inneren Querschnittsflache des Auslaßkanals ist, an dem das Gerät angeschlossen werden soll. Das Gehäuse hat einen praktisch rechteckigen oder quadratischen Querschnitt u&d vier Seiten 6, 3, 10 und 12, so daß es einen praktisch rechteckigen oder quadratischen an beiden Enden offenen Kanal bildet. Die Luft tritt in das Gerät durch das Eingamgsende 13 ein.

Eine variable Schiebevorrichtung 14- ermöglicht, daß mehr oder weniger Strömungsmedium in da· Gerät einströmt. Wie ai

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besten aus den Figuren 3 und 4 ersehen werden kann, besteht die Schiebevorrichtung aus einem Rahmen 16, dessen äußere Abmessungen praktisch gleich den inneren Abmessungen des rechteckigen oder quadratischen Gekäuses 4 sind. Mehrere Flügel 18 sind drehbar auf dem Rahmen 16 befestigt. Jeder Flügel 18 hat einen oberen und einen untere* zylindrischen Knopf 20 bzw. 22, dessen Mittelachse praktisch in Flucht mit der Mittelachse 23 des entsprechenden Flügels 18 liegt. Die Längsachse jedes Flügels 18 liegt parallel zu den Längsachsen aller anderen Flügel und bei m einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung haben die Längsachsen voneinander einen Abstand, der etwa dem 0,7-fachen der Breite jedes einzelnen Flügels 18 entspricht. Alle Flügel 18 haben praktisch die gleiche Breite. Dieses Verhältnis hängt natürlich von der Anzahl der Flügel ab, die über die Querabmessung des Gehäuses verwendet werden. Das O„7:1-Verhältnis von Abstand zu Breite ergibt eine Klappenkonstruktion, die, wenn sie vollständig geschlossen iet, aus einer Reihe von im rechten Winkel zueinander stehenden Flügeln besteht, wohingegen bei völlig geöffneter Stellung eine maximale Luftmenge mit minimaler durch den Einsatz der Flügel in dem Strom bedingter Turbu- * lenz erreicht wird. %

Die Flügel 18 sind mit einer Klappensteuerungsstange 24 verbunden, die, wenn sie gedreht wird, die Klappenkonstruktion öffnet oder schließt. Zu diesem Zweck ist die Stange an einer Schraube 26 befestigt, deren Längsachse mit der Läagsaohec der Stange zusammenfällt. Die Schraube 26 ist mit einem Halter 28 an einer unteren Schieberplatte 30 befestigt. Die Platte 30 weist einen ebenen Teil 32 mit öffnumgen 34 und 36 auf. Die Öffnungen 34 sind voneinander

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etwa 0,7 mal der Breite jedes einzelnen Flügels in gleichen Abständen voneinander entfernt und längs der Längsachse der Platte angeordnet. Die Öffnungen 36 sind abwechselnd auf beiden Seiten der Längsachse der Platte auf linien angeordnet, die durch die Mitte jeder Öffnung 34 . und senkrecht zu der Längsachse der Platte 30 verlaufen . Wenn die ^tange 24 gedreht wird, dreht sich die Spindel 26 in der entsprechenden Richtung ebenfalls. Dadurch wird der Winkel oder Halter 28 entsprechend der Drehbewegung der Schraube in seitlicher Richtung verschoben. Ein zweiter Zapfen 40 ist auf jedem Flügel so befestigt, daß dieser Zapfen in den Öffnungen 36, wie in Figur 3 dargestellt ist, einrastet. Wenn daher die Stellstange in irgendeiner bestimmten Richtung gedreht wird, werden zwei nebeneinander angeordnete Flügel nicht in derselben Richtung ver~ schwenkt, da die zweiten Zapfen oder Ansätze abwechselnd durch die Bewegung der Öffnungen 36 gezogen und geschoben werden, während die Platte 32 eich relativ zu den Mittelabschnitten 23 der Flügel 18, die durch die Öffnungen 34 in der Platte 33 verlaufen und drehbar mit dem Rahmen 16 verbunden sind, verschiebt. Andere Klappensysterne, die einen größeren oder kleineren Mengenstrom in das Gerät ermöglichen, können verwendet werden. Z.B. kann die Schieberkonstruktion nach der USA-Patentschrift 2 833 200 zur Regelung der Durchsatzmenge durch das Gerät nach der Erfindung verwendet werden.

Eine erste Warneinrichtung mit einem Druckanzeigegerät 50 ist stromabwärts von der Klappenkonstruktion angeordnet. Das Anzeigegerät 50 muß in einem ausreichenden Abstand stromabwärts von den Klappen angeordnet sein, so daß die von der Schieberkonstruktion er±*ugte Turbulenz abklingen

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und dadurch eine lineare Messung des Durchsatzstromes f|uer zu einer Abmessung des Gehäuses möglich ist. Das Meßgerät 50 mißt den dynamischen Druck der Luftsäule. Das Meßgerät 50 besteht aus einem hohlen Rohr 52 mit wesentlich kleinerem Durchmesser als die Querschnittsabmessungen des Gehäuses 4 3ind. Das Rohr 40 hat vier über seine Länge verteilte Meßöffnungen 54* Jede Meßöffnung ist so angeordnet, daß sie direkt dem Luftstrom zugekehrt ist. Jeweils zwei der vier Öffnungen sind innerhalb eines Abstands von 2,54 cm von den Seitenwänden 8 und 12 und die anderen zwei j| Meßöffnungen innerhalb eines Abstande von 5,08 bis 17,8 oi ™ von den Seitenwänden 8 und 12 in Abhängigkeit von der Breite des Gehäuses angeordnet. Das Meßgerät 50 erstreckt sich über die Breite des Gehäuses, so daß es sieh in einer Ebene befindet, die praktisch mit einer Querschnittsebene des Gehäuses zusammenfällt. Das Meßgerät schneidet die Seitenwände 8 und 12 des Gehäuses senkrecht. Das Meßgerät 50 reicht an beiden Seiten über das Gehäuse 4 hinaus und ist an jeder Seite mit einer Leitung 58 verbunden, die mit einem T-Stück 60 zusammengefaßt ist, der Mittelschenkel des T-Stücks ist mit einem Arm 62 einer Anzeigeeinrichtung verbunden, die ein Differentialmanometer 64 auf·« weist. μ

Stromabwärts von dem Druckanzeigegerät oder Druckmeßgerät 50 befindet sich ein Gitter 70, das praktisch senkrecht zur Strömungsrichtung der Gassäule angeordnet ist und eine freie fläche zwischen 48 und 53 # bat. Dadurch, daß nur etwa die Hälfte des Gitters 70 frei ist, strömt ein Anteil der Eingangsströmuag nicht durch das Gitter hindurch. Der Druck auf der stromaufwärtigen Seite des Gitters unterscheidet sieh deshalb von dem Druck auf der stroaabwärti-

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gen Seite, wobei der letztere kleiner als der Druck auf der stromaufwärtigen Seite iat. Eine zweite Warneinrichtung mit einem Meßgerät 72, das den statischen Druck mißt, erstreckt sich durch die Gehäusewände etwa 5»08 cm stromabwärts von dem Gitter und ist bündig mit der Innenfläche der Wand angeordnet. Das Meßgerät 72 mißt den statischen Druck des Durchsatzes, der das Gitter durchsetzt hat. Das Meßgerät 72 iet praktisch senkrecht zu der Richtung des Luftstroms angeordnet, Dies ermöglicht die Messung des statischen Druckes ohne durch den dynamischen luftdruck beeinflußt zu werden. Das Meßgerät 72 verläuft eine kurze Strecke außerhalb des Gehäuses. Eine Leitung 74 ist ait dem Gerät 72 verbunden. Das andere Ende der Leitung 74 ist an einen Arm 62 des Differentialmanometers angeschlossen.

Indem der statische Druck von dem dynamischen Druck abgezogen und das Differentialmanometer entsprechend geeicht wird, kann das Durchsatζvolumen durch das Gerät gemessen werden. Die Eichung des Differentialmanometers erfolgt so, daß man ein Maß der Durchsatzgeschwindigkeit durch das Gerät in Meter pro Minute erhält. Durch Multiplizieren der Geschwindigkeit in Meter pro Minute mit der QuerschnittsflÜche gemessen in Quadratmeter des Geräts ist es möglich, ein Maß für den volumetrischen Durchsatz in cba/min. zu erhalten. Durch Einstellen der Menge an Luftdurchsatz am Eingang, indem die Klappen entsprechend eingestellt werden, kann man das Gerät verstellen, bis ein geeichter Differentialdruck auf dem Differentialmanometer abgelesen wird, der der gewünschten Geschwindigkeit und dem gewünschten Volumen entspricht, die für den Ausgleich der jeweiligen Zone erforderlich sind.

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In Figur 5 ist ein typisches Luftverteilungssystem nach der Erfindung dargestellt. Ein Durohaatzausgleichsgerät 100, 102, 104, 106, 108 nach der Erfindung ist in jede» Zweig 100A, 102A, 104A, 106A, 108A des Luftverteilungssystems angeordnet.

um das System auszugleichen, werden alle Geräte 100 bis 108 voll geöffnet. Das heißt die Flügel oder Schotten der Klappenkonstruktion werden in die voll geöffnete Stellung gestellt. Dadurch wird der geringste luftwiderstand eingestellt und ein maximaler Luftdurchsatz für die \ Bereiche, die dem Gebläse 112 am nächsten liegen, erreicht. ™ Die Bereiche 100A, 102A, die dem Gebläse am nächsten sind, werden normalerweise überbelüftet und die Bereiche 104A, 106A, 108A, die weiter von dem Gebläse wegliegen, werden normalerweise unterbelüftet. Überbelüften und Unterbelüften sind natürlich relative Begriffe, die von dem Bedarf, der in der entsprechenden Zone eingestellt wird, abhängen. Yor der Installation der A&sgleichsgeräte ist es wichtig zu bestimmen, wieviel Luftdurchsatz jeder Bereich aufnehmen soll, wie das oben bereits erörtert wurde.

Angenommen der Luftdurchsatzbedarf der ersten Zone 100A beträgt 200 cubic Fuß pro Minute und in der Luftzufüh- m

rungsleitung ist ein Gerät 100 mit einem Querschnitt von 6x6 Zoll installiert, um einen Durohsatz von 200 cubic Fuß pro Minute bei einer Leituagsquerschnittsfläehe von 0,25 Quadratfuß zu erhalten, dann, ist es notwendig, die Durohsatzgesoawindigkeit in der Leitung auf 800 Fuß jSr· Minute einzustellen. Dies entspricht einem ganz bestimmten Wert auf dem Differentialmanometer der empirisch bestimmt wird. Angenommen, daß die Anzeige auf dem Differem-

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tialmanometer 0,17 inch, beträgt und daß die Zone 100 im Augenblick überbelüftet ist, wobei ein Wert von 0,5 inch auf dem Differentialmanometer abgelesen wird. Durch. Schließen der Klappenkonstruktion, bis die Differentialdruckablesung 0,17 beträgt, wird der erforderliche Durchsatz erhalten« Diese Anzeige sollte festgestellt werden, nachdem der Luftdurchsatz durch das Gerät ein Gleichgewicht erreicht hat und nicht unmittelbar nach der Einstellung der Klappenkonstruktion. Dies gewährleistet einen Luftdurchsatz von etwa 200 cubic Fuß pro Minute, der durch das entsprechende Gerät erhalten wird.

Die nächste überbelüftete Zone 102A wird in ähnlicher Weise wie die erste überbelüftete Zone eingestellt. Dadurch daß man die überbelüfteten Zonen beseitigt, wird der Durehsatzunterschied, der die ersten Zonen überbelüftet hat, in die unterbelüfteten Zonen 104A, 106A, 108A geleitet. Angenommen die nächste Zone wird etwas überbelüftet, wohingegen die darauffolgenden Zonen noch etwas unterbelüftet sind. Die nächste Zone wird dann eingestellt, bis der gewünschte Wert erreicht ist und so wird weiter verfahren, bis alle Zonen auf die erforderliche Anzahl von cbm/min eingestellt sind.

Es wird tatsächlich festgestellt, daß ein 5-Zonen, zwei-Stockwerkgebäude, dessen Belüftung nur mit einem großen Zeit- und Geldaufwand ausgeglichen wurde, vollständig ausgeglichen werden konnte, so daß die vorbestimmte Durehsatzmenge während einer Stunde in alle» Bereichen die gleiche betrug.

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Claims

Patentansprüche

1.) Vorrichtung zum Messen und Einstellen der Strömung eines Gases in einem Verteilersystem, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (4) miteinander gegenüberliegenden Eingangs- (13) und Austrittsenden, die mit dem Verteilersystem verbunden werden können, eine einstellbare Drosseleinrichtung (H) in dem Gehäuse und nahe dessen Eingangsende mit der der Durchsatz durch das Ge- % häuse gesteuert werden kann, erste Meßeinrichtungen ™ (52, 54, 56, 60) stromabwärts von der Drosseleinrichtung, die auf den turbulenzfreien Durchsatz ansprechen und den dynamischen Druck in dem Gehäuse messen, einem Gitter (70) stromabwärts von der ersten Meßeinrichtung, das praktisch senkrecht zu den Gehäusewänden verläuft und einen Druckabfall in Strömungsrichtung erzeugt, eine zweite Meßeinrichtung (72, 74) stromabwärts von den den Druekabfall erzeugenden Einrichtungen, die den statischen Druck in dem Gehäuse nessen, und einem Anzeigegerät (64), das den Unterschied zwischen dem dynamischen Druck und dem statischen Druck des Gases in dem Gehäuse mißt. \

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einstellbare Drosse!einrichtung (a) einen äußeren Rahmen (16), dessen Abmessungen praktisch mit den Abmessungen der inneren Wände des Gehäuses übereinstimmen und (b) mehrere Flug·! (18) aufweist, die so mit dem Rahmen verbunden sind, daß sie um ihre Längsachsen verschwenkbar sind, wobei benachbarte Flügel in entge-, gengesetzten Eichtungen verdreht werden.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Meßeinrichtung ein hohles Rohr (52) mit offenen Enden ist, in dem sich mehrere Öffnungen (54) befinden, die praktisch in Richtung der JDurchsatzströmung weisen und daß die Meßeinrichtung (64) ein Differentialmanometer aufweist, das mit den beiden offenen Enden des hohlen Rohrs verbunden ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter (70) eine Vielzahl von Öffnungen hat, die einen offenen Bereich definieren, der etwa der Hälfte der gesamten Gitteroberfläche entspricht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der offene Bereich des Gitters von 48 bis 53 $ seiner gesamten Fläche entspricht.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Meßeinrichtung eine Öffnung (42) in dem Gehäuse aufweist, die senkrecht zu dem Luftdurchsatz orientiert und innerhalb von 5,08 cm stromabwärts von dem Gitter angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Platte (32) mit mehreren öffnungen (34), von denen wenigstens eine Reihe im Winkel zu abwechselnden Öffnungen in der Reihe, die in derselben Richtung orientiert sind, verlaufen, wobei dazwischen liegend· öffnungen in entgegengesetzter Richtung zu der nächstfolgenden öffnung orientiert und auf einer

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Seite einer mittleren Lang3ach.se der Platte (32) angeordnet sind und die nächsten Öffnungen auf einer entgegengesetzten Seite dieser Achse der Platte verlaufen, durch Ansätze (40) an jeder Schotte oder jedem flügel, die in die Öffnungen (36) eingreifen und durch Einrichtungen, mit denen die Platte (32) und dadurch die Ansätze in den Öffnungen (36) verschoben und benachbarte Schotten oder Flügel in entgegengesetzten Richtungen verdreht werden.

8. Verfahren zum Messen und Einstellen des Durchsatzes in \

einem Verteilersystem mit einer Ausgleichsvorrichtung, W welche einen vorbestimmten Querschnitt hat und in jeder oder einigen der Zweigleitungen angeordnet ist, wobei diese Ausgleichseinrichtung eine Klappenkonstruktion zum Einstellen der Durchsatzströmung und eine Einrich tung zum Messen eines Druekdifferentials zwischen dem stromaufwärtigen Ende und dem stromabwärtigen Ende der Vorrichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappenkonatruktion in jeder Ausgleichsvorrichtung voll geöffnet wird, um eineamaximalen Durchsatz zu erhalten, daß das Druckdifferential zwischen dem stromaufwärtigen Ende jeder Ausgleichsvorrichtung und dem entsprechenden stromabwärtigen Ende als Maß des volumetrischen Durch- A satzes durch die entsprechende Zweigleitung gemessen wird und daß die Klappenkonstruktion in .jeder Ausgleichsvorrichtung eingestellt wird, wobei mit den Einstellen der Ausgleichsvorrichtung mit dem höchsten Druckunterschied begonnen und mit dem Einstellen der Ausgleichsvorrichtung nit den geringsten Druckunterschied abgeschlossen wird, so daß «im Druekunterschiedsmaß für jede Ausgleichsvorrichtung entsprechend dem gewünschten Volumendurohsatζ durch, die Zweigleitung erhalten wird.

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