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.