DE1192002B

DE1192002B - Windkesselanordnung zum Schutze der Druckleitungen von Pumpanlagen

Info

Publication number: DE1192002B
Application number: DES67195A
Authority: DE
Inventors: Jean Duc
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1960-02-10
Filing date: 1960-02-20
Publication date: 1965-04-29
Also published as: GB926091A; NL108430C; AT221372B; CH375993A

Description

Windkesselanordnung zum Schutze der Druckleitungen von Pumpanlagen Die Erfindung betrifft eine Windkesselanordnung zum Schutz der Druckleitungen von Pumpanlagen mit stetig fördernden Pumpen gegen unzulässige Druckschwankungen, bei der in der Verbindungsleitung zwischen dem Windkessel und der Druckleitung eine den Durchfluß zur Druckleitung unter geringem Strömungswiderstand freigebende, mit einer kleinen, ständig frei bleibenden Durchlaßöffnung versehene Rückschlagklappe vorgesehen ist.
Beim Einschalten von Pumpen entstehen in der Druckleitung deshalb Druckstöße, weil die Pumpe, z. B. eine Zentrifugalpumpe, bevor die Wassersäule in der Rohrleitung in Bewegung gesetzt wird, einen Anlaufdruck entwickelt, der meistens bedeutend höher ist als der normale Betriebsdruck. So kann z. B. eine Pumpe für eine Förderhöhe von 60 m einen Anlaufdruck von 90 m Wassersäule und mehr haben. Es ist bekannt, diesen Anlaufdruck von der Rohrleitung dadurch fern zu halten, daß am Anfang der Rohrleitung in der Nähe der Pumpe ein Abschlußorgan, z. B, eine Klappe, angeordnet wird, welches erst nach dem Erreichen des Anlaufdruckes der Pumpe durch einen Elektromotor langsam geöffnet wird und allmählich die Förderung in die Druckleitung freigibt. Dieses Abschlußorgan kann auch zum Schutz der Rohrleitung gegen den beim Abstellen der Pumpe entstehenden Druckstoß verwendet werden. Dabei besteht jedoch der grundsätzliche Nachteil, daß bei einem beabsichtigten Abstellen der Pumpe das Abschlußorgan in der Druckleitung bereits einige Minuten vorher seine Schließbewegung beginnen muß. Bei unbeabsichtigtem Stehenbleiben der Pumpe, z. B. durch Ausfall der Stromzuführung, ist eine solche Einrichtung unwirksam und die Rohrleitung ungeschützt. Andererseits ist es bekannt, Rohrleitungen gegen die- beim Ausschalten von Pumpen entstehenden Druckstöße durch Windkessel zu schützen, welche selbsttätig wirken und vom elektrischen Stromnetz unabhängig sind, so daß man bei vielen Anlagen, um auch in diesem Fall einen Schutz für die Rohrleitung zu haben, Windkessel mit dem erwähnten Abschlußorgan zusammen verwendet.
Es ist für den Schutz von Wasserleitungen in der Nähe von Verbrauchern weiter ein Windkessel mit zwei in entgegengesetzten Richtungen öffnenden Rückschlagorganen bekanntgeworden mit dem Zweck, die beim Ein- und Ausschalten von Verbrauchern entstehenden Druckstöße aufzunehmen. Die Rückschlagorgane sind dabei so vorbelastet, daß sie erst beim Auftreten von Druckdifferenzen, welche im normalen Betrieb nicht auftreten, öffnen. Das gilt insbesondere für das Rückschlagorgan, welches die Strömung aus dem Windkessel in die Wasserleitung freigibt.
Dieser für einen anderen Zweck bekannte, in der Nähe von Verbrauchern aufzustellende Windkessel ist für die Verwendung bei Pumpenanlagen nicht geeignet, da das durch ein Gewicht belastete Rückschlagorgan ein schwingungsfähiges Element darstellt, das beim Schwingen die Drosselwirkung stark veränderlich machen kann. Das ist bei der Anordnung von Windkesseln gefährlich, da man zwar eine gewisse Drosselung zur Bremsung der strömenden Wassersäule benötigt, diese Drosselung jedoch eindeutig bemessen muß, um auf jeden Fall die Entstehung von Dampfblasen in der Rohrleitung und somit von Kavitation zu verhindern. Man bewirkt bei Windkesseln von Pumpenanlagen die Drosselung deshalb durch eine geeignete Drosselstelle mit festem Querschnitt in der Verbindungsleitung zwischen Windkessel und Rohrleitung. Ein in der Verbindungsleitung zusätzlich angeordnetes Rückschlagorgan muß einen geringen Strömungswiderstand haben, um die erwähnte Unsicherheit in der Drosselung soweit wie möglich auszuschließen.
Die Erfindung hat zum Ziel, die Windkessel von Pumpenanlagen derart auszubilden, daß sie nicht nur der Rohrleitung Schutz gegen Unterdruck beim Ausschalten der Pumpen gewähren, sondern die Rohrleitung auch vor dem Anlaufdruck schützen, der beim Einschalten der Pumpen entsteht. Dadurch können die bisher verwendeten motorisch betätigten Abschlußorgane entfallen, wodurch eine selbsttätige und von der elektrischen Energieversorgung unabhängige Funktion der Einrichtung erreicht wird.
Zu diesem Zweck ist eine Windkesselanordnung der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausgleich des beim Einschalten der Pumpe entstehenden Anlaufdruckes die Rückschlagklappe so ausgebildet bzw. in einem Bypaß in an sich bekannter Weise eine weitere Rückschlagklappe so angeordnet ist, daß nach überschreiten eines vorgegebenen Druckes in der Druckleitung der Durchfluß zum Windkessel freigegeben wird.
Eine besonders einfache konstruktive Ausführung der hierfür erforderlichen Rückschlagklappe besteht erfindungsgemäß darin, daß die Rückschlagklappe in der Verbindungsleitung aus ihrer die Verbindungsleitung bis auf einen kleinen frei bleibenden Querschnitt abschließenden Mittelstellung in der Richtung zur Druckleitung frei beweglich ist, in der Richtung zum Windkessel aber die Kraft eines vorbelastenden Elementes überwinden muß. Dabei weist das vorbelastende Element zweckmäßig einen zweiarmigen Hebel mit einem Gewicht auf, dessen gewichtsbelasteter Arm in der Ruhelage auf einem ortsfesten Anschlag aufliegt und dessen anderer Arm einen aus der Verbindungsleitung herausragenden Hebelansatz der Klappe in deren Mittelstellung abstützt.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigt F i g. 1 eine erfindungsgemäße Windkesselanordnung bei einer Pumpanlage, F i g. 2 eine Rückschlagklappe einer anderen Ausführungsform.
Eine durch einen nicht dargestellten Elektromotor angetriebene Kreiselpumpe 1 fördert Wasser aus einem unteren Behälter 2 durch eine Druckrohrleitung 3 in einen oberen Behälter 4. In der Druckrohrleitung 3 ist eine Rückschlagklappe 5 angeordnet. Oberhalb der Rückschlagklappe 5 mündet in die Druckrohrleitung 3 eine Verbindungsleitung 6, welche die Druckrohrleitung 3 mit dem Wasserraum eines Windkessels 7 verbindet. In der Verbindungsleitung 6 befindet sich eine Rückschlagklappe 8, die mit einer kleinen Durchflußöffnung 9 versehen ist. Um- die Rückschlagklappe 8 führt eine Bypaßleitung 10, in welcher sich eine durch ein Gewicht 11 in geschlossenem Zustand gehaltene Rückschlagklappe 12 befindet. Die Anordnung der Rückschlagklappe 8 ist derart, daß sie die Strömung aus dem Windkessel in die Druckleitung freigibt, bei umgekehrter Strömungsrichtung aber schließt. Die Klappe 12 ist bei Überdruck im Windkessel und bei Druckgleichheit geschlossen und öffnet bei einem durch das Gewicht 11 bestimmten Überdruck in der Druckleitung gegenüber dem Windkessel.
Kommt es aus irgendeinem Grunde zu einem plötzlichen Stillstand der Pumpe 1, so führt das zum Schließen der Rückschlagklappe 5. Ein gefährliches Absinken des Druckes in der Rohrleitung wird dadurch verhindert, daß durch die im Luftraum des Windkessels 7 unter Druck stehende Luft das Wasser im Windkessel durch die Verbindungsleitung 6 nach Anheben der Rückschlagklappe 8 in die Druckrohrleitung 3 gedrückt wird. Nachdem die Wassersäule in der Druckrohrleitung 3 zum Stillstand gekommen ist und der Leitungsdruck wieder ansteigt, fließt Wasser durch die Verbindungsleitung 6 und die Öffnung 9 in der Klappe 8 langsam in den Wasserraum des Windkessels zurück, und der Druck im Windkessel erreicht seinen ursprünglichen, durch den statischen Leitungsdruck gegebenen Wert. Durch die Drosselung in der Öffnung 9 wird eine Dämpfung bewirkt, welche das Auftreten von Schwingungen in der Wassermasse in dem System Rohrleitung 3-Windkessel 7 verhindert. Die Rückschlagklappe 12 bleibt bei diesem Vorgang durch die Wirkung des Gewichtes 11 normalerweise geschlossen, da dieses Gewicht so gewählt ist, daß die Klappe erst nach Überschreiten eines bestimmten Druckunterschiedes in der Verbindungsleitung 6 öffnet. Sollte jedoch der Druckunterschied zwischen der Druckrohrleitung und dem Windkessel über diesen vorbestimmten Wert ansteigen, so öffnet die Klappe 12 kurzzeitig und bewirkt den Abbau des unerwünschten Überdruckes.
Wird die Pumpe 1 aus dem Stillstand plötzlich in Bewegung gesetzt, so steigt der Druck am unteren Ende der Rohrleitung 3 über den Betriebsdruck, wobei zunächst der Druck im Windkessel auf der Größe des statischen Druckes bleibt. Da die Rückschlagklappe 12 schon bei einem unterhalb des höchsten Anlaufdruckes der Pumpe liegenden Druck in der Druckleitung 3 öffnet, wird eine unerwünschte Drucksteigerung dadurch vermieden, daß das von der Pumpe 1 geförderte Wasser durch die Umführungsleitung 10 in den Windkessel 7 strömt. Der Druck im Windkessel 7 steigt ein wenig, wird jedoch, nachdem die Wassersäule in der Rohrleitung 4 in Bewegung gesetzt worden ist, durch Ausströmen von Wasser durch die Verbindungsleitung 6 wieder abgebaut.
Die F i g. 2 zeigt eine Ausführung, bei welcher die beiden Abschlußorgane 8 und 12 in einem einzigen Organ vereinigt sind. In der Verbindungsleitung 6 ist um eine Achse 20 eine Klappe 21 schwenkbar angeordnet. Die Klappe 21 ist mit einem außen befindlichen Hebelansatz 22 versehen. Um die Achse 20 ist gleichzeitig ein Hebel 23 schwenkbar, welcher an seinem einen Ende ein Gewicht 24 trägt und auf einem ortsfesten Anschlag 25 aufliegt. Der gekrümmte andere Arm 26 des Hebels 23 stützt sich in der gezeigten Stellung an dem Hebelansatz 22 der Klappe 21 ab. Die Klappe 21 ist mit der bereits erwähnten Öffnung 9 versehen.
Entsteht beim Abstellen der Pumpe eine Strömung aus dem Windkessel 7 in die Rohrleitung 3 (in der F i g. 2 von links nach rechts), so öffnet die Klappe 21 sofort und behindert den Durchfluß nicht. Eine Strömung in der Figur von rechts nach links, d. h. von der Rohrleitung 9 in den Windkessel 7, wird jedoch durch die Klappe 21 erst zugelassen, wenn der Druckunterschied derart ansteigt, daß dieser den Druck des Gewichtes 24 auf den Hebel 22 überwindet und die Klappe durch eine Schwenkung in der Figur nach links das Gewicht 24 anhebt. Sobald der Druck unter den durch die Größe des Gewichtes 24 bestimmten Wert sinkt, schließt die Klappe 21 wieder, und zum Ausgleich der Drücke bleibt nur die Durchflußöffnung 9.

Claims

Patentansprüche: 1. Windkesselanordnung zum Schutz der Druckleitungen von Pumpanlagen mit stetig fördernden Pumpen gegen unzulässige Druckschwankungen, bei der in der Verbindungsleitung zwischen dem Windkessel und der Druckleitung eine den Durchfluß zur Druckleitung unter geringem Strömungswiderstand freigebende, mit einer kleinen, ständig frei bleibenden Durchlaßöffnung versehene Rückschlagklappe vorgesehen ist, d a -durch gekennzeichnet, daß zum Ausgleich des beim Einschalten der Pumpe (1) entstehenden Anlaufdruckes die Rückschlagklappe (8 bzw. 21) so ausgebildet bzw. in einem Bypaß (10) in an sich bekannter Weise eine weitere Rückschlagklappe (12) so angeordnet ist, daß nach überschreiten eines vorgegebenen Druckes in der Druckleitung (3) der Durchfluß zum Windkessel (7) freigegeben wird.
2. Windkesselanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückschlagklappe (21) in der Verbindungsleitung (6) aus ihrer die Verbindungsleitung bis auf einen kleinen frei bleibenden Querschnitt (9) abschließenden Mittelstellung in der Richtung zur Druckleitung (3) frei beweglich ist, in der Richtung zum Windkessel (7) aber die Kraft eines vorbelastenden Elementes (24) überwinden muß.
3. Windkesselanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das vorbelastende Element einen zweiarmigen Hebel (23) mit einem Gewicht (24) aufweist, dessen gewichtsbelasteter Hebelarm in der Ruhelage auf einem ortsfesten Anschlag (25) aufliegt und dessen anderer Arm (26) einen aus der Verbindungsleitung (6) herausragenden Hebelansatz (22) der Klappe (21) in deren Mittelstellung abstützt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 86 005, 541836, 663 060, 664 642; französische Patentschrift Nr. 644 310; USA.-Patentschriften Nr. 1549 260, 2 873 297. In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 1164 764.