DE1253527B - Vorrichtung mit Druckausgleichsbehaelter zum Schutz von Rohrleitungen gegen Fluessigkeitsschlaege - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

F161

Deutsche Kl.: 47 f-1/10

Nummer: 1253 527

Aktenzeichen: C 31887 XII/47 f

Anmeldetag: 15. Januar 1964

Auslegetag: 2. November 1967

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schutz von Rohrleitungen gegen Flüssigkeitsschläge mit einem an die Leitung angeschlossenen Druckausgleichsbehälter festen Volumens, in dessen Oberteil über ein Sperrventil eine Speiseleitung für Druckgas einmündet und ein auf festen Ansprechdruck eingestelltes Auslaßventil für überschüssiges Druckgas angeordnet ist.

Eine bekannte derartige Vorrichtung ist zum Ausgleich des beim Abstellen einer Pumpe in der an die angeschlossenen Rohrleitung auftretenden Unterdruckes bestimmt. Dementsprechend öffnet sich das Sperrventil in der Speiseleitung für das Druckgas, sobald die Flüssigkeit in dem Druckausgleichsbehälter dem Unterdruck in der angeschlossenen Rohrleitung folgend absinkt, und es strömt Druckgas nach, das den Druck wieder ausgleicht. Die Betätigung des Ventils in der Druckgasspeiseleitung erfolgt also nur in Abhängigkeit von dem in dem Druckausgleichsbehälter herrschenden Druck. Das in diesem jeweils vorhandene Flüssigkeitsvolumen bzw. das Flüssigkeitsniveau spielt dagegen keine Rolle, es wird weder ermittelt, noch wirkt es sich direkt auf die Stellung des Sperrventils bzw. auf den Gasdurchsatz durch dieses Ventil aus. Für einen Schutz einer Rohrleitung gegen Flüssigkeitsschläge durch das Schließen irgendwelcher Ventile, die zunächst zu einem Druckanstieg in der Leitung führen, ist diese bekannte Vorrichtung nicht geeignet. Der Druckausgleichsbehälter würde in diesem Fall lediglich wie ein üblicher Windkessel wirken.

Ein bekannter Windkessel ist für den Schutz der Dampfspeiseleitungen von Lokomotiven bestimmt und weist in seinem oberen luftgefüllten Teil einen mit einem Rückschlagventil versehenen Anschluß an den Hauptluftbehälter der Lokomotive auf. Dieser Anschluß ist für den Ausgleich von Druckluftverlusten in dem Windkessel bestimmt und dank der Lage des Rückschlagventils auch allein dazu geeignet, durch eine Druckluftzufuhr einem Druckabfall in dem Windkessel zu begegnen. Als Schutz für die angeschlossene Dampfspeiseleitung wird also nur das Volumen des Windkessels wirksam. Eine wasserstandsabhängige Regelung der Druckluftzufuhr zu dem Windkessel ist nicht vorgesehen.

Schließlich sind auch Schutzvorrichtungen gegen Flüssigkeitsschläge bekannt, die auf dem Prinzip von Ausgleichsstandrohren beruhen und die kinetische, in der bewegten Flüssigkeitsmasse enthaltene Energie dämpfend abfangen. Die Absorption der kinetischen Energie erfolgt dadurch, daß die Standhöhe der Flüssigkeit eine Reihe von Schwingungen erfährt, die sich

Vorrichtung mit Druckausgleichsbehälter
zum Schutz von Rohrleitungen
gegen Flüssigkeitsschläge

Anmelder:

Commissariat ä l'finergie Atomique, Paris

Vertreter:

Dipl.-Ing. R. Beetz

und Dipl.-Ing. K. Lamprecht, Patentanwälte,

München 22, Steinsdorfstr. 10

Als Erfinder benannt:

Alfred Partos,

Le-Plessis-Robinson, Seine (Frankreich)

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 17. Januar 1963 (921 668,
921667)

durch die Reibung der Flüssigkeit an der Wand des Standrohres von selbst vermindern. Falls jedoch in kurzen Abständen mehrere Flüssigkeitsschläge hintereinander auftreten und sich in ihren Wirkungen addieren, ist die Gefahr einer Resonanz der Flüssigkeitsschwingungen nicht auszuschließen, woraus sich schwere Nachteile für den sicheren Betrieb der Vorrichtung ergeben können. Dieser Gefahr hat man dadurch zu begegnen versucht, daß man den Ausgleichsstandrohren einen veränderlichen Querschnitt gegeben hat, indem zwischen einzelne Teile der Standrohre Drosselabschnitte eingefügt wurden, deren Durchflußwiderstand für die Flüssigkeit wesentlieh erhöht ist. Der wesentliche Nachteil dieser Schutzvorrichtungen gegen Flüssigkeitsschläge liegt darin, daß sie von vornherein in ihren Konstruktionsdaten auf eine vorher ermittelte Betriebsweise ausgelegt werden müssen, so daß sie späteren Änderungen im Betriebszustand, wie beispielsweise bei Leitungsnetzen mit mehreren miteinander verbundenen Leitungen, in denen sehr rasche und sehr große Änderungen des Flüssigkeitsdurchsatzes auftreten, nicht mehr angepaßt werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schutzvorrichtung für Rohrleitungen gegen Flüssigkeitsschläge anzugeben, die eine an beliebige Be-

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triebszustände anpaßbare und sehr rasch wirksame In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Dämpfung der durch Flüssigkeitsschläge hervor- erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung im Längsgerufenen Druckschwankungen gestattet und dabei schnitt dargestellt.

Änderungen sowohl des in einem Druckausgleichs- Die dargestellte Vorrichtung weist einen Druckbehälter herrschenden Druckes als auch des darin 5 ausgleichsbehälter 1 auf, der aus einem zylindrischen vorhandenen Flüssigkeitsvolumens zur Druckstoß- Mantel 2, einem unteren Bodenteil 3 und einem obedämpfung nutzbar macht. ren Abschlußteil 4 besteht. Der Bodenteil 3 ist mit

Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer Vor- einem Anschlußrohrstutzen 3 α versehen, der in einem

richtung der eingangs definierten Art, erfindungs- Ringflansch 5 endet und den Anschluß des Behälters 1

gemäß gelöst durch mindestens zwei auf unterschied- io an eine nicht dargestellte Rohrleitung gestattet, in

lichem Niveau im Innern des Druckausgleichsbehäl- der eine Flüssigkeit strömt, die über diesen Anschluß-

ters angeordnete Schwimmer, die in Abhängigkeit stutzen in das Innere des Behälters 1 einströmen

von der Standhöhe der Flüssigkeit in dem Behälter kann.

das Sperrventil der Druckgasspeiseleitung öffnen bzw. Um den Flüssigkeitsstand in dem Behälter zu erschließen. 15 fassen, sind als Fühlorgane zwei Schwimmer 6 und 7

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kommt es vorgesehen, die an dem zylindrischen Mantel 2 um

durch die Anordnung und Steuerung der verschiede- waagerechte Achsen 6 α und 7 α schwenkbar sind und

nen Ventile zu einer Art von Atmen des Druck- mit zwei Magnetschaltern 8 und 9 zusammenwirken,

ausgleichsbehälter, in dessen Verlauf sich das wirk- die außerhalb des Behälters 1 angeordnet sind. Die

same Volumen des Behälters auf ein Vielfaches des 20 Schalter 8 und 9 bewirken über Leitungen 10 und

wirklichen geometrischen Volumens vergrößert. Man ein Betätigungsorgan 11 das öffnen oder das Schlie-

erhält also mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ßen eines Elektroventils 12, das in eine Druckgas-

entweder bei gleichem Volumen des Druckausgleichs- speiseleitung 13 eingeschaltet ist. Die Druckgasleitung

behälters wie bisher eine wesentlich wirksamere 13 führt durch einen Wanddurchlaß 14 in den oberen

Dämpfung oder die gleiche Dämpfung wie bisher »5 Teil 4 des Behälters 1 und bringt, wenn das Elektro-

unter Einsatz eines wesentlich kleineren Druckaus- ventil 12 geöffnet ist, den Innenraum des Behälters 1

gleichsbehälters. mit einer nicht dargestellten Quelle für ein unter

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Druck stehendes Gas in Verbindung.

Erfindung ist das Sperrventil in der Druckgasspeise- In den oberen Abschlußteil 4 des Behälters 1 ist

leitung ein Elektroventil, und es sind die Schwimmer 30 ein Überdruck-Sicherheitsventil 22 eingebaut. Ein

mit Magnetschaltern gekoppelt, deren Kontakte im weiteres Sicherheitsventil 23 am Bodenteil 3 des Be-

Steuerstromkreis des Elektroventils liegen. Auf diese hälters ist auf einen etwas höheren Ansprechdruck

Weise sind Reibungsverluste bei der Übertragung eingestellt als das Ventil 22 und spricht nur dann

Schwimmerbewegungen auf das Sperrventil vermie- an, wenn die Flüssigkeit das gesamte Gas durch das

den, wodurch die Ansprechgeschwindigkeit und der 35 Ventil 22 aus dem Behälter 1 hinausgedrückt hat.

Empfindlichkeit des Ventils erhöht werden, was zu Der Behältermantel 2 weist zwei Zwischenflansche

einer Verminderung der Amplituden der Flüssigkeits- 27 und 28 auf, zwischen denen eine Ringblende 29

Schwankungen im Innern des Druckausgleichsbehäl- dicht eingespannt ist. Die Blende 29 ist durch Stege

ters führt. 30 versteift. In der öffnung 31 der Blende 29 ist ein

Eine weitere Verbesserung der erfindungsgemäßen 40 Drosselkolben 32 vertikal verschiebbar. Der Kolben Vorrichtung läßt sich gemäß einer anderen Weiter- 32 ist auf eine hohlzylindrische Kolbenstange 33 aufbildung der Erfindung dadurch erreichen, daß der gekeilt, die ihrerseits in einem fest mit den Stegen 30 Druckausgleichsbehälter durch eine mit einer Öff- verbundenen Führungsring 34 gleiten kann. An ihrem nung versehene Ringblende in zwei Räume unterteilt oberen Ende ist die hohle Kolbenstange 33 mit einer wird, wobei die Öffnung durch einen senkrecht zu 45 Ringschulter 35 versehen, auf die sich eine Rückder Ebene der Ringblende verschieblichen, feder- führfeder36 abstützt, die koaxial um die Kolbenbelasteten Drosselkolben verschließbar ist. Eine der- stange 33 angeordnet ist und mit ihrem anderen Ende artige Unterteilung eines Druckausgleichsbehälters an der Oberseite des Ringes 34 festgelegt ist. Die bzw. der Einbau eines mechanischen Dämpfungs- Ruhespannung der Feder 36 wird mittels einer Gemitteis für den Ausgleich von Druckunterschieden 50 windespindel 37 eingestellt, deren unteres Ende 37 a zwischen verschiedenen Teilen eines Druckausgleichs- in die hohle Kolbenstange 33 hineinragt und sich in behälters ist an sich bekannt. In Verbindung mit der ihr verschieben kann. Die Spindel 37 ist mit einem erfindungsgemäßen Schwimmersteuerung für die Zu- Bund 38 versehen, der zwischen sich und der Ringfuhr von Druckgas zu einem Druckausgleichsbehälter schulter 35 der Kolbenstange 33 eine zweite Feder 39 ist eine derartige Drosselblende jedoch insofern von 55 festhält, deren Wirkung derjenigen der Feder 36 entbesonderem Vorteil, als sie einer schlagartigen Be- gegengerichtet ist. Außerhalb des Behälters 1 sitzt tätigung der Schwimmerschalter entgegenwirkt und auf dem oberen Teil der Spindel 37 ein Handrad 40. außerdem die Rückströmung der Flüssigkeit aus dem Durch den oberen Abschlußteil 4 des Behälters 1 tritt Druckausgleichsbehälter verlangsamt, so daß ein die Spindel 37 in einer Dichtung 41 hindurch, die zweiter Druckstoß, der einem ersten das Ansprechen 60 fest mit einer Spindelmutter 42 verbunden ist.
der Vorrichtung bewirkenden Druckstoß sehr rasch Ein z. B. durch Schließen eines Ventils in der nachfolgt, von dem Gaspolster in dem Druckaus- Rohrleitung bewirkter Druckstoß hat ein Ansteigen gleichsbehälter aufgefangen wird, noch ehe der untere der Flüssigkeit innerhalb des Behälters 1 zur Folge. Schwimmerschalter die Druckgaszufuhr beendet. Der Wenn der Flüssigkeitsspiegel den Schwimmer 6 ersieh dem zweiten Druckstoß entgegenstellende Wider- 65 reicht, wird das Elektroventil 12 geöffnet und Druckstand ist also von vornherein größer, und die gas in den Behälter 1 eingelassen. Das Druckgas-Dämpfung des zweiten Druckstoßes erfolgt dem- polster widersetzt sich mit zunehmendem Druck dem entsprechend rascher. weiteren Ansteigen der Flüssigkeit in dem Behälter 1

Claims (3)

und nimmt aus der Flüssigkeit kinetische Energie auf. Wenn dann die Flüssigkeit abzusinken beginnt und der Flüssigkeitsspiegel schließlich den Schwimmer 7 erreicht, wird das Elektroventil 12 geschlossen und die Zufuhr von Druckgas in den Behälter 1 gesperrt. Der Flüssigkeitsspiegel geht dann in aufeinanderfolgenden Anstiegen und Absenkungen in einen Gleichgewichtszustand über, den er vor Beginn des Flüssigkeitsstoßes innehatte. Der Kolben 32 in der Blende 29 widersetzt sich den Anstiegs- oder Absinkbewegungen der Flüssigkeit und bewirkt eine Bremsung der in Bewegung befindlichen Flüssigkeit. Dabei ist die Bremswirkung von der vorherigen Einstellung der Federkräfte durch das Handrad 40 abhängig. Das Einlassen des Druckgases ist um so wichtiger, je höher die Flüssigkeit in dem Behälter 1 angestiegen ist; der in dem Behälter herrschende Druck wird durch das Sicherheitsventil 22 jedoch auf einen höchstzulässigen Wert begrenzt. ao Als Druckgas kann ein beliebiges mit der jeweiligen Flüssigkeit verträgliches Gas verwendet werden. Zweckmäßig dürfte meist Luft oder Stickstoff sein. Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Schutz von Rohrleitungen gegen Flüssigkeitsschläge mit einem an die Leitung angeschlossenen Druckausgleichsbehälter festen Volumens, in dessen Oberteil über ein Sperrventil eine Speiseleitung für Druckgas einmündet und ein auf festen Ansprechdruck eingestelltes Auslaßventil für überschüssiges Druckgas angeordnet ist, gekennzeichnet durch mindestens zwei auf unterschiedlichem Niveau im Innern des Druckausgleichsbehälters (1) angeordnete Schwimmer (6 und 7), die in Abhängigkeit von der Standhöhe der Flüssigkeit in dem Behälter (1) das Sperrventil (12) der Druckgasspeiseleitung (13) öffnen bzw. schließen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrventil (12) in der Speiseleitung (13) ein Elektroventil ist und die Schwimmer (6 und 7) mit Magnetschaltern (8 und 9) gekoppelt sind, deren Kontakte im Steuerstromkreis des Elektroventils (12) liegen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckausgleichsbehälter (1) in an sich bekannter Weise durch eine mit einer Öffnung (31) versehene Ringblende (29) in zwei Räume unterteilt ist und daß die Öffnung (31) durch einen senkrecht zu der Ebene der Ringblende (19) verschieblichen, federbelasteten Drosselkolben (32) verschließbar ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 479 982, 663 060,
642;

französische Patentschriften Nr. 1 264 445,
265;

USA.-Patentschriften Nr. 2 895 507, 2 315 179;

Wasserwirtschaft und Wassertechnik 12. Jahrgang, 1962, H. 7, S. 300/301.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 680/202 10.67 Θ Bundesdruckerei Berlin