Einrichtung an Windkesselanlagen zum Konstanthalten des Flüssigkeitsspiegels im Windkessel In Pumpendruckleitungen schaltet man vielfach Windkessel ein, um bei stossweiser Flüssigkeitsanfor derung, also bei einer die Fördermenge der Pumpe übersteigenden Flüssigkeitsentnahme im Windkessel gespeicherte Druckflüssigkeit zur Verfügung zu ha ben, und ferner,
um bei Kolbenpumpen die Flüssig keitsförderung zeitlich auszugleichen. Für solche Druckspeicherungen ist es von Bedeutung, dass das im Windkessel über der Flüssigkeit liegende Luft polster auch immer erhalten bleibt. Nun absorbieren aber Flüssigkeiten unter Druck immer etwas Luft, so dass ohne besondere Massnahmen im Laufe der Zeit das Luftpolster immer kleiner wird und schliesslich ganz verlorengehen kann.
Um die Luftmenge im Windkessel wieder zu er gänzen, werden verschiedene Massnahmen angewen det. Dabei kann die im Laufe der Zeit mit der Flüssig keit aus dem Windkessel austretende Luft durch will kürliche Massnahmen, also durch das Bedienungs personal, wieder ergänzt werden, um den Flüssigkeits spiegel stets auf der gleichen Höhe zu halten. Bei Anlagen mit geschlossenem Kreislauf, also mit kon stantem Flüssigkeitsvolumen, kann das Ergänzen von Luft selbsttätig, etwa in Abhängigkeit vom Flüssig keitsspiegel in dem Druckölsammelbehälter, aus dem die Pumpe die Flüssigkeit in .den Windkessel fördert, geschehen.
Die im Kreislauf aber hierbei gegebenen falls auftretenden Verluste müssen ersetzt werden, damit der Flüssigkeitsspiegel im Windkessel nicht zu niedrig wird, da ja bei dieser Art von Steuerung der Flüssigkeitsspiegel des drucklosen Sammelbe- hälters konstant gehalten wird. Es ist aber auch bei den bekannten Windkesselanlagen ohne geschlossenen Kreislauf möglich, durch Schwimmersteuerung un mittelbar den Flüssigkeitsspiegel im Windkessel kon stant zu halten. Eine solche Schwimmersteuerung ist aber nicht einfach in ihrem Aufbau und ausserdem in ihrer Wirkungsweise nicht immer zuverlässig.
Insbe sondere bereitet die L7bertragung der Schwimmerbe wegungen auf das zu steuernde Luftventil Schwierig keiten.
Die Erfindung befasst sich mit einer Einrichtung an Windkesselanlagen zum Konstanthalten des Flüs sigkeitsspiegels in Windkesseln, mit einem aus einem Sammelbehälter über eine Pumpe versorgten Wind kessel und einem an den Windkessel angeschlossenen Zwischenbehälter sowie mit selbsttätig oder willkür lich gesteuerten Umschaltorganen in den Verbindungs leitungen zwischen Windkessel, Zwischenbehälter, Sammelbehälter und Aussenluft, wobei durch Leer laufenlassen des Zwischenbehälters Ergänzungsluft für den Windkessel eingesaugt wird.
Die Erfindung strebt eine besonders einfache und betriebssichere Lösung an, die die Nachteile der bekannten Ausfüh rungen vermeidet, und zwar ist die erfindungsgemässe Einrichtung dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssig keitsraum des Windkessels mit dem Flüssigkeitsraum des Zwischenbehälters und der Luftraum des Wind kessels mit dem Luftraum des Zwischenbehälters über je eine steuerbare Leitung verbunden sind und dass der Zwischenbehälter in einer solchen relativen Höhenlage gegenüber dem Windkessel angeordnet ist,
dass bei der Sollhöhe des Flüssigkeitsspiegels im Windkessel und im Zwischenbehälter das Verhältnis des über dem Spiegel liegenden Volumens des Zwi schenbehälters zu seinem Gesamtvolumen dem Ver hältnis zwischen dem Atmosphärendruck und dem gewünschten Windkesseldruck, also dem gewünschten Kompressionsverhältnis, gleich ist.
Die Betätigung der Umsteuerorgane in den Ver bindungsleitungen zwischen Windkessel und Zwi schenbehälter kann in an sich bekannter Weise etwa abhängig vom Druck im Windkessel oder abhängig von der Flüssigkeitsmenge oder aber auch zeitab- hängig, also beispielsweise regelmässig in gewissen Zeitabständen durch Uhrwerk vorgenommen werden. Bei einer druck- oder mengenabhängigen Betätigung wird jedesmal eine Luftergänzung vorgenommen, da die Einrichtung in solchen Fällen ja nur anspricht, wenn der Druck oder die Menge nicht mehr den ge wünschten Wert haben.
Bei einer zeitabhängigen Be tätigung dagegen wird eine Luftergänzung jeweils nur dann eintreten, wenn hierbei der Flüssigkeitsspiegel im Windkessel nicht mehr in der richtigen Höhe liegt.
Die Erfindung ist in der Zeichnung in zwei Aus führungsbeispielen dargestellt, und zwar zeigt die Fig. 1 eine Ausführung, bei der für die Steuerung der verschiedenen Leitungen ein gemeinsames Steuer organ, und zwar ein Kolbenschieber mit entsprechen den Steuerkanten, vorgesehen ist, zu dem in den Fig. 2 und 3 weitere Schaltstellungen gezeigt sind, und die Fig. 4 und 5 zeigen in zwei verschiedenen Schalt stellungen eine weitere Ausführungsform mit getrenn ten Organen für die Luft- und Flüssigkeitssteuerung, die hydraulisch miteinander gekuppelt sind.
In Fig. 1 ist mit 1 ein Windkessel bezeichnet, in den das Drucköl aus einem drucklosen Sammelbe- hälter 2 durch eine Pumpe 3 über ein Rückschlag- ventil 4 eingepumpt wird. Das Drucköl strömt vom Windkessel 1 durch die Entnahmeleitung 5 zu den Verbrauchsstellen und durch die Leitung 6 wieder zurück in den Sammelbehälter 2.
Der Luftraum eines Zwischenbehälters 7 ist durch Leitungsteile 8a und 8b mit dem Luftraum des Windkessels 1 verbunden, und ebenso ist der Flüssig keitsraum des Zwischenbehälters 7 über Leitungsteile 9a und 9b mit dem Flüssigkeitsraum des Windkessels 1 verbunden. Die beiden Leitungen 8a,<I>8b</I> bzw. 9a, 9b können durch ein dazwischengeschaltetes Steuer organ 10 abgesperrt werden, das beispielsweise von einem Zeitwerk in gewissen Abständen oder durch einen vom Flüssigkeitsdruck des Windkessels 1 aus gelösten Impuls betätigt wird. Dieses Steuerorgan 10 dient auch noch zum Steuern des Lufteinlasses 11 des Zwischenbehälters 7 sowie des Ölablasses 12 des Zwischenbehälters 7.
Das Steuerorgan 10 ist als Kolbenschieber mit einem Steuerkolben 10a zum Steuern der Leitung 9a, 9b und des Ölablasses 12 und einem zweiten Steuerkolben 10b für die Steue rung der Luftleitung 8a, 8b sowie des Lufteinlasses 11 ausgebildet. Die Kolben 10a, 10b sind durch eine gemeinsame Kolbenstange lOe miteinander verbunden und werden demgemäss jeweils zwangläufig gemein sam verstellt.
Der Zwischenbehälter 7 ist in einer solchen relativen Höhenlage gegenüber dem Wind kessel 1 angeordnet, dass bei der Sollhöhe des Flüssig keitsspiegels im Windkessel 1 und im Zwischenbe hälter 7 das Verhältnis des über dem Spiegel liegenden Volumens des Zwischenbehälters 7 zu seinem Ge samtvolumen dem Verhältnis zwischen dem Atmo sphärendruck und dem gewünschten Windkesseldruck, also dem gewünschten Kompressionsverhältnis, gleich ist.
Die Wirkungsweise dieser Einrichtung ist folgen dermassen: Steht der Schieber 10 in der in Fig. 1 gezeigten Stellung, so sind die beiden Behälter 1 und 7 über die Verbindungsleitungen<I>8a, 8b</I> und 9a, 9b mitein ander verbunden, so dass der Flüssigkeitsspiegel im Behälter 7 auf gleicher Höhe mit dem Flüssigkeits spiegel des Windkessels 1 steht.
Es sei angenommen, dass der hier gezeichnete Flüssigkeitsspiegel noch zu hoch, also zu wenig Luft im Windkessel 1 ist. Durch einen beispielsweise vom Flüssigkeitsdruck des Windkessels 1 ausgelösten Im puls wird nun der Schieber 10 in die in Fig. 2 darge stellte Stellung gebracht. Dadurch werden die Lei tungen 8a, 8b und 9a, 9b abgesperrt, der Flüssig keitsablass 12 aber wird geöffnet. Nunmehr kann das Öl aus dem Zwischenbehälter 7 bis zur völligen Expansion der Luft im Zwischenbehälter 7 über den Ablass 12 in den Sammelbehälter 2 abfliessen.
Durch einen weiteren Schaltvorgang wird dann der Schieber in die in Fig. 3 dargestellte Stellung gebracht, die sich gegenüber der zuletzt genannten Stellung nur dadurch unterscheidet, dass nunmehr der Lufteinlass 11 des Zwischenbehälters 7 geöffnet ist. Hierdurch läuft der Zwischenbehälter 7 völlig leer und wird dafür mit Luft gefüllt.
Danach wird der Schieber 10 wieder in die in Fig. 1 gezeigte Lage verstellt, und durch die Leitungen 8a, 8b und 9a, 9b werden wieder die beiden Lufträume sowie die beiden Flüssigkeitsräume der Behälter 1 und 7 miteinander in kommunizierende Verbindung gebracht, während der Lufteinlass 11 sowie der ölablass 12 geschlossen werden. Mit der in den Zwischenbehälter 7 eingesaugten Luft wird auf diese Weise das Luftvolumen im Windkessel 1 und dem damit kommunizierenden Zwischenbehälter 7 ergänzt.
Wenn nun das Öl vom Windkessel 1 über die Leitung 9a, 9b wieder in den Zwischenbehälter 7 einfliesst, wird die Luft im Zwischenbehälter 7 beim Hochsteigen des Flüssigkeitsspiegels so lange ver dichtet, bis der Flüssigkeitsspiegel des Zwischenbe hälters 7 auf gleicher Höhe mit dem des Windkessels 1 steht. Ist dies die gewünschte Spiegelhöhe, so ist der Vorgang beendet. Reicht aber die mit einem Entleeren und Wiederfüllen des Zwischenbehälters erzielte Luftergänzung nicht aus, so wiederholt sich der Vorgang.
Dabei ist das Mass der Luftergänzung bei ein maligem oder mehrfachem abwechselndem Leerlau fenlassen und Wiederauffüllen immer selbsttätig gerade so gross, dass der Flüssigkeitsspiegel im Windkessel 1 sich wieder auf die gewünschte Lage einstellt. Spricht also die Einrichtung bei sehr hohem Flüssigkeits spiegel im Windkessel 1 an, so kann beim ersten Steuerungsvorgang (Absperren der Leitungen 8a, 8b und 9a, 9b) nur wenig Luft im Zwischenbehälter 7 verdrängt werden. Beim anschliessenden Öffnen des Schiebers 10 läuft dann eine entsprechend grosse Flüssigkeitsmenge aus, und eine entsprechend grosse Luftmenge wird eingesaugt.
Je weniger der Flüssig- keitsspiegel beim jeweils erstmaligen oder wieder holten Ansprechen des Schiebers 10 über der ge wünschten Höhe liegt, um so weniger Luft wird eingesaugt und umgekehrt. Ist bei einem zeitabhängig geschalteten Ansprechen der Einrichtung der Flüssig keitsspiegel gerade auf der richtigen Höhe, so expan diert beim ersten Schaltvorgang die Luft im Zwischen behälter 7 gerade so, dass sie den ganzen Zwischen behälter 7 auffüllt. Beim anschliessenden Öffnen des Schiebers 10 wird dann keine weitere Luft mehr eingesaugt.
Solange also der Flüssigkeitsspiegel auf der richtigen Höhe steht, spricht die Einrichtung ent weder überhaupt nicht an oder es wird bei einer zeit abhängigen Auslösung die im Zwischenbehälter 7 hierbei vorhandene Luft lediglich expandiert und wieder auf das gleiche Volumen komprimiert.
Durch ein derartiges abwechselndes Leerlaufen und Wiederauffüllen des Zwischenbehälters 7 wird immer etwas Luft in den Windkessel 1 gefördert, bis der Flüssigkeitsspiegel im Windkessel 1 einen solchen Stand erreicht hat, dass beim Leerlaufen des Zwi schenbehälters 7 die in diesem eingeschlossene Luft nach ihrer Expansion den Zwischenbehälter 7 gerade ausfüllt und dann keine Flüssigkeit mehr in ihm ent halten ist, die ablaufen und damit neue Luft nach saugen könnte. Es wird dann auch keine Luft mehr in den Windkessel 1 eingefördert. Durch ein Schwim merventil 26 im Zwischenbehälter 7 wird dafür ge sorgt, dass sich nur der Zwischenbehälter 7, aber nicht der Abflussleitungsteil 9b und der Ablass 12 entleeren können.
Da der Schieber 10 immer erst geöffnet wird, wenn das im Zwischenbehälter enthaltene Luftvo lumen expandiert ist, kann keine öl- oder öldampf- haltige Luft abziehen.
In den Fig. 4 und 5 ist mit 13 ein Ölumschaltorgan und mit 14 ein Luftumschaltorgan bezeichnet; ihre hydraulische Verbindung ist durch die Ölleitungen 15 und 16 hergestellt. Das ölumschaltorgan 13 ist wie derum als Kolbenschieber ausgebildet, dessen Ge häuse zwei von den Steuerkanten der Kolben 13a und 13b,<B>13e</B> gesteuerte Ringräume 17, 18 aufweist. Der Ringraum 17 ist über den Leitungsteil 9a mit dem Ölraum des Windkessels 1 und über den Lei tungsteil 9b mit dem Ölraum des Zwischenbehälters 7 verbunden. Der Ringraum 18 ist an eine Zweig leitung 19 der Pumpleitung 20 und ausserdem über die Leitung 16 an das Luftumschaltorgan 14 ange schlossen.
Auch hier ist der Zwischenbehälter 7 in einer solchen relativen Höhenlage gegenüber dem Windkessel 1 angeordnet, dass bei der Sollhöhe des Flüssigkeitsspiegels im Windkessel 1 und im Zwi schenbehälter 7 das Verhältnis des über dem Spiegel liegenden Volumens des Zwischenbehälters 7 zu seinem Gesamtvolumen dem Verhältnis zwischen dem Atmosphärendruck und dem gewünschten Wind kesseldruck, also dem gewünschten Kompressions verhältnis, gleich ist.
Das insbesondere als Kolbenschieber ausgebildete Luftumschaltorgan 14, durch das über die Leitung <I>8a, 8b</I> die Verbindung zwischen den beiden Luft räumen sowie über die Bohrung 21 der Einlass für die Ersatzluft gesteuert werden soll, weist einen dreistufigen Differentialkolben 22 auf, das heisst einen Kolben, dessen oberer, vom Drucköl der Leitung 16,
also vom Pumpendrucköl beaufschlagter Kolbenteil einen grösseren Durchmesser aufweist als der vom Drucköl der an die Zwischenbehälterleitung 9b ange schlossenen Leitung 15 beaufschlagte untere Kolben teil.
Wenn das ölumschaltorgan 13 mit seinen Kolben 13a, 13b und 13e in der in Fig. 4 dargestellten Stel lung steht, so wird der untere Kolbenteil des Differen tialkolbens 22 infolge der jetzt offenen Verbindungs leitung 9a, 9b zwischen dem Windkessel 1 und dem Zwischenbehälter 7 über die Leitung 15 vom Drucköl dieser beiden Behälter beaufschlagt. Ausserdem wird der obere Kolbenteil des Differentialkolbens 22 in folge der ebenfalls offenen Verbindung zwischen den Leitungen 16 und 19 vom Pumpendrucköl der Lei tung 20 beaufschlagt. Ferner steht die rückwärtige Kolbenfläche des <RTI
ID="0003.0030"> Differentialkolbens 22 über den Gehäuseraum 140 mit dem Luftraum des Zwischen behälters 7 in dauernder Verbindung. Die durch den festgelegten Öldruck in den Räumen 22b und 22c nach oben wirkenden beiden hydraulischen Druck- kräfte des entsprechend bemessenen Differential- kolbens 22 sind so gross,
dass das im Gehäuse 14 geführte Luftventil 23 entgegen dem Druck der über das Luftventil 23 auf den Kolben wirkenden Feder 24 sowie dem Druck der Feder 25 und unter dem Luftdruck im Gehäuseraum 140 hochgehoben und dadurch die Luftverbindung zwischen den beiden Behältern 1 und 7 über die Leitung 8a,<I>8b</I> und den Gehäuseraum 140 hergestellt wird.
Die Kolbenstange 22a des Differentialkolbens weist zwar die mit der Aussenluft in Verbindung stehende Bohrung 21 auf, doch wird die Bohrung in der gehobenen Stellung des Differentialkolbens 22 mit ihrem oberen Austrittsende 210 gegen das Luftventil 23 gedrückt, so dass die Druckluft der beiden Behälter 1 und 7 nicht in die Atmosphäre entweichen kann. Die beiden Behälter 1 und 7 bilden jetzt kommunizierende Gefässe, was dem normalen Betriebszustand der Anlage entspricht. Da bei ist auch das Rückschlagventil 4 zunächst noch offen.
Zum Zwecke des Nachprüfens und gegebenenfalls des Nachfüllens der Windkesselluft wird das Um schaltorgan 13 etwa von einem Zeitschaltwerk in die in Fig. 5 gezeigte Stellung verstellt. Nunmehr wird durch den Kolben 13a die Verbindung zwischen den beiden Leitungsteilen 9a und 9b gesperrt und der Leitungsteil 9b mit dem Ablass 12 verbunden, was einen Druckabfall im Leitungsteil 9b und damit auch in der Leitung 15 zur Folge hat.
Gleichzeitig ist aber durch den Kolben 13b der Ringraum 18 mit einem ebenfalls in den Sammelbehälter 2 mündenden Ablass 120 verbunden worden, so dass das durch die Leitung 19 in den Ringraum 18 einströmende Pumpendrueköl durch den Ablass 120 wieder in den Sammelbehälter 2 zurückfliesst. Das hat aber einen entsprechenden Druckabfall in der nach wie vor mit dem Ringraum 18 verbundenen Leitung 16 zur Folge.
Durch den Druckabfall in den beiden Leitungen 15 und 16 sinkt aber die nach oben wirkende hydraulische Druckkraft auf den Differentialkolben 22 bei entsprechender Bemessung der Gegendruckfedern 25 und 24 so weit ab, dass nunmehr der Druck der Federn 24 und 25 überwiegt und der Differentialkolben 22 zurückwei chen kann.
Dadurch wird das Luftventil 23 auf seinen Sitz 210 im Ventilgehäuse gedrückt. Die Luftver bindung zwischen den beiden Behältern 1 und 7 ist dadurch gesperrt und das Öl im Zwischenbehälter 7 fliesst unter der Wirkung der dort expandierenden Luft über den Leitungsteil 9b zum Sammelbehälter 2.
Dabei ist die Druckfeder 25 so eingestellt, dass bis zur völligen Expansion der Luft im Zwischenbehälter 7 die hydraulische Kraft des Differentialkolbens 22 noch so weit überwiegt, dass das obere Ende der Kolbenstange 22a immer noch gegen den Teller des Lufteinlassventils 23 gedrückt wird, also der Luft einlass aus der Atmosphäre durch die Bohrung 21 zunächst noch gesperrt bleibt.
Wenn nach einer völligen Expansion der Luft im Zwischenbehälter 7 noch nicht das ganze Betriebsöl des Zwischenbehälters 7 abgeflossen ist, was auf einen Luftmangel im Windkessel 1 hindeutet, entsteht bei weiterem Abfliessen des Zwischenbehälteröles in des sen Luftraum und damit auch im Leitungsteil 8b sowie im Gehäuseraum 140 ein Unterdruck.
Gleich zeitig sinkt beim Abfallen des Ölspiegels im Zwi schenbehälter 7 aber auch der auf die untere Fläche des Differentialkolbens 22 wirkende Öldruck im Ringraum 22b, so dass jetzt die Kraft der Druckfeder 25 gegenüber dem noch verbleibenden hydraulischen Gegendruck auf den Differentialkolben 22 im Ring raum 22c von der Leitung 16 aus grösser ist und da mit der Differentialkolben 22 abwärts geschoben wird. Dadurch hebt sich aber der obere Teil der Kolbenstange 22a vom Tellerdes Luftventils 23 ab. Der Leitungsteil 8b und damit der Luftraum des Zwischenbehälters 7 sind jetzt über die Kolbenboh rung 21 mit der Aussenluft verbunden, und bei weite rem Abfallen des Ölspiegels im Zwischenbehälter 7 wird dann Ersatzluft nachgesaugt.
Durch eine Schwim merkugel 26 im Zwischenbehälter 7 wird nach dessen völliger Entleerung der Leitungsteil 9b gesperrt und dadurch ein Entleeren des Leitungsteils 9b und des Ablasses 12 verhindert.
Wird nun das Umschaltorgan 13 wieder in seine in Fig. 4 gezeigte Normalstellung gebracht, so sind der Ablass 12 vom Steuerkolben 13a gesperrt und die Lei tung 9a, 9b vom Kolben 13a wieder freigegeben worden. Gleichzeitig ist aber auch der ölablass 120 vom Kolben 13c wieder gesperrt worden,
so dass nunmehr in der Leitung 16 wieder der volle Öl- pumpendruck zur Wirkung kommt und damit der obere Kolbenteil des Differentialkolbens 22 wieder entgegen der Druckwirkung der beiden Federn 24 und 25 in die in Fig. 4 dargestellte Normallage hochge hoben wird, während das Drucköl vom Windkessel 1 wieder in den Zwischenbehälter 7 überströmen kann und dabei die Luft im Zwischenbehälter 7 durch den jetzt offenen Leitungsteil 8b sowie die vom Teller ventil 23 freigegebene Durchtrittsöffnung und den Leitungsteil 8a in den Luftraum des Windkessels 1 überströmen kann,
bis die beiden Behälter gleiche Ölspiegel haben.