DE102009030666A1

DE102009030666A1 - Hydrant

Info

Publication number: DE102009030666A1
Application number: DE102009030666A
Authority: DE
Inventors: Olvier Jäger; Matthias Müller; Peter Ludwig; Alexander Mühlbeyer
Original assignee: Erhard GmbH and Co KG
Current assignee: Erhard GmbH and Co KG
Priority date: 2009-06-25
Filing date: 2009-06-25
Publication date: 2010-12-30
Also published as: ES2374228T3; ATE531859T1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hydrant zum Einlassen in den Boden - mit einer Säule, umfassend ein Säulenunterteil und ein Säulenoberteil, die beide einen Strömungskanal bilden; - mit einem am Fuße des Säulenunterteils angeordneten Absperrorgan; - mit wenigstens einem unteren Abgang aus dem Säulenunterteil; - mit wenigstens einem oberen Abgang aus dem Säulenoberteil. Die Erfindung ist gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - das Absperrorgan weist in Offen-Stellung einen Zeta-Wert von höchstens 0,1 auf, vorzugsweise 0,09, 0,08, 0,07, 0,06, 0,05 und weniger; - zwischen den beiden Abgängen verjüngt sich der aus dem Säulenoberteil gebildete Strömungskanal.

Description

Die Erfindung betrifft einen Überflurhydranten. Solche Hydranten sind an kommunale Netze angeschlossen, die im Erdreich verlegt sind. Sie kommen aber auch bei Industrieanlagen und Flughäfen in Betracht.
Ganz allgemein umfasst ein Hydrant eine Säule, die einen Strömungskanal bildet und die vertikal in den Boden eingelassen ist. Ihr unteres Ende ist an eine Rohrleitung des Netzes angeschlossen. Oberhalb des Erdreiches weist sie wenigstens einen Abgang auf. Im Allgemeinen sind mehrere Abgänge vorgesehen. Dabei befindet sich häufig eine Anzahl von Abgängen auf einer ersten geodätischen Höhe, und eine zweite Anzahl von Abgängen auf einer darüber befindlichen zweiten geodätischen Höhe.
Die Säule lässt sich in ein Säulen-Unterteil und ein Säulen-Oberteil unterteilen. Diese Unterteilung kann ideell oder wirklich erfolgen; im letzteren Falle umfasst die Säule zwei Säulenabschnitte, die mit ihren Enden aneinander montiert sind, beispielsweise mittels Flanschen.
Am unteren Ende der Säule, noch im Erdreich, befindet sich ein Absperrorgan. Dieses ist von oberhalb des Erdreiches her betätigbar, beispielsweise mittels eines Steckschlüssels. Im Allgemeinen befindet sich zwischen dem Eingang des Steckschlüssels und dem Absperrorgan ein Getriebe; dieses lenkt das vom Steckschlüssel aufgebrachte Drehmoment auf das Absperrorgan um.
Ein wichtiges Kriterium für die Leistung eines Überflurhydranten ist der erzielbare Durchsatz. Die Anforderungen an den erzielbaren Durchsatz wurden bezüglich Feuerlöschsystemen von Industrieanlagen und Flughäfen bedeutend erhöht. Der Durchsatz hängt einerseits vom Netzdruck ab. Dieser kann 16 bar und mehr betragen. Wesentlich ist aber auch der Strömungswiderstand in den einzelnen Bereichen eines Hydranten. Die diesbezüglichen Eigenschaften bekannter Hydranten sind insoweit verbesserungsbedürftig.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Hydranten der eingangs beschriebenen Bauart derart zu gestalten, dass bei möglichst hohem Durchsatz des Mediums ein möglichst geringer Energieverlust erzielt wird.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
Die Erfinder haben Folgendes erkannt:
Die optimale Strömung durch das geöffnete Absperrventil ist von entscheidender Bedeutung. Nur dann, wenn der freie Querschnitt eine ungestörte Strömung zulässt, wirken sich die stromaufwärts vorgesehenen, erfindungsgemäßen Maßnahmen aus, vor allem die partielle Einschnürung oder Verengung des Strömungskanales. Der Zeta-Wert des Absperrorganes in dessen Offen-Stellung ist eine kritische Größe, die für den Erfolg der stromabwärts vorgesehenen Merkmale entscheidend ist. Es werden dann auch keine Turbulenzen in der Strömung erzeugt, und damit werden auch keine Bauteile zu Schwingungen angeregt, was einen Druckverlust zur Folge hätte. Damit werden auch keine Turbulenzen in die nachfolgenden, geometrisch optimierten Bereiche eingeführt.
Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im Einzelnen Folgendes dargestellt:
1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Hydranten im Aufriss.
2 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Hydranten im Aufriss.
3 zeigt die Kontur der mediumberührten Flächen des Strömungskanales beim Hydranten gemäß 1.
4 veranschaulicht den Verlauf der Stromlinien bei Vollöffnung eines unteren Abganges und bei Verschluss eines oberen Abganges.
5 veranschaulicht den Verlauf der Stromlinien bei völliger Offenstellung beider Abgänge.
Der in 1 dargestellte Hydrant umfasst eine Säule 1 mit einem Säulenunterteil 1.1 und einem Säulenoberteil 1.2.
Am unteren Ende des Säulenunterteiles befindet sich ein Kükenhahn 2 mit einem Kugelküken. Das Kugelküken ist auf einer Welle gelagert – hier nicht gezeigt –, die zum Verdrehen des Kugelkükens dient. Dabei ist das Kugelküken einzig und allein auf den Wellen gelagert.
Säulenunterteil 1.1 und Säulenoberteil 1.2 sind mit einer Flanschverbindung 1.3 miteinander verbunden.
Das Säulenunterteil 1.1 befindet sich weitgehend im Erdreich. Es ragt nur geringfügig über den Erdboden 3 hinaus.
Das Säulenoberteil 1.2 weist untere und obere Abgänge 4 und 5 auf. Diese beiden Abgänge 4 und 5 sind jeweils auf einer bestimmten geodätischen Höhe angeordnet; die Abgänge 5 befinden sich oberhalb der Abgänge 4.
Jede Gruppe von Abgängen 4 oder 5 hat mehrere Einzelabgänge, von denen jeweils 2 dargestellt sind. Wie man sieht, verjüngt sich der obere (stromabwärts) befindliche Teil des Säulenoberteiles 1.2. Auch der davon umfasste Kanalquerschnitt verjüngt sich, so dass eine Strömungsbeschleunigung und damit eine Beruhigung stattfindet.
Ganz entscheidend ist die strömungsoptimierte Gestaltung der Abgänge 4, 5. Der Übergang vom jeweiligen Säulenteil zu dem betreffenden Abgang ist gerundet. Siehe den Krümmungsradius 6 zum unteren Abgang 4. Der Krümmungsradius sollte möglichst groß sein. Bei einem Nenndurchmesser DN von 150 sollte er möglichst auch 150 mm oder größer sein. Ganz allgemein gilt, dass der Krümmungsradius gleich groß oder größer als die Nennweite ist.
Der Abgangswinkel, das heißt der Winkel zwischen der Strömung in der Säule und der Teilströmung, die aus dem betreffenden Abgang austritt, wird im Allgemeinen 90 Grad betragen. Dies hat sich als optimal erwiesen. Ist er größer als 90 Grad, so wirkt sich dies zwar für die Strömungsverluste günstig aus, indem diese tendenziell kleiner werden. Jedoch wirkt es sich ungünstig für die Beanspruchung des anzuschließenden Schlauches aus. Ist er kleiner als 90 Grad, so findet eine deutliche Verschlechterung des Strömungswiderstandes statt.
Will man dennoch den Abgangswinkel größer als 90 Grad bemessen, sodass der betreffende Abgang leicht nach oben zeigt, so sollte das Verhältnis von Krümmungsradius zu Nenndurchmesser DN höchstens gleich 0,8 betragen. Aus dem genannten Verhältnis von Krümmungsradius zu DN gleich oder größer 1 und aus dem Verhältnis von Krümmungsradius zu DN gleich 0,8 ergibt sich der entsprechende Wert bei Zwischenwerten zwischen einem Abgangswinkel von 90 und größer als 90.
Der Hydrant gemäß der Ausführungsform nach 2 weist wiederum zwei Abgangsebenen 4 und 5 auf. Die obere Ebene ist gegen unbefugtes Betätigen durch einen Fallmantel geschützt. Auch hier ist der Übergang zwischen dem betreffenden Säulenteil – hier Säulenoberteil 1.2 – und dem Abgang strömungsoptimiert.
In der Darstellung rechts erkennt man die Apparatur 7 zum Bedienen des hier nicht gezeigten Kükenhahnes. Die Oberkante der Apparatur 7 ist bündig mit dem Erdboden.
In 3 erkennt man den Strom, der sich in die einzelnen Abgänge verzweigt. Auf dem Wege der unteren Abgänge 4 zu den oberen Abgängen 5 findet eine Strömungsverengung und damit eine Beschleunigung statt.
Aus den schematischen Darstellungen der 4 und 5 erkennt man den Strömungsverlauf im Einzelnen.
Dabei sind jeweils zwei Abgänge beziehungsweise Abgangsgruppen vorgesehen, ein unterer Abgang 4 sowie ein oberer Abgang 5, genau wie bei den vorausgegangenen Ausführungsformen.
Bei der Ausführungsform gemäß 4 ist der untere Abgang geöffnet, der obere aber geschlossen. Auf der Skala links ist die Strömungsgeschwindigkeit in m/s aufgetragen.
Aus 4 erkennt man Folgendes:
Durch die Geometrieoptimierung stellt sich ein gleichmäßiges Strömungsfeld ohne Totwassergebiete ein.
Im Strömungsfeld kann man deutlich sehen, dass durch die optimierte Geometrie ein fast wirbelfreies Ausströmen stattfindet. Der obere Bereich (zu den unteren Abgängen) zeigt weniger Wirbel (= Verluste).
Die Druckverluste im Übergangsbereich des unteren Abganges sind ebenfalls minimiert.
Der Kv-Wert beträgt hierbei 980 m³/h bei DN von 150.
Der Gesamt Zeta-Wert des Hydranten beträgt hierbei etwa 0,72.
Aus der Darstellung gemäß 5 ergibt sich Folgendes:
Bei der Vollöffnung ist die Fläche der Abgänge größer als die Fläche am Einlass. Aufgrund dieser Flächenverhältnisse, in Kombination mit dem optimierten Strömungsfeld, stellt sich die zur Bestimung des Kv-Wertes gefordet statische Druckdifferenz von einem Bar erst bei extrem hohen Volumenströmen ein.
Der Durchfluss wird nicht vom Hydranten (oberhalb des Absperrorgans), sondern von den Kenndaten des Versorgungsnetz begrenzt. Hier empfiehlt es sich, eine weitere Analyse mit dem Kugelhahn durchzuführen, um dessen Einfluss bei den hohen Masseströmen zu bestimmen.
Der Kv-Wert lag über 1500 m³/h bei DN von 150.
Der Zeta-Wert des Hydranten beträgt hierbei etwa 0,30.
Ganz wichtig ist die Gestaltung des Absperrorganes 2. Dabei ist ein minimaler Strömungswiderstand anzustreben. Dieser ist Voraussetzung dafür, dass eine Störung der stromabwärtigen Strömung (weiter oben gelegen) vermieden wird.
Unter dem oben genannten Kv-Wert, auch Durchflusswert genannt, versteht man den Durchfluss in m³/h von Wasser bei der durchschnittlichen Temperatur von 20°C, gemessen bei einem Druckverlust von 1 bar und bei voll geöffneter Armatur.

1: Säule
1.1: Säulenunterteil
1.2: Säulenoberteil
1.3: Flanschverbindung
2: Absperrorgan
4: Abgänge
5: Abgänge
6: Krümmungsradius

Claims

Hydrant zum Einlassen in den Boden 1.1 mit einer Säule (1), umfassend ein Säulenunterteil (1.1) und ein Säulenoberteil (1.2), die beide einen Strömungskanal bilden; 1.2 mit einem am Fuße des Säulenunterteils (1.1) angeordneten Absperrorgan; 1.3 mit wenigstens einem unteren Abgang aus dem Säulenunterteil (1.1); 1.4 mit wenigstens einem oberen Abgang aus dem Säulenoberteil (1.2); gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: 1.5 das Absperrorgan (2) weist in Offen-Stellung einen Zeta-Wert von höchstens 0,1 auf, vorzugsweise 0,09, 0,08, 0,07, 0,06, 0,05 und weniger; 1.6 zwischen den beiden Abgängen (4, 5) verjüngt sich der aus dem Säulenoberteil (1.2) gebildete Strömungskanal.
Hydrant nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine solche Gestaltung wenigstens eines der Abgänge (4, 5), dass die Strömung bei der Umlenkung einen Krümmungsradius (6) beschreibt.
Hydrant nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Krümmungsradius (6) zur Nennweite (DN) bei einem Abgangswinkel von 90 Grad wenigstens 1 beträgt.
Hydrant nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Krümmungsradius (6) zur Nennweite (DN) bei einem kleineren Abgangswinkel als 90 Grad wenigstens 0,8 bis 0,9 beträgt.
Hydrant nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Strömungskanal – in Strömungsrichtung gesehen – auch vor dem unteren Abgang (4) kontinuierlich verjüngt.
Hydrant nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich der betreffende Strömungskanal-Abschnitt über dessen Länge gesehen auf wenigstens 95 Prozent verjüngt.
Hydrant nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrorgan ein Kükenhahn ist, bei dem das Küken kugelförmig, und ausschließlich auf den die Kugel tragenden Wellen drehbar gelagert ist.