DE102004024525B4 - Stromwächter zum Absperren einer Rohrleitung für ein fließfähiges Medium - Google Patents

Abstract

Stromwächter zum Absperren einer Rohrleitung (3, 4) für ein fließfähiges Medium beim Übergang von einer laminaren zu einer turbulenten Strömung in der Rohrleitung;
1.1 mit einem Gehäuse (1), das in die Rohrleitung (3, 4) einbaubar ist und Anschlüsse (1.3, 1.4) aufweist;
1.2 mit einem Absperrorgan (2) am Bodengrund des Gehäuses (1), das um eine Schwenkachse (2.4) zwischen einer Offenstellung oder einer Schließstellung verschwenkbar ist;
1.3 die Schwenkachse (2.4) verläuft quer zur Strömungsrichtung (5) und befindet sich in Offenstellung des Absperrorganes (2) im Bereich von dessen stromabwärtigen Ende;
1.4 das Absperrorgan (2) befindet sich in seiner Offenstellung außerhalb des Strömungsprofils des Gehäuses (1) und wird beim Auftreten eines bestimmten Druckabfalls im Gehäuse aus der Offenstellung angehoben und vom Staudruck der Strömung des fließfähigen Mediums in die Schließstellung bewegt.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Stromwächter zum Absperren einer Rohrleitung, insbesondere zum Führen von Gas. Solche Stromwächter sind in einer Vielzahl von Varianten bekannt geworden.
• EP 0 990 099 B1 beschreibt eine Absperrvorrichtung mit einem klappenartigen Absperrorgan. Diese Absperrklappe ist um eine Schwenkachse zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung verschwenkbar. In der Schließstellung ist das Strömungsprofil der Rohrleitung mehr oder minder abgesperrt. In der Offenstellung ist es zwar weitgehend geöffnet, jedoch ragt auch hierbei ein kleines Teil der Absperrklappe in das Strömungsprofil hinein, was gemäß jener Druckschrift notwendig sein soll. Dies hat zur Folge, dass auch in Offenstellung die Strömung in der Rohrleitung behindert wird. Dies bedeutet einen Verlust an Durchsatz und zugleich einen Mehraufwand an Energie. Außerdem hat die Absperrklappe durch das genannte kleine Teil einen relativ hohen Herstellungsaufwand.
• DE 1 013 135 C beschreibt eine Rückschlagklappe, die bei Veränderung der Strömungsrichtung schließt, nicht jedoch bei einer Veränderung der Strömungscharakteristik.
• EP 0 805 300 A2 beschreibt eine Doppelhebelanordnung, die zur Befestigung einer Feder zur Vorspannung der Schließrichtung sowie zur Ausbildung eines Betätigungselementes dient.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Absperrvorrichtung anzugeben, die perfekt öffnet und schließt, und die in Offenstellung des Absperrorganes das Strömungsprofil völlig frei lässt.
• Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Demgemäss befinden sich Absperrorgan samt Schwenkachse in Offenstellung außerhalb des Strömungsprofils. Diese beiden Bauteile befinden sich in Offenstellung in einem Raum außerhalb des Strömungsprofils, so dass das Strömungsprofil in Offenstellung völlig frei sein kann. Auch kann jene Fläche des Absperrorganes, die in Offenstellung vom Medium berührt ist, der Kontur der Rohrleitung angepasst sein, um den Durchflusswiderstand weiterhin zu minimieren.
• Die Absperrvorrichtung arbeitet wie folgt:
  Bei bestimmungsgemäßen – „normalen" – Strömungsverhältnissen befindet sich das Absperrorgan in Offenstellung, und bleibt auch in dieser Stellung. Hierbei wird im Allgemeinen Laminarströmung herrschen. Das Strömungsprofil im Bereich des Absperrorgans ist völlig frei.
• Steigt die Strömungsgeschwindigkeit über einen gewissen Maximalwert hinaus, so kommt es zu einem Verschwenken des Absperrorgans aus der Offenstellung in die Schließstellung. Dabei hängt die Schließbewegung des Absperrorganes nicht nur von der Geschwindigkeit der Strömung des Mediums, sondern auch von weiteren Parametern ab, beispielsweise vom Durchmesser der Rohrleitung, von der kinematischen Fähigkeit des Mediums, von der Rauigkeit der Oberfläche der strömungsberührten Bauteile sowie vom Strömungswiderstand der gesamten Vorrichtung. Die Schließbewegung des Absperrorganes wird im Allgemeinen bei einer Reynolds-Zahl von über 2320 eingeleitet werden, d. h. bei einer turbulenten Strömung.
• Die Vorteile der Erfindung lassen sich wie folgt zusammenfassen:
• das Strömungsprofil bleibt in Offenstellung des Absperrorgans völlig frei
• der Strömungswiderstand ist in Offenstellung minimal, so dass bei gegebener lichter Weite der Rohrleitung und des Gehäuses ein maximaler Durchsatz erzielt wird
• aufgrund des geringen Strömungswiderstandes ist die Förderleistung relativ niedrig
• der Übergang von der Offenstellung zur Schließstellung des Absperrorganes lässt sich mathematisch genau berechnen oder empirisch genau ermitteln, so dass sich die erfindungsgemäße Vorrichtung in vollkommener Weise als Strömungswächter eignet
• die Vorrichtung ist einfach im Aufbau, kostengünstig in der Herstellung und betriebssicher, d. h. nicht anfällig gegen Störungen.
• Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im Einzelnen folgendes dargestellt:
• 1 zeigt die Vorrichtung in einer Schnittansicht in Offenstellung des Absperrorgans.
• 2 zeigt den Gegenstand von 1 in einer etwas anderen Ansicht.
• Die beiden Figuren zeigen ein- und dieselbe Vorrichtung, in einer Rohrleitung montiert, und in einem achsparallelen Schnitt, so dass jeweils nur die Hälfte der Vorrichtung dargestellt ist.
• Die Vorrichtung umfasst ein Gehäuse 1, das zwei Flansche 1.1, 1.2 aufweist. An jeden Flansch ist eine Aufnahmehülse 1.3, 1.4 angeschlossen. In der Aufnahmehülse 1.4 befindet sich ein Hohlraum 1.5 zur Aufnahme eines Absperrorgans 2.
• In die beiden Flansche 1.1, 1.2 sind Rohrleitungsabschnitte 3, 4 eingeschoben. Die Flansche 1.1, 1.2 umschließen diese Rohrleitungsabschnitte 3, 4 satt anliegend. Jeder Flansch ist gegen den betreffenden Rohrleitungsabschnitt abgedichtet, so dass kein Medium austreten kann.
• Das Absperrorgan umfasst in vorliegendem Fall eine kreisrunde Scheibe 2.1, von der in den beiden Figuren natürlich nur die Hälfte zu sehen ist. Die Scheibe 2.1 ist derart bemessen, dass sie das Strömungsprofil der Rohrleitungsabschnitte 3 und 4 auszufüllen vermag.
• An der Scheibe 2.1 ist ein Doppelhebel 2.2 mit seinem einen Hebelarm fixiert. Der andere Hebelarm des Doppelhebels 2.2 trägt ein Gegengewicht 2.3. Der Doppelhebel 2.2 ist um eine Schwenkachse 2.4 schwenkbar. Wie man erkennt, umfasst der Hohlraum 1.5 eine Ausbuchtung 1.5.1 für das Gegengewicht 2.3.
• Die hier dargestellte Konstruktion mit Doppelhebel und Gegengewicht erlaubt eine feinfühlige Justierung, so dass der Auslösepunkt, zu welchem der Übergang von der Offenstellung in die Schließstellung erfolgt, entsprechend einstellbar ist.
• Es wäre jedoch auch möglich, die Scheibe 2.1 unmittelbar zu lagern, d. h. ohne Doppelhebel und ohne Gegengewicht, und zwar an ihrem stromabwärts befindlichen Ende. Siehe Pfeil 5, der die Strömungsrichtung angibt.
• Es versteht sich, dass sich die Schwenkachse in jedem Falle stromabwärts befindet, d. h. entweder genau am stromabwärtigen Ende der Scheibe 2.1, oder noch weiter stromabwärts.
• Die physikalische Erklärung für das Bewegen des Absperrorgans 2 aus dessen Offenstellung in dessen Schließstellung ergibt sich aus folgendem: Beim Übergang von der laminaren in die turbulente Strömung tritt ein Unterdruck im Bereich des Absperrorgans 2 auf, der dazu führt, dass dieses aus seiner Offenstellung etwas angehoben wird. Hat das Absperrorgan erst einen kleinen Schwenkwinkel zurückgelegt in Richtung auf die Schließstellung, so besorgt der Staudruck der Strömung alles weitere, d. h. das vollständige Verschwenken des Absperrorgans 2 in dessen Schließstellung.
• Es kann zweckmäßig sein, eine Feder oder ein sonstiges Rückhalteorgan vorzusehen, das einem Schließen des Absperrorganes 2 entgegenwirkt, und dieses somit in Offenstellung halten will.

Claims (5)

1. Stromwächter zum Absperren einer Rohrleitung (3, 4) für ein fließfähiges Medium beim Übergang von einer laminaren zu einer turbulenten Strömung in der Rohrleitung; 1.1 mit einem Gehäuse (1), das in die Rohrleitung (3, 4) einbaubar ist und Anschlüsse (1.3, 1.4) aufweist; 1.2 mit einem Absperrorgan (2) am Bodengrund des Gehäuses (1), das um eine Schwenkachse (2.4) zwischen einer Offenstellung oder einer Schließstellung verschwenkbar ist; 1.3 die Schwenkachse (2.4) verläuft quer zur Strömungsrichtung (5) und befindet sich in Offenstellung des Absperrorganes (2) im Bereich von dessen stromabwärtigen Ende; 1.4 das Absperrorgan (2) befindet sich in seiner Offenstellung außerhalb des Strömungsprofils des Gehäuses (1) und wird beim Auftreten eines bestimmten Druckabfalls im Gehäuse aus der Offenstellung angehoben und vom Staudruck der Strömung des fließfähigen Mediums in die Schließstellung bewegt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) einen Hohlraum (1.5) aufweist, in den das Absperrorgan (2) in Offenstellung versenkbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: 3.1 das Absperrorgan (2) umfasst einen Doppelhebel (2.2), der in Strömungsrichtung (5) angeordnet und um die Schwenkachse (2.4) verschwenkbar ist; 3.2 der eine Hebelarm des Doppelhebels (2.2) trägt einen Absperrkörper (2.1), deren Außenkontur dem Strömungsprofil entspricht, und der andere Hebelarm trägt ein Gegengewicht (2.3), welches zur Einstellung des Auslösepunkts des Stromwächters dient.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rückhalteorgan vorgesehen ist, welches das Absperrorgan (2) in Offenstellung zu halten sucht.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückhalteorgan eine Feder ist.