DE10065718A1

DE10065718A1 - Vorrichtung zur Vermeidung von Wasserschlag

Info

Publication number: DE10065718A1
Application number: DE10065718A
Authority: DE
Inventors: Nobuyuki Matsuura; Makoto Katou
Original assignee: Kane Kogyo Co Ltd
Current assignee: Kane Kogyo Co Ltd
Priority date: 1999-12-22
Filing date: 2000-12-22
Publication date: 2001-06-28
Anticipated expiration: 2020-12-23
Also published as: SG91894A1; CN1307200A; CN1188625C; HK1038957A1; US6415810B2; US20010006077A1; FR2803011B1; TW459112B; JP2001173878A; JP3514684B2; FR2803011A1; DE10065718B4; HK1038957B

Abstract

Vorrichtung zur Vermeidung von Wasserschlag mit einem Außengehäuse mit einer konzentrischen Strombahn für einen Einlaß und einen Auslaß und einer Ablaßöffnung im mittleren Abschnitt der Strombahn, einem inneren Rohrelement mit einer Membran auf seinem Rand, die die Innenseite des Außengehäuses in einen stromaufwärtigen Abschnitt und ein Gebiet unterteilt, das aus einem mittleren Abschnitt und einem stromabwärtigen Abschnitt der Strombahn besteht, wobei das innere Rohrelement gleitend in den stromaufwärtigen Abschnitt paßt, einem Überströmventil, das an der Stirnseite der stromabseitigen Öffnung des inneren Rohrelements vorgesehen ist, wobei das Überströmventil auf einen Ventilsitz, der auf dem Rand einer Ventilöffnung angeordnet ist, die zwischen dem mittleren Abschnitt und dem stromabwärtigen Abschnitt vorgesehen ist, zu und davon weg bewegbar ist und von einer Überströmventilfeder in der Ventilöffnungsrichtung betrieben wird, und einem Rückschlagventil, das innerhalb des inneren Rohrelements vorgesehen ist, um Flüssigkeit am Zurückfließen von der stromabwärtigen Seite zu hindern.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vermeidung von Wasserschlag.

Es ist üblich, einen in der Mitte des Rohrleitungssystems einer Wasserversorgungseinrichtung installierten Druckspeicher zur Vermeidung von Wasserschlag zu verwenden.

Eine derartige Einrichtung weist einen abgedichteten Behälter auf, dessen Innenseite mittels einer Gummiblase, einer Membran, eines Kolbens etc. in eine Wasserversorgungsdruckseite und eine Drucksaugseite unterteilt ist, so daß der Druckstoß aufgrund der auf der Wasserver sorgungsdruckseite erzeugten Wasserschlagwirkung absorbiert werden kann.

Es gibt jedoch eine Grenze für die Absorption des Druckstoßes aufgrund der Wasserschlag wirkung, da die Druckabsorptionsseite der vorgenannten Einrichtung ein geschlossener Raum ist.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, das vorgenannte Problem zu beseitigen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zur Vermeidung von Wasserschlag mit einem Außengehäuse mit einer konzentrischen Strombahn für einen Einlaß und einen Auslaß und einer Ablaßöffnung im mittleren Abschnitt der Strombahn, einem inne ren Rohrelement mit einer Membran auf seinem Rand, die die Innenseite des Außengehäuses in einen stromaufwärtigen Abschnitt und ein Gebiet unterteilt, das aus einem mittleren Ab schnitt und einem stromabwärtigen Abschnitt der Strombahn besteht, wobei das innere Roh relement gleitend in den stromaufwärtigen Abschnitt paßt, einem Überströmventil, das an der Stirnseite der stromabseitigen Öffnung des inneren Rohrelements vorgesehen ist, wobei das Überströmventil auf einen Ventilsitz, der auf dem Rand einer Ventilöffnung angeordnet ist, die zwischen dem mittleren Abschnitt und dem stromabwärtigen Abschnitt vorgesehen ist, zu und davon weg bewegbar ist und von einer Überströmventilfeder in der Ventilöffnungsrich tung betrieben wird, und einem Rückschlagventil, das innerhalb des inneren Rohrelements vorgesehen ist, um Flüssigkeit am Zurückfließen von der stromabwärtigen Seite zu hindern.

Dabei kann vorgesehen sein, daß sie parallel zu einem Rückschlagventil angeschlossen ist, das in eine Rohrleitung einer Wasserversorgungseinrichtung eingebaut ist, oder daß sie in eine Rohrleitung eingebaut ist, wobei die Ablaßöffnung über eine Rohrleitung mit einem Wasser aufhahmebehälter verbunden ist. Dies führt nicht nur dazu, daß Wasserschlag vollständig vermieden wird, sondern liefert zusätzlich einen ökonomischen Beitrag, indem Wasser, das aus der Ablaßöffnung abgelassen wird, in einen Wasseraufnahmebehälter zurückkehrt und somit nicht vergeudet wird.

Weiterhin kann vorgesehen sein, daß sie in Reihe mit einer Endapparatur einer Wasserversor gungseinrichtung angeschlossen ist, wobei die Ablaßöffnung mit der Außenseite oder einem Wasseraufnahmebehälter über eine Rohrleitung verbunden ist. Es ist dadurch möglich, Was serschlag, der durch häufige hohe Rückdruckanstiege aufgrund wiederholten Ein- und Aus schaltens einer Wasserversorgung verursacht wird, insbesondere wenn die Endapparaturen, Hochdruckwassereinspritzpistolen sind, zu vermeiden, indem die unter hohem Druck stehen de Flüssigkeit durch die Ablaßöffnung nach außen abgelassen wird. Durch Verbinden der Ablaßöffnung über eine Rohrleitung mit einem Wasseraufnahmebehälter kann ebenfalls eine Wasservergeudung vermieden werden.

Günstigerweise ist die lichte Weite der Membran näherungsweise gleich dem Ventilsitz durchmesser des Überströmventils gewählt, um ein Druckgleichgewicht zwischen dem Ven tilschließdruck und dem Ventilöffnungsdruck, die auf das Überströmventil ausgeübt werden, zu erzielen, und sind die Federspannungen der Überströmventilfeder und der Rückschlagven tilfeder, die das Rückschlagventil in Richtung zur Ventilschließrichtung treiben, derart aus gewählt, daß der Druck des mittleren Abschnittes immer um einen konstanten Wert niedriger als der Druck des stromabwärtigen Abschnittes ist. Durch Einstellen der Druckdifferenz ΔP zwischen dem Druck P₂ des mittleren Abschnittes und dem Druck P₁ des stromaufwärtigen Abschnittes ist es möglich, eine spezielle Ventilöffnungseigenschaft für ein Überströmventil an die Eigenschaften einer speziellen Wasserversorgungseinrichtung anzupassen und somit eine Vorrichtung zur Vermeidung von Wasserschlag bereitzustellen, die zu jeder Wasserver sorgungseinrichtung paßt.

Günstigerweise ist das innere Rohrelement derart ausgebildet, daß es einen kreisförmigen Querschnitt aufweist und die innere Gleitfläche der Innenseite des Außengehäuses, die mit dem inneren Rohrelement zusammenpaßt, mehrere Nuten aufweist, die entlang ihres Kreis umfanges gleichmäßig beabstandet sind. Dadurch ist es möglich, das Gleitkontaktgebiet zwi schen dem inneren Rohrelement und der Gleitfläche zu verringern und das innere Rohrele ment dünner und leichter zu machen, ohne Festigkeit zu opfern, so daß dies zur Verringerung des Gleitwiderstandes des inneren Rohrelements 3 in dem Maße beiträgt, wie dies die Festig keit des inneren Rohrelements erlaubt. Demzufolge ist es möglich, die Wasserversorgungslei stung aufgrund der Verringerung des Druckverlustes der unter Druck stehenden Flüssigkeit während der Wasserversorgungsperiode zu verbessern und eine kleinere Wasserversorgungs pumpe für die Wasserversorgungseinrichtung zu verwenden.

Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, daß der Außenumfang des inneren Rohrelements mit Teflon beschichtet ist. Dadurch wird der Reibungswiderstand des inneren Rohrelements gegen das Außengehäuse und der Druckver lust in derselben Weise wie oben verringert.

Schließlich kann gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung vorgese hen sein, daß das Rückströmventil eine ebene Fläche, die auf seiner der Rückschlagventilöff nung gegenüberstehenden Seite ausgebildet ist, wobei die Fläche einen Durchmesser auf weist, der kleiner als die Rückschlagventilöffnung ist, und eine konische Spitze in der Mitte der ebenen Fläche ausgebildet ist, und mehrere Kippnuten aufweist, die gleichmäßig beab standet in der Umfangsrichtung an dem Rückströmventil ausgebildet sind und eine Nuten weite aufweisen, die allmählich in Richtung zur Mitte der Rückseite des Rückströmventils vom Außenrand abnimmt, der sich außerhalb eines Lagergebietes befindet, das einem Rück strömventilsitz entspricht. Als eine Folge strömt Wasser sanft von der stromaufwärtigen Seite zur stromabwärtigen Seite entlang der Gestalt des Rückschlagventils, ohne irgendwelche Wirbel auf der Rückseite des Rückströmventils zu erzeugen, wodurch somit der Druckverlust aufgrund des in die Strombahn eingesetzten Rückschlagventils minimiert wird. Diese Maß nahme liefert ähnliche Effekte, wie sie oben erwähnt sind, und ihr praktischer Nutzen ist be deutend.

Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß durch das Vorsehen einer Ablaßöffnung das durch Wasserschlag verursachte unter Druck stehende Wasser zur Außen seite abgelassen werden kann. Die stromaufwärtige Seite wird mit dem Rückschlagventil abgesperrt und das Überströmventil wird geöffnet, wenn der Rückdruck aufgrund des Wasser schlages über den stromaufwärtigen Druck ansteigt, so daß der Rückdruck von der stromab wärtigen Seite durch die Ablaßöffnung abgelassen werden kann, so daß Geräusche und Schwingungen aufgrund von Wasserschlag vollständig beseitigt und Rohrleitungssystempro bleme drastisch verringert werden, die wenigstens teilweise durch Geräusche und Schwin gungen aufgrund von Wasserschlag verursacht werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachstehenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel anhand der schematischen Zeichnungen im einzelnen erläutert ist. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht, die eine besondere Ausführungsform einer Vorrichtung zur Vermeidung von Wasserschlag bei nicht laufendem Wasser zeigt;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht, die die Vorrichtung von Fig. 1 bei laufen dem Wasser zeigt;

Fig. 3 eine Querschnittsansicht, die die Vorrichtung von Fig. 1 zeigt, wenn Wasserschlag auftritt und Wasser abgelassen wird;

Fig. 4 eine Darstellung, die zahlreiche Abmessungen der Vorrichtung von Fig. 1 zeigt;

Fig. 5 eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A von Fig. 1;

Fig. 6 eine Draufsicht, die eine modifizierte Version eines Rückschlagventils zeigt;

Fig. 7 eine Vorderansicht des in Fig. 6 gezeigten Rückschlagventils;

Fig. 8 eine Ansicht des in Fig. 6 gezeigten Rückschlagventils von unten;

Fig. 9 eine Querschnittsansicht entlang der Linie B-B von Fig. 6;

Fig. 10 eine Darstellung, die ein Beispiel einer Rohrleitung für ein Wasserver sorgungssystem mit eingebauter Vorrichtung zur Vermeidung von Wasserschlag gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegen den Erfindung zeigt; und

Fig. 11 eine Darstellung, die ein weiteres Beispiel einer Rohrleitung zeigt.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen eine besondere Ausführungsform einer Vorrichtung zur Vermei dung von Wasserschlag gemäß der vorliegenden Erfindung im Querschnitt in zahlreichen Zuständen.

Fig. 1 zeigt den Zustand, in dem kein Wasser läuft. Fig. 2 zeigt den Zustand, in dem Was ser läuft, und Fig. 3 zeigt den Zustand, in dem Wasser abgelassen wird, wenn Wasserschlag auftritt.

Die Vorrichtung 1 zur Vermeidung von Wasserschlag besteht aus einem Außengehäuse 2, einem inneren Rohrelement 3, einem Überströmventil 4 und einem Rückschlagventil 5.

Das Außengehäuse 2 weist konzentrische Strombahnen 8 für einen Einlaß 6 und einen Auslaß 7, die die jeweilige stromaufwärtige Seite und stromabwärtige Seite einer Wasserversorgungs rohrleitung verbinden, und in dem mittleren Abschnitt 8b der Strombahn 8 eine Ablaßöffnung 9 auf, die senkrecht zur Strombahn 8 mit der Außenseite verbunden ist.

Zwischen dem mittleren Abschnitt 8b und dem stromabwärtigen Abschnitt 8c ist eine Ven tilöffnung 10 vorgesehen, und ein Ventilsitz 11 ist an dem Rand der Ventilöffnung 10 vorge sehen.

Eine Gleitfläche 12 ist in dem stromaufwärtigen Abschnitt 8a vorgesehen, um das innere Rohrelement 3 zu führen, und die Gleitfläche 12 weist mehrere Nuten 13, 13a auf, die in der Umfangsrichtung an der kreisförmigen Innenseite, wie es in Fig. 5 gezeigt ist, gleichmäßig beabstandet ausgebildet sind.

Das innere Rohrelement 3 ist im wesentlichen zylindrisch gestaltet und paßt gleitend in den stromaufwärtigen Abschnitt 8a.

Mittels der Nuten 13, 13a, die an der Gleitfläche 12 ausgebildet sind, um den Gleitwiderstand gegen das innere Rohrelement 3 zu verringern, wird das Kontaktflächengebiet gegen das inne re Rohrelement 3 minimiert.

Der Grund dafür, daß die Gleitfläche 12 des stromaufwärtigen Abschnittes 8a in der oben beschriebenen Weise ausgebildet ist, statt daß mehrere Nuten auf der Außenfläche des inneren Rohrelements 3 ausgebildet sind, um den Gleitwiderstand des inneren Rohrelements 3 zu ver ringern, besteht darin, daß es notwendig wäre, die Dicke des inneren Rohrelements 3 zu erhö hen, um die Festigkeit des inneren Rohrelements 3 beizubehalten, was im wesentlichen das Gewicht des inneren Rohrelements 3 erhöhen würde, wodurch der Zweck des Verringerns des Reibungswiderstandes zunichte gemacht würde, wenn mehrere Nuten auf dem Außenumfang des inneren Rohrelements 3 ausgebildet sind oder wenn die äußere Gestalt des inneren Rohr elements 3 als Polygon ausgebildet ist.

Die Gleitfläche 12 in dem stromaufwärtigen Abschnitt 8a ist in dieser Erfindung in der oben erwähnten Form ausgebildet und die äußere Gestalt des inneren Rohrelements 3 ist zylindrisch ausgebildet, wodurch der Widerstand gegenüber äußerem Druck maximiert wird, so daß das innere Rohrelement 3 relativ dünn und leicht gemacht werden kann.

Der Außenumfang des inneren Rohrelements 3 ist mit Teflon beschichtet, wodurch der Rei bungswiderstand gegen die Gleitfläche 12 weiter verringert wird, um den Gleitwiderstand zu minimieren.

Eine Membran 14 ist auf dem Außenumfang des inneren Rohrelements 3 stromabwärts vor gesehen, die die Strombahn 8 in einen stromaufwärtigen Abschnitt 8a und ein Gebiet unter teilt, das aus einem mittleren Abschnitt 8b und einem stromabwärtigen Abschnitt 8c besteht.

Ein aus synthetischem Gummi hergestelltes Überströmventil 4 ist an der Stirnseite einer stromabwärtigen Öffnung des inneren Rohrelements 3 vorgesehen.

Dieses Überströmventil 4 zeigt zum Ventilsitz 11 und ist entsprechend der Verschiebung der Membran 14 auf den Ventilsitz zu oder davon weg bewegbar.

Eine Überströmventilfeder 17 ist zwischen einer Stufe 15 mit kleinem Durchmesser, die an der Öffnung angeordnet ist, und einem Hohlraum 16 vorgesehen, der zwischen dem mittleren Abschnitt 8b und dem stromabwärtigen Abschnitt 8c vorgesehen ist, und die Überströmventil feder 17 treibt das Überströmventil 4 in die Ventilöffnungsrichtung.

Ein Rückschlagventil 5 ist im wesentlichen in Gestalt eines Pilzes mit einer kugelförmigen Krone ausgebildet und innerhalb des inneren Rohrelements 3 vorgesehen, um Flüssigkeit an einem Rückfluß von der stromabwärtigen Seite zu hindern. Das Rückschlagventil 5 ist in der Weise vorgesehen, daß es sich in Richtung auf einen Rückschlagventilsitz 19, der an dem Rand einer stromaufwärtigen Öffnung des inneren Rohrelements 3 angeordnet ist, der im we sentlichen eine Rückschlagventilöffnung 18 bildet, zu und davon weg bewegbar ist.

Das Rückschlagventil 5 wird von einem Führungsring 20 gehalten, der vorgesehen ist, um zum Rückschlagventilsitz 19 innerhalb des inneren Rohrelements 3 zu zeigen.

Wie es in Fig. 1 gezeigt ist, umfaßt der Führungsring 20 einen Ring 21, der den Außenrand quer über einen schmalen Spalt umgibt, wenn das Rückschlagventil 5 geschlossen ist, mehre re L-förmige Haltestange 22, 22a, die an der stromabwärtigen Stirnfläche des Ringes 21 vor gesehen sind, in dessen Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandet sind und zur stromabwär tigen Seite vorragen, und einen Ventilstößelgleitring 23, der eine im wesentlichen kegel stumpfförmige Gestalt aufweist und mit den gebogenen Enden der Haltestangen 22, 22a ver bunden ist.

Die Räume zwischen den benachbarten Haltestangen 22, 22a bilden die Verbindungsöffnun gen 24, 24a zwischen dem inneren Rohrelement 3 und dem mittleren Abschnitt 8b.

Ein Ventilstößel 25, der auf der Rückseite des Rückschlagventils 5 vorspringend vorgesehen ist, ist in den Ventilstößelgleitring 23 gleitend eingesetzt und eine Rückschlagventilfeder 28 ist zwischen einem ringförmigen Hohlraum 26, der um den Ventilstößel 25 vorgesehen ist, und einem Federhaken 27 vorgesehen, der flanschähnlich vorgesehen ist und an dem Außen rand der Basisseite des Ventilstößelgleitringes 23 vorragt, wobei die Rückschlagventilfeder 28 das Rückschlagventil 5 in die Ventilschließrichtung treibt.

Als nächstes wird unter Bezugnahme auf die Fig. 6 bis 9 eine modifizierte Version des Rückschlagventils 5 beschrieben.

Fig. 6 ist eine Draufsicht eines Rückschlagventiles 5, Fig. 7 ist eine Vorderansicht, Fig. 8 ist eine Ansicht von unten und Fig. 9 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie B-B von Fig. 6.

Das Rückschlagventil 5 ist im wesentlichen in Gestalt eines Pilzes ausgebildet. Es weist eine ebene Fläche 30, die auf seiner der Rückschlagventilöffnung 18 gegenüberstehenden Seite 29 ausgebildet ist, wobei die Fläche einen Durchmesser aufweist, der kleiner als die Rückschlag ventilöffnung 18 ist, und eine konische Spitze 31 auf, die in der Mitte der ebenen Fläche 30 ausgebildet ist.

Ferner sind mehrere Kippnuten 33, 33a mit einer Nutenbreite, die zur Mitte (Ventilstößel 27) der Rückseite des Rückschlagventils 5 von dem Außenrand, der sich weiter außerhalb eines Lagergebietes 32 (Gebiet, in dem das Ventil den Rückschlagventilsitz 19 berührt, wenn es geschlossen ist) befindet, allmählich abnimmt, außerhalb der ebenen Fläche 30 vorgesehen, um mit dem Rückschlagventilsitz 19 übereinzustimmen.

Diese Kippnuten 33, 33a sind in der Umfangsrichtung an dem Rückschlagventil 5 (über schmale Spalte S, S1) gleichmäßig beabstandet.

Die Seite 29 des in der Fig. 9 gezeigten Rückschlagventils 5 ist durch Beschichten eines synthetischen Gummis in einer Gestalt in der oben beschriebenen Weise ausgebildet.

Bei Verwendung des Rückschlagventils 5 mit einer derartigen Gestalt zerfällt der Wasser strom bei geöffnetem Ventil in mehrere radiale Ströme von der Spitze 31 auf der Seite 29, während die ebene Fläche 30 den stromaufwärtigen Druck zum sofortigen vollständigen Öff nen aufnimmt.

Wenn es vollständig öffnet, erhöht sich der Strom und wird die Strombahn von dem Außen rand des Rückschlagventils 5 zur stromabwärtigen Seite mittels Kippnuten 33, 33a gesteuert, so daß der Wasserstrom gleichgerichtet wird und entlang der Gestalt des Rückschlagventils 5 zur stromabwärtigen Seite fließt.

Es ist auch möglich, den Druck des mittleren Abschnittes 8b der Vorrichtung 1 zur Vermei dung von Wasserschlag in der unten beschriebenen Weise zu steuern.

Die Abmessungen zahlreicher Teile der Vorrichtung 1 zur Vermeidung von Wasserschlag werden unter Verwendung der Fig. 4 gezeigt.

In diesem System wird die Vorrichtung 1 zur Vermeidung von Wasserschlag gesteuert, um das Überströmventil 4 zu öffnen und den Druck des mittleren Abschnittes 8b immer um eine Abweichung mit einem konstanten Wert niedriger als der stromaufwärtige Druck bei Ge brauch innerhalb eines gewissen Anwendungsbereiches des stromaufwärtigen Druckes zu halten.

Genauer gesagt, kann die Aufgabe des Haltens eines Gleichgewichtes zwischen dem Ventil schließdruck und dem Ventilsöffnungsdruck, der an dem Überströmventil 4 anliegt, durch Auswahl der lichten Weite der Membran 14 und des Ventilsitzdurchmessers des Überström ventils 4 in der Weise, daß sie näherungsweise gleich sind (Bedingung 1) und auch durch Ein stellen der Federspannungen der Überströmventilfeder 17 und der Rückschlagventilfeder 28 in der Weise, daß der Druck des mittleren Abschnittes 8b immer um eine Abweichung mit einem konstanten Wert niedriger als der stromaufwärtige Druck ist (Bedingung 2), erzielt werden.

Die Bedingung 1 kann durch Erfüllen der folgenden Gleichung erzielt werden:

A - B - C = D + α(1),

wobei A: Ventilschließkraft, die auf das Überströmventil ausgeübt wird, wenn das effektive Gebiet der Membran den stromaufwärtigen Druck empfängt,
B: Ventilöffnungskraft, die auf das Überströmventil ausgeübt wird, wenn das Gebiet inner halb des Innenrandes des Ventilsitzes des Überstromventils den mittigen Druck aufnimmt,
C: Ventilöffnungskraft, die von der Überströmventilfeder auf das Überströmventil ausgeübt wird,
D: Druckkraft (Dichtkraft), die zum Schließen des Überströmventils auf das Überströmventil (Gummi) ausgeübt wird,
α: Reibungswiderstandskraft, die in dem inneren Rohrelement erzeugt wird, wenn sich das Überströmventil zum Öffnen/Schließen des Überströmventils bewegt.

Wenn ferner
D₁: lichte Weite der Membran
d₁: Durchmesser des Ventilsitzes (gemessen in der Mitte der Sitzbreite) des Überströmventils
d₂: Außendurchmesser des Ventilsitzes des Überströmventils
D₂: Innendurchmesser des Ventilsitzes des Überströmventils
P₁: stromaufwärtiger Druck
P₂: Druck im mittleren Abschnitt (derselbe wie der stromabwärtige Druck)
E: Koeffizient zum Öffnen des Überströmventils vom geschlossenen Zustand (da E kleiner als der Koeffizient zum Schließen des Ventils aus dem offenen Zustand wird, wird er gleich 1 angesetzt)
ΔP: Druckdifferenz zwischen dem stromaufwärtigen Druck und dem mittleren Druck im mittleren Abschnitt, wenn das Überströmventil geöffnet ist,
F: Federspannung der Überströmventilfeder
t: Dicke des Ventilsitzes

Wenn die Gleichung (1) unter Verwendung der vorgenannten Größen ausgedrückt wird, er hält man:

π(D₁/2)²P₁ - π(D₂/2)²P₂ - F = (π(d₁/2)² - π(d₂/2)²)P₂E + α (1)'

Unter Beachtung, daß:

P₂ = P₁ - ΔP

d₁ = D₂ + t

d₂ = D₂ - t

und Einsetzen derselben in die Gleichung (1)', erhält man:

(πP₁/4)(D₁ ² - D₂(D₂ + 4t)) = α - ((πΔPD₂/4)(D₂ + 4t) - F) (1)"

Durch Wahl der folgenden Bedingungen in der Weise, daß die obige Gleichung (1)" wahr ist:

D₁ ² = D₂(D₂ + 4t) (2)

α = (πΔPD₂/4)(D₂ + 4t) - F (3),

lernen wir, daß das Gleichgewicht zwischen dem Ventilöffnungsdruck und dem Ventil schließdruck, die auf das Überströmventil 4 ausgeübt werden, immer aufrechterhalten werden kann, ohne durch Änderungen des stromaufwärtigen Druckes P₁ beeinflußt zu werden.

DaD₂ << t und D₁ ² = D₂(D₂ + 4t), erhält man D₁ ≅ D₂.

Die Bedingung 2 besteht darin, das Überströmventil 4 unter normalen Bedingungen (Wasser läuft oder angehalten) geschlossen bleibt, und erfordert, daß der Wasserdruck des durchlau fenden Wassers nach der Druckverringerung aufgrund der Rückschlagventilfeder 28 größer als der Druck des mittleren Abschnittes 8b sein muß.

Diese Bedingung 2 kann in der folgenden Gleichung ausgedrückt werden:

ΔP₁ < ΔP + Pa + Pb (4),

wobei
ΔP₁: Druckdifferenz zwischen dem stromaufwärtigen Druck und dem Druck im mittleren Abschnitt, die durch die Überströmventilfeder verursacht wird,
ΔP: Druckdifferenz zwischen dem stromaufwärtigen Druck und dem Druck im mittleren Ab schnitt, wenn das Rückschlagventil geöffnet ist,
Pa: Druckdifferenz zwischen dem stromaufwärtigen Druck und dem Druck im mittleren Ab schnitt, die von der Überströmventilfeder verursacht wird,
Pb: minimaler Druck, der zum Schließen des Überströmventils erforderlich ist (ΔP - ΔP₁).

Wenn ferner
x: Durchmesser des Ventilsitzes (gemessen in der Mitte der Sitzbreite) des Rückschlagventils
D₂: Durchmesser des Ventilsitzes (gemessen in der Mitte der Sitzbreite) des Überströmventils
F: Federspannung der Überströmventilfeder
f: Federspannung der Rückschlagventilfeder
ist, dann kann die Gleichung (4) wie folgt geschrieben werden:

ΔP₁ < ΔP + Pa + (ΔP - ΔP₁), oder

2f/(π(x/2)² < 2ΔP + F/(π(D₂/2)²) (4)'

Eine geeignete Kombination von Federspannungen F und f der Überströmventilfeder 17 und der Rückschlagventilfeder 28 wird auf der Grundlage der obigen Gleichung zum Erfüllen der Bedingung 2 und zum Einstellen der jeweiligen Überströmventilfeder 17 und der Rück schlagventilfeder 28 ausgewählt.

Wenn beispielsweise der Durchmesser des Ventilsitzes (gemessen in der Mitte der Sitzbreite) des Überströmventils 4 D₂ = 10,95 cm, der Durchmesser des Rückschlagventilsitzes 19 (gemessen in der Mitte der Sitzbreite) x = 5 cm, die Dicke des Ventilsitzes 11 des Überströmven tils 4 t = 0,1 cm und die gewünschte Druckdifferenz zum Öffnen des Überströmventils 4 ΔP = 10 kPa ist, so ergibt sich unter Verwendung der Gleichung (2) die lichte Weite D₁ der Mem bran 14 zu 11,15 cm.

Auf der Grundlage der Gleichung (4)' werden die Überströmventilfeder 17 und die Rück schlagventilfeder 28 derart ausgewählt, daß sie folgendem genügen:
Federspannung des Überströmventils 17, F = 24,5 N
Federspannung des Rückschlagventils 28, F = 39,2 N.

Anhand der obigen Gleichung (3) berechnet sich die Reibungswiderstandskraft α zu 71,15 N.

Als eine Vorrichtung 1 zur Vermeidung von Wasserschlag verwendet wurde und der strom aufwärtige Druck P₁ von 0,1 bis 1 MPa geändert wurde, betrug die Ventilöffnungsdruckdiffe renz ΔP des Überströmventils 4 durchschnittlich näherungsweise 10 kPa.

Somit konnte die Vorrichtung 1 zur Vermeidung von Wasserschlag den Druck des mittleren Abschnittes 8b so halten, daß er immer um eine Abweichung ΔP mit einem konstanten Wert (näherungsweise 10 kPa) niedriger als der stromaufwärtige Druck P₁ war.

Als nächstes soll ein Beispiel einer Rohrleitung der Vorrichtung 1 zur Vermeidung von Was serschlag unter Bezugnahme auf die Fig. 10 und 11 beschrieben werden.

Fig. 10 zeigt eine schematische Darstellung einer Wasserversorgungseinrichtung 34 vom Hochbehältertyp.

Die Darstellung zeigt einen Wasseraufnahmebehälter 35, an dem eine Hauptwasserrohrleitung 36 angeschlossen ist. Der Wasseraufnahmebehälter 35 ist über eine Förderrohrleitung 39 so wie eine Hebepumpe 37 und ein Rückschlagventil 38 mit einem Hochbehälter 41 auf dem Dach eines Gebäudes 40 verbunden. Von dem Hochbehälter 41 stellt eine Wasserversor gungsrohrleitung 42 eine Verbindung zu Absperrorganen 43, 43a her.

Die Vorrichtung 1 zur Vermeidung von Wasserschlag ist parallel zu dem Rückschlagventil 38 angeschlossen, das heißt ihr Einlaß 6 und Auslaß 7 sind jeweils auf der stromaufwärtigen und der stromabwärtigen Seite des Rückschlagventils 38 mit der Förderrohrleitung 39 verbunden und ihre Ablaßöffnung 9 ist über eine Rohrleitung mit dem Wasseraufnahmebehälter 35 ver bunden.

Die Ablaßöffnung 9 stellt einen vorgeschriebenen Ablaßöffnungsraum (Spalt) sicher, da sie mit einem Ablaßweg 44 verbunden ist, so daß Wasser durch Schwerkraft indirekt in den Was seraufnahmebehälter 35 abgelassen wird.

In der Wasserversorgungseinrichtung 34 ist es auch möglich, das Rückschlagventil 38 abzu schaffen und die Vorrichtung 1 zur Vermeidung von Wasserschlag an dem selben Platz wie das Rückschlagventil 38 einzubauen.

In diesem Fall sind der Einlaß 6 und der Auslaß 7 der Vorrichtung 1 zur Vermeidung von Wasserschlag in der Mitte der Förderrohrleitung 39, je eine an der stromaufwärtigen Seite und die andere an der stromabwärtigen Seite angeschlossen, und ist die Ablaßöffnung 9 mit dem Wasseraufnahmebehälter 35 verbunden.

Obwohl das Beispiel einer Rohrleitung für die Vorrichtung 1 zur Vermeidung von Wasser schlag für eine Wasserversorgungseinrichtung 34 vom Hochbehältertyp gezeigt ist, kann die Vorrichtung 1 zur Vermeidung von Wasserschlag in der Mitte der Rohrleitung, wo Wasserschlag auftritt, angeschlossen werden, wobei die Ablaßöffnung 9 mit dem Wasseraufnahme behälter in anderen Typen von Wasserversorgungseinrichtungen verbunden ist.

Fig. 11 ist eine schematische Darstellung einer Hochdruckwassereinspritz- Wasserversorgungseinrichtung 45, die in Fabriken und anderen Arbeitsplätzen zum Zwecke des Waschens von zahlreichen Gegenständen eingebaut ist.

Diese Wasserversorgungseinrichtung 45 weist einen Wasseraufnahmebehälter 47 auf, an dem eine Hauptwasserrohrleitung 46 angeschlossen ist. Von dem Wasseraufnahmebehälter 47 er streckt sich eine Wasserversorgungsrohrleitung 50 zu einer Kreiselpumpe 48 und einem Rückschlagventil 49 und eventuell zu Hochdruckwassereinspritzpistolen 51, 51a, die Endap paraturen darstellen, die an jedem Ende der Leitung vorgesehen sind.

Eine Vorrichtung 1 zur Vermeidung von Wasserschlag ist in der Weise in eine Wasserversor gungsrohrleitung 50 eingebaut, daß sie in Reihe mit jeder Hochdruckwassereinspritzpistole 51, 51a angeschlossen ist.

Der Einlaß 6 und der Auslaß 7 der Vorrichtung 1 zur Vermeidung von Wasserschlag sind mit der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite der Wasserversorgungsrohrleitung 50 und der Ablaßöffnung 9, ähnlich wie vorher gezeigt, verbunden, die einen vorgeschriebe nen Ablaßöffnungsraum sicherstellt, da sie eine Verbindung mit dem Ablaßweg 52 herstellt, so daß Wasser durch Schwerkraft indirekt nach außen abgelassen wird; alternativ können die Ablaßwege 52, 52a über eine Rohrleitung (nicht gezeigt) mit dem Wasseraufnahmebehälter 47 verbunden sein.

Als nächstes wird der Betrieb der Vorrichtung 1 zur Vermeidung von Wasserschlag unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3, 10 und 11 beschrieben.

Wenn kein Wasser läuft, ist sowohl das Überströmventil 4 als auch das Rückschlagventil 5 geschlossen, wie es in Fig. 1 gezeigt ist.

Wie es in Fig. 2 gezeigt ist, ist das Überströmventil 4, wenn Wasser läuft, ähnlich wie in dem Fall, wenn kein Wasser läuft, aufgrund des stromaufwärtigen Druckes geschlossen, und ist das Rückschlagventil 5 geöffnet. Im Falle der in den Fig. 10 und 11 gezeigten Wasser versorgungseinrichtungen 34 und 45 wird das Wasser entweder zu den Absperrorganen 43, 43a oder den Hochdruckwassereinspritzpistolen 51, 51a geliefert, die jeweilige Endapparatu ren darstellen.

Wenn in der stromabwärtigen Seite der Vorrichtung 1 zur Vermeidung von Wasserschlag wie im Falle des Schließens der Absperrorgane 43, 43a oder der Hochdruckwassereinspritzpisto len 51, 51a Wasserschlag auftritt, wird der stromabwärtige Druck (Rückdruck) höher als der stromaufwärtige Druck, so daß, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, das Rückschlagventil schließt und der Rückdruck auf das Überströmventil 4 entgegengesetzt zum Ventilschließdruck aus geübt wird, so daß das Überströmventil 4 in die stromaufwärtige Richtung gedrückt wird und es zum Öffnen gebracht wird, und der mittlere Abschnitt 8b über die Ablaßöffnung 9 zum Ablassen der unter Druck gesetzten Flüssigkeit mit den Ablaßwegen 44, 52, 52a in Verbin dung steht.

Somit wird der Rückdruck zur Außenseite abgelassen und ein Wasserschlag vermieden.

Wenn der Rückdruck verschwindet und der stromabwärtige Druck geringer als der stromauf wärtige Druck wird, oder falls der mittlere Abschnitt 8b in der vorgenannten Weise druckge steuert wird, kehrt die Druckdifferenz zwischen dem stromaufwärtigen Druck und dem Druck im mittleren Abschnitt (derselbe wie der stromabwärtige Druck) zu dem vorab eingestellten Wert zurück und schließt das Überströmventil 4.

Das Wasser, das abgelassen wird, wenn das Überströmventil 4 öffnet, wird über den Ablaß weg 44 im Falle der Wasserversorgungseinrichtung 34 in den Wasseraufnahmebehälter 35 zurückgebracht und im Falle der Wasserversorgungseinrichtung 45 durch Schwerkraft abge lassen oder in den Wasseraufnahmebehälter 47 in dem alternativen Fall zurückgebracht, in dem der Ablaßweg 52 über eine Rohrleitung mit dem Wasseraufnahmebehälter 47 verbunden ist.

Bezugszeichenliste

1

Vorrichtung

2

Außengehäuse

3

Rohrelement

4

Überströmventil

5

Rückschlagventil

6

Einlaß

7

Auslaß

8

Strombahn

8

a stromaufwärtiger Abschnitt

8

b mittlerer Abschnitt

8

c stromabwärtiger Abschnitt

9

Ablaßöffnung

10

Ventilöffnung

11

Ventilsitz

12

Gleitfläche

13

,

13

a Nut

14

Membran

15

Stufe

16

Hohlraum

17

Überströmventilfeder

18

Rückschlagventilöffnung

19

Rückschlagventilsitz

20

Führungsring

21

Ring

22

,

22

a Haltestange

23

Ventilstößelgleitring

24

,

24

a Verbindungsöffnung

25

Ventilstößel

26

Hohlraum

27

Federhaken

28

Rückschlagventilfeder

29

Seite

30

Fläche

31

Spitze

32

Lagergebiet

33

,

33

a Kippnut

34

Wasserversorgungseinrichtung

35

Wasseraufnahmebehälter

36

Hauptwasserrohrleitung

37

Hebepumpe

38

Rückschlagventil

39

Förderrohrleitung

40

Gebäude

41

Hochbehälter

42

Wasserversorgungsrohrleitung

43

,

43

a Absperrorgan

44

Ablaßweg

45

Wasserversorgungseinrichtung

46

Hauptwasserrohrleitung

47

Wasseraufnahmebehälter

48

Kreiselpumpe

49

Rückschlagventil

50

Wasserversorgungsrohrleitung

51

,

51

a Hochdruckwassereinspritzpistole

52

,

52

a Ablaßweg

Claims

1. Vorrichtung (1) zur Vermeidung von Wasserschlag mit einem Außengehäuse (2) mit einer konzentrischen Strombahn (8) für einen Einlaß (6) und einen Auslaß (7) und einer Ablaß öffnung (9) im mittleren Abschnitt (8b) der Strombahn (8), einem inneren Rohrelement (3) mit einer Membran (14) auf seinem Rand, die die Innenseite des Außengehäuses (2) in einen stromaufwärtigen Abschnitt (8a) und ein Gebiet unterteilt, das aus einem mittleren Abschnitt (8b) und einem stromabwärtigen Abschnitt der Strombahn (8) besteht, wobei das innere Rohrelement (3) gleitend in den stromaufwärtigen Abschnitt (8a) paßt, einem Überströmventil (6), das an der Stirnseite der stromabseitigen Öffnung des inneren Roh relements (3) vorgesehen ist, wobei das Überströmventil (4) auf einen Ventilsitz (11), der auf dem Rand einer Ventilöffnung (10) angeordnet ist, die zwischen dem mittleren Ab schnitt (8b) und dem stromabwärtigen Abschnitt (8c) vorgesehen ist, zu und davon weg bewegbar ist und von einer Überströmventilfeder (17) in der Ventilöffnungsrichtung be trieben wird, und einem Rückschlagventil (5), das innerhalb des inneren Rohrelements (3) vorgesehen ist, um Flüssigkeit am Zurückfließen von der stromabwärtigen Seite zu hin dern.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie parallel zu einem Rück schlagventil (38) angeschlossen ist, das in eine Rohrleitung (39) einer Wasserversor gungseinrichtung (34) eingebaut ist, oder daß sie in eine Rohrleitung (39) eingebaut ist, wobei die Ablaßöffnung (9) über eine Rohrleitung (44) mit einem Wasseraufnahmebe hälter (35) verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie in Reihe mit einer Endap paratur (51, 51a) einer Wasserversorgungseinrichtung (45) angeschlossen ist, wobei die Ablaßöffnung (9) mit der Außenseite oder einem Wasseraufnahmebehälter (47) über eine Rohrleitung verbunden ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die lichte Weite (D₁) der Membran (14) näherungsweise gleich dem Ventilsitzdurchmesser (D₂) des Überströmventils (4) gewählt ist, um ein Druckgleichgewicht zwischen dem Ventil schließdruck und dem Ventilöffnungsdruck, die auf das Überströmventil (4) ausgeübt werden, zu erzielen, und daß die Federspannungen (F, f) der Überströmventilfeder (17) und der Rückschlagventilfeder (28), die das Rückschlagventil (5) in Richtung zur Ventil schließrichtung treiben, derart ausgewählt sind, daß der Druck (P₂) des mittleren Ab schnittes (8b) immer um einen konstanten Wert (ΔP) niedriger als der Druck (P₁) des stromabwärtigen Abschnittes (8a) ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Rohrelement (3) derart ausgebildet ist, daß es einen kreisförmigen Querschnitt aufweist und die innere Gleitfläche (12) der Innenseite des Außengehäuses (2), die mit dem inneren Rohrelement (3) zusammenpaßt, mehrere Nuten (13, 13a) aufweist, die ent lang ihres Kreisumfanges gleichmäßig beabstandet sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenumfang des inneren Rohrelements (3) mit Teflon beschichtet ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückströmventil (5) eine ebene Fläche (30), die auf seiner der Rückschlagventilöffnung (18) gegenüberstehenden Seite (29) ausgebildet ist, wobei die Fläche einen Durchmesser aufweist, der kleiner als die Rückschlagventilöffnung (18) ist, und eine konische Spitze (31) in der Mitte der ebenen Fläche (30) ausgebildet ist, und mehrere Kippnuten (33, 33a) aufweist, die gleichmäßig beabstandet in der Umfangsrichtung an dem Rückströmventil (5) ausgebildet sind und eine Nutenweite aufweisen, die allmählich in Richtung zur Mitte der Rückseite des Rückströmventils (5) vom Außenrand abnimmt, der sich außerhalb ei nes Lagergebietes (32) befindet, das einem Rückströmventilsitz (19) entspricht.