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Schliessverfahren für das Absperrorgan der Druckleitung einer
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Die Erfindung bezieht sich auf einschliessverfahren für das Absperrorgan der Druckleitung einer Zentrifugalpumpenanlage, insbesondere Speicherpumpenanlage, bei welchem Verfahren der Durchlassquerschnitt des Absperrorgans während der vom Abschalten des Pumpenmotors bis zum ersten Minimum der Leitungs-Druckschwankungen verstreichenden Zeit rasch verkleinert und auf einen Bruchteil des vollen Durchlassquerschnittes eingestellt wird. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine. Speicherpumpenanlage zur Durchführung des Verfahrens, mit einem In der Druckleitung der Pumpe liegenden Absperrorgan.
Bekanntlich tritt beim Ausschalten des Pumpenmotors in der Druckleitung eine von der Pumpe in Richtung zum Oberwasser laufende Unterdruckwelle auf, die an der Anschlussstelle der Druckleitung am Oberwasser reflektiert wird, dabei einen Phasensprung von 1800 erfährt und als Überdruckwelle in Richtung auf Absperrorgan und Pumpe zurückläuft. Hier wird sie aufs Neue reflektiert und läuft wieder zum Oberwasser usw. Am Absperrorgan treten daher Druckschwankungen. auf.
Bei bekannten Verfahren und Anlagen der erwähnten Art wird-nach der anfänglich starken Verkleinerung des Durchlassquerschnittes des Absperrorgans auf beispielsweise 10-15o des vollen Querschnittes in der Zeit zwischen dem Abschalten des Pumpenmotors und dem Auftreten des ersten Druckminimums- der Durchlassquerschnitt anschliessend langsam kontinuierlich weiter verkleinert, bis das Organ ganz geschlossen ist. Dabei wird als den Schliessvorgang steuerndes Glied beispielsweise eine in einer Leitung für einen Servomotor des Absperrorgans befindliche Blende von unveränderlichem Durchlassquerschnitt oder ein an einer Stange eines Schiebers angebrachter, auf weitere hydraulische Steuerelemente einwirkender Kamm, nämlich eine Schrägfläche verwendet.
Der Schliessvorgang (das Schliessgesetz) verläuft damit unabhängig vom Druck in der Druckleitung.
Im Gegensatz zu dem erwähnten bekannten Verfahren und den zugehörigen Anlagen liegt das erfindungsgemässe Verfahren darin, dass der Durchlassquerschnitt des Absperrorgans lediglich während der auf das erste Druckminimum folgender Druckabnahme-Intervalle weiter verkleinert wird, bis das Organ ganz geschlossen ist. Entsprechend ist bei der Anlage zur Durchführung des Verfahrens eine Vorrichtung zum selbsttätigen Verkleinern des Durchlassquerschnittes des Absperrorgans lediglich während Intervallen abnehmenden Druckes in der Druckleitung vorgesehen.
Nach dem erfindungsgemässen Verfahren wird der auf das erste Druckminimum der am Absperrorgan auftretenden Druckschwankungen folgende Schliessvorgang in Abhängigkeit vom Druck in der Druckleitung gesteuert. DerDurchlassquerschnitt wird nur während Druckabnahme-Intervallen weiter verkleinert, in den übrigen Intervallen von Druckanstieg wird er entweder konstant gehalten oder etwas vergrössert. Somit ist der Durchlassquerschnitt beim ersten, auf das Abschalten der Pumpe folgenden Druckmaximum-unter Voraussetzung gleich grossen Durchlassquerschnittes beim ersten, auf das Abschalten folgenden Druckminimum-bei dem erfindungsgemässenverfahren grösser, wodurch die Amplitude des ersten Druckmaximums kleiner wird. Damit kann aber die Stärke der Druckleitungsrohre geringer gehalten werden.
Der beim ersten Druckmaximum vorhandene grössere Durchla. ssquerscbnftt entsprechend dem erfin- dungsgemassen Verfahren hat zwar die Folge, dass die die Pumpe zu dieser Zeit durchsetzende, rückwärts strömende Wassermenge ebenfalls grösser ist, so dass die Pumpe, wenn keine weiteren Massnahmen getrof-
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fen sind, hiedurch rascher zum Stillstand kommt und anschliessend in umgekehrte Drehung versetzt wird, was aus verschiedenen Gründen unerwünscht ist.
Jedoch kann, wenn man diesen Nachteil nicht in Kauf nehmen will, beim erfindungsgemässen Verfahren zweckmässig während der auf das Abschalten der Pumpe oder (und) der auf das erste Druckmaximum folgenden Druckabnahme das Absperrorgan verhältnismässig rasch auf kleineren Durchlassquerschnitt gebracht werden, u. zw. mit einem Schliesskurven-Gefälle, das grösser ist als das der entsprechenden Intervalle der Schliess kurve des bekannten Verfahrens, bei dem vom ersten Druckminimum an sofort kontinuierlich der Durchlassquerschnitt weiter verkleinert wird.
Durch das druckabhängig gestaltete Verfahren nach der Erfindung wird das Schliessgesetz, nämlich die über der Zeit aufgetragene Kurve des jeweiligen Durchlassquerschnittes, den Schwankungen des Druckes in der Druckleitung selbsttätig angepasst. Dies ist auch von Bedeutung, wenn mehrere parallel geschaltete Pumpengruppen vorhanden sind, wodurch der zeitliche Verlauf der Druckschwankungen im Vergleich zu dem bei Verwendung einer einzigen, gleichen Pumpe verändert wird.
Weitere Merkmale ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbin- dung mit der teilweise schematisierten Zeichnung und den Ansprüchen.
Fig. l veranschaulicht einen Teil einer Speicherpumpenanlage, an Hand der das erfindungsgemässe Verfahren erläutert ist. Fig. 2 erläutert das Schliessgesetz eines bekannten, Fig. 3 das des erfindungsgemässen Verfahrens. Fig. 4 gibt die wichtigsten Steuerteile zur Ausführung des erfindungsgemässen Schliessverfahrens in vereinfachter Darstellung wieder. Fig. 5 ist eine zugehörige Einzelheit und Fig. 6 eine im Vergleich zu Fig. 5 abgewandelte Ausführungsform.
Von dem Unterwasser 1 einer Speicherpumpenanlage ist eine Zuführungsleitung 2 zu einer von einem Drehstrommotor 3 angetriebenen Zentrifugalpumpe 4 geführt. Von ihr führt eine einen Schieber 5 enthaltende Druckleitung 6 zu einem Oberwasser 107. Die Druckleitung 6 ist bei 108 an das Oberwasser 107 angeschlossen.
Auf. den beiden Abszissen der Fig. 2 und 3 ist jeweils die Zeit t, auf der jeweils zur oberen t Abszisse gehörenden Ordinate beider Figuren der momentane, am Schieber 5 herrschende Druck p und auf der jeweils zur unteren t-Abszisse gehörenden Ordinate der momentane Durchlassquerschnitt D des Schiebers aufgetragen. Die in Fig. 2 ausgezogene Kurve p gibt den Druckverlauf am Schieber 5 gemäss einem bekannten, die in Fig. 3 ausgezogene Kurve P2 den Druck entsprechend dem erfindungsgemässen Schliessverfahren wieder. Die gestrichelt eingetragenen Kurven veranschaulichen die Grösse des jeweiligen Durchlassquerschnittes, u. zw. ist die Kurve bei dem bekannten Verfahren mit A, diejenige bei dem erfindungsgemässen Verfahren mit B bezeichnet.
Der Schieber 5 enthält einen in der Leitung 6 befestigten, kegelförmigen Hohlkörper 7 (Fig. 4), in welchem ein glockenförmiges Schliessglied 8 in der Figur waagrecht hin-und herverschiebbar ist. Wenn das Glied 8 mit den Sitzstelle 9 bei Verschiebung nach links an der Leitung 6 bei 11 aufliegt, ist der Schieber 5 vollkommen geschlossen. Der Schieber wird von einem einen Druckkolben 12 enthaltenden Steuerzylinder 13 aus hydraulisch betätigt. Auf der in Fig. 4 rechten Seite ist der Zylinder 13 über eine Leitung 14 mit der Druckleitung 6, auf der linken Seite über eine ein Drosselorgan 15 von einstellbarem Durchlassquerschnitt enthaltende Leitung 16 mit einer ein Absperr- und Drosselorgan 17 aufweisenden Druckölzuführungsleitung 18 verbunden.
Ausserdem ist die linke Seite des Zylinders 13 über eine Leitung 19 mit einem Hauptsteuerventil 21 verbunden, das über eine Leitung 22 mit einer drucklosen Ölablaufleitung 23 verbunden ist. Die Leitung 18 führt auch zu einem Feineinstellventil 24, ebenso die Leitung 23. Die Ventile 21,24 enthalten von Elektromagneten 25,26 aus betätigte Vorsteuerstifte 27,28, die mit in der Zeichnung auf-und abbeweglichen Steuerkolben 29,31 zusammenarbeiten, die Kanäle 32,33 von etwas grösserem Durchlassquerschnitt und Blenden 34,35 von im Vergleich dazu kleinem Durchlassquerschnitt aufweisen.
Der Elektromagnet 25 liegt im Stromkreis 36 eines mit seiner Steuerspule im Kreis 37 (Fig. l) des Pumpenmotors 3 liegenden Relais 38, der Elektromagnet 26 im Stromkreis 39 eines Relais 41, dessen Steuerspule im Stromkreis 42 eines von einer in Fig. 4 als Ganzes mit 45 bezeichneten Bourdon-Röhre aus betätigten elektrischen Kontakts 44 (Fig. 5) liegt.
Die Bourdon-Röhre 45 ist über Leitungen 46, 14 mit der Druckleitung 6 verbunden. An dem freien Ende 47 der aus einem dünnen Blech bestehenden, federnden, unter Druck sich etwas aufweitenden Röhre 45 ist eine Verzahnung 48 angebracht, die mit einem Zahnrad 49 in Eingriff steht, auf dessen Achse 51 der die eine Hälfte des Kontakts 44 bildende metallische Zeiger 52 fest montiert ist.
Auf eine nicht gezeichnete, auf die Achse 51 lose aufgeschobene, nicht mit ihr drehende, also orts- und drehfeste Hülse ist ferner eine den Anschlag 53 und den die andere Hälfte des Kontakts 44 bildenden Anschlag 54 tragende Trommel 55 federnd aufgespannt, derart, dass die Trommel 55 und damit die Anschläge 53, 54 bei Drehung von Rad 49 und Verschwenkung des Zeigers 52 erst in die eine oder andere Richtung mitver-
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schwenkt werden, wenn der Zeiger 52 an einem der Anschläge 53,54 aufliegt und weiterverschwenkt wird.
Solange sich die Spitze des Zeigers 52 frei in dem zwischen den Anschlägen 53, 54 befindlichen Zwischenraum bewegt, bleiben die Anschläge 53,54 in Ruhe, werden also nicht um die Achse 51 verschwenkt.
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Verfahren verläuft folgendermassen : Dert--t. gleichmässig und kontinuierlich entsprechend dem Abschnitt 63 der Kurve A weiter verkleinert. Das erste Druckmaximum 64 besitzt eine Amplitude 65. Der Abschnitt 63 der Schliesskurve A des bekannten Verfahrens verläuft unabhängig von dem in der Druckleitung gerade vorhandenen Druck p, der entsprechend Fig. 2 mehrere Maxima und Minima zeigt, bevor der Schieber 5 ganz geschlossen ist.
Bei dem erfindungsgemässen Verfahren befinden sich die Steuerteile während des normalen Pumpbetriebes in der in Fig. 4,5 gezeichneten Stellung ; die Drosselorgane 17, 15 sind in einer bestimmten Drosselstellung, so dass in denLeitungen 18, 16 sowie im Raum 71 des Zylinders 13 ein gewisser Überdruck gegenüber dem Druck in Raum 60 herrscht, durch den der Schieber 5 in der gezeichneten Offenstellung gehalten wird. Kontakt 44 ist offen, der Zeiger 52. steht in dem Zwischenraum zwischen den Anschlägen 53, 54, Kreis 42 und dieSteuerspule desRelais 41 sind stromlos ; dabei ist die Anordnung so getroffen, dass bei dieser Stellung der Teile Kreis 39 und der Elektromagnet 26 unter Strom sind. Ebenso ist auch der Elektromagnet 25 bei eingeschaltetem Pumpenmotor 3 unter Strom.
Die Vorsteuerstifte 27,28 sind dann in der gezeichneten oberen Stellung, in welcher Raum 20 mit Kanal 32 und Raum 83 mit Kanal 33 Verbindung hat, die Vorsteuerventile 30,40 also offen sind. Infolge der Blenden 34, 35 kann sich in den Räumen 50, 85 ein etwas höherer Druck aufbauen als in den Räumen 20,83, so dass die Steuerkolben 29, 31 in der gezeichneten oberen Stellung sind.
Wenn der Motor 3 abgeschaltet wird, wird der Elektromagnet 25 über das Relais 38 stromlos, so dass der Vorsteuerstift 27 abwärts geht und das Vorsteuerventil 30 geschlossen wird. Nunmehr baut sich in den Räumen 50, 20 des Hauptventils 21 gleicher Druck auf, so dass Kolben 29 zusammen mit dem das Ventil 30 in Schliessstellung haltenden Stift 27 abwärts geht, bis der Anschlag 75 auf dem Boden 73 des Ventils 21 aufliegt. Dann sind die Leitungen 19, 22 miteinander verbunden, so dass der Druck in Raum 71 des Steuerzylinders 13 weggenommen wird. Durch den in den Leitungen 6, 14 herrschenden Überdruck (Leitungsdruck) wird nunmehr der Kolben 12 mit dem Schliessglied 8 in Fig. 4 - in der gleichen Zeit tl (Fig. 3) wie bei dem bekannten Verfahren - so weit nach links geschoben, bis die Spitze 72 in die Öffnung 74 ragt.
Damit ist die Verbindung zwischen Raum 71 und Leitungen 19,22, 23 unterbrochen, in Raum 71 und Leitungen 16, 18 baut sich also gleicher Druck auf wie in Raum 60 des Zylinders 13. Das Schliessglieds bewegt sich also jetzt nicht mehr weiter nach links. In dieser Stellung ist der Durchlassquerschnitt D (Fig. 3) erreicht, der wie bei dem bekannten Verfahren etwa 15% des vollen Querschnittes D1 beträgt.
In dem nun folgenden Zeitintervall ti-t, steigt der Druck p, auf das erste Maximum 64'an. Die Bourdon-Röhre 45 weitet sich auf, wodurch der Zeiger 52 auf den Anschlag 53 gelangt ; der Zeiger 52 wird in Fig. 5 so weit nach links verschwenkt, dass die Anschläge 53, 54 ebenfalls nach links verschwenkt werden und die zugehörige Trommel 55 mitnehmen, die dabei auf der ortsfesten, sie tragenden Hülse gleitet. Stromkreis 42 bleibt daher stromlos, somit bleibt Magnet 26 unter Strom und das Vorsteuerventil 40 offen.
Sobald der Druck Pz nach Erreichen des ersten Maximums 64'wieder abnimmt, zieht sich die Bourdon-Röhre 45 wieder zusammen. Zeiger 52 wird in Fig. 5 nach rechts verschwenkt und zunächst vom Anschlag 53 abgehoben. Beide Anschläge 53,54 werden so lange nicht verschwenkt, bis der Zeiger 52 auf den Anschlag 54 auftrifft. Die Zeit, die verstreicht, bis der Zeiger 52 bei der Druckabnahme unter Still-
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net. Nunmehr wird Kontakt 44 geschlossen. Dadurch wird über das Relais 41 der Strom in Kreis 39 unterbrochen, Magnet 26 also stromlos. Nunmehr fällt der Vorsteuerstift 28 ab und das Ventil 40 wird geschlossen.
In den Räumen 85,83 des Feineinstellventils 24 vermag sich nun auf Grund der Blende 35 gleicher Druck einzustellen, so dass der Kolben 31 zusammen mit dem das Ventil 40 geschlossen haltenden Stift 28 abwärts geht, bis der Ansatz 76 auf dem Boden 77 des Ventils 24 aufsitzt. Nunmehr besteht Verbindung der Leitungen IS, 23, so dass der vorher noch in Raum 71 herrschende Druck unter der Drosselwirkung der Organe 17, 15 langsam weiter sinkt und der Durchlassquerschnitt des Schiebers 5-unter nochmaliger Bewegung des Kolbens 12 in Fig. 4 nach links-weiter absinkt (Zeitintervall t-t, Abschnitt 81 von Kurve B in Fig. 3).
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bewegt.
Damit wird Kanal 33 des Ventils 24 freigegeben, so dass Verbindung zwischen den Räumen 83, 84 besteht und der in Raum 85 noch vorhandene, etwas höhere, auf Grund der Blende 35 aufrechterhaltene Druck dazu herangezogen wird, den Kolben 31 nach oben zu bewegen. Die Leitungen 18, 23 werden damit wieder unterbrochen, das Schliessglied 8 wird in Fig. 4 vorläufig nicht mehr weiter nach links bewegt,
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Durchlassquerschnitt I\ also während der Zeit t-twegt, auf Anschlag 53 trifft und darauf bei weiterer Linksbewegung die beiden Anschläge 53,54 ebenfalls nach links mitnimmt.
Nach erneuter Druckabnahme in Leitung 6 und Auftreffen des Zeigers 52 auf dem Anschlag 54 erhält Kreis 42 wieder Strom, Kreis 39 wird stromlos, Teile 28, 31 gehen abwärts und es wird wieder Verbindung zwischen den Leitungen 18, 23 hergestellt, so dass der Schieber 5 unter dem Leitungs- druck in Leitungen 6, 14 und Linksbewegung der Teile 8, 12 während der Zeit t 6-t-5 vollends ganz in Schliessstellung geht, in der er mit seinen Schultern 9 bei 11 aufliegt (Abschnitt 87 in Fig. 3).
Der Durchlassquerschnitt des Schiebers 5 wird also jeweils in den DruckzunahmeIntervallen 61/64' ; 82/86 konstant gehalten (Abschnitte 88, 89 in Fig. 3) und nur in den Druckabnahme-Intervallen 64'/82 und ab 86 jeweils mit einer dem Weg des Zeigers 52 vom Anschlag 53 bis Anschlag 54 entsprechenden Verzögerung von etwa dem Betrag t3 -tz'-verkleinert (Abschnitte 81,87 in Fig. 3). Zur Zeit t2 des ersten Druck-
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der zur gleichen Zeit t ; bei dem bekannten Verfahren vorhandene Durchlassquerschnitt I). Daher ist die Amplitude 91 des ersten Druckmaximums 64'beim erfindungsgemässen Verfahren kleiner als die Ampli- tu : de 65 beim ersten Druckmaximum 64 des bekannten Verfahrens.
Bei einem abgewandelten Ausführungsbeispiel ist der Anschlag 53 (Fig. 5) an eine strichpunktiert eingezeichnete, elektrische Leitung 92 angeschlossen. Die Anordnung ist so getroffen, dass bei Auftreffen des Zeigers 52 auf Anschlag 53 ein anderer Stromkreis geschlossen wird, von dem aus über nicht gezeichnete Steuerglieder das Schliessglied 8 des Schiebers 5 in Fig. 4 etwas nach rechts geschoben, der Durchlassquer- schnitt während der Zeit t also etwas vergrössert wird, u. zw. auf den Betrag D, vgl. die punktiert
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des Anfangabschnittes 80 vergrössert werden, vgl. z. B. den strichpunktiert eingezeichneten Schliesskurvenabschnitt C.
Bei einer andern Bauart ist statt einer Bourdon-Röhre an Leitung 46 (Fig. 4) ein aus dia- oder paramagnetischem, jedenfalls nicht ferromagnetischem Werkstoff bestehend er Zylinder 93 (Fig. 6) und dahinter ein Federbalg 94 angeschlossen. Der Zylinder 93 enthält einen unter der Wirkung von zwei Federn 95, 96 stehenden, in Fig. 6 horizontal verschiebbaren, aus ferromagnetischem Material bestehenden magnetisierten Körper 97, bei dessen Querbewegung ein Quecksilberwippschalter 98 über einen ebenfalls aus ferromagnetischem Werkstoff bestehenden, von dem Körper 97 angezogenen und geführten Anker 101 und einen daran angelenkten Hebel 99 verschwenkt wird. Der Schalter 98 entspricht dem Kontakt 44 bei der Bauart nach Fig. 5.
Der Raum 102 vor und der Raum 103 hinter dem Körper 97 sind durch eine ein Absperrorgan 104 mit einstellbarem Durchlassquerschnitt enthaltende Umgehungsleitung 105 verbunden, damit der Kolben 97 unabhängig vom jeweiligen Betriebsdruck immer wieder in die gezeichnete mittlere Stellung gelangen kann und nur die kurzfristigen Druckunterschiede auf Grund der Druckwelle einwirken.
Während der Druckabnahme-Intervalle 64'/82 und ab 86 wird der Körper 97 infolge des niederen Druckes in Raum 102 in die gezeichnete Stellung gebracht, in der Kreis 42 geschlossen ist, so dass Kreis 39 stromlos wird, der Feineinstellkolben 31 nach abwärts geht, somit die Leitungen 18, 23 des Feineinstellventils 24 miteinander Verbindung haben, und das Schliessglied 8 weiter nach links bewegt wird.
Die Steuer- und Regelvorgänge sind nicht in aller Einzelheit dargestellt und beschrieben. Es müssen bei den Verstellorgane natürlich verschiedene zusätzliche Massnahmen beispielsweise zum Erzielen der gewünschten Geschwindigkeit und Beendigung der jeweiligen Verstellvorgänge, ferner zur Erzeugung des jeweiligen Druckes und der Druckdifferenzen in deh Räumen der Ventile 21,24 getroffen sein, die jedoch für jeden Fachmann der Regel- und Steuertechnik ohne weiteres realisierbar und bekannt sind.
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