-
Windkessel Es ist heute allgemein üblich, in Flüssigkeitsleitungen
Luftpolster, sog. Windkessel, einzubauen, die eine möglichst gleichmäßige Strömung
bewirken ollen. Bekanntlich bringen die in einer Flüssigs s
keitsleitung auftretenden
Geschwindigkeitsänderungen der Flüssigkeit, also Beschleunigung oder Verzögerung,
nicht nur störende Geräusche, sondern auch Schläge und Überdrücke mit sich, die
ein Vielfaches des normalen Druckes betragen können. Man bezeichnet diese Schläge
als Wasserschlag, und ihre Entstehung kann neben den erwähnten Geschwindigkeitsänderungen
der Flüssigkeit auch noch mannigfache andere Ursachen haben. So kann: zum Beispiel
schon eine Vielzahl von gleichzeitig abgesperrten Zapfstellen oder auch die Betätigung
eines sogenannten Drucksp!ülers genügen., um einen solchen Wasserschlag auszulösen.
Ganz abgesehen davon, daß die Beseitigung dieses Wasserschlags schon aus Gründen:
der Lärmbekämpfung wiüischenswert ist, zeigt die Praxis, daß solche Wasserschlüge
in Leitungen Überdrücke erzeugen können, die zum Bruch der Leitungen führen. Insbesondere
auch in industriellen Betrieben oder in Hochhäusern, wo zur Bewegung der Flüssigkeit
Kolbenpumpen Verwendung finden, können solche Wasserschläge durch die Umkehr des
Pumpenkolbens, Leitungsquerschnittsänderungen u. dgl. auftreten.
-
Zur Beseitigung dieser Übelstände sind seit Jahren zahlreiche Versuche
vorgenommen worden. Der heute allgemein verwendete normale Windke
Gel,
bei welchem das -Luftpolster den Druckstoß aufnehmen soll, ist wenig geeignet; die
auftretenden Wasserschläge zu beheben, indem im Augenblick der Überkomprimierung-der-eingeschlossenen
Luft durch die sofort anschließende Expansion die Flüssigkeit wieder in die Leitung
zuriückgestoßen wird; so daß aus dem Wasserschlag in einer Richtung ein nicht oder
zumindest nicht wesentlich geminderter Wasserrückschlag in dez anderen Richtung
auftritt. Es ist auch schon versucht worden, in den Windkessel Schwimmer einzubauen,
durch welche Menge und Eintrittsgeschwindigkeit des Wassers in den Windkessel reguliert
und Wasserschlage unschädlich gemacht werden sollen. Die Geschwindigkeit; mit welcher
diese _ Waascrschläge auftreten, ist jedoch außerordentlich hoch. Sie können such
wohl beispielsweise über i Sekunde erstrecken, betragen aber in der Regel nur einen
Bruchteil einer Sekunde. Wenn daher Schwimmer od: dgl. angeordnet werden, so wird
der Wasserschlag größtenteils sofort zum Wasserrückschlag, während die etwa noch
in Richtung zum Luftpolster auftretenden Kräfte den Schwimmer weit über das Wasserniveau
hinausschleudern und vorzeitig den Zufluß absperren, so daß durch den Abschluß des
Windkessels auch die restlichen über die Leitung zugeführten Kräfte sich infolge
Reflexion am Absperrorgan in einen Rückschlag verwandeln.
-
Einleuchtend ist auch, daß in den Windkessel eingelegte Scheiben oder
Kolben den Wasserschlag nicht zu verhindern gestatten, denn sobald eine solche Scheibe
oder ein Kolben nicht leicht genug ist, um dem Wasseranstieg elastisch nachzugeben,
wird derRückschlagnur um so schnellereintreten, als er bei normalen Windkesseln
ohnehin schon auftritt.
-
Den Gegenstand der Erfindung bildet nun ein Windkessel, dessen besondere
Ausbildung; wie Versuche gezeigt haben, eine sichere Aufnalhme. von Wasserschlägen
gewährleistet, ohne. daß diese Wasserschläge auf die Abflußleitung -übertragen oder
gar- als Wasserrückschlkäge in die Zuführleitung zurückgeführt werden. -Der-Windkessel
gemäß der vorliegenden,Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß wenigstens zwei
miteinander kommunizierende Räume vorgesehen sind, deren Niveau derart abgestuft
ist, daß die vordringende Wassersäule die Räume nur nacheinander ausfüllen kann
und däß wenigstens ein-E:inlaß- und Auslaßventil vorgesehen ist.
-
Nach diesem Grundgedanken lassen sich sowohl kleine für Ein- oder
Mehrfamilienhäuser brauchbare als auch für industrielle Großanlagen verwendbare
Windkessel bauen. Dabei ist lediglich die korstruktive Ausgestaltung entsprechend
dem veränderten Verwendungszweck abzuändern, wobei jedoch das Grundprinzip; mehrere
miteinander kommunizierende Luftr'ä@ume vorzusehen; die von der vordringenden Flüssigkeitssäule
nur nacheinander gefüllt werden können; erhalten bleibt. -In der Zeichnung sind
einige beispielsweise Ausführungsformen des Gegenstandes der Erfindung dargestellt:
Dabei zeigt -Fig..i einen üm eine Durchflüßleitung*ängeordneten Windkessel im Schnitt,
wie er beispielsweise für Ein- oder Mehrfamilienhäuser Verwendung finden--kann,
- - -Fig. 2 eine zweite Ausführungsform eines Wind-_ kessels im Querschnitt, beispielsweise
für industrielle Verwendung, Fig. 3 die Anlage nach Fig. -- im Querschnitt, vergrößert,
Fig. q. eine dritte Ausführungsform eines Windkessels ebenfalls zur Verwendung in
industriellen Anlägen.
-
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. i wird durch die Leitung i die
Flüssigkeit, beispielsweise Wasser; zugeführt. Die Zuführleitung i führt zunächst
in eine Vorkammer 2, in welche das Abflußrohr 3 hineinragt. Das Abflüßrohr ist beispielsweise
unten durch einen Boden q., der zweckmäßig strömungstechnisch ausgebildet ist, abgeschlossen.
Die seitlichen Öffnungen 5, von denen zweckmäßig am Umfang verteilt mehrere vorgesehen
sind, dienen dem Abflüß des Wassers durch das Abflußrohr 3. Die Vorkammer ist -durch
einen Boden 6 abgeschlossen, auf welchem ein: Hohlzylinder 7 angeordnet ist. Der
Hohlzylinder 7 weist aufgeschweißte Ansätze 8 auf und ist unter Zwischenlage einer
Dichtung g mit dem Boden 6 verschraubt. Das Abflußrohr liegt ebenfalls auf dem Boden
6 mittels eines, angeschweißten Rings io über eine Dichtung i i auf. Der. zylindrische
Hohlkörper 7 weist an seinem oberen Ende einen Deckel 12 auf, in welchem ein weiterer
zylindrischer Hohlkörper 13 eingesetzt ist, der an seinem oberen Ende wiederum mittels
. eines Deckels 14 abgeschlossen ist. Dabei ist der Deckel 14 mit dem Abflußrohr
3 verschweißt. Der zylindrische Hohlkörper 13 ragt in den zylindrischen -Hohlkörper
7 hinein. Der Boden 6 ist vorzugsweise schräg angeordnet, und zwar etwa in einer
Neigung von.8o°-zur Längsachse des Aggregates. Im Boden sind ein Einlaßventil 15
und ein Auslaßventil 16 vorgesehen. Während das Einlaßventil zweckmäßig zum Abschluß
eine schwere Kugel 17 aufweist, ist im Auslaßventil 16 zweckmäßig eine Kugel 18
vorgesehen, die leichter ist als Wasser, schwimmt und damit abdichtet.
-
Die Wirkungsweise dieses Windkessels ist kurz folgende: Normalerweise
wird das Wasser, das über die Leitung i zugeführt wird, über die Öffnung 5 in -die
Ahflußleitung 3 gelangen und abfließen. Bei Auftritt eines Wasserschlags wird nun
die mit erhöhter Geschwindigkeit ankommende Wassersäule an dem strömungstechnisch
richtig ausgebildeten Boden q. abgleiten und über den schräg geführten Boden zum
Einlaßventil gelangen. Die Schrägführung des Bodens ist -deshalb notwendig, damit
keinesfalls ein Rückschlag am Böden 6 entsteht. Bei ganz kleinen Anlagen wäre es
möglicliden. Boden horizontal auszubilden und nur mit auf das Einlaßv entil zuführenden
Rillen zu versehen. Das Wasser wird demzufolge zum Einlaßventil 15 geleitet, hebt
die schwere Kugel 17 und gelangt in den vom Hohlzylinder 7 eingeschlossenen ersten.Raum
ig. Die Kugel 17 wird deshalb schwer
gemacht, damit ein gewisser
Widerstand der Wasser-Säule entgegensteht und nicht schon bei ganz geringen, nicht
einmal Lärm verursachenden Druckschwankungen, in der Zuführl-eitung i das Ventil
anspricht. Unter dem Wasserschlag wird nun zunächst das Niveau im Raum ig steigen,
wobei durch die in den Räumen ig und 2o eingeschlossene Luft eine Pufferwirkung
eintritt. Das Niveau des Wassers steigt nun rasch und wird binnen kurzem den Zylinder
ig ausgefüllt haben. Nun würde an sich bei einem Windkessel normaler Bauart ein
Rückschlag eintreten. Dieser Rückschlag wird jedoch verhindert, weil nun immer noch
die puffernde Wirkung der im Zylinder 2o eingeschlossenen Luft vorhanden ist. Sobald
der Wasserschlag aufhört, wird ein langsamer Druckausgleich über dasAuslaßventil
16 erfolgen, das Wasser fließt ab, und das Aggregat ist erneut zur Aufnahme von
Wasserschlägen betriebsbereit. Dabei wird im Kessel durch die Anordnung der Ein-
und Auslaßventile ein Kreislauf und damit eine Durchspülung erreicht, womit stagnierendes
Wasser vermieden wird. Die Lufträume können gleiches oder verschiedenes Volumen
aufweisen. Je nach den Betriebsverhältnissen wird man die günstigste Bauart wählen.
-
In den Fig. 2 und 3 ist eine Ausführungsform dargestellt, die insbesondere
in. industriellen Betrieben Verwendung finden kann. Der Windkessel 21 ist dabei,
um Platz zu sparen, unmittelbar über der Flüssigkeitsleitung 22 angeordnet und verläuft
zu dieser parallel. Auch sind wiederum ein Einlaß-und Auslaßventi124, 25 eingesetzt,
und es ist ein zusätzlicher Raum 23 vorgesehen.
-
Diesen zusätzlichen Raum 23 kann man, wie beispielsweise in Fig.4
mit 2311 bezeichnet, auch innerhalb des Windkessels 2i selbst anordnen, falls die
räumlichen Verhältnisse einen Aufbau nicht gestatten. Die Wirkung ist auch hier
wiederum dieselbe wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. i, indem immer noch ein
Luftpolster vorhanden ist, auch wenn: der erste Raum schon beinahe gefüllt ist und
damit ein Rückschlag einsetzen würde.
-
Es ist selbstverständlich möglich und kann bei gewissen industriellen
Anlagen mit hohen Druckstößen sogar notwendig sein, mehrere der gezeigten Windkessel
hintereinanderzuschalten, wobei dann die Einlaßventile entweder entsprechend bei
den einzelnen Aggregaten abgestuft 'vorbelastet werden, oder aber entsprechend abgestufter
Druckreduzierer dem einen oder anderen Gerät zugeschaltet wird, um ein abgestuftes
Ansprechen zu erreichen.
-
Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen wurde der besseren Übersicht
halber auf die Darstellung der bei jeder Anlage selbstverständlichen Armaturen,
wie Wasserstandsmesser, Entleerungshahnen usw., verzichtet.
-
Mit Windkesseln der beschriebenen Bauart ist es möglich, den Wasserschlag
restlos aufzufangen und vor allen Dingen. auch die sonst bei Windkesseln normaler
Bauart nicht zu vermeidenden Wasserrückschläge zu verhindern. Selbstverständlich
können die Windkessel für Leitungen der verschiedensten Medien: Verwendung finden.
Wenn in der Beschreibung von Wasser die Rede war, so-soll dies nur als Beispiel
gelten.