DE2708009A1 - Fluessigkeitsdichtungsvorrichtung fuer ein gasstromsystem - Google Patents
Fluessigkeitsdichtungsvorrichtung fuer ein gasstromsystemInfo
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Description
Dipl.-Ing. Martin Licht
Dr. Reinhold Schmidt Dipl.-WirtKh.-lng. Axel Hansmann Dipl.-Phyt. Setiastian Herrmann
Albert-RoBhaupter-Str.
8000 München 70
Triefen: (088)7803091
Telex: 5212284(Mttd
Telegramme: LipMli Mündwn
24. Februar 1977 Ke /Ba
JOHN ZINK COMPANY 4401 South Peoria Tulsa, Oklahoma
U.S.A.
system
709836/0726
Deutsche Bank München. Kto.-Nr. 82/08050 (BLZ 70070010)
Die Erfindung betrifft eine Fliissigkeitsdichtungsvorrichtung für
ein Gasstromsystem und insbesondere eine Vorrichtung zur Steuerung des Gasrückstroms in ein solches System, das beispielsweise eine
Gasfackel sein kann. Sie betrifft aber auch andere Verwendungsfälle für Wasserdichtungen.
Es sind bereits Flüssigkeitsdichtungen für Gasstromkanäle bekannt,
die ständig eine große Wasserfläche benötigen und mit einem in das Wasser eintauchenden Rohr zur Gaseinleitung versehen sind, wobei dann,
wenn der Gasdruck ansteigt, der Wasserspiegel im Rohr so lange absinkt, bis der untere Rand des Rohres erreicht ist. Danach kann das
Gas unter dem Rand des Rohres vorbei strömen und im Wasser auf der Außenseite des Rohres hochsteigen. Da das Gas durch eine Wassersäule
in Form von Blasen oder dünnen Strömen aufsteigen muß, entsteht eine Turbulenz, die zu einer beträchtlichen Schwingung des Wasserspiegels
in der Dichtung führt und dadurch Druckwellen bzw. Saugwellen verursacht, die in der Flüssigkeitsdichtung nach oben und unten übertragen
werden. Diese Druckwellen sind die Ursache für beträchtliche Schwierigkeiten, und es wurden große Anstrengungen unternommen, um
Mittel zur Beschränkung dieser Turbulenz und Schwingungen auf ein Mindestmaß zu finden.
Da das zur Austrittsöffnung strömende Gas immer blasenförmig durch
das Wasser in der Dichtung aufsteigen muß und oftmals am Eintritt nicht gesättigt ist, entsteht ein beträchtlicher Wasserverlust, der
ausgeglichen werden muß. Dieser Wasserverlust kann entsprechend dem Volumen und der Temperatur des durch die Dichtung strömenden Gases
ziemlich groß sein. Wenn beispielsweise 1415 m3/h trockenes Gas mit
660C durch eine Dichtung bekannter Bauart strömen soll, dann beträgt
der Wassersättigungsverlust, d.h. also der Verlust an Wasser aus der Dichtung, 277 kg/h. Dieser Verlust ist vom Kostenstandpunkt aus betrachtet
nicht von ernsthafter Bedeutung, er wirft jedoch ein Flüssigkeits-
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niveausteuerproblem auf, das Konsequenzen nach sich zieht, so daß der
Wasserverlust, falls irgendmöglich, vermieden werden soll. Wenn die
Temperatur auf 800C steigen sollte, dann beträgt der Wasserverlust
0,499 kg/h.
Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine Wasserdichtung
zu schaffen, die mit einer schützenden Wasserfalle versehen ist, um den Gasrückstrom zu verhindern, und die einen trockenen Kanal für den Vorwärtsstrom
des Gases aufweist, so lange der Druck höher bleibt als ein gewählter Minimalwert. In diesem Zusammenhang soll die Flüssigkeits
bzw. Wasserdichtung nur einen minimalen Wasserverlust durch Sättigung des teilweise gesättigten Gases haben, das durch die Dichtung hindurchströmt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß wenigstens ein
U-förmiger Kanal zwishen der Gaseintrittszone der Wasserdichtung und dem Gasaustrittskanal aus der Wasserdichtung geschaffen wird. Dieser
U-förmige Kanal ist unter dem statischen Wasserspiegel in der Dichtung untergetaucht.
Gemäß einer Ausführungsform wird ein senkrechtes zylindrisches Rohr
in ein Wasserbecken innerhalb einer Kammer eingetaucht, die das erste Rohr umgibt. Ein vorhandenes zweites kleineres Rohr ist koaxial
zu dem ersten Rohr angeordnet, und sein unterer Rand ist ebenfalls unter den Wasserspiegel in der Kammer getaucht. Außerdem sind
eine oder mehrere ringförmige Tassen vorgesehen, die einen U-förmigen Kanal von der Außenseite zur Innenseite des zweiten Rohres bilden.
Diese Tasse oder Tassen sind unter den statischen Wasserspiegel getaucht, so daß dann, wenn der Druck unter einem Minimalwert liegt,
die Tassen mit Wasser geflutet sind und eine geeignete Falle für einen Rückstrom des Gases bilden. Wenn der Druck des eintretenden Gases
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ansteigt, senkt sich der Wasserspiegel in dem ersten Rohr, bis er das
Niveau des Bodens des zweiten Rohres erreicht, wodurch dann Gas unter dem bodenseitigen oder unteren Rand des zweiten Rohres vorbei strömen
kann und beginnt durch das Wasser in der ersten Tasse hindurch nach oben zu strömen bzw. unter Blasenbildung aufzusteigen. Wenn das Gas
weiterströmt, wird es gesättigt und nimmt Wasser auf, so daß der Kanal der ersten Tasse mit der Zeit austrocknet und kein weiterer Sättigungsverlust durch Wasserabgabe an den Gasstrom erfolgt. Wenn der Druck ansteigt,
wird der Spiegel weiter abgesenkt und deckt dann eine zweite ringförmige Tasse auf, bis das Gas beginnt, unter dem Boden der ersten
Tasse innerhalb der zweiten Tasse entlangzuströmen. Im Laufe der Zeit wird dann das die zweite Tasse füllende Wasser von dem teilweise gesättigten
Gas absorbiert, und es wird ein zweiter trockener Kanal geschaffen, usw. Solange das Gas weiterströmt, bleiben die Kanäle
trocken, und der Wasserspiegel in der Dichtung bleibt niedrig. Wenn der Gasstrom und der Gasdruck fallen, kann der Wasserspiegel ansteigen,
um die zweite Tasse dann teilweise zu überfluten, wodurch ein weiterer Gasstrom durch die zweite Tasse ermöglicht wird, obgleich die erste
Tasse noch trocken ist. Wenn der Gasdruck auf Null abfällt, steigt der Wasserspiegel auf das statische Niveau an und überflutet alle Tassen,
so daß dann eine vollständige Abdichtung hergestellt ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine senkrechte Schnittansicht einer Ausführungsform der
FlUssigkeitsdichtungsvorrichtung,
Fig. 2 und 3 vergrößerte Detailansichten der Ausführungsform von
Fig. 1,
Fig. 4 eine Detailansicht einer bekannten Konstruktion,
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und
Fig. 6 eine andere Ausflihrungsform der Flüssigkeitsdichtungsvor
richtung.
In Fig. 1 ist in senkrechter Schnittansicht eine Ausführungsfonn der
FlUssigkeits- bzw. Wasserdichtungsvorrichtung dargestellt. Sie Meist
ein Eintrittsrohr 12 auf, durch das Gas gemäß den Pfeilen 14 in die Wasserdichtung einströmt und durch ein erstes zylindrisches Rohr 16,
das in ein Wasserbecken 30 innerhalb eines Gehäuses 24 eintaucht, abwärts strömt. Ein zweites zylindrisches Rohr 18, das einen kleineren
Durchmesser aufweist und koaxial zu dem ersten Rohr angeordnet 1st, befindet sich mit seinem untersten Rand ebenfalls unter dem statischen
Niveau 28 des Wasserbeckens 30. Das zweite Rohr ist gegen das erste
Rohr an der Stelle 20 so abgedichtet, daß dadurch ein Träger fUr das zweite Rohr sowie ein Verschluß flir den Ringraum 15 gebildet werden.
Nachdem das Gas durch die Dichtung hindurchgeströmt ist, strömt es gemäß den Pfeilen 37 durch das Rohr 18 zu einem Kamin oder einer
anderen Vorrichtung, die den Gasstrom verwertet, senkrecht aufwärts. Radiale Stege 21, 22 können als zusätzliche Stütze des zweiten Rohres
18 innerhalb des ersten Rohres 16 dienen.
Das Gehäuse 24 weist einen äußeren Zylinder mit einem Boden 25 und
einem konischen Oberteil 26 auf, das an dem ersten Rohr 16 an der Stelle 27 angeschweißt ist, wodurch ein Raum flir das Wasserbecken
30 entsteht, der eine statische Flüssigkeitsoberfläche 28 und über der Flüssigkeit einen Gasraum 27 hat. Ein Rohr 46 verbindet den Raum
47 durch die Seitenwand des zweiten Rohres 18 hindurch mit dem Raum 19. Das Rohr 46 besitzt einen oberen Abschnitt, der an seiner Oberfläche 48, wie in Fig. 2 und 3 gezeigt, weggeschnitten 1st. Nenn der
Gasstrom gemäß den Pfeilen 37 an dem Ende 48 des Rohres 46 vorbeiströmt, entsteht in dem Ende des Rohres an Druckabfall, der in den
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Raum 47 übertragen wird, so daß dieser Raum sich auf oder unterhalb
atmosphärischen Druckes befindet.
Unter Bezugnahme auf Figur 4 soll kurz auf die bekannte Bauweise eingegangen
werden. Die herkömmliche, bekannte Wasserfalle weist ein Gehäuse zur Aufnahme des Wassers 30 auf, das einen Boden 25 und nicht dargestellte
Seitenwände besitzt. Gas strömt gemäß den Pfeilen 31 innerhalb des Rohres 18 senkrecht abwärts, und der statische Flüssigkeitsspiegel ist durch
das Bezugszeichen 50 angedeutet. Wenn der Druck des Gases 31A ansteigt,
sinkt der Flüssigkeitsspiegel 50 innerhalb des Rohres 18 auf einen Punkt 52 ab, der sich gerade am unteren Rand 17 des Rohres 18 oder unterhalb
dieses Randes befindet. Wenn der Spiegel den Punkt 52 erreicht, kann Gas unter dem Ende 17 des Rohres 18 seitlich wegstromen und durch
die Flüssigkeitssäule 56 außerhalb des Rohres 18 nach oben gelangen. Der Flüssigkeitsspiegel 54 außerhalb des Rohres 18 ist höher als der
statische Spiegel 50, und zwar aufgrund des Druckes des Gases 31A.
Wenn das Gas gemäß den Pfeilen 31A, 55 und 57 weiter durch das Rohr
abwärtsströmt und nicht gesättigt ist, wird es sich in der Flüssigkeitssäule 56 ständig selbst mit Flüssigkeit sättigen. Wenn Flüssigkeit entfernt
wird, so kommt diese Flüssigkeit von dem Wasserbecken und hält den Spiegel 54 aufrecht. Mit anderen Worten, bei dem bekannten System
ist ständig eine Wassersäule vorhanden, durch die das Gas hindurchströmen muß, und zwar entweder in Form von Blasen oder dünnen Gasfäden,
die bezüglich Größe und Lage sowie Kontinuität variieren und dadurch Turbulenz und Veränderungen der Spiegel 52 und 54 verursachen. Wenn der
Spiegel 52 auf- und abschwinkt, sperrt er momentan den Gasstrom 55 ab und kann dadurch ernsthafte Schwingungen und Druckwellen des in den
Rohren 12 und 18 befindlichen Gases verursachen.
Wie aus Fig. 5, einer vergrößerten Ansicht des Bodenteils der Rohre
16 und 18, ersichtlich ist, ist eine ringförmige Tasse 44 vorgesehen, die eine äußere zylindrische Wand 44A, einen ringförmigen Boden 44B
und eine innere ringförmige Wand 44C aufweist, so daß das Rohr 18 in
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die Tasse eingesteckt werden kann und dadurch für den Gasstrom,beispielsweise
gemäß den Pfeilen 32, einen U-förmigen Kanal bildet.
Ferner kann eine zweite ringförmige Tasse 42 vorhanden sein, die eine
äußere zylindrische Wand 42A, einen ringförmigen Boden 42B und eine innere Wand 42C aufweist, die mit der ersten Tasse 44 so zusammengesteckt
ist, daß ein zweiter U-fÖrmiger Kanal für den Gasstrom gebildet wird, der beispielsweise durch den Pfeil 34 verkörpert wird.
Es können nun noch andere ringförmige Tassen, oder eine dritte Tasse
40, vorgesehen werden, die ebenfalls eine-äußere Wand 4OA, und einen
mit der Tasse 42 zusammengesteckten Boden 40B aufweist, welche die Tasse 42 umgeben.
Alle diese Tassen müssen starr miteinander verbunden sein. Sie lassen
sich beispielsweise durch radiale Stege 60, 62, 64, 66 und 68 oder andere geeignete Stützelemente tragen bzw. abstützen.
Der statische Flüssigkeitsspiegel in dem Gehäuse 24 wird durch herkömmliche
Einrichtungen bekannter Art auf dem Niveau 28 gehalten. Die Eindringtiefe des Bodens 17 des Rohres 18 unterhalb des Spiegels
wird auf einen gewünschten Wert eingestellt. Der obere Rand der Außenwand 44A ist auf einer gewählten Höhe über dem Boden 17 des Rohres 18
angeordnet. Die Innenwand ist auf einer zweiten gewählten Höhe über dem Boden 18 angeordnet, und ähnliches gilt für die anderen Tassen. Außerdem
sind die Durchmesser der Außenwände und Innenwände jeder Tasse so ausgelegt, daß die Querschnitte der U-förmigen Kanäle durch alle
Tassen auf der Außenseite des Rohres 18 wenigstens genau so groß, vorzugsweise jedoch größer sind als die Innenfläche des Rohres 18. Auf
diese Weise findet für den Gasstrom aus dem Raum 15 in den Raum 19 und aufwärts zum Schornstein oder einer anderen Verwendungsvorrichtung
keine Querschnittsreduzierung statt. Betrachtet man den statischen Flüssigkeitsspiegel 28 innerhalb des Gehäuses 24 bei steigendem Druck
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des Gases 31, so ist folgendes festzustellen. Der Flüssigkeitsspiegel
sinkt auf ein Niveau, beispielsweise das Niveau 7OA, woraufhin Gas frei durch die erste Tasse strömen kann, und zwar gemäß dem Pfeil 32
unter dem unteren Rand 17 des Rohres 18 hinweg und innerhalb der Innenwand 4OC der ersten Tasse aufwärts in den Raum 19 hinein. Wie bereits
erläutert wurde, nimmt das Gas bei dieser Bewegung Wasser aus der ersten Tasse 44 auf, bis der Raum innerhalb der ersten Tasse 44 trocken
und wasserfrei ist. Danach findet keine weitere Turbulenz oder Druckwellenbildung statt, da der Wasserinhalt bei 44, der die Ursache für
Turbulenz und Druckwellenbildung ist, durch den Gasstrom bei 32 entfernt wurde, und die Tasse 44 von dem Wasserbecken 30 getrennt worden
ist. Wenn der Druck weiter ansteigt, so daß der Spiegel auf 7OB absinkt, dann wird der Boden der ersten Tasse flüssigkeitsfrei, so daß
Gas gemäß dem Pfeil 34 durch den U-förmigen Kanal der zweiten Tasse
unter der Tasse 44 hinweg in den Raum 19 einströmen kann.
Wenn dann der Druck noch weiter ansteigt, so daß der Wasserspiegel
auf das Niveau 7OC absinkt, beginnt das Gas gemäß dem Pfeil 36 durch
die dritte Tasse zu strömen, wodurch nun ein Gasdurchgang über die ganze Fläche des Rohres 18 erreicht wird.
In Fig. 1 ist dargestellt, daß dann, wenn der Wasserspiegel innerhalb
des Rohres 16 heruntergedrückt wird, also sinkt, der Wasserspiegel außerhalb des Rohres 16 ansteigen muß. Wenn keine üffnung zum Raum 47
vorhanden wäre, würde der Gasdruck im Raum 47 ansteigen und verhindern, daß die Flüssigkeit auf den vollen Spiegel hochsteigt. Demzufolge bildet
das Bypass-Rohr 46 ein Mittel, mit dem im Raum 47 ein Druck aufrechterhalten werden kann, der dem Atmosphärendruck entspricht oder diesem
nahekommt.
Wie aus Fig. 4 ersichtlich, wirkt die Wasserdichtung derart, daß dann,
wenn das einströmende Gas 31A im Rohr 18 abwärts strömt und außerhalb des Rohres 18 aufwärts, der Wasserspiegel auf der Höhe 52 sein muß,
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bevor der Gasstrom beginnen kann, wobei diese Höhe 52 gerade In Höhe
des Bodens 17 des Rohres 18 oder darunter liegt.
Wenn dann das Gas strömt, muß es durch die Säule 56 In Form bon Blasen
außerhalb des Rohres 18 nach oben zur Oberfläche 54 wandern und kann dann durch Schwingung und Druckwellenbildung ernsthafte Beschädigungen
verursachen. Außerdem kann es einen nicht unerheblichen Wasserverlust bewirken, der ausgeglichen werden muß und eine sorgfältige Niveau- oder
Füllstandskontrolle bzw. -steuerung erfordert.
Bei dem soeben In Verbindung mit den Figuren 1 und 5 beschriebenen Ausführungsbeispiel wäre es, während das eintretende Gas durch den Ringraum
abwärts, dann durch die U-förnrige Kanäle der ineinandergesetzten Tassen
und dann durch das zentrale Rohr 18 zum Raum 19 strömt, genausogut möglich, die Anordnung so zu treffen, daß das Gas durch das Rohr 18 abwärts strömt
und durch die U-förmigen Kanäle der ineinandergesetzten Tassen und dann im Ringraum zwischen den Rohren 16 und 18 aufwärts. Natürlich müssen
dann die entsprechenden Spiegel der Innen- und Außenwände in bezug auf die Darstellung von Fig. 5 umgekehrt werden. Diese zweite Ausführungsform,
bei der ein Abwärtsstrom durch das innere Rohr und ein Aufwärtsstrom durch den Ringraum hindurch stattfindet, ist jedoch nicht dargestellt,
könnte jedoch auf der Grundlage der obigen Beschreibung gebaut werden.
Es versteht sich, daß die beschriebene AusfUrungsforn eine Wasserdichtung
bildet, die durch eine entgegenwirkende Uassersätfe gegen Gasrückstrom
durch die Dichtung nach Druckbeaufschlagung der Wasseroberfläche und damit Druckwellenbildung des Gases oberhalb und unterhalb der Wasserdichtung vollständig geschützt ist.
Bestimmte Abmessungen des in Fig. 5 gezeigten Apparates liegen nicht
vor, da diese von der Situation abhängen, für die die Wasserdichtung
bestimmt ist und sich in Abhängigkeit von veränderlichen Größen, die
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aus üblichen Vorrichtungen dieser Art bekannt sind, herleiten lassen.
Obgleich drei getrennte Kanäle gezeigt worden sind, können auch einer oder noch mehr Verwendung finden. Ferner unterliegen die Spiegel, bis
auf die das Wasser durch den Gasdruck vor dem aufeinanderfolgenden öffnen der durch Strömungswege aufeinanderfolgender Tassen gesenkt wird,
in bekannter Weise den Bedingungen der Gasströmung.
In Fig. 6 ist eine andere Ausführungsform der Flüssigkeitsdichtungsvorrichtung
dargestellt, bei der das Rohr oder der Zylinder 16 weggelassen ist und die Reihe ineinandergesetzter ringförmiger Tassen 40,
42, 44 durch eine einzige Tasse 80 ersetzt ist, die das untere Ende 17 des Rohres 18 umgibt. Der Rand der Tasse 80 erhebt sich über den Spiegel
84 der Flüssigkeit. Die Tasse 80 hat eine öffnung 82 im Boden, durch
die Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsbehälter 30 ins Innere der Tasse einströmen kann.
Der Gasstrom tritt durch das Eintrittsrohr 86 gemäß dem Pfeil 88 in
die Kammer 94 ein, bewegt sich dann gemäß dem Pfeil 89 abwärts in die Tasse 80 und dann gemäß den Pfeilen 90 in den Raum 19 im Inneren
des Rohres 18, von wo aus er zum Kamin gemäß den Pfeilen 92 aufwärts steigt. Wasser, das von dem Gasstrom 90 aus der Tasse wegtransportiert
worden ist, wird durch die öffnung 82 ersetzt.
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Claims (8)
- 27 08 00 3PATENTANSPRÜCHEM. Flüssigkeitsdichtungsvorrichtung, gekennzeichnet durch ein erstes senkrechtes, zylindrisches Rohr (16), das an seinem Boden offen ist und an seinem oberen Ende eine Gaseintrittsleitung (12) aufweist, ferner ein zweites zylindrisches Rohr (18), das koaxial zu dem ersten Rohr (16) angeordnet ist, jedoch einen kleineren Durchmesser aufweist, wobei der Ringraum (15) zwischen dem oberen Ende des ersten Rohres (16) und des zweiten Rohres (18) geschlossen ist, der Boden des zweiten Rohres offen ist und das obere Ende des zweiten Rohres offen ist und das obereEnde des zweiten Rohres mit einer Gasverwendungsei ηriehtung verbunden ist, ferner durch ein Gehäuse (24), das mit Abstand unterhalb des Bodens des ersten und des zweiten Rohres (16, 18) angeordnet ist und diese Rohre umgibt und mit dem ersten Rohr in der Nähe dessen oberen Endes einen Verschluß (26) bildet, ferner durch eine Einrichtung zur teilweisen Füllung des Gehäuses (24) mit Wasser bis auf einen gewählten statischen Spiegel, und durch wenigstens eine ringförmige, U-förmige Tasse (40, 42, 44), die unter dem Boden des zweiten Rohres (18) getragen wird und äußere und innere zylindrische Wände aufweist, die sich außerhalb bzw. innerhalb des zweiten Rohres (18) nach oben erstrecken, wobei die Außenwand unterhalb des gewählten Spiegels endet.
- 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten zylindrischen Rohre (18, 19) kreisrunde Zylinder sind.
- 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine ringförmige Tasse (40, 42, 44) eine zylindrische Innenwand aufweist, die höher ist als die zylindrische Außenwand.
- 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens709836/0726ORIGINAL INSPECTEDeine zweite U-förmige, ringförmige Tasse (42) vorgesehen ist, die einen größeren Durchmesser aufweist als die erste Tasse (44) und deren zylindrische Außen- und Innenwände sich außerhalb bzw. innerhalb der ersten ringförmigen Tasse (44) nach oben erstrecken, wobei die Außenwand (42A) auf einem Niveau unterhalb des oberen Endes der ersten Tasse (44) endet.
- 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine ringförmige, U-förmige Tasse (40, 42, 44) eine innere zylindrische Wand aufweist, deren Durchmesser kleiner ist als der des zweiten Rohres (18), ferner eine äußere zylindrische Wand, deren Durchmesser größer ist als derjenige des zweiten Rohres (18), und einen ebenen Ring, der mit den unteren Rändern der inneren und äußeren Wände in abgedichteter Verbindung steht.
- 6. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Leitung (46), die den oberen Teil über dem Flüssigkeitsspiegel innerhalb des Gehäuses (24) mit dem Inneren des zweiten Rohres (18) verbinet.
- 7. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichent durch drei ineinandergesetzte, ringförmige, U-förmige Tassen (40, 42, 44), die das untere Ende des zweiten Rohres (18) umgeben.
- 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der statische Flüssigkeitsspiegel (28) sich oberhalb des oberen Endes der Außenseiten aller ringförmiger Tassen (40, 42, 44) befindet.709036/0726
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