CH372554A - Device for protecting pipelines, in particular pump systems, against damage from hydraulic shocks - Google Patents

Device for protecting pipelines, in particular pump systems, against damage from hydraulic shocks

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CH372554A
CH372554A CH7972959A CH7972959A CH372554A CH 372554 A CH372554 A CH 372554A CH 7972959 A CH7972959 A CH 7972959A CH 7972959 A CH7972959 A CH 7972959A CH 372554 A CH372554 A CH 372554A
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CH
Switzerland
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pressure
water tank
water
pipeline
air
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Application number
CH7972959A
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German (de)
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Duc Jean
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Sulzer Ag
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D15/00Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or systems
    • F04D15/0077Safety measures
    • F04D15/0083Protection against sudden pressure change, e.g. check valves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D13/00Pumping installations or systems
    • F04D13/16Pumping installations or systems with storage reservoirs

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Details Of Reciprocating Pumps (AREA)

Description

  

      Einrichtung    zum Schutze von     Rohrleitungen,    insbesondere von Pumpenanlagen, gegen       Beschädigung    durch     hydraulische    Schläge    Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum  Schutze von Rohrleitungen, insbesondere von Pum  penanlagen, gegen Beschädigung durch hydraulische  Schläge bei schnellen Druckänderungen.  



  In Rohrleitungen von     Pumpenalagen    entstehen bei  einer Änderung der Arbeitsverhältnisse Druckände  rungen, welche zur Beschädigung der Rohrleitung  führen können. Insbesondere entsteht bei plötzlichem  Abschalten einer Pumpe, z. B. durch Stromausfall  usw., in der Rohrleitung eine Unterdruckwelle, welche       Kavitationserscheinungen    zur Folge haben kann und  die Rohrleitung somit einmal durch eventuelle Va  kuumbildung und zweitens durch den darauffolgenden  schlagartigen     Druckanstieg    gefährdet.

   Aus diesem  Grunde werden derartige Rohrleitungen oft mit Wind  kesseln versehen, welche neben einem bestimmten       Vorrat    von unter dem in der Rohrleitung herrschen  den Druck stehender Luft auch einen Vorrat an  Wasser enthalten, das im Falle eines plötzlichen Aus  falles der Pumpe durch die Luft in die Rohrleitung  gedrückt wird und auf diese Weise das Entstehen von  Vakuumstellen in der Rohrleitung vermeidet. Diese  Windkessel sind jedoch bei grösseren Fördermengen  sehr gross, schwer unterzubringen und ausserdem  kostspielig.  



  Durch die Erfindung wird eine Einrichtung ge  schaffen, welche an Stelle des bisherigen Windkessels  den Schutz der Rohrleitung gegen hydraulische  Schläge übernimmt und viel kleiner und daher auch  billiger sein kann. Ausserdem erfüllt die erfindungs  gemässe Einrichtung ihre Aufgabe besser als die bis  herigen     Windkessel.     



  Die erfindungsgemässe Einrichtung ist dadurch       gekennzeichnet,    dass die Rohrleitung     mit    einem Wasser  enthaltenden Behälter in Verbindung steht, welcher    über ein     Druckminderungsventil    an einem Druck  luft enthaltenden Druckbehälter angeschlossen ist.  



  In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der  erfindungsgemässen Einrichtung schematisch darge  stellt.  



  Es zeigen:       Fig.    1 die Anordnung der erfindungsgemässen Ein  richtung bei einer Pumpenanlage,       Fig.2    ein Diagramm des Druckverlaufes nach  dem Abschalten der Pumpe in einer Anlage nach       Fig.    1,       Fig.    3 eine abgeänderte Ausführung der Einrich  tung nach     Fig.    1.  



       In        Fig.    1 ist eine Pumpe 1 dargestellt, welche  durch eine Saugleitung 2 Wasser aus einem Be  hälter 3 ansaugt und dieses durch eine Rohrleitung 4  in einen nicht dargestellten oberen Behälter fördert.  Die Rohrleitung 4 ist in der Nähe der Pumpe 1 mit  einer     Rückschlagklappe    5 versehen und durch einen  Rohrstutzen 6 mit einem Wasserbehälter 7 ver  bunden. Der obere Teil des Wasserbehälters 7 ist  durch eine Rohrleitung 8 mit einem     Druckluftbehäl-          ter    9 verbunden. In der Rohrleitung 8 ist ein Druck  minderungsventil 10 angeordnet. Der obere Teil des  Wasserbehälters 7 ist mit einem ins Freie führenden  Entlüftungsventil 11 versehen.

   Ausserdem ist der  Wasserbehälter 7 mit einem Sicherheitsventil 12 ver  sehen.  



  Der Wasserbehälter 7 ist mit Wasser gefüllt, der       Druckluftbehälter    9 enthält Luft, welche unter einem  Druck steht, welcher höher ist als der im Wasser  behälter 7 herrschende Betriebsdruck aus der Rohr  leitung 4. Das     Druckminderungsventil    10 ist so ein  gestellt, dass es ein überströmen der Luft aus dem       Druckluftbehälter    9 in den Wasserbehälter 7 erst      dann erlaubt, wenn     im    Wasserbehälter 7 der Druck  unter den Betriebsdruck gesunken ist.  



  Wird nun nach einer Betriebsperiode plötzlich  die Pumpe 1 ausgeschaltet, so schliesst die Rück  schlagklappe 5 die Rohrleitung, damit das Wasser  nicht aus dem oberen Behälter durch die Pumpe 1  zurückfliessen kann. Die     in    der Rohrleitung 4 in Be  wegung befindliche Wassersäule bewegt sich jedoch  infolge ihrer Trägheit weiter, und der Druck im  unteren Teil der Rohrleitung und damit auch im  Wasserbehälter 7 sinkt.

   Nachdem der Druck im Be  hälter 7 unter den am Ventil 10 eingestellten Druck  gesunken ist, strömt nun aus dem     Druckluftbehälter     9 Luft über das     Druckreduzierventil    10 in den  Wasserbehälter 7 und     verhindert    ein weiteres Absin  ken des Druckes im Wasserbehälter 7, während die  ser die Rohrleitung 4 weiter     mit    Wasser speist. Nach  dem Abbremsen der in der Rohrleitung befindlichen  Wassersäule steigt wieder der Druck im Wasser  behälter 7 auf den statischen Druck, wobei das im  Wasserbehälter 7 entstandene Luftpolster     federnd     wirkt. Nach der Wiederherstellung normaler Ver  hältnisse kann der Wasserbehälter 7 durch das Ven  til 11 entlüftet werden.  



  In     Fig.    2 ist der     zeitliche    Verlauf des Druckes in  der Rohrleitung 4 dargestellt, und zwar zum Ver  gleich entsprechend der erfindungsgemässen Einrich  tung sowie auch bei der     Verwendung    eines bekannten  Windkessels. Bei der     erfindungsgemässen    Einrichtung  sinkt der     Druck    gemäss der Kurve a nach dem Ab  schalten der Pumpe 1 sehr rasch auf den Wert     p1,    bei  welchem das     Druckminderungsventil    10 öffnet und  Luft in den Wasserbehälter 7 strömt.

   Bei ausreichen  dem Luftvorrat im     Druckluftbehälter    9 bleibt der  Druck im Wasserbehälter 7 dann gleich, was durch  den horizontalen Verlauf der Kurve a dargestellt ist.  Der Druck im Wasserbehälter sinkt nicht unter den  am Ventil 10 eingestellten Wert, der klein genug ist,  um ein rasches Abbremsen der Wassersäule zu er  möglichen, nicht jedoch so klein, dass eine Beschädi  gung der Rohrleitung durch einen äusseren atmo  sphärischen     überdruck    stattfinden könnte. Nach dem  Abbremsen der Wassersäule in der Rohrleitung 4 er  folgt dann durch Rückströmung der Wassermasse wie  der ein Anstieg des Druckes auf den durch den sta  tischen Druck gegebenen Wert, was im Diagramm  nicht mehr dargestellt ist.  



  Bei einem an der Rohrleitung angeschlossenen  Windkessel mit Luft- und Wasservorrat sinkt nach  dem Abschalten der Pumpe 1 der Druck nicht so  schnell wie bei der erfindungsgemässen Einrichtung,  sondern dieser verläuft durch Expansion des Luft  polsters nach der Kurve b. Das bedeutet, dass die  auf die Wassersäule ausgeübte Bremswirkung anfäng  lich viel geringer ist und     daher    bei vergleichbaren Ver  hältnissen auch mehr Wasser aus dem Windkessel der       Rohrleitung    zugeführt werden muss, um das Entstehen    von Vakuumstellen zu vermeiden. Ausserdem besteht  keine Gewähr, dass z. B. bei zu klein dimensioniertem  Windkessel der Druck unter den zulässigen Grenzwert  sinkt.

   Ein die gleiche Wirkung wie die erfindungs  gemässe Einrichtung hervorrufender Windkessel muss  daher viel grösser sein, als der Wasserbehälter 7 bzw.  die Behälter 7 und 9 zusammen, und zwar erstens,  um die unter Betriebsdruck stehende, grösseren Raum  beanspruchende Luftmenge zu fassen, zweitens, um  die infolge schlechterer Bremswirkung grössere er  forderliche Wassermenge aufzunehmen.  



  In der     Fig.    3 ist an dem Wasserbehälter 7 über  ein Rohr 19 ein einen Schwimmer 20 enthaltendes  Schwimmerventil 21 angeschlossen, welches über  eine Drosselvorrichtung 22 ins Freie führt. Sobald der  Wasserspiegel im Wasserbehälter 7 unter die Höhe  des Rohres sinkt, öffnet das     Schwimmerventil    21  und die im Wasserbehälter 7 enthaltene Luft kann  durch die Drosselstelle 22 langsam entweichen. Das  dauert so lange, bis der Wasserspiegel wieder auf die  zur Schliessung des Schwimmerventils 21 führenden  Höhe     ansteigt.    Bei dieser Ausführung ist gleichzeitig  die Anordnung des Entlüftungsventils so getroffen,  dass noch aus Sicherheitsgründen ein kleiner Luftraum  im Wasserbehälter 7 übrig bleibt.

   Durch dieses Ventil  wird eine automatische Entlüftung des Behälters er  zielt.



      Device for protecting pipelines, in particular pump systems, against damage caused by hydraulic shocks. The invention relates to a device for protecting pipelines, in particular pumps, against damage caused by hydraulic shocks in the event of rapid pressure changes.



  In the pipelines of pump systems, changes in the working conditions result in pressure changes which can damage the pipeline. In particular, if a pump is suddenly switched off, e.g. B. by power failure, etc., a negative pressure wave in the pipeline, which can result in cavitation phenomena and the pipeline thus endangered once by possible Va kuumbildung and secondly by the subsequent sudden pressure increase.

   For this reason, such pipelines are often provided with wind boilers, which in addition to a certain supply of air under the pressure in the pipeline also contain a supply of water that in the event of a sudden failure of the pump through the air into the pipeline is pressed and in this way avoids the creation of vacuum points in the pipeline. However, these air vessels are very large, difficult to accommodate and also costly for larger flow rates.



  The invention provides a device ge that takes over the protection of the pipeline against hydraulic shocks in place of the previous air vessel and can be much smaller and therefore cheaper. In addition, the device according to the invention fulfills its task better than the previous air chamber.



  The device according to the invention is characterized in that the pipeline is connected to a container containing water, which is connected to a pressure container containing compressed air via a pressure reducing valve.



  In the drawing, an embodiment of the device according to the invention is shown schematically.



  1 shows the arrangement of the device according to the invention in a pump system, FIG. 2 shows a diagram of the pressure curve after the pump has been switched off in a system according to FIG. 1, FIG. 3 shows a modified embodiment of the device according to FIG. 1.



       In Fig. 1, a pump 1 is shown, which sucks water from a loading container 3 through a suction line 2 and promotes this through a pipe 4 into an upper container, not shown. The pipeline 4 is provided in the vicinity of the pump 1 with a non-return valve 5 and ver through a pipe socket 6 with a water tank 7 connected. The upper part of the water tank 7 is connected to a compressed air tank 9 by a pipe 8. In the pipeline 8, a pressure reducing valve 10 is arranged. The upper part of the water tank 7 is provided with a vent valve 11 leading to the outside.

   In addition, the water tank 7 is seen with a safety valve 12 ver.



  The water tank 7 is filled with water, the compressed air tank 9 contains air which is under a pressure which is higher than the operating pressure prevailing in the water tank 7 from the pipe line 4. The pressure reducing valve 10 is set so that there is an overflow Air from the compressed air tank 9 into the water tank 7 is only allowed when the pressure in the water tank 7 has dropped below the operating pressure.



  If the pump 1 is suddenly switched off after an operating period, the non-return valve 5 closes the pipeline so that the water cannot flow back through the pump 1 from the upper container. However, the water column in motion in the pipeline 4 continues to move due to its inertia, and the pressure in the lower part of the pipeline and thus also in the water tank 7 drops.

   After the pressure in the loading container 7 has fallen below the pressure set on the valve 10, air now flows from the compressed air tank 9 via the pressure reducing valve 10 into the water tank 7 and prevents the pressure in the water tank 7 from falling further, while the water flows through the pipe 4 continues to feed with water. After braking the water column in the pipeline, the pressure in the water tank 7 rises again to the static pressure, the air cushion created in the water tank 7 having a resilient effect. After the restoration of normal conditions, the water tank 7 can be vented through the valve 11.



  In Fig. 2, the time course of the pressure in the pipeline 4 is shown, namely for the same device according to the inventive Einrich and also when using a known air vessel. In the device according to the invention, the pressure drops very rapidly according to curve a after the pump 1 is switched off to the value p1 at which the pressure reducing valve 10 opens and air flows into the water tank 7.

   If the air supply in the compressed air tank 9 is sufficient, the pressure in the water tank 7 then remains the same, which is illustrated by the horizontal course of curve a. The pressure in the water tank does not drop below the value set on valve 10, which is small enough to allow the water column to be slowed down quickly, but not so small that the pipeline could be damaged by an external atmospheric overpressure. After braking the water column in the pipeline 4, it then follows by backflow of the water mass like an increase in pressure to the value given by the static pressure, which is no longer shown in the diagram.



  In the case of an air tank with air and water supply connected to the pipeline, the pressure does not decrease as quickly as with the device according to the invention after the pump 1 is switched off, but it runs through the expansion of the air cushion according to curve b. This means that the braking effect exerted on the water column is initially much lower and therefore, under comparable conditions, more water from the air chamber has to be fed into the pipeline in order to avoid the creation of vacuum points. In addition, there is no guarantee that z. B. If the air chamber is too small, the pressure drops below the permissible limit value.

   An air vessel causing the same effect as the device according to the invention must therefore be much larger than the water tank 7 or the tanks 7 and 9 together, firstly to contain the amount of air that is under operating pressure, which takes up larger space, and secondly to absorb the greater amount of water required as a result of the poorer braking effect.



  In FIG. 3, a float valve 21 containing a float 20 is connected to the water tank 7 via a pipe 19, which float valve 21 leads to the outside via a throttle device 22. As soon as the water level in the water tank 7 falls below the level of the pipe, the float valve 21 opens and the air contained in the water tank 7 can slowly escape through the throttle point 22. This lasts until the water level rises again to the height leading to the closure of the float valve 21. In this embodiment, the vent valve is also arranged in such a way that a small air space remains in the water tank 7 for safety reasons.

   Through this valve an automatic venting of the container he aims.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH Einrichtung zum Schutze von Rohrleitungen, ins besondere von Pumpenanlagen, gegen Beschädigung durch hydraulische Schläge bei schnellen Druckände rungen, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitung mit einem Wasser enthaltenden Behälter in Verbin dung steht, welcher über ein Druckminderungsventil an einem Druckluft enthaltenden Druckbehälter an geschlossen ist. UNTERANSPRCCHE 1. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass der Luftdruck im Druckluftbehälter höher ist als der Betriebsdruck im Wasserbehälter. 2. PATENT CLAIM Device for protecting pipelines, in particular pump systems, against damage by hydraulic shocks in the event of rapid changes in pressure, characterized in that the pipeline is connected to a container containing water which is connected to a pressure container containing compressed air via a pressure reducing valve . SUB-CLAIM 1. Device according to claim, characterized in that the air pressure in the compressed air tank is higher than the operating pressure in the water tank. 2. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckminderungsventil bei einem Druck öffnet, der kleiner ist als der im Wasser behälter herrschende Betriebsdruck, jedoch grösser als der Druck, bei welchem eine Gefahr der Beschädi gung der Rohrleitung durch äusseren atmosphärischen überdruck besteht. 3. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass der Wasserbehälter mit einem Entlüftungsventil versehen ist. 4. Einrichtung nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Entlüftungsventil ein Schwim merventil mit einer nachgeschalteten Drosselstelle ist. 5. Einrichtung nach Patentanspruch in einer Pum penanlage, dadurch gekennzeichent, dass der Wasser behälter in der Nähe der Pumpe angeordnet ist. Device according to claim, characterized in that the pressure reducing valve opens at a pressure that is lower than the operating pressure in the water tank, but higher than the pressure at which there is a risk of damage to the pipeline by external atmospheric overpressure. 3. Device according to claim, characterized in that the water tank is provided with a vent valve. 4. Device according to dependent claim 3, characterized in that the vent valve is a float valve with a downstream throttle point. 5. Device according to claim in a Pum penanlage, characterized in that the water container is arranged in the vicinity of the pump.
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