Luftsperre
Eine Schleuse ist eine Einschränkung oder vollständige Unterbrechung des Flüssigkeitsstroms, die durch Dampf verursacht wird, der an einem hohen Punkt eines flüssigkeitsgefüllten Rohrsystems eingeschlossen ist. Da das Gas eine geringere Dichte als die Flüssigkeit hat, steigt es zu allen Hochpunkten auf. Dieses Phänomen wird als Dampfsperre oder Luftsperre bezeichnet.
Das Spülen des Systems mit hohem Durchfluss oder Druck kann dazu beitragen, das Gas von der höchsten Stelle weg zu bewegen. Außerdem kann ein Hahn (oder ein automatisches Entlüftungsventil) installiert werden, um das Gas abzulassen.
Lufteinschlussprobleme treten häufig auf, wenn man versucht, ein System wieder in Betrieb zu nehmen, nachdem es absichtlich (zu Wartungszwecken) oder versehentlich entleert wurde. Zum Beispiel bei einer Zentralheizung, die eine Umwälzpumpe verwendet, um Wasser durch die Heizkörper zu pumpen. Beim Befüllen eines solchen Systems wird Luft in den Heizkörpern eingeschlossen. Diese Luft muss mit Hilfe der in den Heizkörpern eingebauten Schraubventile entlüftet werden. Je nach Leitungsführung – wenn es im Kreislauf auf dem Kopf stehende U’s gibt – ist es notwendig, die höchste(n) Stelle(n) zu entlüften. Ist dies nicht der Fall, kann es zu einer Wasserfallströmung kommen, bei der der Verlust an hydraulischer Förderhöhe der Höhe der Luftschleuse entspricht; fällt die hydraulische Gefällestrecke unter den Ausgang der Rohrleitung, würde der Durchfluss durch diesen Teil des Kreislaufs vollständig zum Erliegen kommen. Beachten Sie, dass Umwälzpumpen in der Regel nicht genügend Druck erzeugen, um Schleusen zu überwinden.
Abbildung 1 zeigt ein Reservoir, das ein Schwerkraftverteilungssystem – für Trinkwasser oder Bewässerung – speist. Wenn der Boden, in dem das Rohr verlegt ist, Hochpunkte – wie Hi1, 2 usw. – und Tiefpunkte dazwischen – wie Lo1, 2 usw. – aufweist, dann füllt sich das Rohr, wenn es von oben gefüllt wird und leer war, bis zu Hi1 gut. Wenn die Fließgeschwindigkeit des Wassers geringer ist als die Aufstiegsgeschwindigkeit der Luftblasen, sickert das Wasser bis zum Tiefpunkt Lo2 und schließt die restliche Luft zwischen Hi1 und Lo2 ein. Wenn mehr Wasser nach unten fließt, füllt sich der aufsteigende Schenkel Lo2 bis Hi2. Dadurch wird auf die eingeschlossene Luft ein Druck von entweder H2 m Wasser (WG = Wasserstandsanzeiger) oder H1 ausgeübt, je nachdem, welcher Wert kleiner ist. Wenn H2 größer als H1 ist, ist die Luftschleuse voll, und der Wasserstand im oberen Schenkel Lo2 bis Hi2 stoppt bei H1, so dass kein weiteres Wasser fließen kann. Ist H1 größer als H2, kann zwar etwas Wasser fließen, aber die volle hydraulische Förderhöhe H3 wird nicht erreicht, so dass der Durchfluss viel geringer ist als erwartet. Bei weiteren Unebenheiten addieren sich die Gegendruckeffekte. Lange Rohrleitungen über relativ ebenes, aber hügeliges Land haben zwangsläufig viele solcher Hoch- und Tiefpunkte. Um einen Luft- oder Gasstau zu vermeiden, werden automatische Entlüfter eingebaut, die bei Überschreiten eines bestimmten Drucks Luft oder Gas ablassen. Sie können auch so konstruiert sein, dass sie unter Vakuum Luft einlassen. Es gibt noch viele andere Überlegungen zur Konstruktion von Wasserleitungssystemen, z. B.
Das Phänomen der Lufteinschlüsse kann auf verschiedene Weise sinnvoll genutzt werden. Die nebenstehende Abbildung zeigt einen „S“-Ableiter. Dieser hat die Eigenschaften, a) dass die Flüssigkeit ungehindert von oben (1) nach unten (4) fließen kann und b) dass das Gas nicht durch den Ableiter fließen kann, es sei denn, es hat genügend zusätzlichen Druck, um die Flüssigkeitssäule des Ableiters zu überwinden. Diese beträgt in der Regel etwa 75 bis 100 mm Wasser und verhindert, dass übel riechende Luft aus dem Abwassersystem über Anschlüsse an Toiletten, Waschbecken usw. zurückströmt. Siphons funktionieren gut, es sei denn, das Abwasser enthält Sand, der sich dann im „U“-Teil des S sammelt.