DE1450322B2 - Pneumatischer Druckstoßdämpfer für Flüssigkeitsleitungssysteme - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen pneumati- Gemäß der Erfindung ist diese Aufgabe, ausgehend sehen Druckstoßdämpfer für Flüssigkeitsleitungs- von einem Druckstoßdämpfer der eingangs genannsysteme mit einer Ausgleichsmembran, die den Flüs- ten Art, dadurch gelöst, daß als Gasauslaß eine den sigkeitsraum von einem ein Gaspolster enthaltenden Hohlraum des Gases mit der Außenluft verbindende Hohlraum trennt, der eine eine Druckgasquelle, einen 5 Auslaßdüse vorgesehen ist, deren Einlauföffnung eng Gaseinlaß und Gasauslaß sowie ein bewegliches, benachbart eine als Steuerglied dienende, die Flüseinerseits vom Gasdruck und andererseits vom Flüs- sigkeit vom Gas trennende Steuermembran zum sigkeitsdruck beaufschlagtes Steuerglied aufweisende Steuern der durch die Düse ausgelassenen Gasmenge Einrichtung zum selbsttätigen, in Abhängigkeit vom angeordnet ist, und daß als Gaseinlaß eine die Druckmittleren Druck der Flüssigkeit erfolgenden Steuern io quelle mit dem Hohlraum für das Gas verbindende des Druckes des Gases aufweist. Zuführleitung mit einer Zuführöffnung vorgesehen

Ein Dämpfer der obengenannten Art ist bekannt. ist, die die zeitliche Einlaßmenge des Gases auf einen Bei diesem Dämpfer ist als Gaseinlaß und als Gas- Wert begrenzt, der in etwa der zeitlichen Auslaßauslaß eine einzige Rohrleitung vorgesehen, die den menge des bei nicht ausgelenkter Steuermembran Hohlraum für das Gas mit einer Steuerventileinrich- 15 durch die Düse ausgelassenen Gases entspricht. Datung verbindet. Die Ventileinrichtung weist außer durch ist ein überraschend einfach aufgebauter Dämpeinem mit der Rohrleitung in Verbindung stehenden fer geschaffen, der, obwohl hierfür nur ein Bruchteil Druckraum einen weiteren Druckraum auf, der über der bei dem bekannten Dämpfer vorgesehenen Eineine Rohrleitung mit dem Hohlraum der Flüssigkeit zelteile erforderlich ist, eine stufenlose Anpassung in Verbindung steht. Außerdem ist ein Druckraum 20 des Gasdrucks an den mittleren Flüssigkeitsdruck gevorgesehen, der über eine Rohrleitung mit der Druck- währleistet. Beim erfindungsgemäßen Dämpfer sind quelle verbunden ist. Durch einen Steuerkolben, der außer der Steuermembran keinerlei bewegbare, mit durch die Druckdifferenz zwischen dem Druck in den hoher Genauigkeit herstellbare Teile vorgesehen. Die angrenzenden Druckräumen bewegbar ist, werden selbsttätige Steuerung des Gasdrucks in Abhängigkeit Ventile betätigt, mittels denen der eine Druckraum 25 vom mittleren Flüssigkeitsdruck arbeitet nicht nach abgeschlossen oder je nach Stellung des Steuerkol- dem Ein-Aus-Prinzip, sondern stufenlos, da Gasbens wahlweise mit einem anderen Druckraum oder einlaß und Gasauslaß im Gegensatz zu dem bekannder Außenluft verbunden werden kann. ten Dämpfer gleichzeitig in Tätigkeit sind und sich

Der bekannte Dämpfer weist eine Reihe von Nach- bei Änderung des mittleren Flüssigkeitsdrucks ledigteilen auf. Ein wesentlicher Nachteil besteht darin, 30 lieh das Verhältnis zwischen zeitlicher Einlaßmenge daß die Ventileinrichtung sehr kompliziert und auf- und zeitlicher Auslaßmenge so lange verschiebt, bis wendig ausgebildet ist. Wegen der Vielzahl der Ein- durch die dadurch im Hohlraum eintretende stetige zelteile ist die Ventileinrichtung in der Herstellung Gasdruckänderung das gewünschte Verhältnis zwiteuer und im Betrieb störanfällig. Die Einzelteile sehen Gasdruck und Flüssigkeitsdruck wiederhergemüssen außerdem mit sehr hoher Fertigungsgenauig- 35 stellt ist, bei dem die Steuermembran den Gasdurchkeit hergestellt sein, um einwandfreie Abdichtung der fluß durch die Auslaßdüse wieder auf einen solchen Druckräume zu gewährleisten. Besonders bei dem Wert einstellt, daß die zeitliche Einlaßmenge des Steuerkolben ist eine einwandfreie Abdichtung außer- Gases der zeitlichen Auslaßmenge entspricht,
ordentlich wichtig, da dieser Kolben an einer Stirn- Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erseite vom Gas und an der anderen Stirnseite von der 40 findung kann zum Vergrößern des Bereiches, in dem Flüssigkeit beaufschlagt ist. der Dämpfer sich selbsttätig an den herrschenden

Um Druckschwankungen ausgleichen zu können, Flüssigkeitsdruckpegel anpaßt, ein Regelventil zum

muß bei dem bekannten Dämpfer der Kolben äußerst Regeln des Druckes in der Zuführleitung in Abhän-

leichtgängig bewegbar sein. Ausreichende Leicht- gigkeit vom im Gefäßsystem herrschenden Gasdruck

gängigkeit läßt sich jedoch bei gleichzeitig gegebener 45 vorgesehen sein.

einwandfreier Abdichtung zwischen dem Kolbenring Da dieser Gasdruck sich bei großer Veränderung und dem zugehörigen Zylinder kaum verwirklichen. des Flüssigkeitsdruckpegels stark ändert, muß, um Es ergibt sich daher auch bei sorgfältigster Ausbil- bei gleicher Einstellung der Düse selbsttätig eine dung der bewegbaren Teile und der Lagerflächen eine genaue Anpassung des Gasdruckes an den Flüssigunstetige absatzweise Bewegung, da infolge der grö- 50 keitsdruckpegel zu erhalten, das Druckgefälle an der ßeren Haftreibung der Kolben noch in der von ihm Mündungsöffnung der Zuführleitung geringfügig geeingenommenen Lage kleben bleibt, auch wenn kein ändert werden. Dieses wird durch das Druckregel-Druckgleichgewicht zwischen den angrenzenden Rau- ventil erreicht.

men herrscht. Erst nach Überschreiten einer bestimm- Im folgenden wird die Erfindung an Hand von

ten Druckdifferenz ändert der Kolben sprunghaft seine 55 Zeichnungen im einzelnen erläutert.

Lage. Als Folge ergibt sich der Nachteil, daß das Es zeigt

Anpassen des Gasdruckes an den Flüssigkeitsdruck F i g. 1 eine teilweise geschnitten dargestellte An-

in verhältnismäßig groben Sprüngen erfolgt, da es sieht einer Ausführungsform der Erfindung,

sich bei der als Steuereinrichtung vorgesehenen Ven- F i g. 2 einen vergrößert dargestellten Schnitt durch

tileinrichtung des bekannten Dämpfers um eine nach 60 einige Teile von F i g. 1.

dem Ein-Aus-Prinzip arbeitende Einrichtung handelt. In F i g. 1 ist eine Pumpe 10 zum Fördern einer

Der bekannte Dämpfer ist daher trotz teurer und im wesentlichen inkompressiblen Flüssigkeit, wie z. B.

aufwendiger Konstruktion unbefriedigend. Wasser, durch eine Rohrleitung 11 dargestellt. Die

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rohrleitung 11 steht mit einer Membrankammer 12, Dämpfer der in Rede stehenden Art zu schaffen, der 65 die ein Auslaßrohr 14 aufweist, in Verbindung. Innereinfach und billig herstellbar ist und bei dem eine halb der Kammer 12 ist eine größere biegsame Hauptfeine und kontinuierliche Anpassung des Gasdrucks membran 14 so angeordnet, daß ihre eine Seite von an den Flüssigkeitsdruck gewährleistet ist. der inkompressiblen Flüssigkeit und ihre andere Seite

von einem kompressiblen Stoff, wie z. B. von Luft, beaufschlagt ist. Das Gas steht über ein Leitungssystem 16 mit einem Puffergefäß 17 und einer Pilotmembran 18 in Verbindung. Je nachdem, welche gegenseitigen Volumina für den flüssigkeitsgefüllten und den gasgefüllten Teil des Dämpfers benötigt werden, kann das Puffergefäß 17 dann weggelassen werden, wenn sprunghafte Veränderungen des Durchflusses in der Flüssigkeitsleitung 11 sich in verhältnismäßig kleinen Grenzen bewegen. Als verhältnismäßig kleine Schwankungen könnte man die Schwankungen bezeichnen, die bei dem Betrieb einer kleinen Pumpe, die ein einziges Rohrsystem speist, auftreten. Wenn jedoch eine größere Pumpe zum wahlweisen oder gleichzeitigen Versorgen mehrerer Rohrleitungen verwendet wird, dann wird gewöhnlich ein Puffergefäß 17 benötigt.

Die Pilotmembran 18 steht ebenfalls mit ihrer einen Seite mit der Flüssigkeit innerhalb der Kammer 12 in Verbindung. Ihre andere Seite läuft in geringem Abstand an einer Auslaßdüse 20 vorbei, die aus dem Leitungssystem 16 herausführt und die auf die Mitte der Pilotmembran 18 gerichtet ist und zu dieser also koaxial steht.

Wie aus der F i g. 1 hervorgeht, ist der kleine Abstand zwischen der Pilotmembran 18 und dem der Membran benachbarten Ende der Düse 20 mit Hilfe des Gewindes 21 einstellbar. Nach erfolgter richtiger Einstellung der Düse 20 auf einen besonderen Flüssigkeitsdruck wird die Düse 20 durch eine Gegenmutter 23 in ihrer Lage gesichert. Eine entsprechende Einstellung kann auch vorgenommen werden, um Undichtigkeiten im Rohrsystem 16 oder dem Puffergefäß 17 auszugleichen, falls diese Undichtigkeiten so groß sein sollten, daß sie die Neutralstellung der Membranen verändern.

Der Druck einer von einer Pumpe gelieferten Flüssigkeit schwankt im Betrieb zwischen einem Höchstwert, der durch die Länge eines ausgezogenen Pfeiles 22 dargestellt ist und einem Mindestwert, der durch die Länge eines gestrichelt gezeichneten Pfeiles 24 dargestellt ist. Diese Pfeile 22 und 24 stellen den Schwankungsbereich des in der Leitung 11 herrschenden Flüssigkeitsdruckes dar. Die Größe dieser Druckänderung hängt sowohl von der Besonderheit der Arbeitstakte der Flüssigkeitspumpe 10 als auch davon ab, ob zusätzliche Druck verbrauchende Einrichtungen an das Auslaßrohr 13 angeschlossen sind. Auf der Ausgangsseite der Kammer 12 zeigt ein einzelner Pfeil 25 den konstanten Druck im Auslaßrohr 13 an, der durch das Nachgeben der weichen Hauptmembran 14 erreicht wird.

Die Neutralstellung der Membranen, die in der F i g. 1 dargestellt ist, wird durch einander die Waage haltende Drücke zu beiden Seiten der Membranen erzielt. Die innere Oberfläche der Membranen wird von der Verfahrensflüssigkeit und die äußere Seite von einem Gas, wie z. B. Luft, beaufschlagt. Die Flüssigkeit und das Gas werden beide auf ungefähr demselben Druck gehalten, z. B. auf einem Druck von 5,6 kg pro cm². Dem Leitungssystem 16 wird durch eine Pumpe 28 über ein Druckregelventil 30 und eine Zuführleitung 32 Luft zugeführt. Die Zuführleitung 32 steht über eine Mündungsöffnung 33 direkt mit dem Teil des Leitungssystems 16 in Verbindung, der der Düse 20 und der Pilotmembran 18 benachbart ist.

Auf diese Weise werden Druckänderungen, die sich unter Umständen in dem Leitungssystem 16 beim Betrieb der Pumpe 28 oder anderer vor der Pumpe angeordneter Vorrichtungen ergeben könnten, verhältnismäßig gut von der Hauptmembran 14 abgehalten, so daß sie den Durchfluß durch das Auslaßrohr 13 nicht beeinflussen können. Das Druckregelventil 30 ist mit der Zuführleitung 32 verbunden und reguliert den Zustrom von Luft in das Rohrleitungssystem 16 in Abhängigkeit von dem in dem Rohrleitungssystem 16 herrschenden Druck. Das Druckregelventil 30 dient zum Vergrößern des Druckbereiches, in dem der Dämpfer selbsttätig ein gleichbleibendes Druckgefälle, z. B. 0,70 kg pro cm², zwischen den zu beiden Seiten der Öffnung 33 liegenden Räumen aufrechterhält. Aiii diese V/eise kenn die Erfindung dazu benutzt werden, den Durchfluß von Flüssigkeiten wesentlich verschiedener Beschaffenheiten und wesentlich verschiedener Durchflußmenge zu regeln, wobei wesentlich verschiedene durchschnittliche statische Drücke oder Druckpegel vorliegen.

Wenn beispielsweise der in der Kammer 12 herrschende Druck scharf ansteigt, dann werden beide Membranen 14 und 18 nach auswärts ausgelenkt. Die Auslenkung der Membran 14 verursacht einen leichten Druckanstieg in dem Puffergefäß 17. Darüber hinaus wird die Pilotmembran 18 in Richtung auf die Düse 20 ausgelenkt und beschränkt dadurch teilweise den durch diese hindurchfließenden Luftstrom. Wenn diese Druckerhöhung längere Zeit andauert, dann strömt während der Zeit, in der die Pilotmembran 18 so ausgelenkt ist, mehr Gas in das Leitungssystem 16 durch die Öffnung 33 ein als durch die Auslaßdüse 20 entweicht. Dadurch erhöht sich der Gasdruck im Leitungssystem 16 abhängig von der wirksamen Fläche und von dem Druckgefälle zwischen beiden Seiten der Öffnung 33, wodurch die Membranen 14 und 18 in ihre neutrale Normallage zurückgedrückt werden. In einer Ausführungsform der Erfindung beträgt die Erholungszeit ungefähr 1 Sekunde für ungefähr 5 °/o Druckschwankung der Flüssigkeit bei einem Normaldruckpegel von ungefähr 5,6 kg pro cm².

Wenn sich der Druck im Rohrleitungssystem 16 erhöht, dann erhöht sich der das pneumatisch regelbare Druckregelventil steuernde Druck und steuert das Druckregelventil so, daß sich der Druck in der Zuführleitung 32 erhöht, wodurch der Dämpfer nunmehr auf einem höheren Druckpegel, jedoch mit in ihren Neutralstellungen befindlichen Membranen betrieben wird, wodurch ein Höchstmaß an Biegsamkeit der Membranen wiedergewonnen ist.

Sollte der Flüssigkeitsdruck sich während eines längeren Zeitraumes erniedrigen, so tritt die entgegengesetzte Wirkung ein. Das Gas im Leitungssystem 16 drückt die Hauptmembran 14 nach innen und ebenfalls die Pilotmembran 18. Dadurch kann mehr Luft aus der Auslaßdüse 20 austreten, so daß mehr Luft aus dem Rohrleitungssystem 16 austritt als durch die Öffnung 33 hereingelassen wird. Dadurch bewegen sich die Membranen wieder in ihre Normalstellungen.

Wenn diese Druckerniedrigung eine längere Zeit andauert, dann erniedrigt sich der Druck des Rohrleitungssystems 16, wodurch das pneumatische Druckregelventil 30 den Druck innerhalb der Zuführleitung 32 herabsetzt und so den Dämpfer auf einen neuen Druckpegel einstellt, bei dem die Membranen wiederum in ihren Neutralstellungen sind, so daß wiederum ihre größte Biegsamkeit gewährleistet ist.

In der F i g. 2 ist ein Vorrichtungsausschnitt gezeigt mit einer Einrichtung zum Beschränken des Durchflusses durch die Auslaßdüse 20. An der Pilotmembran 18 ist koaxial zu der Zentralbohrung der Düse 20 ein im wesentlichen konischer Stift 36 angebracht, der in Abhängigkeit von der Stellung der Pilotmembran 18 die wirksame Öffnung der Düse 20 beschränkt. In F i g. 2 ist ebenfalls das Gewinde 21 der Auslaßdüse 20 deutlicher dargestellt, das die Einstellung der Drücke des Rohrleitungssystems 16 ermöglicht und dadurch die Normalstellung von Pilotmembran 18 und gleichzeitig auch der Hauptmembran 14 einreguliert.

Diese Einstellung ist dann sehr nützlich, wenn man von einem Betrieb bei verhältnismäßig niederem Druck, wie z. B. 2,8 kg pro cm², auf einen höheren Druck von beispielsweise 7 kg pro cm² übergehen will, wobei in beiden Fällen die Membranen in ihren Neutralstellungen sein sollen, in denen größte Biegsamkeit gewährleistet ist. Darüber hinaus kann die Form des Stiftes 36 in jedem Fachmann für Strömungstechnik geläufigerweise so ausgebildet werden, daß in Abhängigkeit von der Bewegung der Pilotmembran 18 die Beschränkung der Durchflußmenge entweder linear oder nach einer anderen Funktion veränderlich ist.

Wenn bei einer besonderen Anwendung der Erfindung die Hauptmembran 14 in der Größenordnung von etwa 24 mm infolge von Druckschwankungen ausgelenkt wird, dann wird die Pilotmembran 18 nur in der Größenordnung von ein oder zwei Millimetern ausgelenkt. Die Pilotmembran 18 und die Düse 20 sollen daher in einer solchen Beziehung zueinander stehen, daß bei statischem Betrieb, d. h. wenn die Membran 18 in Normallage ist, der Durchfluß infolge durch die Pilotmembran 18 hervorgerufener Turbulenz oder anderer Einwirkungen ungefähr 50 % des vollen Wertes beträgt. Bei sehr niedrigem relativem Flüssigkeitsdruck, wenn die Pilomembran 18 sich von der Düse 20 wegbewegt, kann der Durchfluß bis auf ungefähr 90% des vollen Wertes ansteigen und bei hohem relativem Flüssigkeitsdruck, wenn die Pilotmembran 18 sich gegen die Düse 20 bewegt, kann der Durchfluß bis auf ungefähr 10 °/o absinken. Wenn der Gasdruck im Leitungssystem 16 gleich dem Flüssigkeitsdruck ist, dann gehen natürlich beide Membranen in ihre' neutralen Normalstellungen zurück und damit auch der Durchflußwert durch die Düse 20 wieder auf 50 % des vollen Wertes. Ohne Verwendung des pneumatischen Druckregelventils 30 kann bei einer besonderen Dämpfervorrichtung der Durchfluß ungefähr zwischen 35 % und 65 °/o betragen. Dieser statische Druckpegelbereich ist jedoch für viele Anwendungsgebiete zu beschränkt. Es empfiehlt sich daher, das Druckregelventil 30 zu verwenden, um größere Druckpegelschwankungen mit Flußänderungen von wenigen Prozent und ähnlich kleinen Änderungen der statischen Auslenkung der Membranen 14 und 18 zuzulassen, um auf diese Weise die Verwendung von äußerst biegsamem Membranmaterial zu erlauben. Wie aus dem oben Gesagten hervorgeht, ist der statische Druck im Gasrohrleitungssystem 16 immer ein Mittelwert der gerade vorliegenden Flüssigkeitsdrücke.

Es ist offensichtlich, daß die Schnelligkeit, mit der sich der Gasdruck auf einen veränderten Wert einstellt, eine Funktion des Verhältnisses des Gesamtvolumens des Gasleitungssystems 16 zur Durchflußmenge durch die Öffnung 33 und die Düse 20 ist. Vorzugsweise wird das Gesamtvolumen verhältnismäßig klein gehalten, so daß die Erholungszeit kurz ist bei angemessener Durchflußmenge von Gas durch die Zuführleitung 32. Beim Betrieb einer erfindungsgemäßen Dämpfervorrichtung hat sich gezeigt, daß sich der Druck im Gasrohrleitungssystem 16 innerhalb ungefähr 2 Sekunden, nachdem die Flüssigkeitspumpe in Betrieb gesetzt wurde, stabilisiert hatte, ίο Größte Flüssigkeitsdruckpegeländerungen werden daher innerhalb ungefähr einer Sekunde oder noch kürzerer Zeit durch stabilisierten Gasdruck ausgeglichen.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Pneumatischer Druckstoßdämpfer für Flüssigkeitsleitungssysteme mit einer Ausgleichsmembran, die den Flüssigkeitsraum von einem ein Gaspolster enthaltenden Hohlraum trennt, der einen eine Druckgasquelle, einen Gaseinlaß und Gasauslaß sowie ein bewegliches, einerseits vom Gasdruck und andererseits vom Flüssigkeitsdruck beaufschlagtes Steuerglied aufweisende Einrichtung zum selbsttätigen, in Abhängigkeit vom mittleren Druck der Flüssigkeit erfolgenden Steuern des Druckes des Gases aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß als Gasauslaß eine den Hohlraum (16,17) des Gases mit der Außenluft verbindende Auslaßdüse (20) vorgesehen ist, deren Einlauföffnung eng benachbart eine als Steuerglied dienende, die Flüssigkeit vom Gas trennende Steuermembran (18) zum Steuern der durch die Düse (20) ausgelassenen Gasmenge angeordnet ist, und daß als Gaseinlaß eine die Druckquelle (28) mit dem Hohlraum (16, 17) für das Gas verbindende Zuführleitung (32) mit einer Zuführöffnung (33) vorgesehen ist, die die zeitliche Einlaßmenge des Gases auf einen Wert begrenzt, der in etwa der zeitlichen Auslaßmenge des bei nicht ausgelenkter Steuermembran (18) durch die Düse (20) ausgelassenen Gases entspricht.

2. Dämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermembran (18) einen eine Düsennadel für die Düse (20) bildenden, sich koaxial zur Bohrung der Düse (20) erstreckenden Vorsprung (36) aufweist.

3. Dämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Regeln des Druckes in der Zuführleitung (32) in Abhängigkeit von im Hohlraum (16, 17) herrschenden Druck ein Druckregelventil (30) vorgesehen ist.

4. Dämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (16,

17) ein ein Druckpolster bildendes Puffergefäß (17) aufweist.

5. Dämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des Hohlraums (16,17) für das Gas so groß ist, daß durch Nachgeben der Ausgleichsmembran (14) Druckschwankungen der Flüssigkeit auf weniger als 5 % ihres ursprünglichen Wertes gedämpft werden, und daß die Zuflußmenge des durch die Zuführöffnung (33) zufließenden Gases so groß ist, daß bei Druckänderung der Flüssigkeit bis zu ungefähr 5 % der Druck des Gases innerhalb ungefähr einer Sekunde sich auf den veränderten Druck einstellt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen