DE1072887B

DE1072887B - Free-wheeling check valve for high pressure centrifugal pumps

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Publication number: DE1072887B
Application number: DENDAT1072887D
Authority: DE
Inventors: Gummersbach Wilhelm Odcndahl (RhId.)
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Publication date: 1960-01-07

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Konstruktionsmaßnahmen, bei Armaturen, deren Verschlußkörper sich selbsttätig in Abhängigkeit von der jeweiligen Durchflußmenge in eine Gleichgewichtslage einstellt. Es wurde vielfach beobachtet, daß derartige Verschlußkörper zum Pendeln neigen, wenn die Armaturen in elastisch verlegten Rohrleitungen eingebaut sind. Dieser Mangel soll durch entsprechende Konstruktionsmaßnahmen beseitigt werden. Da Pendelungserscheinungen besonders störend in Speiseleitungen für Dampfkesselanlagen in Erscheinung treten und meist eine Kesselspeisung unmöglich machen, werden die neuen Erkenntnisse für die bei Freilauf-Rückschlagventilen vorliegenden Verhältnisse beschrieben.The present invention relates to construction measures, for valves, the closure body of which is automatically dependent on the respective Adjusts the flow rate in an equilibrium position. It has often been observed that such closure bodies tend to oscillate when the fittings are installed in flexible pipelines are. This deficiency should be eliminated by appropriate construction measures. Since there are oscillation phenomena are particularly disturbing in feed lines for steam boiler systems and usually a boiler feed is impossible make, the new knowledge for the existing conditions with free-wheeling check valves described.

Den Kesselspeise-Kreiselpumpen ist im allgemeinen ein Freilauf-Rückschlagventil nachgeschaltet, das während des Schwachlastbetriebes der Pumpe selbsttätig die zur Sicherheit der Pumpe erforderliche Mindestmenge durch einen Nebenauslaß abführt. Derartige Freilauf-Rückschlagventile steuern mit Hilfe des Eigengewichts des Rückschlagkegels über Betätigungsglieder den Schieber oder ein sonstiges Absperrorgan des Nebenauslasses in Abhängigkeit von der jeweiligen Speisemenge. Es sind ebenfalls Konstruktionen bekannt, bei denen zur Gewährleistung einer größeren Sicherheit und Genauigkeit der Rückschlagkegel mittels Federkraft in seine Schließlage gedrückt wird. Diese Federn sollen dabei jedoch ausdrücklich keine nennenswerten Kräfte ausüben. Bei diesen Konstruktionen wird der Nebenauslaß zum Abführen der Mindestmenge geschaltet. Er ist also entweder offen oder geschlossen, ohne daß Zwischenstellungen möglich wären.The boiler feed centrifugal pumps are generally followed by a free-wheeling check valve which automatically the minimum amount required for the safety of the pump during the low-load operation of the pump discharges through a secondary outlet. Such free-wheeling check valves control with the help the weight of the non-return cone via actuators, the slide or another shut-off device of the secondary outlet depending on the respective amount of food. There are also constructions known where to ensure greater safety and accuracy of the non-return cone is pressed into its closed position by means of spring force. However, these springs are expressly intended do not exert any significant forces. In these constructions, the secondary outlet is used Discharge of the minimum amount switched. So it is either open or closed without any intermediate positions would be possible.

Auch ist es bekannt, bei Freilauf-Rückschlagventilen zwischen dem unteren Führungsschaft und dem Rückschlagkegel eine Feder vorzusehen, die in Tätigkeit tritt, wenn bei einer gewissen Hubhöhe, bei der der seitliche Freilauf bereits geschlossen ist, der untere Führungsschaft durch einen Anschlag festgehalten wird. Im Hubbereich der Freilaufbetätigung bleibt die Feder jedoch vollkommen wirkungslos, weil ihre Vorspannung größer als die zur Betätigung des Freilaufschiebers zu überwindende Reibungskraft ist und sein muß.It is also known for free-wheeling check valves between the lower guide shaft and to provide a spring for the non-return cone, which comes into action when at a certain lifting height the side freewheel is already closed, the lower guide shaft held by a stop will. In the stroke range of the freewheel actuation, however, the spring remains completely ineffective because their bias is greater than the frictional force to be overcome to actuate the freewheel slide and must be.

Es ist ferner bekannt, Eigenbewegungen von Ventilkörpern dadurch zu bremsen, daß die Ventilfeder mit großer Länge bei kleinem Windungsdurchmesser vorgesehen wird. Eine solche Feder biegt seitlich aus und reibt in der Führung, wodurch Bewegungsenergie vernichtet, also eine Schwingbewegung gedämpft wird.It is also known to brake the own movements of valve bodies in that the valve spring is provided with a large length with a small winding diameter. Such a spring flexes sideways and rubs in the guide, which destroys kinetic energy, i.e. dampens an oscillating movement will.

Bekannt ist es weiter, Ventilkörper starr mit Flüssigkeitsbremsen zu verbinden-, die aus einem mitIt is also known to have rigid valve bodies with fluid brakes to connect - that out of one with

Fr eilauf-Rucks chlagventil
für Höchstdruck-KreiselpumpenFree movement jerk valve
for high pressure centrifugal pumps

Anmelder:Applicant:

Wilhelm Odendahl,
Gurnmersbach. (RhId.), Lebrechtstr. 25Wilhelm Odendahl,
Gurnmersbach. (RhId.), Lebrechtstr. 25th

Wilhelm Odendahl, Gummersbach (RhId.),
ist als Erfinder genannt wordenWilhelm Odendahl, Gummersbach (RhId.),
has been named as the inventor

Flüssigkeit gefüllten Zylinder mit passendem längs-Liquid-filled cylinder with a matching longitudinal

ao verschieblichem Kolben bestehen. Die Dämpfungswirkung einer solchen Flüssigkeitsbremse kann durch ein veränderliches Drosselventil am Zylinder den A^erhältnissen angepaßt werden.ao displaceable piston exist. The damping effect of such a fluid brake can be a variable throttle valve on the cylinder can be adapted to the conditions.

Die bekannte Flüssigkeitsbremse hat den Nachteil, daß sie sich in ausreichend wirksamer Größe in längsdurchflossenen Ventilen nicht unterbringen läßt, ohne daß die Ventilgehäuse stark vergrößert werden müßten.The known liquid brake has the disadvantage that it is sufficiently effective in size can not accommodate longitudinally flowed valves without the valve housing being greatly enlarged would have to.

Die Pendelungserscheinungen der Verschlußkörper treten auf, wenn die Armaturen in elastisch verlegten Rohrleitungen eingebaut sind. Da nun die Verschlußkörper durch von der Rohrleitung herrührende Kräfte erregt werden, liegt das Problem erzwungener Schwingungen vor, bei dem die Dämpfung aufgehoben und in eine Phasenverschiebung verwandelt wird. Durch das Vorsehen einer starken Dämpfungseinrichtung allein kann somit das vorliegende Problem nicht gelöst werden, wenn der Verschlußkörper fremd erregt wird.The pendulum phenomena of the closure body occur when the fittings are laid in an elastic manner Pipelines are installed. Since now the closure body by originating from the pipeline Forces are excited, there is the problem of forced vibrations, in which the damping is canceled and is turned into a phase shift. By providing a strong damping device The problem at hand cannot therefore be solved by itself if the closure body is externally excited will.

Besonders in Hoch- und Höchstdruckspeiseleitungen beobachtet man beim Arbeiten der Pumpe im Schwachlastbetrieb Unregelmäßigkeiten des Flüssigkeitsstromes, die zu starken Schwingungen der Speiseleitung und des Pumpenfundamentes sowie zum Hämmern des Rückschlagkegels des Freilauf-Rückschlagventils und unter Umständen des Speisekopfes führen. Ein Speisebetrieb ist bei der geschilderten pulsierenden Strömung nicht möglich, da Pumpe und Freilauf-Rückschlagventil diesen schweren Ansprüchen auf die Dauer nicht gewachsen sind und in der Kesseltrommel Spiegelschwankungen durch veränderliches Niederschlagen der im Kesselwasser aufsteigenden Dampfblasen auftreten, die zu Kesselspucken führen können.Particularly in high and extremely high pressure feed lines one can observe when the pump is working in the Low-load operation Irregularities in the liquid flow that lead to strong vibrations in the feed line and the pump foundation as well as for hammering the non-return cone of the one-way check valve and possibly lead the feed head. A dining establishment is at the one described pulsating flow is not possible because the pump and free-wheeling check valve meet these heavy demands have not grown in the long run and fluctuations in the level in the boiler drum are caused by changes The vapor bubbles rising in the boiler water are precipitated, which lead to boiler spitting being able to lead.

509 70S/18O509 70S / 18O

Es wurde nun schon vorgeschlagen, oberhalb des Sitzes des Rückschlagventilkegels einen besonderen, mit einem bei Bedarf von Hand zu betätigenden Absperrorgan versehenen Nebenauslaß anzuordnen, mit dessen Hilfe beim Auftreten von Pendelungen eine zusätzliche Wassermenge abgelassen werden kann, durch die der Rückschlagkegel aus dem Hubbereich der automatischen Nebenauslaßbetätigung herausgehoben wird. Eine solche Maßnahme ist jedoch vollkommen unzweckmäßig, da mit ihr das Prinzip der Automatik wieder verlassen wird und ein Parallelbetrieb mehrerer Speisepumpen nicht mehr möglich ist, denn bei der geringsten Kennlinienabweichung der Pumpen ist der oberhalb des Kegelsitzes angeordnete zusätzliche Nebenauslaß der Pumpe mit der höchsten Kennlinie zugeordnet, wenn, wie üblich, die Rohrleitungswiderstände gering sind. Inzwischen konnte außerdem noch festgestellt werden, daß der bekannte Vorschlag nicht in allen Fällen Pendelungen beseitigt.It has now been proposed that a special, to be arranged with a manually operated shut-off device if necessary, with the aid of which an additional amount of water can be drained off when oscillations occur, by which the non-return cone is lifted out of the stroke range of the automatic auxiliary outlet actuation will. However, such a measure is completely inexpedient, since with it the principle of Automatic mode is exited again and parallel operation of several feed pumps is no longer possible because the smallest deviation from the characteristic curve of the pumps is the one above the conical seat additional secondary outlet assigned to the pump with the highest characteristic curve, if, as usual, the Pipe resistances are low. In the meantime it has also been established that the known suggestion does not eliminate oscillations in all cases.

Beobachtungen lassen den Schluß zu, daß die Ursache der Pendelungen in der Elastizität der Rohrleitungen zu suchen ist. Lange Rohrleitungen mit hohem Innendruck müssen für den Transport hoch vorgewärmten Speisewassers zur Vermeidung von Wärmespannungen äußerst elastisch verlegt werden. Insbesondere müssen die Rohrkrümmer zur einwandfreien Aufnahme der Kräfte große Krümmungsradien aufweisen. Derartige Rohrkrümmer wirken wie Manometerfedern und bewirken kräftige seitliche Auslenkungen der anschließenden Leitungsteilstücke. Da in der Rohrleitung ein Wassertransport stattfindet, gelten für das Rohrinnere die Gesetze der Relativbewegung. Somit findet zwischen den Rohrwänden und dem Speisewasser ein ständig wechselnder Energieaustausch statt, der auf die Coriolis-Beschleunigung zurückzuführen ist. Ein Teil der kinetischen Energie der Flüssigkeit wird also vorübergehend von der schwingenden Rohrleitung aufgenommen und in potentielle Energie umgewandelt, um bei der Rückstellung wieder an die Flüssigkeit als Bewegungsenergie abgegeben zu werden. Der stetige Wechsel der Energieform ist das typische Merkmal eines S chwingungs Vorganges. Da die Flüssigkeit Energie abgibt und wieder aufnimmt, muß die Strömung pulsierend sein. Eine solche pulsierende Strömung gehorcht der erweiterten Bernoullischen Gleichung und unterliegt demnach entsprechenden Änderungen des statischen Druckes. Diese Änderungen des Rohrleitungs-Innendruckes wären an sich in der Lage, die Rohrleitungsschwingungen aufrechtzuerhalten, wenn sie nicht von Natur aus gedämpft wären.Observations allow us to conclude that the cause of the oscillations is the elasticity of the pipelines to look for. Long pipelines with high internal pressure must be high for transport preheated feed water can be laid extremely elastically to avoid thermal stresses. In particular, the pipe bends must have large radii of curvature to properly absorb the forces exhibit. Such pipe elbows act like pressure gauge springs and produce strong lateral ones Deflections of the subsequent pipe sections. Since water is transported in the pipeline, The laws of relative motion apply to the inside of the pipe. Thus takes place between the pipe walls and the feed water, a constantly changing exchange of energy takes place, which is due to the Coriolis acceleration is due. So some of the kinetic energy of the liquid becomes temporary absorbed by the vibrating pipeline and converted into potential energy in order to to be given back to the liquid as kinetic energy when resetting. The steady one A change in the form of energy is the typical characteristic of a vibration process. As the liquid Releases and absorbs energy, the flow must be pulsating. Such a vibrant one Flow obeys the extended Bernoulli equation and is therefore subject to corresponding Changes in static pressure. These changes in the internal pipeline pressure would be per se able to sustain pipe vibrations when not naturally dampened would be.

Die beschriebenen Schwingungen liegen meist im Frequenzbereich von 1 bis 5 Hz. Sie treten besonders stark bei Verwendung von Speisepumpen mit labiler oder zumindest äußerst flacher Charakteristik auf. Hoher Druck und weitgehende Speisewasservorwärmung begünstigen die Erscheinung. Anwachsende Amplituden sind im allgemeinen bei Verwendung von Pumpen mit labiler Charakteristik im Fördermengenbereich von Null bis zum Scheitelpunkt zu beobachten. Bei sehr flacher Pumpencharakteristik tritt das Pendeln im Fördermengenbereich von Null bis zum vollkommenen Abschluß des Nebenauslasses des Freilauf-Rückschlagventils auf.The vibrations described are mostly in the frequency range of 1 to 5 Hz. They occur particularly strongly when using feed pumps with unstable or at least extremely flat characteristics. Higher Pressure and extensive feed water preheating favor the phenomenon. Growing end When using pumps with unstable characteristics, amplitudes are generally in the delivery volume range watch from zero to the apex. With very flat pump characteristics, oscillation occurs in the delivery rate range from zero to the complete closure of the bypass outlet of the free-wheeling check valve on.

Die Verstärkung der Amplituden der an sich gedämpften Rohrleitungsschwingungen kann ihre Ursache nur in der Resonanz mit einem gekoppelten Schwingsystem haben. Da nun der Kegel des Freilauf-Rückschlagventils in Abhängigkeit von den jeweiligen Speisemengen Gleichgewichtslagen einnimmt, ist er ein schwingfähiger Körper. Auf diesen Umstand ist bereits früher hingewiesen worden. Die Eigenfrequenz des Rückschlagkegels ändert sich stark mit der Hubhöhe. Bei den üblichen Freilauf-Rückschlagventilen wird der gefährliche Frequenzbereich von 1 bis 5 Hz zumindest teilweise durchlaufen. Es ist daher Resonanz zu erwarten.The increase in the amplitudes of the damped pipe vibrations can be the cause only have in resonance with a coupled oscillation system. Now there is the cone of the free-wheeling check valve depending on the respective amount of food, if it is in equilibrium, it is a body that can vibrate. To this fact has already been pointed out earlier. The natural frequency of the non-return cone changes significantly with it the lifting height. With the usual free-wheeling check valves, the dangerous frequency range of 1 to 5 Hz at least partially. A response can therefore be expected.

Es wurde nun bereits vorgeschlagen, durch Vergrößerung des Kegeldurchmessers die Dämpfung des Rückschlagkegels so zu erhöhen, daß der aperiodische Grenzfall überschritten wird. Diese Maßnahme unterdrückt jedoch nur solche Schwingungen, die am Rückschlagkegel selbst entstehen. Zur Auslöschung der geschilderten Pendelungen ist sie nicht geeignet, wie die Praxis gezeigt hat.It has now been proposed that the attenuation of the To increase the non-return cone so that the aperiodic limit is exceeded. This measure is suppressed however, only those vibrations that arise on the non-return cone itself. To eradicate the It is not suitable for the oscillations described, as practice has shown.

Es liegt also die Aufgabe vor, jegliche Resonanz des Rückschlagkegels mit der zu erwartenden Rohrleitungsschwingung unmöglich zu machen.The task at hand is to detect any resonance of the non-return cone with the expected pipe vibration impossible to do.

Als erster Lösungsweg zeigt sich die Meidung des gefährlichen Frequenzbereiches von 1 bis 5 Hz. Die Eigenfrequenz des Rückschlagkegels muß also so angehoben werden, daß an keiner Stelle des Hubes eine Frequenz unter 5 Hz möglich ist. Dies geschieht dadurch, daß die Eigenmasse des Rückschlagkegels auf das Mindestmaß reduziert wird und die Verstellkraft im wesentlichen durch eine starke Feder erzeugt wird.The first solution is to avoid the dangerous frequency range from 1 to 5 Hz Natural frequency of the non-return cone must therefore be raised so that at no point in the stroke a Frequency below 5 Hz is possible. This happens because the weight of the non-return cone increases the minimum is reduced and the adjusting force is essentially generated by a strong spring.

Als weitere Maßnahme bietet sich die Verwendung eines stark wirksamen Dämpfungsraumes an, der in der Lage ist, die Druckkräfte des Wassers aufzunehmen. As a further measure, the use of a highly effective damping space is available, which is shown in is able to absorb the pressure forces of the water.

Der dritte Lösungsweg besteht darin, die Kopplung zwischen dem strömenden Wasser und dem Rückschlagkegel aufzuheben.The third approach is the coupling between the flowing water and the non-return cone to cancel.

Zur Erzielung einer weitgehenden Sicherheit werden in der neuen Armatur alle drei an sich theoretisch schon allein ausreichenden Maßnahmen gemeinsam verwendet.In order to achieve a high level of safety, all three are theoretical in the new valve sufficient measures alone are used together.

Werden das Eigengewicht des Rückschlagkegels mit G, die Federkraft mit K, die Erdbeschleunigung mit g und der Kegelhub im Moment des vollkommenen Abschlusses des Nebenauslasses mit H bezeichnet, so ergibt sich, da die Frequenz mit steigendem Hub fällt, als niedrigste Eigenfrequenz des Rückschlagkegels :If the dead weight of the non-return cone is designated with G, the spring force with K, the acceleration due to gravity with g and the cone stroke at the moment of the complete closure of the secondary outlet with H , then, since the frequency decreases with increasing stroke, the lowest natural frequency of the non-return cone results:

f = f =

2π2π

1 +1 +

(Hz).(Hz).

Es läßt sich ohne weiteres nachrechnen, daß bei den üblichen Freilauf-Rückschlagventilen ohne bzw. mit nicht nennenswerter Federkraft K das gefährliche Frequenzband 1 bis 5 Hz durch die Hubgrenzen 500 und 20 mm bestimmt ist. Die Hübe aller bekannten Freilauf-Rückschlagventile liegen in diesem Bereich.It can easily be verified that in the usual free-wheeling check valves without or with an insignificant spring force K, the dangerous frequency band 1 to 5 Hz is determined by the stroke limits 500 and 20 mm. The strokes of all known free-wheeling check valves are in this range.

Wählt man demgegenüber erfindungsgemäß zur Verstellung des Rückschlagkegels eine Federkraft, die z. B. das Fünfzehnfache des Kegelgewichts beträgt, so ergibt sich für einen Hub von 40 mm eine minimale Eigenfrequenz von etwa 7 Hz.If, on the other hand, according to the invention for adjusting the check cone, a spring force is selected which z. B. is fifteen times the weight of the cone, there is a minimum for a stroke of 40 mm Natural frequency of about 7 Hz.

Die Federkraft K läßt sich durch das Produkt aus der Federsteife c und dem Hub H ausdrücken. Da sich die Frequenz mit kleiner werdendem Hub vergrößert, kann die Länge der entspannten Feder so gewählt werden, daß die Feder erst bei Erreichen der Hubhöhe, die der minimal gewünschten Eigenfrequenz entspricht und mit h bezeichnet werden soll, wirksam wird. Die Federkraft ist dann bei der Hubhöhe h ge-The spring force K can be expressed by the product of the spring stiffness c and the stroke H. Since the frequency increases as the stroke becomes smaller, the length of the relaxed spring can be chosen so that the spring only becomes effective when the stroke height is reached, which corresponds to the minimum desired natural frequency and is to be denoted by h. The spring force is then at the lifting height h

rade Null. Oberhalb von h ergibt sich, wie man leicht feststellen kann, die konstante Frequenzjust zero. As can be easily ascertained, the constant frequency results above h

(H₂).(H ₂ ).

2π2π

periodischen Kräfte ebenfalls den Rückschlagkegel des Freilauf-Rückschlagventils in Schwingungen versetzen, und zwar in besonders starkem Maße dann, wenn das Freilauf-Rückschlagventil nicht am Druckstutzen der Pumpe, sondern in der frei beweglichen Rohrleitung eingebaut ist. Die durch irgendeinen Regelvorgang ausgelösten, an sich gedämpften Schwingungen der elastischen Rohrleitung versetzen nun den stark gedämpften Rückschlagkegel des Frei-periodic forces also cause the non-return cone of the free-wheeling check valve to vibrate, and to a particularly large extent when the free-wheeling check valve is not on the pressure port the pump, but is built into the freely movable pipeline. The by any Displacement of the damped vibrations of the elastic pipeline triggered by the control process now the strongly damped non-return cone of the free

bisher bekannter Freilauf-Rückschlagventile zu beobachtende Amplitudenverstärkung der Rohrleitungsschwingung. previously known free-wheeling check valves, amplitude amplification of the pipeline oscillation can be observed.

Über die zweckmäßige Größe des Dämpfungsraumes sind keine genauen Angaben zu machen. Bei den üblichen Dichtungsspalten ist der Dämpfungsraum erfahrungsgemäß als wirksam anzusehen, wenn sein Querschnitt, senkrecht zur Hubrichtung ge-No precise information is to be given about the appropriate size of the damping space. at Experience has shown that the damping chamber is to be regarded as effective in the usual sealing gaps if its cross-section, perpendicular to the stroke direction

Durch diese einfache Maßnahme wird ein Absinken
der Eigenfrequenz oberhalb des Hubes H mit Sicherheit vermieden, da keine Abhängigkeit mehr vom io lauf-Rückschlagventils in stampfende Bewegung, ohne Kegelhub besteht. daß sich dabei der Drosselquerschnitt für das Speise-This simple measure causes a drop
the natural frequency above the stroke H is avoided with certainty, since there is no longer any dependency on the io running check valve in pounding motion without a cone stroke. that the throttle cross-section for the feed

Es wird dabei also angenommen, daß der Kegel wasser irgendwie ändert. Der schwingende Kegel hat gewichtslos ist und die Feder gerade bei Aufliegen also keinen Einfluß auf den Strömungszustand des der Sitzflächen die Kraft Null hat. Die so errechnete Speisewassers, insbesondere kann er weder eine Feder wird um die Federlänge gekürzt, die bei der 15 Pulsation hervorrufen noch verstärken. Es untervorliegenden Federsteife c eine Kraft ergeben würde, bleibt daher mit Sicherheit die bei Verwendung die dem Gewicht des Kegels entspricht.So it is assumed that the cone changes water somehow. The vibrating cone has no weight and the spring has no influence on the flow condition of the seat surfaces when the force is zero. The feed water calculated in this way, in particular it can neither be a spring, is shortened by the length of the spring that causes or intensifies pulsation during the 15. It would result in a force under the existing spring stiffness c , therefore it remains with certainty that when used corresponds to the weight of the cone.

Alle bisher bekannten Freilauf-Rückschlagventile arbeiten nach dem Prinzip, das der zur Betätigung des Absperrorgans des Nebenauslasses die Verstellkraft liefernde Verschlußkörper mit wachsendem Hub einen, wachsenden Durchflußquerschnitt für das Speisewasser freigibt. Dies ist das Arbeitsprinzip aller Ventile, das erfindungsgemäß verlassen wird.All previously known free-wheeling check valves work according to the principle that is used for actuation of the shut-off element of the secondary outlet, the closing body delivering the adjusting force with increasing stroke releases a growing flow cross-section for the feed water. This is the working principle of all valves, which is left according to the invention.

Wenn sich der Durchfluß querschnitt für das Speise- 25 messen, dem Rohrleitungsquerschnitt entspricht oder wasser mit steigender Speisemenge vergrößert, wobei größer als dieser ist. Der Dämpfungsraum hat die gleichzeitig der Hub des Verschlußkörpers wächst, so Aufgabe, die Pulsation der Speisemenge abzubedeutet dies ebenfalls eine Änderung des Durchfluß- schwächen. Die auftretenden Massenkräfte sind von querschnittes für das Speisewasser bei konstanter der Länge und der Form der Speiseleitung abhängig Speisemenge und schwingendem Verschlußkörper. 30 und können im voraus nicht bestimmt werden. Der schwingende Verschlußkörper bewirkt also eine Nachdem die Grundprinzipien der Erfindung dar-If the flow cross-section for the feed 25 is measured, corresponds to the pipe cross-section or water increases with increasing amount of food, which is greater than this. The damping space has the at the same time the stroke of the closure body increases, so the task indicates the pulsation of the amount of food this also changes the flow weaknesses. The occurring mass forces are from cross-section for the feed water with constant length and shape of the feed line Amount of food and vibrating closure body. 30 and cannot be determined in advance. The oscillating closure body thus causes a After the basic principles of the invention represent

sich periodisch ändernde Drosselung der Speisewassermenge, wobei eine Kopplung besteht, da zwischen dem schwingenden Verschlußkörper und der
entstehenden pulsierenden Speisewasserströmung ein 35
ständig wechselnder Energieaustausch stattfindet. Das
bisher bei den bekannten Freilauf-Rückschlagventilen
ausschließlich angewendete Ventilprinzip ist also für
die Kopplung der Kegelschwingung mit der Wassermengenschwingung verantwortlich. Dies gilt für alle 40 Längsrichtung bewegen. Auf dem Schaft 5 ist der von der Durchflußmenge betätigten Ventile und Rückschlagkegel 6 befestigt, der in Schließlage mit Klappen. seiner Sitzfläche 7 auf der Gegensitzfläche 8 desperiodically changing throttling of the amount of feed water, a coupling there being between the oscillating closure body and the
resulting pulsating feed water flow 35
constantly changing energy exchange takes place. That
so far with the known free-wheeling check valves
exclusively applied valve principle is therefore for
the coupling of the cone vibration with the water volume vibration is responsible. This goes for every 40 lengthways move. On the shaft 5, the valve and non-return cone 6 actuated by the flow rate is attached, which in the closed position with flaps. its seat 7 on the opposite seat 8 of the

Die Erfindung beseitigt die Kopplung dadurch, daß Unterteiles 1 ruht. Der Rückschlagkegel 6 ist unterder zur Betätigung des Absperrorgans des Neben- halb der Sitzfläche 7 als Differentialkolben 9,10 auslasses dienende Rückschlagkegel im Hubbereich der 45 gebildet, der mit den Dichtflächen 11 und 12 des Nebenauslaßbetätigung mit Hilfe eines konstant Unterteils 1 den Dämpfungsraum 13 bildet. Der bleibenden Drosselquerschnitts durch die Speisemenge Rückschlagkegel 6 besitzt innerhalb des Differentialgehoben bzw. gesenkt wird. Da der Drosselquer- kolbens 9,10 die Aussparung 14, welche zusammen schnitt für die Speisemenge im betrachteten Hub- mit den Bohrungen 15 und dem durch die Rundmutter bereich konstant bleibt, verursacht ein Schwingen des 50 16 gebildeten Ringspalt 17 eine Überbrückung des Kegels keine Änderung der Drosselung der Speise- Differentialkolbens 9, 10 für das Speisewasser darmenge mehr. Umgekehrt führt eine pulsierende stellt. Der Wasserstrom entlang den Dichtflächen 11 Speisemenge nicht mehr zu Kegelschwingungen, denn und 12 ist relativ gering. Die Drosselwirkung des die Aufhebung der Kopplung wirkt sich naturgemäß Ringspaltes 17 wird zweckmäßigerweise relativ groß in beiden Richtungen aus. Die Verwendung des kon- 55 gewählt, damit durch Austausch der Ringmutter 16 stanten Drosselquerschnittes im betrachteten Hub- innerhalb eines großen Bereichs die gewünschte bereich wird dadurch ermöglicht, daß die Verstell- Durchflußmenge festgelegt werden kann. Oberhalb kraft für den Rückschlagkegel im wesentlichen von der Rundmutter 16 ist eine leicht verschiebliche finer kräftigen Feder herrührt. Die Federkraft wächst Buchse 18 vorgesehen, die als einfaches Rückschlagnit dem Hub, daher ist zum Anheben des Rückschlag- 60 ventil wirkt und bei Ausfall der Pumpe das Rückkegels eine ansteigende Drosselung der Speisemenge strömen des Speisewassers verhindert, solange dieThe invention eliminates the coupling in that the lower part 1 rests. The non-return cone 6 is formed under the non-return cone in the stroke area of 45, which serves to actuate the shut-off element adjacent to the seat surface 7 as a differential piston 9, 10 outlet, which forms the damping chamber 13 with the sealing surfaces 11 and 12 of the auxiliary outlet actuation with the aid of a constant lower part 1. The remaining throttle cross-section through the feed quantity check cone 6 is raised or lowered within the differential. Since the throttle cross piston 9, 10 the recess 14, which cut together for the amount of food in the considered stroke with the bores 15 and the area through the round nut, remains constant, a swinging of the annular gap 17 formed by bridging the cone does not cause any change the throttling of the feed differential piston 9, 10 for the feed water darkte more. Conversely, it performs a pulsating poses. The water flow along the sealing surfaces 11 feed quantity no longer causes cone vibrations, because and 12 is relatively small. The throttling effect of the cancellation of the coupling naturally affects the annular gap 17 and is expediently relatively large in both directions. The use of the con-55 chosen so that by exchanging the ring nut 16 constant throttle cross-section in the considered stroke within a large range, the desired range is made possible by the fact that the adjustable flow rate can be determined. Above the force for the non-return cone essentially from the round nut 16 is an easily displaceable finer strong spring. The spring force increases bushing 18, which acts as a simple return with the stroke, therefore acts to lift the non-return valve and, if the pump fails, the return cone prevents increasing throttling of the feed water flow as long as the

Sitzfläche 7 noch nicht auf der Gegensitzfläche 8 ruht. Ein Rückströmen des Speisewassers hat ein Rückwärtslaufen der Pumpe zur Folge und verursacht Totalschaden, wenn die Pumpe oder deren Antriebsmaschine Preßschmierlager besitzen und die Preßölpumpe von der Hauptwelle angetrieben wird. Zwischen der oberen Führung 4 im Oberteil 2 und dem Rückschlagkegel 6 ist die Feder 19 angeordnet, dieSeat 7 is not yet resting on the opposite seat 8. A backflow of the feed water has a reverse flow result in the pump and cause total loss if the pump or its prime mover Have press lubrication bearings and the press oil pump is driven by the main shaft. Between the upper guide 4 in the upper part 2 and the non-return cone 6, the spring 19 is arranged, the

gelegt sind, sollen weitere erfindungsgemäße Maßnahmen an Hand der Zeichnungen beschrieben werden.are laid, further measures according to the invention are to be described with reference to the drawings will.

Die Fig. 1 zeigt im Schnitt ein erfindungsgemäßes Freilauf-Rückschlagventil für senkrechten Einbau. Das Ventilgehäuse besteht aus dem Unterteil 1 und dem Oberteil 2. In den Führungen 3 und 4 kann sich der Schaft 5 zwischen den Endlagen des Hubes inFig. 1 shows in section a free-wheeling check valve according to the invention for vertical installation. The valve housing consists of the lower part 1 and the upper part 2. In the guides 3 and 4 can be the shaft 5 between the end positions of the stroke in

erforderlich, was bei konstantem Drosselquerschnitt eine ansteigende Speisemenge ergibt, was wiederum, wie gewünscht, eine eindeutige Abhängigkeit des Kegelhubes von der Speisemenge ergibt.required, which results in an increasing amount of feed with a constant throttle cross-section, which in turn, as desired, there is a clear dependence of the cone stroke on the amount of food.

Die bereits behandelten transversalen Schwingungen der elastischen Rohrleitung üben augenscheinlich starke Kräfte auf das Pumpenfundament aus, das unter Umständen in heftige Schwingung gerät. Es istThe already discussed transverse vibrations of the elastic pipeline are obviously exercising strong forces on the pump foundation, which may vibrate violently. It is

daher selbstverständlich, daß die vorhandenen starken 70 sich über die Gleitbuchse 20 an der Führung 4 ab-It goes without saying that the existing strong 70 are separated from the guide 4 via the sliding bush 20.

stützt. Im Schaft 5 ist unterhalb des Rückschlagkegels 6 ein Langloch 21 vorgesehen, in das der Hebel 22 des Schiebers 23 hineinragt. Der Schieber ist zweckmäßigerweise als Drehschieber ausgebildet und verändert die zur Aufrechterhaltung der Mindestfördermenge der Kreiselpumpe durch die Düse 24 und den Nebenauslaß 25 abfließende Wassermenge. Die Hubgrenzen sind so gehalten, daß sich der Differentialkolben 9, 10 bei Überschreiten einer gewissen Speisemenge aus den Dichtflächen 11 und 12 heraushebt, so daß sich dann der Durchflußquerschnitt für das Speisewasser zur Vermeidung unnötiger Drosselverluste stark vergrößert. Es ist zweckmäßig, den Kolben 9 bei einem größeren Hub die Dichtfläche 11 verlassen zu lassen als den Kolben 10 die Dichtfläche 12. Da der Kolben 9 der größere von beiden ist, ergibt sich dadurch ein geringerer Gesamtdruckverlust in der Speisewasserströmung.supports. In the shaft 5, an elongated hole 21 is provided below the non-return cone 6, into which the lever 22 of the slide 23 protrudes. The slide is expediently designed as a rotary slide and changes the to maintain the minimum flow rate of the centrifugal pump through the nozzle 24 and the secondary outlet 25 flowing water amount. The stroke limits are kept so that the differential piston 9, 10 lifts out of the sealing surfaces 11 and 12 when a certain amount of food is exceeded, so that the flow cross-section for the feed water to avoid unnecessary throttle losses greatly enlarged. It is expedient for the piston 9 to have the sealing surface 11 for a larger stroke to leave as the piston 10, the sealing surface 12. Since the piston 9 is the larger of the two, results This results in a lower total pressure loss in the feedwater flow.

Die Fig. 2 zeigt im Schnitt eine andere Bauform des neuen Freilauf-Rückschlagventils. Die Überbrückung des Differentialkolbens 9, 10 erfolgt hier durch eine besondere Umgehungsleitung 26. Zur Vermeidung des Rückströmens ist in der Umgehungsleitung 26 das Rückschlagventil 27 vorgesehen. Damit die jeweils erforderliche Mindestmenge leicht eingestellt werden kann, ist sowohl in der Umgehungsleitung 26 als auch im Nebenauslaß 25 je ein vorzugsweise von Hand verstellbares Drosselorgan 28 und 29 vorgesehen. Durch die zweckmäßige Einstellung der Drosselorgane 28 und 29 ist nicht allein eine Anpassung der Mindestmenge an die vorliegenden Betriebsverhältnisse möglich, sondern kann auch die Form der Ventilerhebungskurve verändert werden. Es ist bekannt, daß die Form der Ventilerhebungskurve von Freilauf-Rückschlagventilen Einfluß auf das Schwingungsverhalten hat. Durch die leichte Einstellmöglichkeit können eventuelle Schwingungserscheinungen, die auf eine labile Ventilerhebungskurve zurückzuführen sind, vom Bedienungspersonal beseitigt werden. In manchen Fällen ist auch eine Änderung der Mindestmenge nützlich, z. B. wenn der Betriebsdruck einer Anlage durch Einbau oder Ausbau von Pumpenlaufrädern nachträglich verändert wird oder bei Änderung der Speisewasserzulaufverhältnisse. Fig. 2 shows in section another design of the new free-wheeling check valve. The bridging of the differential piston 9, 10 takes place here by a special bypass line 26. To avoid backflow, the check valve 27 is provided in the bypass line 26. So that the minimum amount required in each case can easily be set, a throttle element 28 and 29, preferably adjustable by hand, is provided both in the bypass line 26 and in the secondary outlet 25. The appropriate setting of the throttle elements 28 and 29 not only enables the minimum amount to be adapted to the prevailing operating conditions, but the shape of the valve lift curve can also be changed. It is known that the shape of the valve lift curve of free-wheeling check valves has an influence on the vibration behavior. Due to the easy adjustment option, any vibration phenomena that can be traced back to an unstable valve lift curve can be eliminated by the operating personnel. In some cases it is also useful to change the minimum quantity, e.g. B. when the operating pressure of a system is subsequently changed by installing or removing pump impellers or when changing the feed water inlet conditions.

Die Fig. 3 zeigt den Dämpfungsraum 13 in größerer Darstellung. Die Dichtflächen und der Kolben 10 sind über einen gewissen Bereich konisch ausgeführt. Dadurch ergeben sich mit dem Hub veränderliche Dichtungsspalte mit unterschiedlicher Drosselwirkung und entsprechenden Druckverlagerungen an den Kolben 9 und 10. Die auf den Differentialkolben wirkende Gesamtkraft kann mit Hilfe der veränderlichen Dichtungsspalte derart auf die jeweilige Federkraft abgestimmt werden, daß eine zweckmäßige und vor allem stabile Ventilerhebungskurve erzielt wird. Eine Ventilerhebungskurve ist stabil, wenn jeder eintretenden Menge· nur eine einzige Hubhöhe zugeordnet ist. Die Änderung der Kräfteverhältnisse durch veränderliche Dichtungsspalte des Dämpfungsraumes 13 ermöglicht es insbesondere, die quadratische Drosselkurve des Ringspaltes 17 annähernd zu linearisieren oder in eine andere passende Form zu bringen.3 shows the damping space 13 in a larger representation. The sealing surfaces and the piston 10 are conical over a certain area. This results in changes with the stroke Sealing gaps with different throttling effects and corresponding pressure shifts on the pistons 9 and 10. The total force acting on the differential piston can be adjusted with the help of the variable sealing gap be matched to the respective spring force that an appropriate and above all stable valve lift curve is achieved. A valve lift curve is stable when everyone is entering Quantity · only a single lifting height is assigned. The change in the balance of power through changeable Sealing gap of the damping chamber 13 makes it possible in particular to use the quadratic throttle curve of the To approximately linearize the annular gap 17 or bring it into another suitable shape.

Die Fig. 4 zeigt den Dämpfungsraum 13 mit Labyrinthabdichtung. Durch zweckmäßige Verteilung der Labyrinthnuten 30 läßt sich der gleiche Effekt erzielen wie durch veränderliche Dichtungsspalte, nur ergibt sich außerdem noch der weitere Vorteil, daß infolge der erhöhten Dichtwirkung die Dämpfungskräfte wesentlich größer werden. 4 shows the damping space 13 with a labyrinth seal. Through appropriate distribution of the Labyrinth grooves 30 can be achieved the same effect as with variable sealing gaps, only There is also the further advantage that the damping forces are significantly greater as a result of the increased sealing effect.

Es hat sich gezeigt, daß der Verstellwiderstand des Schiebers 23 kurz vor dem vollkommenen Abschluß sehr stark ansteigt. Die Ursache dieser Erscheinung ist darin zu suchen, daß bei der üblichen Ausbildung der Düse 24 als quer zur Schieberbewegung liegendes Langloch der Schieber 23 infolge seiner Durchbiegung durch den Innendruck mit seiner unteren Kante gegen die untere Kante der Düse 24 stößt. Zur Vermeidung dieses Nachteiles, der hohe Verstellkräfte erfordert und zu schnellem Schieberverschleiß führt, wird gemäß Fig. 5 die Düse 24 als mehrere nebeneinanderliegende Bohrungen 24 a, 24 b, c ausgeführt.It has been shown that the adjustment resistance of the slide 23 rises very sharply shortly before it is completely terminated. The cause of this phenomenon is to be found in the fact that with the usual design of the nozzle 24 as an elongated hole lying transversely to the slide movement, the slide 23 hits the lower edge of the nozzle 24 with its lower edge as a result of its deflection due to the internal pressure. To avoid this disadvantage, which requires high adjustment forces and leads to rapid slide wear, the nozzle 24 is designed as a plurality of adjacent bores 24 a, 24 b, c according to FIG. 5.

Obwohl die Erfindung für die bei Freilauf-Rückschlagventilen vorliegenden Verhältnisse beschrieben ist, soll sie nicht allein auf diese Spezialarmaturen beschränkt sein, da die gemachten Ausführungen grundsätzlich für alle Armaturen gelten, deren Verschlußkörper sich in Abhängigkeit von der Durchflußmenge in eine Gleichgewichtslage einstellen. Dies ist beispielsweise bei Sicherheitsventilen, Speiseköpfen, Druckminderern und einfachen Rückschlagventilen der Fall. Besondere Bedeutung hat die Erfindung für alle Armaturen, die in elastisch verlegte Hoch- und Höchstdruckleitungen eingebaut werden sollen.Although the invention has been described for the conditions present in free-wheeling check valves is, it should not be limited to these special fittings alone, since the statements made basically apply to all fittings, the closure body of which depends on the flow rate adjust to a position of equilibrium. This is for example with safety valves, feed heads, Pressure reducers and simple check valves are the case. The invention is of particular importance for all fittings that are to be installed in elastically laid high and maximum pressure lines.

Claims

Patent claims:

1. Free-wheeling check valve to maintain the minimum flow rate of an upstream Centrifugal pump by means of a spring-loaded non-return cone depending on the stroke actuated bypass outlet, characterized in that the dead weight of the non-return cone such is matched to the spring force that the natural frequency of this vibration system in the whole Stroke range is above 5 Hz.

2. Free-wheeling check valve according to claim 1, characterized in that the stroke range The secondary outlet is actuated by a differential piston rigidly connected to the non-return cone forms a damping space with the valve housing, which is bridged by a bypass line is.

3. free-wheeling check valve according to claim 1 or 2, characterized in that the the Conical stroke causing throttle cross-section in the stroke range of actuation of the secondary outlet constant is.

4. free-wheeling check valve according to one of claims 1 to 3, characterized in that the effective area of the differential piston is at least as large as the inlet cross-section of the Valve is.

5. free-wheeling check valve according to one of claims 1 to 4, characterized in that the stroke is dimensioned so that the differential piston can leave the damping chamber.

6. free-wheeling check valve according to one of claims 1 to 5, characterized in that the bypass line of the damping chamber and / or the secondary outlet adjustable from the outside Own throttle organs.

7. free-wheeling check valve according to one of claims 1 to 6, characterized in that the bypass line of the damping chamber has a check valve.

8. free-wheeling check valve according to one of claims 1 to 7, characterized in that

the sealing effect of the sealing gap of the differential piston is variable with the stroke.

9. free-wheeling check valve according to one of claims 1 to 8, characterized in that the spring has a dead gear.

10. free-wheeling check valve according to one of claims 1 to 9, characterized in that

the nozzle of the auxiliary outlet consists of several adjacent holes.

Considered publications: German Patent Specifications No. 881 594, 705 695; U.S. Patent No. 2,768,643.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings