DE102004025289A1

DE102004025289A1 - Rotary pressure exchanger

Info

Publication number: DE102004025289A1
Application number: DE102004025289A
Authority: DE
Inventors: Stephan Bross; Wolfgang Kochanowski; Christof Schuler
Original assignee: KSB AG
Current assignee: KSB AG
Priority date: 2004-05-19
Filing date: 2004-05-19
Publication date: 2005-12-08
Also published as: AU2005248018A1; CN100564894C; WO2005116456A1; EP1747379A1; CN1954153A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Druckaustauscher zur Übertragung von Druckenergie von einem Flüssigkeitsstrom eines Flüssigkeitssystems auf einen Flüssigkeitsstrom eines anderen Flüssigkeitssystems mit einem Gehäuse mit Einlass- und einer Auslassleitung für Flüssigkeitsströme unterschiedlicher Druckzustände. Im Gehäuse angeordnet und zur Rotation um seine Längsachse angepasst ist ein zylindrischer Rotor, wobei der Rotor mit einer Vielzahl von Durchgängen ausgestattet ist, die auf einer die Längsachse des Rotors einhüllenden, ringförmigen Ebene angeordnet sind und an jeder Rotorstirnseite eine Öffnung aufweisen. Im Gehäuse sind den Rotorstirnseiten jeweils gegenüberliegend gehäuseseitige Einlass- und Auslassöffnungen für die Einlass- und Auslassleitungen der Flüssigkeitsströme angeordnet und zwischen den Einlass- und Auslassöffnungen sind im Gehäuse Dichtungszonen angeordnet. Weiter sind zwischen den Öffnungen der Durchgänge an den Rotorstirnseiten radial verlaufende Dichtungsstege angeordnet und die Durchgänge des Rotors sind zu einer Verbindung mit den Einlass- und Auslassöffnungen des Gehäuses in der Art angepasst, dass sie abwechselnd Flüssigkeit unter hohem Druck und Flüssigkeit unter niedrigem Druck aus dem entsprechenden Leitungssystem während der Rotation des Rotors führen. Im Übergang zwischen einer gehäuseseitigen Einlassöffnung und der gehäuseseitigen Dichtungszone und/oder im Übergang zwischen den stirnseitigen Öffnungen der im Rotor angeordneten Durchgänge und ...The invention relates to a pressure exchanger for the transmission of pressure energy from a liquid flow of a fluid system to a fluid flow of another fluid system with a housing with inlet and an outlet for liquid flows of different pressure states. Arranged within the housing and adapted for rotation about its longitudinal axis is a cylindrical rotor, the rotor being provided with a plurality of passages arranged on an annular plane enveloping the longitudinal axis of the rotor and having an opening at each rotor end face. In the housing, the rotor end sides are respectively arranged opposite housing-side inlet and outlet openings for the inlet and outlet lines of the liquid streams, and sealing zones are arranged in the housing between the inlet and outlet openings. Further, radially extending sealing lands are disposed between the openings of the passages at the rotor end faces, and the passages of the rotor are adapted for connection to the inlet and outlet openings of the housing such that they alternately eject liquid under high pressure and liquid under low pressure corresponding line system during rotation of the rotor lead. In the transition between a housing-side inlet opening and the housing-side sealing zone and / or in the transition between the frontal openings of the passages arranged in the rotor and ...

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckaustauscher gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The The invention relates to a pressure exchanger according to the preamble of claim 1.

Durch die US-A-3 431 747 ist das allgemeine Wirkprinzip dieser rotierenden Druckaustauscher bekannt, deren Rotor mit Durchgängen nach Art von Zylinderbohrungen versehen ist und wobei in jedem Durchgang eine Kugel angeordnet ist. Diese als Dichtelemente wirkenden Kugeln bedingen Energieverluste und erfordern einen hohen mechanischen Herstellungsaufwand. Zusätzlich treten durch das schlagartige Auftreffen der Kugeln auf ihren Kugelsitzen nachteilige Kavitationsschäden auf. Dies versucht ein durch die DE-A-37 81 148 bekannter Druckaustauscher ohne Kugelventilfunktion in den Durchgängen des Rotors zu vermeiden.By US-A-3 431 747 is the general working principle of this rotary one Pressure exchanger known, the rotor with passages on the type of cylinder bores is provided and wherein arranged in each passage a ball is. These balls acting as sealing elements cause energy losses and require a high mechanical production cost. In addition, kick by the sudden impact of the balls on their ball seats adverse cavitation damage on. This attempts a known from DE-A-37 81 148 pressure exchanger without ball valve function in the passages of the rotor to avoid.

Der Gegenstand der DE 695 12 089 T2 setzt sich mit dem hydrostatischen Lagerprinzip für den rotierenden Rotor auseinander. Diese Lösung vermeidet zwar die Anordnung einer den Rotor tragenden Welle sowie deren Lagerung innerhalb des Gehäuses, jedoch bedingt die wellenlose Ausbildung des Rotors einen erheblichen Fertigungsaufwand. Und die Herstellungskosten für solch eine genaue Fertigung von keramischen Rotor und zugehöriger keramischen Lagerschale sind erheblich.The object of DE 695 12 089 T2 deals with the hydrostatic bearing principle for the rotating rotor. Although this solution avoids the arrangement of a shaft supporting the rotor and their storage within the housing, but the shaftless design of the rotor requires a considerable manufacturing effort. And the manufacturing cost of such an accurate manufacture of ceramic rotor and associated ceramic bearing shell are significant.

Mit der US 6 540 487 wird bei derartigen Druckaustauschern das Problem zu lösen versucht, die durch das wechselweise Öffnen und Schließen der Durchgänge verursachten Geräuschbelastung und die dabei auftretende Kavitation zu vermeiden. An den Gehäusestirnseiten befinden sich gegenüberliegend zu den Stirnseiten eines Rotors und zwischen einer gehäuseseitigen Einlass- und Auslassöffnung jeweils zwei Dichtungszonen. Diese Dichtungszonen gewährleisten während den jeweiligen Druck-Austauschvor gängen, die in den Durchgängen des Rotors ablaufen, eine äußere Absperrung der Durchgänge. Zudem unterbinden sie eine Kurzschlußströmung zwischen Einlass- und Auslassöffnung des Gehäuses. Beim Überfahren der Dichtungszonen durch die Öffnungen der Durchgänge erzeugt das abwechselnde Öffnen und Schließen der Durchgänge erheblichen Lärm und es treten zerstörerische Kavitationserscheinungen auf. Letzteres wird zu vermeiden versucht durch in die Dichtungszonen eingearbeitete Verbindungskanäle, mit deren Hilfe ein Druckausgleich zwischen zwei Zonen unterschiedlicher Drücke erfolgt. Diese Maßnahme reduziert jedoch den Wirkungsgrad eines solchen Druckaustauschers und zeigt nur eine begrenzte Wirkung.With the US 6,540,487 In such pressure exchangers, the problem of trying to avoid the noise pollution caused by the alternately opening and closing of the passages and the cavitation occurring in the process is attempted. On the housing end faces are located opposite to the end faces of a rotor and between a housing-side inlet and outlet opening in each case two sealing zones. These sealing zones ensure an external shut-off of the passages during the respective pressure exchange operations that take place in the passages of the rotor. In addition, they prevent a short-circuit flow between the inlet and outlet of the housing. When passing the sealing zones through the openings of the passages, the alternating opening and closing of the passages generates considerable noise and destructive cavitation phenomena occur. The latter is to be avoided by trying in by the sealing zones incorporated connecting channels, with the help of a pressure equalization between two zones of different pressures. However, this measure reduces the efficiency of such a pressure exchanger and has only a limited effect.

Der Erfindung liegt das Problem zu Grunde, für gattungsgemäße Druckaustauscher mit einem innerhalb eines Gehäuses angeordneten und mit mehreren Durchgängen versehenen Rotor einen Betrieb mit einer gravierend verminderten Kräftebelastung des Rotors zu ermöglichen, der bei verbesserten Kavitationseigenschaften auch einen verringerten Geräuschpegel aufweist.Of the Invention is based on the problem, for generic pressure exchanger with one inside a housing arranged and provided with multiple passes a rotor Operation with a seriously reduced load on the rotor to enable, which also reduces in the case of improved cavitation properties noise having.

Die Lösung dieses Problems sieht vor, dass im Übergang zwischen einer gehäuseseitigen Einlassöffnung und der gehäuseseitigen Dichtungszone und/oder im Übergang zwischen den stirnseitigen Öffnungen der im Rotor angeordneten Durchgänge und den dazwischen angeordneten Dichtungsstegen des Rotors eine druckstoßreduzierende Nachströmzone angeordnet ist.The solution This problem provides that in the transition between a housing-side inlet port and the housing side Sealing zone and / or in transition between the frontal openings arranged in the rotor passages and the sealing webs of the rotor arranged therebetween a Druckstoßreduzierende Nachströmzone is arranged.

Die stoßartige Belastung eines Rotors erfolgt primär durch ein plötzliches Abschneiden einer in einen Durchgang einströmenden Flüssigkeitssäule. Ein plötzliches Abschneiden einer in einen Durchgang einströmenden Flüssigkeitssäule hat erhebliche Druckstöße zur Folge. Dadurch kommt es zu Materialüberlastungen des gewöhnlich aus Keramik bestehenden Rotors bis hin zu Brüchen der Wandflächen eines Rotors. Auch bedingt dies Kavitationserscheinungen in der strömenden Flüssigkeitssäule mit den bekannt nachteiligen Folgen. Diese Lösung ist unabhängig davon, auf welche Art und Weise ein solcher Rotor angetrieben wird, sie funktioniert sowohl bei Rotoren deren Drehbewegung durch einen Impuls der einströmenden Flüssigkeit erzeugt wird, als auch bei Rotoren, die mit Hilfe eines Fremdantriebes über eine Welle in Rotation versetzt werden.The jerky Load of a rotor is primarily due to a sudden Cutting off a fluid column flowing into a passage. A sudden cut off one flowing into a passage Liquid column has significant pressure surges result. This leads to material overloads of the ordinary made of ceramic existing rotor up to fractures of the wall surfaces of a Rotor. This also causes cavitation phenomena in the flowing liquid column with the known adverse consequences. This solution is independent of in what way such a rotor is driven, they works with rotors whose rotary motion by a pulse the inflowing liquid is generated, as well as rotors, which by means of a third party drive over a Wave are set in rotation.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass während einer Versperrung einer Durchgangsöffnung durch die Dichtungszone und bei beginnender Überdeckung von Dichtungszone und nacheilendem Dichtungssteg die Nachströmzone den in den Durchgang einfließenden Volumenstrom zeitlich verzögert absperrt. Damit wird eine abrupte Absperrung des Volumenstromes und die dadurch bedingten Nachteile vermieden.A Embodiment of the invention provides that during an obstruction of a Through opening through the sealing zone and at the beginning of coverage of sealing zone and nacheilendem sealing web, the Nachströmzone into the passage influent Volume flow delayed in time shuts off. This is an abrupt shut-off of the flow and avoided the resulting disadvantages.

Ein Schließvorgang eines Durchganges wird eingeleitet, wenn in Drehrichtung betrachtet, ein erster oder voreilender Dichtungssteg einer Durchgangsöffnung die Kante einer Dichtungszone erreicht. Ab diesem Zeitpunkt erfolgt eine Reduzierung des Querschnitts einer Öffnung durch die abdeckend wirkende Dichtungszone. Mit andauernder Drehbewegung des Rotors nähert sich ein zweiter oder nacheilender Dichtungssteg dieser Öffnung der Kante der Dichtungszone an. Jeweils ein voreilender und ein nacheilender, gewöhnlich radial verlaufender Dichtungssteg, schließen zwischen sich eine stirnseitige Öffnung eines Durchganges ein. Gelangt der nacheilende Dichtungssteg an die Kante der Dichtungszone, dann erfolgt in Anbetracht der Rotor-Umfangsgeschwindigkeit eine schlagartige Absperrung der strömenden Flüssigkeitssäule mit den nachteiligen Auswirkungen. Dies verhindert die Anordnung der Nachströmzone im Bereich der Überschneidung von nacheilendem Dichtungssteg und dem Anfang oder der Kante der Dichtungszone. Durch die Nachströmzone tritt, über der Zeit betrachtet, eine allmähliche Reduzierung der strömenden Flüssigkeitssäule ein.A closing operation of a passage is initiated when viewed in the direction of rotation, a first or leading sealing ridge of a passage opening reaches the edge of a sealing zone. From this point, a reduction of the cross section of an opening takes place through the covering acting sealing zone. As the rotor continues to rotate, a second or trailing seal land approaches that edge of the seal zone. In each case a leading and a trailing, usually radially extending sealing web, between them include an end opening of a passage. If the trailing sealing web reaches the edge of the sealing zone, an abrupt shut-off of the flowing liquid column takes place with the disadvantages of the rotor peripheral speed impact. This prevents the arrangement of the Nachströmzone in the region of the intersection of lagging sealing web and the beginning or the edge of the sealing zone. Through the post-flow zone, over time, a gradual reduction of the flowing liquid column occurs.

Nach weiteren Ausgestaltungen weist eine am Gehäuse im Übergang zwischen Einlassöffnung und Dichtungszone angeordnete Nachströmzone in Rotor-Drehrichtung einen zur Dichtungszone hin abnehmenden Querschnitt auf. Und eine am Rotor im Übergang zwischen benachbarten Öffnungen von Durchgängen und Dichtungssteg angeordnete Nachströmzone weist in Rotor-Drehrichtung einen zunehmenden Querschnitt auf. Auch bei dieser Lösung sperren an den Dichtungsstegen des Rotors angeordnete Nachströmzonen die in die Durchgänge einfließenden Volumenströme jeweils zeitlich verzögert ab. Damit wird eine abrupte Absperrung des Volumenstromes in Form einer strömenden Fluidsäule und die dadurch bedingten Nachteile vermieden.To further embodiments, one on the housing in the transition between the inlet opening and Sealing zone arranged Nachströmzone in the rotor direction of rotation a decreasing towards the sealing zone cross section. And a at the rotor in transition between adjacent openings of passages and sealing web arranged Nachströmzone points in the rotor direction of rotation an increasing cross-section. Also lock with this solution at the sealing webs of the rotor arranged Nachströmzonen the in the passages influent flow rates each delayed in time. This is an abrupt shut-off of the flow in the form of a flowing Fluid column and avoided the resulting disadvantages.

In Abhängigkeit von den baulichen Abmessungen eines Druckaustauschers, der Breite einer Dichtungszone an einer Gehäusestirnseite, der Breite der Dichtungsstege an der Rotorstirnseite zwischen einander benachbarten Öffnungen der im Rotor angeordneten Durchgängen und der Querschnittsform der Durchgänge, kann die Nachströmzone sowohl stationär im Gehäuse, rotierend im Rotor und/oder an beiden Bauteilen angeordnet sein. Bei Kombinationen von solchen rotierend angeordneten Nachströmzonen kann eine am Gehäuse feststehend ausgebildete Nachströmzone Verwendung finden. Am Gehäuse ist in Abhängigkeit von der Anzahl der Einlassöffnungen auch eine entsprechende Anzahl von Nachströmzonen angeordnet.In dependence from the structural dimensions of a pressure exchanger, the width a sealing zone on a housing face, the width of the sealing webs on the rotor end face between each other adjacent openings the passages arranged in the rotor and the cross-sectional shape of the passages, the Nachströmzone can both stationary in the case, be arranged rotating in the rotor and / or on both components. at Combinations of such rotationally arranged Nachströmzonen can one on the housing fixed formed Nachströmzone Find use. At the housing is dependent from the number of inlet openings also arranged a corresponding number of Nachströmzonen.

Wesentlich ist die Ausbildung, wonach in Drehrichtung des Rotors betrachtet eine Nachströmzone an demjenigen Ort des Druckaustauschers angeordnet ist, der zum spätmöglichsten Zeitpunkt eines Einström- oder Füllvorganges einer Flüssigkeitssäule in den Rotor hinein von der jeweiligen Öffnungskante eines Durchganges abgesperrt wird.Essential is the training, which is considered in the direction of rotation of the rotor a Nachströmzone is arranged at that location of the pressure exchanger, the latest possible Time of an inflow or filling process a liquid column in the Rotor in from the respective opening edge a passage is shut off.

Der Vorteil der Gestaltung der Nachströmzone ist ein dadurch bedingtes sanftes Abbremsen der in einen Durchgang des Rotors einströmenden Flüssigkeitssäule. Dadurch wird in einfachster Weise eine durch Druckstöße und Druckpulsationen bedingte Materialüberlastung der Durchgänge im Rotor vermieden. Da solche Rotoren überwiegend als Keramikbauteile gestaltet sind, ergibt sich somit eine wesentliche Verbesserung von deren Betriebsfestigkeit.Of the Advantage of the design of the Nachströmzone is a conditional gently decelerating the fluid column flowing into a passage of the rotor. Thereby becomes in the simplest way due to pressure surges and pressure pulsations material overload the passages avoided in the rotor. As such rotors predominantly as ceramic components are designed, thus resulting in a significant improvement of their durability.

Und nach einer anderen Ausgestaltung entspricht die zwischen einem Ende der Nachströmzone und einem Anfang einer Auslassöffnung meßbare Breite einer Dichtungszone mindestens der Breite einer stirnseitigen Öffnung eines Durchganges und der Breite eines Dichtungssteges. Mit dieser Lösung wird sichergestellt, dass in jedem Fall an der Dichtungszone mit mindestens einer halben Dichtungsstegbreite eine zuverlässige Abdichtung eines Durchganges erfolgt und damit eine Art von ständiger Kurzschlussleitung zwischen Einlassöffnung und Auslassöffnung verhindert wird.And according to another embodiment corresponds to the one end the Nachströmzone and a beginning of an outlet opening measurable width a sealing zone at least the width of an end opening of a Passage and the width of a sealing bar. This solution ensures that that in any case at the sealing zone with at least a half Seal land width a reliable Sealing a passage takes place and thus a kind of permanent short-circuit line between inlet opening and outlet opening prevented becomes.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigtembodiments The invention are illustrated in the drawings and are in Following closer described. It shows

1 eine räumliche Ansicht auf einen Übergangsbereich zwischen einer Einlassöffnung und den Durchgängen eines Rotors; 1 a spatial view of a transition region between an inlet opening and the passages of a rotor;

2 und 3 Diagramme mit Darstellungen der Druckverläufe bei einem Füllvorgang eines Durchganges; 2 and 3 Diagrams showing the pressure curves during a filling process of a passage;

4a–c verschiedene Querschnittsformen der Nachströmzone im Stator; 4a -C different cross-sectional shapes of the Nachströmzone in the stator;

5a–c verschiedene Gestaltungen der Dichtungsstege. 5a -C different designs of the sealing webs.

1 zeigt von einem Druckaustauscher eine perspektivische Ansicht auf die Stirnseite eines Rotors mit darin angeordneten Durchgängen und diesen gegenüber liegenden, gehäuseseitigen Einlass- und Auslassöffnungen. Diejenigen Flächen, die an einer Stirnseite des Rotors und um dessen Drehachse auf einer die Drehachse einhüllenden Ringebene gleichmäßig verteilt zwischen den Öffnungen von Durchgängen angeordnet sind, sind aufgrund ihrer Form als Dichtungssteg benannt. Tatsächlich sind sie jedoch nur ein Bestandteil der gesamten stirnseitigen Dichtungsfläche des Rotors, welcher unter Bildung eines minimalen Dichtspaltes an einer gegenüberliegenden Gehäusefläche anliegt. 1 shows from a pressure exchanger, a perspective view of the front side of a rotor having disposed therein passages and these opposite, housing-side inlet and outlet openings. Those surfaces, which are arranged evenly distributed between the openings of passages on an end face of the rotor and about its axis of rotation on a ring plane enveloping the axis of rotation, are designated as sealing webs due to their shape. In fact, however, they are only one component of the entire front-side sealing surface of the rotor, which rests against an opposite housing surface to form a minimum sealing gap.

Das in der Fig. punktiert dargestellte Volumen des Spaltes entspricht nicht der Realität, sondern wurde aus rechentechnischen Gründen in der dargestellten Form gewählt.The in the figure shown dotted volume of the gap corresponds not the reality but was for computational reasons in the form shown selected.

Die Gehäusefläche verfügt über jeweils eine Einlass- und Auslassöffnung. Durch die Einlassöffnung strömt druckreiches Fluid in Form eine Flüssigkeitssäule in die Durchgänge ein. Innerhalb der Durchgänge erfolgt eine Druckübertragung auf die Flüssigkeit und im Anschluss daran findet eine Abströmung aus den Durchgängen in eine Auslassöffnung des Gehäuses statt. Dies erfolgt wechselweise im Bereich der beiden Stirnseiten des Druckaustauschers.The Housing surface has each an inlet and outlet opening. Through the inlet opening flows high pressure fluid in the form of a liquid column in the passages. Within the passages there is a pressure transfer on the liquid and then there is an outflow from the passages in an outlet opening of the housing instead of. This is done alternately in the area of the two end faces the pressure exchanger.

Ein solcher Rotor und auch die gegenüberliegenden Gehäuseflächen bestehen aus Keramik, ein gegen wechselnde Druckbelastungen empfindliches Material. Eine hier an der Gehäuseseite dargestellte Nachströmzone vermeidet ein abruptes Abschneiden einer in einem Durchgang einströmenden Flüssigkeitssäule. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass ein abruptes Abschneiden einer strömenden Flüssigkeitssäule ursächlich für die Entstehung von Druckspitzen und damit von materialzerstörenden Spannungsspitzen sind. Mit Hilfe der Nachströmzone ergibt sich die Möglichkeit für die Beendigung eines Absperrvorganges eines abzudichtenden Durchganges, während dem eine allmähliche Reduzierung des in einen Durchgang einströmenden Volumenstromes erreicht wird. Bezogen auf die mittlere Strömungsgeschwindigkeit am Ort der Absperrung ergibt sich eine Charakteristik, die sich in ihrem zeitlichen Fortschritt an die Nulllinie anschmiegt.One such rotor and also the opposite Housing surfaces exist made of ceramic, a material sensitive to changing pressure loads. One here on the side of the case illustrated Nachströmzone avoids abrupt truncation of a fluid column flowing in one pass. According to the invention was recognized that an abrupt cutting off of a flowing liquid column caused the formation of pressure peaks and thus of material-destroying Voltage peaks are. With the help of the Nachströmzone there is the possibility for the Completion of a shut-off of a sealed passage, during the a gradual Reduction of the inflowing in a passage volume flow achieved becomes. Based on the mean flow velocity in place The barrier results in a characteristic that is in their temporal progress to the zero line clings.

Im Diagramm der 2 sind auf einer Zeitachse t mit gestrichelter Linie ein Druckverlauf p und mit durchgezogener Linie eine Strömungsgeschwindigkeit v von einem Druckaustauscher gemäß dem Stand der Technik im Moment des Absperrens eines Durchganges in einem Rotor dargestellt. Beide Linien zeigen, wie eine Fluidsäule mit konstanter Geschwindigkeit v und konstantem Druck p in einen Durchgang eines Rotors einströmt. Im Zeitpunkt t_Z wird die Öffnung des Durchganges durch die Dichtungszone abrupt versperrt und die Strömungsgeschwindigkeit v sinkt nahezu schlagartig auf Null ab. Durch diesen nachteiligen Absperr- oder Schließvorgang wird ein Druckstoß erzeugt, wodurch in dem abgesperrten Durchgang des Rotors eine Druckwellenfront ausgelöst wird. Diese schwingt auf einem sehr hohen Druckniveau in dem abgesperrten Durchgang und belastet dadurch in unzulässiger Weise das Rotormaterial. In ungünstigen Fällen führt dies zur Rotorzerstörung.In the diagram of 2 are shown on a time axis t with a dashed line a pressure curve p and a solid line flow velocity v of a pressure exchanger according to the prior art at the moment of shutting off a passage in a rotor. Both lines show how a fluid column with a constant velocity v and constant pressure p flows into a passage of a rotor. At the time t _Z , the opening of the passage through the sealing zone is blocked abruptly and the flow velocity v drops almost abruptly to zero. By this disadvantageous shut-off or closing operation, a pressure surge is generated, whereby in the closed passage of the rotor, a pressure wave front is triggered. This vibrates at a very high pressure level in the closed passage and thereby loaded in an undue manner, the rotor material. In unfavorable cases, this leads to rotor destruction.

3 zeigt bei gleichem Diagrammaufbau die Wirkung einer Nachströmzone. Mit Erreichen der Nachströmzone zum Zeitpunkt t_N1 erfolgt eine allmähliche Reduzierung der Strömungsgeschwindigkeit v, die über den Zeitraum t_NZ und im Zeitpunkt t_N2 abgeschlossen ist. Kurz vor Erreichung des Zeitpunktes t_N2 weist die durchgezogen dargestellte Kurve der Strömungsgeschwindigkeit v in ihrem Verlauf einen Wendepunkt auf. Dies hat zur Folge, dass eine in einen Durchgang einströmende Fluidsäule sanft abgebremst wird. Als Folge davon stellt sich beim vollständigen Abschluss eines Durchganges in diesem zwar auch eine Druckschwankung ein, die jedoch wesentlich geringer ausfällt als der zuvor genannte Druckstoß. Dadurch ergibt sich innerhalb eines Durchganges nur noch eine erheblich abgeschwächte Druckwellenfront, wie anhand der gestrichelten Linie deutlich erkennbar ist. Infolgedessen wird die Dauerbelastung eines Rotors entscheidend reduziert und dessen Betriebssicherheit um ein Vielfaches gesteigert. 3 shows with the same diagram structure the effect of a Nachströmzone. Upon reaching the Nachströmzone at time t _N1 is a gradual reduction of the flow velocity v, which is completed over the period t _NZ and at time t _N2 . Shortly before reaching the time point t _N2 , the curve of the flow velocity v shown in a continuous line has a turning point in its course. As a result, a fluid column flowing into a passage is gently braked. As a result, the complete completion of a passage in this although also a pressure fluctuation, which, however, substantially lower than the aforementioned pressure surge. This results in a passage only a considerably attenuated pressure wave front, as clearly indicated by the dashed line. As a result, the continuous load of a rotor is significantly reduced and its reliability increased many times over.

In den 4a bis c sind verschiedene Längsschnitte durch in Strömungsrichtung verlaufend geschnittene Nachströmzonen gezeigt. Den hier stillstehend ausgebildeten Nachströmzonen NZ ist das Merkmal zu eigen, dass sie zwischen der Einlassöffnung 1 und der senkrecht auf der Zeichnungsebene stehenden Dichtungszone 2 des Gehäuses einen Querschnittsverlauf aufweisen, wodurch eine allmählich verzögerte Abbremsung einer strömenden Fluidsäule erreicht wird. Dieser Verlauf kann keilförmig, abgesetzt, abgerundet oder analog gestaltet sein. Wesentlich ist die dadurch bedingte, über einen Zeitraum t_NZ ablaufende, allmähliche Versperrung einen Durchganges.In the 4a to c different longitudinal sections are shown by running in the flow direction cut Nachströmzonen. The here standing still Nachströmzonen NZ has the feature that it is between the inlet opening 1 and the sealing zone perpendicular to the plane of the drawing 2 of the housing have a cross-sectional profile, whereby a gradually delayed deceleration of a flowing fluid column is achieved. This course may be wedge-shaped, discontinued, rounded or designed analog. What is essential is the gradual obstruction of one passage, which takes place over a period of time t _NZ .

Und die 5a bis c zeigen verschiedene Längsschnitte durch in Strömungsrichtung verlaufend geschnittene Nachströmzonen NZ, die in diesem Beispiel an den Dichtungsstegen 3 zwischen den einzelnen Durchgängen 4 eines Rotors 5 angeordnet sind. Der Pfeil zeigt die Drehrichtung des Rotors an, der mit seinen Stirnflächen dichtend am Gehäuse und dessen Dichtungszonen 2 anliegt. Auch diese rotierend angeordneten Nachströmzonen NZ weisen das Merkmal auf, dass sie zwischen der Einlassöffnung 1 und der senkrecht auf der Zeichnungsebene stehenden Dichtungszone 2 einen Querschnittsverlauf bedingen, wodurch eine allmählich verzögerte Abbremsung einer strömenden Fluidsäule erreicht wird. Dieser Verlauf kann keilförmig, abgesetzt, abgerundet oder analog gestaltet sein. Wesentlich ist die dadurch bedingte, über einen Zeitraum t_NZ ablaufende, allmähliche Versperrung der zu füllenden Durchgänge.And the 5a to c show different longitudinal sections through running in the flow direction cut Nachströmzonen NZ, in this example, the sealing webs 3 between the individual passes 4 a rotor 5 are arranged. The arrow indicates the direction of rotation of the rotor, with its end faces sealing on the housing and its sealing zones 2 is applied. These rotationally arranged Nachströmzonen NZ have the feature that they are between the inlet opening 1 and the sealing zone perpendicular to the plane of the drawing 2 cause a cross-sectional profile, whereby a gradually delayed deceleration of a flowing fluid column is achieved. This course may be wedge-shaped, discontinued, rounded or designed analog. What is essential is the gradual obstruction of the passageways to be filled, which takes place over a period of time t _NZ .

In Abhängigkeit von den zu verarbeitenden Strömungsmengen und der Baugröße eines Drucktauschers können die Nachströmzonen nur am Gehäuse, nur am Rotor oder in Kombination angeordnet sein.In dependence from the flow rates to be processed and the size of a Pressure exchanger can the Nachströmzonen only on the case, only be arranged on the rotor or in combination.

Claims

A pressure exchanger for transferring pressure energy from a fluid flow of a fluid system to a fluid flow of another fluid system having a housing with inlet and outlet ducts for fluid streams of different pressure states, with a arranged in the housing and adapted for rotation about its longitudinal axis cylindrical rotor, wherein the rotor a plurality of passages is provided, which are arranged on a longitudinal axis of the rotor enveloping, annular plane and at each rotor end face having an opening in the housing the rotor end faces respectively opposite housing-side inlet and outlet openings are arranged for the inlet and outlet ducts of the liquid streams, sealing zones are arranged between the inlet and outlet openings in the housing, sealing webs extending radially between the openings of the passages and the passages of the rotor for connection to the inlet and outlet openings of the housing are adapted to alternately deliver high pressure liquid and low pressure liquid from the respective piping system during rotation of the rotor, characterized in that in the transition between a housing side inlet port ( 1 ) and the housing-side sealing zone ( 2 ) and / or in the transition between the front-side openings of the rotor ( 5 ) arranged passageways ( 4 ) and the rotor-side sealing webs ( 3 ) a pressure surge reducing Nachströmzone (NZ) is arranged.

Pressure exchanger according to claim 1, characterized in that during an obstruction of a passage opening through the sealing zone ( 2 ) and at the beginning of coverage of sealing zone ( 2 ) and trailing sealing web ( 3 ) the Nachströmzone (NZ) a in the shut-off passage ( 4 ) shuts off the incoming flow with a time delay.

Pressure exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that one on the housing in the transition between the inlet opening ( 1 ) and sealing zone ( 2 ) arranged Nachströmzone (NZ) in the rotor direction of rotation to the sealing zone ( 2 ) has decreasing cross section.

Pressure exchanger according to claim 3, characterized in that in the direction of rotation of the rotor ( 5 ) regards a Nachströmzone (NZ) at that location of an inlet opening ( 1 ), which at the latest possible time of an inflow or filling process of a liquid column in the rotor ( 5 ) in from the respective opening edge of a passage ( 4 ) is shut off.

Pressure exchanger according to one of claims 1 to 4, characterized in that one on the rotor ( 5 ) in the transition between adjacent openings of passages ( 4 ) and sealing web ( 3 ) arranged Nachströmzone (NZ) in the rotor rotational direction has an increasing cross-section.

Pressure exchanger according to claim 5, characterized in that in the direction of rotation of the rotor ( 5 ) regards a Nachströmzone (NZ) at that location of a sealing web ( 3 ) is arranged, which a liquid column at the latest time of an inflow or filling in the rotor ( 5 ) from the respective opening edge of an inlet opening ( 1 ) shut off.

Pressure exchanger according to claims 1 to 6, characterized in that the housing-side Nachströmzone (NZ) one to the sealing zone ( 2 ) has decreasing volume profile

Pressure exchanger according to claims 1 to 7, characterized in that rotating Nachströmzonen (NZ) starting from the rotor end face to the passage ( 4 ) have increasing volume profile.

Pressure exchanger according to one or more of claims 1 to 7, characterized in that between one end of the Nachströmzone (NZ) and a beginning of an outlet opening measurable width of a sealing zone ( 2 ) at least the width of a front opening of a passage ( 4 ) and a width of a sealing web ( 3 ) corresponds.

Pressure exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that in the transition between the inlet and outlet openings of the housing and the openings in the rotor ( 5 ) arranged passageways ( 4 ) is arranged a gap-shaped zone which in the direction of rotation of the rotor ( 5 ) is arranged downstream of an outlet edge of the inlet or outlet opening and the one shock-poor barrier between the passage opening of the rotor ( 5 ) and the inlet and the outlet opening of the housing.