DE102017005847A1

DE102017005847A1 - Windkesselanordnung für Pumpanlagen zur Pulsations- und Schwingungsdämpfung, sowie Verhinderung der Impulsübertragung, insbesondere für Flüssigkeiten mit Schwebstoffen

Info

Publication number: DE102017005847A1
Application number: DE102017005847.4A
Authority: DE
Inventors: Volmar Trotz
Original assignee: Wegener & Hinz GmbH
Current assignee: Wegener & Hinz GmbH
Priority date: 2017-06-21
Filing date: 2017-06-21
Publication date: 2018-12-27

Abstract

Die Erfindung betrifft sogenannte Windkessel (air vessel, air chamber), die an Pumpanlagen für Flüssigkeiten angeordnet sind. Diese haben die Aufgabe, die durch die Druckpumpe erzeugten Schwingungen, bzw. Druckpulsationen in der geförderten Flüssigkeit und Schwankungen im Förderstrom zu mindern.Aufgabe der Erfindung ist es, eine Windkesselanordnung für Pumpanlagen für Flüssigkeiten, insbesondere Abwasser zu schaffen, die einfach aufgebaut ist und eine gute Pulsationsdämpfung in der Flüssigkeit und Schwingungsdämpfung in den Rohrleitungen bzw. Druckleitungen ermöglicht. Erfindungsgemäß ist eine zuführende Druckleitung 05 oberhalb des maximalen Flüssigkeitsspiegels an dem oberen Bereich des Druckbehälters mit Druckluft 03 angeschlossen. Die dort einströmende Flüssigkeit 01 durchströmt dadurch den Bereich der Druckluft nach unten. Am Boden des Druckbehälters 02 ist eine abführende Druckleitung 06 angeschlossen, durch welche die Flüssigkeit 01 aus dem unteren Bereich des Druckbehälters mit der Flüssigkeit 04 ausströmt.

Description

Die Erfindung betrifft sogenannte Windkessel (air vessel, air chamber), die an Pumpanlagen für Flüssigkeiten angeordnet sind. Diese haben die Aufgabe, die durch die Druckpumpe erzeugten Schwingungen, bzw. Druckpulsationen in der geförderten Flüssigkeit und Schwankungen im Förderstrom zu mindern.
Die Druckpulsationen entstehen bei Kolbenpumpen durch die unterschiedlichen Kolbengeschwindigkeiten während einer Hubbewegung. Aber auch andere Pumpenarten, wie Kreiselpumpen oder Membranpumpen, erzeugen Druckpulsationen durch eine ungleichmäßige Rotation und/oder sich ändernde Fördervolumen.
Diese Schwingungen werden durch die druckfeste Verbindung von der Pumpe auf die Rohrleitungen und in den Flüssigkeitsstrom auch über längere Strecken übertragen. Dieses führt zu störenden Geräuschen in der Umgebung und Materialermüdungen an den Pumpen, Rohrleitungen, Rohrverbindungen und Fundamenten.
Stand der Technik
Zur Minderung der Schwingungen, bzw. Druckpulsationen haben sich sogenannte Windkessel seit längerem bewährt. Diese bestehen aus einem Druckbehälter, bzw. Druckkessel, der nur eine untere Öffnung, bzw. einen unteren Rohranschluss besitzt. Dieser ist mit der Druckleitung verbunden. Der obere Bereich des Druckbehälters ist mit Luft gefüllt, dessen Druck dem mittleren Druck der Flüssigkeit entspricht. Steigt der Flüssigkeitsdruck, wird die Luft im Druckbehälter komprimiert. Dadurch werden die Druckschwankungen zumindest teilweise ausgeglichen. Durch das Zu- oder Abführen von Luft im Druckbehälter kann das Puffervolumen und der Flüssigkeitsspiegel an die jeweiligen Bedingungen angepasst werden.
In der EP 0152098 B1 wird ein Windkessel mit einer zylindrischen Bauform beschrieben der im Inneren eine elastische Schlauchmembran besitzt, die an den Enden an der Zylinderwandung druckdicht befestigt ist. Zwischen der inneren Zylinderwandung und der Schlauchmembran befindet sich ein Ringraum der mit einer Vorlageflüssigkeit gefüllt ist. Diese steht über eine Leitung mit einem Druckbehälter und eine Blase mit Gas in Verbindung. Mittels Sensoren und Ventilen wird das Volumen der Gasblase überwacht und geregelt, was eine Regelung und Überwachung der Dämpfung im Ringraum, bzw. in der Druckleitung ermöglicht.
Eine weitere Bauvariante ist in der DE 03044082 C3 beschrieben. Neben einem hydropneumatischen Schwingungsdämpfer ist ein Reflexionsdämpfer an der druckseitigen Leitung hintereinander oder zusammen in einer Baueinheit angeordnet. Diese Kombination ermöglicht eine besonders niedrige Restpulsation.
Der Aufbau dieser beiden Varianten ist aufwendig und nur für bestimmte Flüssigkeiten geeignet. Aber auch die bekannten Windkessel einfacher Konstruktion besitzen den Nachteil, dass diese einseitig mit der Druckleitung verbunden sind. Die Flüssigkeit strömt somit teilweise in den Windkessel und bei Druckabfall wieder heraus. Für Flüssigkeiten mit Schwebstoffen, zum Beispiel Abwasser, können sich die im Abwasser enthaltenen sogenannten Sperrstoffe und Fette in dem Windkessel festsetzen. Die Schwingungsdämpfung wird durch diese Sperrstoffe und Fette nach längerem Einsatz mindestens vermindert. Durch eine Verstopfung ist die Funktion des Windkessels unterbrochen. In diesen Fällen ist eine aufwändige Reinigungen des Windkessels erforderlich.
Weiterhin bewirkt die starre Verbindung eine Weiterleitung der Druckrohrschwingungen, die auf die Umgebung übertragen werden. Da Pumpenanlagen für Abwasser häufig in Wohngebieten und dort sogar im Keller von großen Gebäuden stehen, werden die Anlieger durch die genannten Nachteile, besonders Geräusche und Schwingungen, teilweise stark beeinträchtigt.
Durch das Abwasser bewirkte Ablagerung von Sperrstoffen und Fetten im Windkessel wird auch eine anaerobe Zersetzung ermöglicht, wodurch unerwünschte Geruchsstoffe und Gase wie Methan entstehen.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Windkesselanordnung für Pumpanlagen für Flüssigkeiten, insbesondere Abwasser zu schaffen, die einfach aufgebaut ist und eine gute Pulsationsdämpfung in der Flüssigkeit und Schwingungsdämpfung in den Rohrleitungen bzw. Druckleitungen ermöglicht. Eine weitere Aufgabe ist die Vermeidung von Ablagerungen der Schwebstoffe bzw. Sperrstoffe im Windkessel.
Gelöst werden diese Aufgaben durch die Merkmale des Anspruchs 1. Demnach ist eine zuführende Druckleitung 05 oberhalb des maximalen Flüssigkeitsspiegels an dem oberen Bereich des Druckbehälters mit Druckluft 03 angeschlossen. Die dort einströmende Flüssigkeit 01 durchströmt dadurch den Bereich der Druckluft nach unten. Am Boden des Druckbehälters 02 ist eine abführende Druckleitung 06 angeschlossen, durch welche die Flüssigkeit 01 aus dem unteren Bereich des Druckbehälters mit der Flüssigkeit 04 ausströmt.
Durch diese Anordnung wird eine Durchströmung des Druckbehälters 02 mit dem Gesamtstrom durch den oberen Bereich des Druckbehälters mit Druckluft 03 erzielt. Eine Absetzung von Schwebstoffen, bzw. Sperrstoffen und Fetten im Druckbehälter 02 wird dadurch verkleinert. Gleichzeit wird das Abwasser belüftet. Weiterhin wird der ständige Kontakt des Gesamtstromes in/mit der Druckleitung 05/06 hier unterbrochen und eine weitere Übertragung der Impulse in die Flüssigkeit 01 verhindert. Dadurch werden nicht nur die Pulsationen und Schwingungen im Abwasser stark gedämpft, sondern es erfolgt durch die Entkopplung auch eine Verhinderung der Impulsübertragung auf die abführende Druckleitung 06.
Gemäß einer bevorzugte Ausbildung nach Anspruch 2 ist der Druckbehälter 02 mit Stützen 07 verbunden, so dass dieser nur auf dem Boden oder seitlich an einer Wand und nicht an der Druckleitung 05/06 abgestützt ist.
Durch die eigenständige Abstützung des Druckbehälters 02 wird es ermöglicht, die starre Verbindung mit der Druckleitung zu vermeiden. Weiterhin kann der Druckbehälter 02 unabhängig von der Tragfähigkeit Druckleitung 05/06 größer ausgebildet werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausbildung nach Anspruch 3 ist die zuführende Druckleitung 05 vom Boden aus seitlich, außen am Druckbehälter 02 nach oben geführt.
Der obenliegende Anschluss der zuführenden Druckleitung 05 verhindert ein Zurückströmen der Flüssigkeit 01 aus dem Druckbehälter 02 in die zuführende Druckleitung 05. Die Druckleitungen 05/06 können dadurch weiterhin wie üblich direkt auf dem Boden gelagert werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 4 mündet die zuführende Druckleitung 05 tangential in den oberen Bereich des Druckbehälters mit Druckluft 03.
Somit entsteht eine stärkere Rotation der Flüssigkeit 01, bzw. Abwassers im Druckbehälter 02, die ein Absetzen auch von groben Schwebstoffen und Fetten sicher verhindert.
Gemäß einer bevorzugten Ausbildung nach Anspruch 5 sind die zuführende Druckleitung 05 und die abführende Druckleitung 06 schwingungsdämpfend am Druckbehälter 02 befestigt.
Durch die schwingungsdämpfenden Verbindungen wird eine zusätzliche Minderung der Schwingungsübertragung auf die zuführende und abführende Druckleitung 05/06 ermöglicht.
In einer bevorzugten Ausführung der Anordnung nach Anspruch 6 ist der Druckbehälter 02 im oberen Bereich quer geteilt und beide Teile sind durch Flansche verbunden.
Das ermöglicht eine einfache Fertigung unterschiedlich großer/hoher Druckbehälter 02 und eine leichte Demontage, bzw. Wartung.
In einer weiteren Ausbildung der Anordnung nach Anspruch 7 ist zur Überwachung und Messung des Füllstandes parallel zum Druckbehälter 02 außen über die gesamte Höhe ein Schauglasrohr 08 und ein Messrohr 09 mit Füllstandssensor angeordnet.
Das Schauglasrohr 08 ermöglicht eine einfache Kontrolle des Füllstandes des Druckbehälters 02 und der Verschmutzung der Flüssigkeit 01. Das Messrohr 09 mit Füllstandssensor dient der automatischen Überwachung des Füllstandes des Druckbehälters 02.
In einer bevorzugten Ausführung der Anordnung nach Anspruch 8 ist im oberen Bereich des oberen Teils des Druckbehälters 02 ein Schauglas mit einer Reinigungsvorrichtung 10 angeordnet.
Mit dem Schauglas kann der obere Bereich des Druckbehälters mit Druckluft 03 beobachtet und mit der Reinigungsvorrichtung die Innenseite des Schauglases und deren umgebender Bereich gesäubert werden.
In einer weiteren Ausbildung der Anordnung nach Anspruch 9 ist der obere Bereich des Druckbehälters 02 durch eine Druckluftleitung mit einem Kompressor verbunden, der mit einem Füllstandsregler gesteuert wird. Dadurch liegt der Stand der Flüssigkeit 01 im Druckbehälter 02 immer unterhalb des Einlaufes der zuführenden Druckleitung 05.
Das ermöglicht eine ständige Füllstandsregulierung der Flüssigkeit 01 entsprechend dem Förderdruck der Flüssigkeit 01.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausbildung nach Anspruch 10 ist durch die obere Wandung des Druckbehälters 02 ein Staurohr 11 mit wesentlich kleinerem Durchmesser als dieser geführt und ragt bis kurz über die abführende Druckleitung 06. Dieses Staurohr 11 ist am oberen Ende mit einem Be- und Entlüftungsventil 12 verbunden.
Dadurch wird vermieden, dass im Druckbehälter 02 Unterdruck und Kavitation entstehen kann.
Beispiel
Nachfolgend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
Die 1 zeigt eine Vorderansicht der Windkesselanordnung, teilweise im Schnitt.
Hauptbaugruppe ist ein zylinderförmiger Druckbehälter 02. Dieser besteht aus zwei Segmenten, die durch Flansche druckfest verbunden sind. Im oberen Segment ist ein tangentialer Rohranschluss für die zuführende Druckleitung 05 angeordnet. Am Boden des unteren Segmentes ist ein Rohranschluss für die abführende Druckleitung 06 ausgebildet. Weiterhin sind außen an diesem Boden drei Stützen 07 befestig, mit denen der Druckbehälter 02 auf einem nicht dargestellten Fundament schwingungsentkoppelt gelagert ist.
Im Druckbehälter 02 ist mittig über die gesamte Höhe ein Staurohr 11 befestigt, das oben an einem Be- und Entlüftungsventil 12 angeschlossen ist. In Verbindung mit einer angeschlossenen Druckluftleitung mit einem Kompressor und einer Füllstandsmessung wird der Höhenstand der Flüssigkeit 01 im Druckbehälter 02 geregelt.
Bezugszeichenliste

01: Flüssigkeit
02: Druckbehälter
03: obere Bereich des Druckbehälters mit Druckluft
04: untere Bereich des Druckbehälters mit Flüssigkeit
05: zuführende Druckleitung
06: abführende Druckleitung
07: Stützen
08: Schauglasrohr
09: Messrohr
10: Schauglas mit Reinigungsvorrichtung
11: Staurohr
12: Be- und Entlüftungsventil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 0152098 B1 [0005]
DE 03044082 C3 [0006]

Claims

Windkesselanordnung für Pumpanlagen zur Pulsations- und Schwingungsdämpfung, sowie Verhinderung der Impulsübertragung, insbesondere für Flüssigkeiten mit Schwebstoffen, bestehend aus einem mit einer Druckleitung verbundenen Druckbehälter, der oben mit Druckluft gefüllt ist, wobei im unteren Bereich mit Flüssigkeit der Flüssigkeitsstand mittels Luftzufuhr, bzw. Luftentnahme in einem vorgegebenen Bereich geregelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine zuführende Druckleitung 05 oberhalb des maximalen Flüssigkeitsspiegels an dem oberen Bereich des Druckbehälters mit Druckluft 03 angeschlossen ist, so dass die dort einströmende Flüssigkeit 01 den Bereich der Druckluft nach unten durchströmt und am Boden des Druckbehälters 02 eine abführende Druckleitung 06 angeschlossen ist, durch welche die Flüssigkeit 01 aus dem unteren Bereich mit des Druckbehälters Flüssigkeit 04 ausströmt.
Windkesselanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbehälter 02 mit Stützen 07 verbunden ist, so dass dieser nur auf dem Boden oder seitlich an einer Wand und nicht an der Druckleitung 05, 06 abgestützt ist.
Windkesselanordnung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zuführende Druckleitung 05 vom Boden aus seitlich, außen am Druckbehälter 02 nach oben geführt ist.
Windkesselanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zuführende Druckleitung 05 tangential in den Druckbehälter 02 geführt ist.
Windkesselanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zuführende Druckleitung 05 und die abführende Druckleitung 06 schwingungsdämpfend am Druckbehälter 02 befestigt sind.
Windkesselanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbehälter 02 im oberen Bereich quer geteilt ist und beide Teile durch Flansche verbunden sind.
Windkesselanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Überwachung und Messung des Füllstandes parallel zum Druckbehälter 02 außen über die gesamte Höhe ein Schauglasrohr 08 und ein Messrohr 09 mit Füllstandssensor angeordnet ist.
Windkesselanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im oberen Bereich des oberen Teils des Druckbehälters 02 ein Schauglas mit Reinigungsvorrichtung 10 angeordnet ist.
Windkesselanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass der oberen Bereich des Druckbehälters 02 durch eine Druckluftleitung mit einem Kompressor verbunden ist, der mit einem Füllstandsregler so gesteuert wird, dass der Stand der Flüssigkeit 01 im Druckbehälter 02 immer unterhalb des Einlaufes der zuführende Druckleitung 05 liegt.
Windkesselanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass durch die obere Wandung des Druckbehälters 02 ein Staurohr 11 mit wesentlich kleinerem Durchmesser als dieser bis kurz über die abführende Druckleitung 06 angeordnet ist und das Staurohr 11 mit einem Be- und Entlüftungsventil 12 verbunden ist.