DE2431112C3 - Verfahrer* und Vorrichtung zur Steuerung der aus einem Flüssigkeitsvorrat mit freiem Flüssigkeitsspiegel ausfließenden Flüssigkeitsmenge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur steuerung der aus einem Flüssigkeitsvorrat mit freiem Flüssigkeitsspiegel, insbesondere aus einem Stausee, einer Bewässerungsanlage od. dgl. pro Zeiteinheit ausfließenden Flüssigkeitsmenge in Abhängigkeit von der Höhe des Flüssigkeitsspiegels ohne Bewegung von mechanisehen Teilen, mit einem Wirbelkammerverstärker mit einer rotationssymmetrischen, im wesentlichen zylindrischen Wirbelkammer mit einer Ausgangsdüse in der Zylindermitte, einer Versorgungsdüse am Außenrand des Zylinders, an deren Mündung in die Wirbelkammer eine im wesentlichen abrupte Querschnittserweiterung für den Versorgungsstrom vorgesehen ist. und mindestens einer im wesentlichen tangential in den Zylinder mündenden Steuerdüse, die an einer im Bereich der Versorgungsdüse liegenden Stelle in die Wirbelkammer mündet, an der im ungesteuerten Zustand infolge der plötzlichen Querschnittserweiterung des Strömungsquerschnittes des Versorgungsstromes eine Unterdruckzone vorliegt, wobei die Versorgungsdüse direkt mit dem Flüssigkeitsvorrat (Oberwasser) und die Steuerdüse über mindestens eine in Abhängigkeit vom Flüssigkeitsstand im Flüssigkeitsvorrat durchlässige Sperre mit dem Flüssigkeitsvorrat verbunden ist

In den Mitteilungen des Instituts für Wasserbau der Universität Stuttgart, Heft 25 (1972) S. 159 folgende, ist die Anwendung von Wirbelkammertrioden zur Steuerung des Abflusses aus Rückhaltebecken u. dgi. beschrieben. Solche Wirbelkammertrioden bestehen aus einem Wirbelkammerverstärker mit einer flachen zylindrischen Wirbelkammer, in die am Auiienmantel *₀ radial eine Versorgungsleitung mündet und axial in der Zylindermitte eine Ausgangsleitung herausgeführt ist. In unmittelbarer Nähe der Mündung der Versorgunssleitung.d. h:der Versorgüngsdüse, mündet tangential in die Wirbelkammer eine Steuerleitung. Bei einer derartigen _6s Wirbelkammertriode können pro Versorgungsleitung maximal zwei Steuerleitungen vorgesehen sein, die dann in entgegengesetzter Richtung zu beiden Seiten der Versorgungsleitung am Außenmantel der Wirbelkammer in diese tangential einmünden. Die Steuerung des Durchflusses durch die Wirbelkammertriode erfolgt durch Verwirbelung des Versorgungsstromes mit Hilfe des senkrecht dazu eingeführten Steuerstromes. Infolge dieser Verwirbelung erhöht sich der Druckabfall in der Wirbelkammer sehr erheblich, weshalb der Gesamtabfluß verringert wird. Versuche haben gezeigt, daß der Wirkungsgrad der Steuerung bei einer derartigen, auch Radialverstärker genannten, Wirbelkammertriode begrenzt ist, was unter anderem auch darauf zurückzuführen ist, daß selbst bei der Durchströmung der Triode im ungesteuerten Zustand eine erhebliche Wirbelbildung stattfindet die einen in vielen Fällen unerwünscht hohen Druckabfall zur Folge hat Auch ist die Linearität und Empfindlichkeit der Steuerung einer derartigen Wirbelkammertriode in vielen Fällen nicht ausreichend.

Auf anderen Gebieten sind auch sogenannte Axialwirbelkammervers tärker bekannt bei denen der Versorgungsstrom im wesentlichen axial durch eine Wirbelkammer geführt und während des Durchlaufens der Wirbelkammer durch mechanische, pneumatische oder hydraulische Einwirkung verwirbelt wird. Diese Axialwirbelkammerverstärker eignen sich nicht zur Steuerung des Abflusses aus gestauten Flüssigkeiten, was unter anderem darauf zurückzuführen ist, daß der Verstärkungsgrad dieser Verstärker zu gering ist oder in der Steuerleitung mit einem höheren Druck gearbeitet werden muß als in der Versorgungsleitung, was bei gestauten Flüssigkeiten, bei denen die Steuerleitung ebenfalls von der gestauten Flüssigkeit gespeist wird, nicht möglich ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Steuervorrichtung der oben genannten Art zu schaffen, die in ungesteuertem Zustand einen geringen Druckabfall besitzt, durch Steuerung die Ausbildung eines hohen Druckabfalls ermöglicht und sich von Steuerströmen, deren Druck maximal demjenigen des Versorgungsstromes entspricht, empfindlich und mit hohem Wirkungsgrad steuern läßt.

Die Aufgabe wind dadurch gelöst, daß sich die Verscrgungsdüse im wesentlichen über den gesamten Umfang der Wirbelkammer erstreckt, so daß der Versorgungsstroni im ungesteuerten Zustand in der Kammer eine radiale Senkenströmung erzeugt, die zwei den Stirnseiten der zylindrischen Kammer benachbarte Unterdruckzonen erzeugt, und daß die Steuerdüse an einer Stelle in die Kammer mündet an der die derjenigen Stirnseite benachbarte Unterdruckzone vorliegt, an der sich die Ausgangsdüse befindet.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung stellt eine Kombination der herkömmlichen Radialverstärker, be denen ein einzelner Versorgungsstrom radial in die Wirbelkammer eingeführt wird, und der Axialverstär ker, bei denen der Versorgungsstrom ringförmig in die Wirbelkammer eingeleitet -ind im wesentlichen axia durch diese hindurchgeführt wird, dar, wobei durct entsprechende Anordnung und Ausgestaltung dei Versorgungsdüse gewährleistet ist, daß die Strömungs bahn für den Versorgungsstrom beim Eintritt in di< Wirbelkammer eine plötzliche Querschnittserweiterunj erfährt. Durch die Ausdehnung der Versorgungsdüsi über den gesamten Umfang der Wirbelkammer un< durch die dadurch bedingte radiale Strömung in de vorzugsweise flach ausgebildeten Wirbelkammer win eine ungünstige Wirbelbildung im ungesteuerten Zu stand vermieden, was einen geringen Druckabfall in de ungesteuerten Wirbelkammer zur Folge hat. Dadurch

daß der Versorgungsstrom nicht als einzelner radialer Vollstrom in die Kammer eingeleitet wird, sondern als Strom mit im wesentlichen ringförmigem Querschnitt am gesamten Umfang der Wirbelkammer eingeleitet wird, ergibt sich die Möglichkeit, praktisch beliebig viele Steuerdüsen an der Wirbelkammer anzuordnen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt die Versorgungsdüse die Form eines Ringschlitzes. Vorteilhafterweise mündet die Versorgungsdüse axial in die Wirbelkammer, wobei sie am Außenrand einer Stirnseite der Wirbelkammer angeordnet ist. Der Versorgungsstrom tritt hier also zunächst axial in die Wirbelkammer ein, worauf er je nachdem, ob ein Steuerstrom einfließt oder nicht, in einen in einer Spiralbahn verlaufenden Senkenwi-bel oder in eine radiale Senkenströmung umgeleitet wird.

Zweckmäßigerweise mündet die Steuerdüse am Außenmantel der Wirbelkammer in diese ein. Ein im wesentlichen rechteckiger Querschnitt der Steuerdüse ist bevorzugt, da hierdurch eine günstigere Steuerwirkung erzielt wird. Ein besonders gleichmäßiges Eintreten des Steuerstromes am Außenmantel der Wirbelkammer wird erzielt, wenn sich der Querschnitt der Steuerdüse über die gesamte axiale Höhe der Wirbelkammer erstreckt, die Steuerdüse also genauso breit ist wie der Außenmantel der Wirbelkammer. Wie oben bereits erwähnt, können Steuerdüsen entlang des gesamten Außenrandes der Wirbelkammer angeordnet werden, wobei die Abstände der Düsen und ihre Wirkungsrichtung beliebig gewählt werden können. So ist es beispielsweise möglich, mehrere in gleicher Richtung wirkende Düsen hintereinander anzuordnen, oder die Wirkungsrichtung der Düsen beliebig abzuwechseln. Diese Möglichkeit ergibt sich daraus, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung im Betrieb ein völlig anderes Strömungsverhalten besitzt als der bekannte Radialverstärker. Die beiden beim Einführen des Versorgungsstromes erzeugten Unterdruckzonen verlaufen nämlich im wesentlichen rotationssymmetrisch im Bereich der beiden Stirnseiten der Wirbelkammer, wodurch die Anbringung einer Vielzahl von Steuerdüsen möglich ist.

Die Wirbelkammer kann je nach Einsatzzweck sowie Steuerungsgrad und Abflußmenge des jeweiligen gestauten Flüssigkeitsvorrates verschieden dimensioniert werden. Hierbei kann allgemein gesagt werden, daß der Wirkungsgrad der Steuerung besonders hoch ist, wenn der Durchflußquerschnitt von Versorgungsdüse und Ausgangsdüse im Verhältnis zum Wirbelkammerdurchmesser relativ klein sind. Die Wirbelkammern haben im allgemeinen ein Verhältnis von Wirbelkammerhöhe zu Wirbelkammerdurchmesser von etwa 1 :5 bis 1 :10, ein Verhältnis von Wirbelkammerdurchmesser zum Durchmesser der Ausgangsdüse von etwa 3 bis 10:1, ein Verhältnis von Querschnittsfläche der Versorgungsdüse zur Querschnittsfläche der Ausgangsdüse von etwa 0,75 bis I^ : t und ein Verhältnis der Querschnittsfläche der Versorgungsdüse zur Querschnittsfläcr ε der Steuerdüse von etwa 1 bis 1,5 :1. Die Verhältnisse können im wesentlichen unabhängig ^₀ voneinander variieren und je nach den Anforderungen auch größer oder kleiner gehalten sein. Auch der absolute Wirbelkammerdurchmesser hängt von der Einsatzart der Steuervorrichtung ab. So kann der Wirbelkammerdurchmesser im Bereich von 50 Millime- $₅ ter bis 5 Meter liegen, wobei nach oben und unten keine zwingenden Grenzen gesetzt sind Auch kann die Wirbelkammer stehend, d. L mit horzontaler Zylinderachse, oder auch liegend, d. h. mit vertikaler Zylinderachse angeordnet werden, ohne daß sich die Arbeitsweise der Steuervorrichtung im Prinzip ändert. Die geeignete Lage hängt jeweils von den baulichen Gegebenheiten ab.

Die der Ausgangsdüse gegenüber liegende Innenseite bzw. Stirnseite der Wirbelkammer ist mit Vorteil im wesentlichen eben ausgebildet und steht senkrecht zur Achse der Ausgangsdüse bzw. zur Zylinderachse. Ist eine zusätzliche Vergrößerung des Strömungsquerschnittes in der Wirbelkammer erwünscht, dann kann diese Innenseite vom Außenrand der Kammer an noch nach außen gewölbt sein. Andererseits erleichtert ein an dieser Stirnseite in der Zylinderachse angeordneter, in Richtung zur Ausgangsdüse gerichteter Kegel das Austreten des Stromes aus der Wirbelkammer. Auch können diejenigen Kanten im Bereich der Düsen, die in die Wirbelkammer ragen, insbesondere Kanten zwischen Versorgungsdüse und Stirnseite sowie Ausgangsdüse und Stirnseite, leicht abgerundet sein, um den Strömungswiderstand durch die Kammer noch herabzusetzen. Eine solche Abrundung darf jedoch zumindest im Bereich der Versorgungsdüse nur geringfügig sein, da sonst die Ausbildung der geeigneten Unterdruckzonen gestört wird.

Die Ausgestaltung der Wirbelkammer und die damil verbundene leichte Steuerbarkeit des durch die Kammer fließenden Stromes ermöglicht es. am jeweiligen Steuerstrom eine relativ feinfühlige Dosierung in Abhängigkeit von der Höhe des Flüssigkeitsspiegels im Vorrat vorzunehmen. Die Sperren zwischen Flüssigkeitsvorrat und Sieuerdüsen, die vorzugsweise von Flüssigkeitsüberfällen gebildet werden, können daher in bezug auf ihren Durchlaßquerschnitt in Abhängigkeit von der Flüssigkeitshöhe entsprechend einem vorbestimmten Programm eingerichtet werden. So kann, was häufig erwünscht ist, mit Hilfe eines im wesentlichen vertikal verlaufenden Schlitzes in einer vertikal angeordneten Zuleitung zur Steuerdüse ein nahezu konstanter Abfluß aus der Wirbelkammer unabhängig von der Höhe im Flüssigkeitsvorrat erreicht werden, was einen erheblichen Vorteil gegenüber der stufenförmigen bzw. zickzackförmigen Steuerung entspricht. Besonders geeignet ist eine im wesentliche V-förmig ausgebildete öffnung, die an ihrem unteren Ende tropfenförmig abgerundet ist, in Richtung nach oben sich zunächst verjüngt und dann erst bogenförmig wieder auseinanderläuft. In dieser oder ähnlicher Form ausgebildete Sperren zwischen Flüssigkeitsvorrat und Steuerdüsen können mit einfacheren Sperren von in gleicher Richtung oder Gegenrichtung geschalteten Steuerdüsen kombiniert werden, die, je nach dem gewünschten Abflußschema, in der entsprechenden Höhe innerhalb des Flüssigkeitsvorrates angeordnet werden.

Die Erfindung betrifft auch das Verfahren zur Steuerung des Abflußes selbst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß der Versorgungsstrom mit im wesentlichen ringförmigem Querschnitt in die Wirbelkammer eingeleitet wird und dabei eine plötzliche Erweiterung des Durchflußquerschnittes erfährt, im ungesteuerten Zustand in der Kammer nach Art einer Senkenströmung radial von außen nach innen geführt und axisl aus der Zylindermitte abgezogen wird, wobei der Steuerstrom zur Erzeugung eines Senkenwirbels in die Unterdruckzone der Kammer eingeleitet wird, die auf der Ausgangsseite des Abflußes liegt

Weitere Merkmale der Erfindung werden anhand dei

e
,ι
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folgenden Beschreibung von Ausführungsformen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Ausführungsform nach der Erfindung in schematischer Darstellung entlang der Linie A-A nach Fig. 2,

F i g. 2 eine Ansicht auf die Ausführungsform nach Fig. 1, von der Oberwasserscite her gesehen in Richtung der Pfeile B nach Fig I,

F i g. 3 einen Schnitt durch eine andere Ausführungsform der Erfindung in schcmatischer Darstellung entlang der Linie A-A nach F i g. 5,

Fig.4 eine Seitenansicht der Ausführungsform nach F i g. 3 in Richtung der Pfeile B nach F i g. 5 und

F i g. 5 eine Draufsicht auf die Ausführungsform nach den F i g. 3 und 4.

Bei der in der Zeichnung in den F i g. 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen der Erfindung ist ein Wirbelkammerverstärker 1 mit zylindrischer Kammer 2 vorgesehen, deren axiale Höhe etwa ein Sechstel so groß ist wie der Kammerdurchmesser. Die Kammer ist mit horizontal ausgerichteter Achse angeordnet und in eine Stauwand eines Bewässerungsbeckens eingegliedert, die symbolisch durch die gestrichelte Linie 3 in Fig. 1 dargestellt ist und das im Becken befindliche Oberwasser vom Unterwasser trennt. An der dem Unterwasser zugewandten Stirnseite 4 der Kammer 2 ist koaxial zur Zylinderachse eine Ausgangsdüse 5 vorgesenen, die in der Zylinderachse liegt. An der dieser Ausgangsdüse 5 gegenüberliegenden, dem Oberwasser zugewandten Stirnseite 6 der Kammer ist eine zur Zylinderachse koaxiale Versorgungsdüse 7 vorgesehen, die als ringförmiger Schlitz ausgebildet ist und direkt an den Zylindermantel 8 angrenzt. Die ringförmige Versorgungsdüse 7 und die Ausgangsdüse 5 haben etwa den selben Durchgangsquerschnitt, wogegen der Durchgangsquerschnitt für den durch die Versorgungsdüse 7 eintretenden Versorgungsstrom in der Kammer 2 zunächst plötzlich um mehr als das Doppelte vergrößert ist, um dann in Richtung auf die Ausgangsdüse 5 allmählich wieder abzunehmen. Die Versorgungsdüse 7 geht an ihrer von der Kammer 2 abweisenden Seite unter Beibehaltung der Ringform in eine kurze Versorgungsleitung 24 über, die direkt in das Oberwasser mündet. Die Vexsorgungsdüse 7 kann, wenn erwünscht, auch über eine längere Zuleitung mit dem Oberwasser verbunden sein.

In den Außenmantel 8 des Zylinders münden tangential vier Steueroasen 9,11,13 und 15, von denen jeweils zwei im Uhrzeigersinn und zwei gegen den Uhrzeigersinn gerichtet angeordnet sind. Zu den Düsen führende Steuerleitungen 10,12,14 und 16 haben einen rechteckigen Querschnitt, wobei ihre Dicke der axialen Höhe bzw. Dicke der Kammer 2 entspricht Infolge der tangentialen Einmündung der Düsenleitungen ergeben sich somit im wesentlichen rechteckige Düsenquerschnitte am Zylindermantel 8. Die Zuleitungen 10,12,14 und 16 zu den Steuerdüsen enden in verschiedenen Höhen über der Wirbelkammer innerhalb des Bewässerungsbeckens und bilden Überfälle bzw. Fallschächte für das im Becken gestaute Wasser, d. h. Wasser kann erst durch die jeweilige Steuerzuleitung fließen, wenn der Wasserspiegel den unteren Rand der jeweiligen öffnung der Zuleitung überschritten hat Diese öffnungen am freien Ende der jeweiligen Zuleitung weisen verschiedene Formen auf, wobei die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen lediglich zur Erläuterung verschiedener Arten dienen, ohne daß diese in der

Höhe oder Wirkungsrichtung aufeinander abgestimmt sind. Die öffnung 17 der Steuerzuleitung 10 besteht ^us drei in verschiedener Höhe angeordneten kreisrundqn Löchern und erlaubt eine stufenweise Steuerung, worauf später noch eingegangen wird. Die öffnung 18 der Steuerleilung 12 ist am unteren Ende halbrund und verjüngt sind nach oben trapezförmig, wonach sie weiter oben wieder breiter wird und zwar in einer V-förmigen Biegung, bis der obere Rand der Zuleitung erreicht ist. Diese öffnung ermöglicht eine analoge Steuerung des Ausflußes aus dem Bewässerungsbecken, wobei der relativ breite untere Rand der öffnung ein einwandfreies Anspringen der Wirbelströmung ermöglicht. Die öffnung 19 der Steuerleitung 14 ist V-förmig ausgebildet und stellt eine einfachere Ausführung der öffnung 18 dar. Die öffnung 20 wird durch einen einfachen Überfall mit waagerechter Kante gebildet, wobei die drei übrigen Seitenwände der Zuleitung 16 noch bis in eine bestimmte Höhe nach oben geführt sind.

Im Betrieb fließt aus dem Bewässcrungsbecken Wasser aus, sobald der Wasserspiegel vor der Wirbelkammer die Unterkante der Ausgangsdüse 5 überschreitet. Mit zunehmendem Niveau steigt auch die pro Zeiteinheit ausfließende Wassermenge. Ist der Wasserspiegel im Becken höher als die Oberkante der Wirbelkammer 2 und nimmt man an, daß durch die Steuerleitungen noch kein Wasser zufließt, dann tritt das Wasser gleichmäßig axial durch die Versorgungsdüse 7 in die Kammer 2 ein, wird in der Kammer sofort umgelenkt und fließt dann im wesentlichen nach Art einer Senkenströmung radial zur Zylinderachse und tritt dann axial aus der Ausgangsdüse 5 wieder aus. Diese Senkenströmung ist nur mit einem sehr geringen Druckverlust verbunden.

3J Infolge der plötzlichen Querschnittserweiterung des Versorgungsstromes beim F.intritt in die Karr..iier bilden sich in der Kammer zwei durch den Versorgungsstrom, der durch die Pfeile 21 angedeutet ist, räumlich getrennte, im wesentlichen rotationssymmetrische Unterdruckzonen 22 und 23 aus, von denen die eine im Bereich der der Versorgungsdüse 7 benachbarter Stirnwand 6 und die andere im Bereich des Außenmantels 8 und der der Ausgangsdüse 5 benachbarten Stirnwand 4 liegt. Steuerdüsen können somit an jedei Stelle entlang des gesamten Außenmantels angeordnei werden, da diese Stellen stets der gleichen Unterdruck· zone 23 zugeordnet sind, und es reicht für die Steuerung des Abflusses des gestauten Wassers bereits eir Flüssigkeitsdruck in der Steuerleitung aus. der gleicl oder kleiner ist als der Druck in der Versorgungsleitunj 24. Durch die Anordnung der Steuerdüsen im Bereicl der Unterdruck- bzw. Todzonen der Wirbelkammei kann die Steuerung also direkt mit dem Oberwasse durchgeführt werden, so daß keine besonderen Druck erzeuger erforderlich sind

Fließt nun auch Wasser durch eine Steuerdüse. s< wird ein Impuls m die Senkenströmung eingetragen, de zur Bildung eines Senkenwirbels führt bei dem all· Teilchen sich annähernd auf logarithmischen Spirale!

go zur Ausgangsdüse bewegen. Dieser Wirbel hat groß Druckverluste, so daß der Gesamtabfluß abnimm wobei der durch die Ausgangsdüse 5 ausströmend Gesamtabfluß sich naturgemäß aus dem durch di Versorgungsdüse 7 und den durch die Steuerdüse zufließenden Zustrom zusammensetzt

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorricli tung zur Steuerung des Abflusses in Abhängigkeit vo der Höhe des Flüssigkeitsspiegels über der Wirbelkarr

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mer sei nun anhand des folgenden Beispiels erläutert, das absichtlich etwas kompliziert gehalten ist, um die Vielfalt der Variationsmöglichkeiten anzudeuten. Bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausfiihrungsform sei die öffnung 19 der Steuerleitung 14 tief angeordnet, so daß bei steigendem Wasserspiegel schon bald durch die Steuerdüse 13 ein Steuerstrom fließt und die Senkenströmung in der Wirbelkammer in einen Senkenwirbel mit höherem Druckverlust umwandelt. Da der Versorgungsstrom bei konstantem Steuerstrom mit steigendem Wasserspiegel infolge des Druckanstiegs zunehmen würde, läßt man den Steuerstrom durch die Steuerdüse 15 infolge der V-förmigen öffnung zunehmen, wodurch der Druckverlust in der Wirbelkammer durch die stärkere Wirbelbildung erhöht und so auch der gebremste Durchfluß im wesentlichen konstant gehalten wird. 1st das Becken ausreichend hoch gefüllt und kann deshalb mehr Wasser als zuvor entnommen werden, dann kann die Bremswirkung des Steuerstroms durch die Steuerdüse 15 mit Hilfe eines zo entgegengesetzt gerichteten Steuerstroms, z. B. durch die Steuerdüse 9, teilweise oder vollständig wieder aufgehoben werden, was bei den übereinander angeordneten Löchern 17stufenweise erfolgt, weil hier der durch Düse 9 fließende Steuerstrom stufenweise zunimmt. Durch die im gleichen Sinne wie die Steuerdüse 9 wirkende Steuerdüse 11 mit dem sich verjüngenden und sich wieder erweiternden Schlitz 18 als öffnung der Steuerleitung 12 kann der Abfluß auch bei weiter ansteigendem Wasserspiegel konstant gehalten werden, wobei der Schlitz 18 zweckmäßigerweise in höherem Niveau als die Löcher 17 angeordnet ist. Ist nun die maximal gewünschte Höhe des Wasserspiegels erreicht bzw. überschritten, dann fließt Wasser über die waagerechte Überfallkante der Steueröffnung 20 der Stcucrlcitung 16 und durch die Steuerdüse 15, die den Steuerdüsen 9 und 11 entgegen gerichtet ist. Dabei können die Querschnitte der Steueröffnungen und Steuerdüsen so ausgelegt sein, daß sich die Steuerströme aller vier Düsen gegenseitig aufheben und sich im wesentlichen wieder eine Senkenströrr.ung mit geringem Druckverlust einstellt, was einen maximalen Durchfluß zur Folge hat. Auf diese Weise lassen sich verschiedene gewünschte Abhängigkeiten des Abflusses vom Oberwasser durch bestimmte Steuerüberfallformen und Kombinationen solcher Formen einstellen.

Anstelle einer Wirbelkammer mit mehreren Steuerdüsen können auch mehrere Wirbelkammern mit einer jeweils geringeren Anzahl an Steuerdüsen parallel geschaltet werden. Die Größe und die Anzahl der jeweiligen Wirbelkammern und das Verhältnis der Düsenquerschnitte zum Wirbelkammerdurchmesser richtet sich in erster Linie nach dem gewünschten Wirkungsgrad der Steuerung und nach dem gewünschten maximalen Durchfluß durch eine Wirbelkammer im ungesteuerten Zustand. Für komplizierte Steuervorgänge können verschiedene Wirbelkammern auch hintereinander geschaltet werden, so z. B. in der Weise, daß der aus der Ausgangsdüse ausfließende Strom selbst wieder zur Steuerung einer nachfolgenden Wirbelkammer Verwendung findet.

Bei der in den F i g. 3 bis 5 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist die Wirbelkammer 32 liegend, d. h. mit vertikaler Zylinderachse angeordnet. Die Versorgunsdüse 37 steht wiederum direkt mit dem Oberwasser in Verbindung, die Ausgangsdüse 35 ist jedoch vertikal nach unten gerichtet. Diese Anordnung des Wirbelkammerverstärkers eignet sich besonders bei Wirbelkammern mit großem Durchmesser oder dann, wenn nur geringe Niveauunterschiede zwischen Oberwasser und Unterwasser vorliegen, wie dies beispielsweise bei Bewässerungssystemen häufig der Fall ist, und trotzdem eine Steuerung erforderlich ist. Die Wirkungsweise dieser Ausführungsform ist im übrigen dieselbe, wie bei der vorhergehenden Ausführungsform, wobei sich entsprechend der Lage der Wirbelkammer jedoch der Versorgungsstrom über den gesamten Querschnitt der Versorgungsdüse 37 bereits bei geringerer Wasserhöhe einstellt. Der Steuerungsvorgang als solcher wird dadurch im Prinzip jedoch nicht verändert. Viet tangential in die Kammer 32 mündenden Steuerdüsen 39, 41, 43 und 45 mit im Oberwasser stehender Zuleitungen 40, 42, 44 und 46 mit Überfällen sind aucli bei dieser Ausführungsform vorgesehen, wobei siel¹ jedoch jeweils zwei Düsen 39 und 41 bzw. 43 und 45 direkt paarweise gegenüberliegen- Die Steuerzuleitungen besitzen bei dieser Ausführungsform einen rechtekkigen Querschnitt.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann dei Durchgangswiderstand für die ungesteuerte Senkenströmung noch verringert werden, indem die Kanter der Versorgungs- und Ausgangsdüse, die in die Kammei ragen, leicht abgerundet werden, wobei die Abrundung an der Versorgungsdüse jedoch nicht so weit gehen darf daß die abrupte Querschnittsvergrößerung hierdurch beeinträchtigt und der Versorgungsstrom an ler dei Versorgungsdüse benachbarten Stirnwand der Kammei haften bleibt. Andererseits kann die Querschnittsver größerung noch dadurch erhöht werden, daß man di« der Versorgungsdüse benachbarte Stirnseite bzw Zylinderinnenwand, von der Kammer aus gesehen leicht konkav ausbildet, d. h. nach außen wölbt. Es is auch vorteilhaft, an der der Versorgungsdüse benach barten Stirnseite der Kammer in der Zylinderachsf einen kleinen zur Ausgangsdüse gerichteten Kege vorzusehen, da ein solcher das Abfließen des Stromes ii Richtung zur Ausgangsdüse erleichtert Wird dif Ausgangsdüse in Form eines Diffusors gestaltet, dam erhöht die damit verbundene Energierückgewinnung zusätzlich den Wirkungsgrad des Wirbelkammerver stärkers.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (22)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Steuerung der aus einem Flüssigkeitsvorrat mit freiem Flüssigkeitsspiegel, insbesondere aus einem Stausee, einer Bewässerungsanlage oddgL pro Zeiteinheit ausfließenden Flüssigkeitsmenge in Abhängigkeit von der Höhe des Flüssigkeitsspiegels ohne Bewegung von mechanischen Teilen, mit einem Wirbelkammerverstärker mit einer rotationssymmetrischen, im wesentlichen zylindrischen Wirbelkammer mit einer Ausgangsdüse in der Zylindermitte, einer Versorgungsdüse am Außenrand des Zylinders, an deren Mündung in die Wirbelkammer eine im wesentlichen abrupte Querschnittserweiterung für den Versorgungsstrom vorgesehen ist, und mindestens einer im wesentlichen tangential in den Zylinder mündenden Steuerdüse, die am einer im Bereich der Versorgungsdüse liegenden Stelle in die Wirbelkammer mündet, an der im ungesteuerten Betrieb infolge der plötzlichen Querschnittserweiterung des Strömungsquerschnittes des Versorgungsstromes eine Unterdruckzone vorliegt, wobei die Versorgungsdüse direkt mit dem Flüssigkeitsvorrat (Oberwasser), und die Steuerdüse über mindestens eine in Abhängigkeit vom Flüssigkeitsstand im Flüssigkeitsvorrat durchlässige Sperre mit dem Flüssigkeitsvorrat verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Versorgungsdüse (7; 37) im wesentlichen über den gesamten Umfang der Wirbelkammer (2; 32) erstreckt, so daß der Versorgungsstrom im ungesteuerten Zustand in der Kammer eine radiale Senkenströmung erzeugt, die zwei den Stirnseiten (4, 6) der zylindrischen Kammer (2) benachbarte Unterdruckzonen (22, 23) erzeugt, und daß die Steuerdüse (II, 13, 15, 17) an einer Stelle (8) in die Kammer (2) mündet, an der die derjenigen Stirnseite (4) benachbarte Unterdruckzone (23) vorliegt, an der sich die Ausgangsdüse (5) befindet.

2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsdüse (7; 37) die Form eines Ringschlitzes besitzt.

3. Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsdüse (7; 37) axial in die Wirbelkammer (2) mündet und am Außenrand einer Stirnseite (6) der Wirbelkammer angeordnet ist.

4. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Ausgangsdüse (5; 35) und Versorgungsdüse (7; 37) an gegenüber liegenden Stirnseiten (4, 6) der Wirbelkammer angeordnet sind.

5. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerdüse (9, 11, 13, 15) am Außenmantel (8) der Wirbelkammer (2) in diese einmündet

6. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerdüse (9, 11, 13, 15) einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt besitzt. 5,,

7. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Wirbelkammerhöhe zu Wirbelkammerdurchmesser bei etwa 1:5 bis 1:10, vorzugsweise etwa 1 : 7 bis 1 :8, liegt. _6<i

8. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Wirbelkammerdurchmesser zum Durchmesser der Ausgangsdüse (5) bei etwa 3 bis 10:1, vorzugsweise bei etwa 5 bis 7,5 :1, liegt.

9. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Querschnittsfläche der Versorgungsdüse (7) zur Querschnittsfläche der Ausgangsdüse (5) bei etwa 0,75 bis 1J5 :1 Hegt

10. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Querschnittsfläche der Versorgungsdüse (7) zur Querschnittsfläche der Steuerdüse (9,11,13,15) bei etwa 1 bis 13 :1 liegt

11. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die der Ausgangsdüse (5) gegenüberliegende Innenseite (6) der Wirbelkammer (2) im wesentlichen eben ausgebildet ist und im wesentlichen senkrecht zur Achse der Ausgangsdüse (5) und damit der Zylinderachse steht

12. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die der Ausgangsdüse gegenüberliegende Stirnseite der Wirbelkammer, vom Inneren der Wirbelkammer aus gesehen, leicht nach außen ausgebuchtet ist

13. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die der Ausgangsdüse gegenüberliegende Stirnseite der Wirbelkammer in der Zylinderachse eine kieine, der Ausgangsdüse zugewandte Kegelspitze aufweist.

14. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die Sperren zwischen Steuerdüse und Flüssigkeitsvorrat von Steuerüberfällen (17.18.19,20) gebildet werden.

15. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die Sperren (17, 18, 19, 20) in verschiedener Höhe angeordnet sind.

16. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerüberfälle öffnungen (17, 18, 19, 20) in Steuerleitungen (10, 12, 14, 16) sind, und der Durchlaßquerschnitt der öffnungen in Abhängigkeit von der Höhe variiert, insbesondere bei zunehmender Höhe größer wird.

17. Steuervorrichtung nach ei.iem der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß mindestens eine Sperre die Form eines im wesentlichen vertikal verlaufenden Schlitzes (18,19) hat.

18. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (18, 19) im wesentlichen V-förmig ausgebildet ist.

19. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (18) am unteren Ende tropfenförmig ausgebildet ist, nach oben zunächst schmäler wird und dann wieder erweitert ist.

20. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Kammer gerichteten Düsenkanten leicht abgerundet sind.

21. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsdüse nach Art eines Diffusors ausgebildet ist.

22. Verfahren zur Steuerung des Abflusses gestauter Flüssigkeiten, insbesondere Wasser, aus

einem Flüssigkeitsvorrat mit freiem Flüssigkeitsspiegel, der im wesentlichen unter dem gleichen Gasdruck steht wie der Flüssigkeitsspiegel der ,·. abfließenden Flüssigkeit, bei dem aus dem Vorrat direkt ein Hauptstrom abgezogen und als Versor- s gungsstrom in einen im wesentlichen zylindrischen Wirbelkammerverstärker eingeleitet wird, der Druckabfall in der Wirbelkammer durch mindestens einen dem Versorgungsstrom einen Impuls verleihenden, aus dem Vorrat gespeisten und in Abhängigkeit vom Flüssigkeitsstand im Vorrat mehr oder weniger stark fließenden Steuerstrom gesteuert wird, der an einer vom Versorgungsstrom erzeugten Unterdruc'izone in der Kammer im wesentlichen quer verlaufend in den Versorgungsstrom eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Versorgungsstrom mit im wesentlichen ringförmigem Querschnitt am Außenrand der Wirbelkammer in diese eingeleitet, im ungesteuerteu Zustand nach Art einer Senkenströmung radial von außen nach innen geführt und axial aus der Zylindermitte abgezogen wird und der Steuerstrom zur Erzeugung eines Senkenwirbels in diejenige Unterdruckzone der Kammer eingeleitet wird, die auf der Ausgangsseite des Abflusses liegt