DE1600573C - Flüssigkeitsdruckspeicher - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Flüssigkeits- Durch eine solche Konstruktion des Druckspeichers druckspeicher mit zwischen zwei im wesentlichen ergibt sich nicht nur die Möglichkeit des Ausgleichs kreisscheibenförmigen Stirnwänden eines Gehäuses kleinster Druckschwankungen allein durch den innerkonzentrisch in gegenseitigem Abstand dicht fest- sten Schlauchteil, sondern es werden auch bei größeren gelegten, elastisch nachgiebig aufweitbaren Schlauch- 5 Druckschwankungen Schwingüngserscheinungen, die teilen, von denen der innerste innen mit Druck- durch die bewegten Massenkräfte der Schlauchteile flüssigkeit beaufschlagt ist und zwei konzentrisch hervorgerufen werden könnten, praktisch ausgebenachbarte Schlauchteile zwischen sich einen ring- schlossen, weil bei der konzentrischen Anordnung förmigen Gasraum einschließen, zum Ausgleich von mehrerer, lediglich durch Gasräume voneinander Druckschwankungen in Flüssigkeitssystemen niedri- io getrennter Schlauchteile der genannten Wandstärke gen Druckes. der äußerste Schlauchteil längst seine dem normalen

Ein solcher bekannter Druckspeicher weist um Flüssigkeitsdruck entsprechende normale Lage wieder

den die Druckflüssigkeit einschließenden innersten erreicht hat, bevor der innerste Schlauchteil in seine

Schlauchteil entweder mittelbar über einen praktisch entsprechende Normallage zurückgekehrt ist. Es

inkompressiblen Flüssigkeitsringraum nebst weiterem 15 ergibt sich also eine optimale Dämpfung aller etwaigen

Schlauchteil oder unmittelbar nach außen anschlie- Schwingungsbewegungen der Schlauchteile, die noch

ßend einen Gasraum auf, der außen durch einen dadurch unterstützt wird, daß auf den äußersten,

weiteren Schlauchteil etwa gleicher Wandstärke abge- stets nur von atmosphärischem Außendruck beauf-

schlossen ist. Um diesen äußeren Schlauchteil folgt schlagten Schlauchteil selbst nach einer Aufweitung

noch ein äußerer Gasraum, der jedoch durch eine 20 durch Druckschwankungen der Druckflüssigkeit kein

mit den Stirnwänden dicht verbundene starre zylin- Überdruck nach innen auftreten kann,

drische Umfangswand nach außen abgeschlossen ist. In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise

Nachteilig ist bei solchen Druckspeichern, daß sie veranschaulicht; es zeigt

nur auf größere Druckschwankungen ansprechen. F i g. 1 einen erfindungsgemäßen Flüssigkeitsdruck-Würden schon auf kleine Druckschwankungen an- 25 speicher in einem Axialschnitt (in entspanntem Zusprechende, entsprechend dünne Schlauchteile ver- stand),

wendet werden, dann wurden diese von vornherein F i g. 2 eine der F i g. 1 entsprechende Darstellung

so weit aufgeweitet werden, daß der äußerste Gehäuse- eines etwas abgewandelten Druckspeichers,

raum schon nahezu auf den Flüssigkeitsdruck korn- F i g. 3 den Druckspeicher gemäß F i g. 1 in einem

primiert wäre und keine weitere ausreichende elastische 30 Querschnitt,

Aufweitbarkeit gegenüber Druckschwankungen mehr F i g. 4 den Druckspeicher gemäß F i g. 1, jedoch vorhanden wäre. Der gleiche Mangel würde auch bei einer gewissen Druckbelastung, in gleicher Darbestehen, wenn die dünnen elastischen Schlauchteile stellung wie F i g. 1.

infolge eines entsprechend größeren Gegendruckes Der dargestellte Druckspeicher weist ein starres des äußersten Gasraumes bei normalem Flüssigkeits- 35 Gehäuse 1 aus Metall oder einem anderen, entdruck nur weniger weit aufgeweitet werden würden, sprechend druckfesten Material auf, das aus einem weil eben der äußere Gegendruck zu hoch ist. Auch Paar im wesentlichen kreisscheibenförmiger Stirnwenn man Schlauchteile mit dickeren Wandstärken wände 2, 3 und aus einer Anzahl entlang den Außen- und einen entsprechend niedrigeren Gegendruck des rändern der Stirnwände 2, 3 angeordneten Stegen 4 äußersten Gasraumes wählen wollte, bliebe der 40 besteht, die mit den Stirnwänden starr verbunden Druckausgleich kleiner Druckschwankungen mangel- sind. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind haft, weil dann schon die Schlauchteile selbst zu die Stirnwände 2, 3 im übrigen nach außen hin wenig aufweitbar wären. Überdies würden die dickeren schwach konisch verjüngt.

Schlauchteile bei größeren Druckschwankungen und Zwischen den Stirnwänden 2, 3 ist eine Anzahl

in der Regel pulsierenden Aufweitungsbeanspruchun- 45 von Schlauchteilen 6, 7, 8 und 9 elastischen flexiblen

gen schnell zerstört werden. Auch ein zwischen zwei Materials unterschiedlichen Durchmessers konzen-

inneren Schlauchteilen vorgesehener zusätzlicher Flüs- trisch zueinander angeordnet, wobei beide Enden

sigkeitsraum könnte den Ausgleich kleiner Druck- jedes Schlauchteiles an den Stirnwänden 2, 3 luftdicht

Schwankungen nicht fördern, würde ihn vielmehr festgelegt sind.

wegen der zusätzlich zu überwindenden Trägheits- 50 Der vom innersten Schlauchteil 6 eingeschlossene

kräfte der Flüssigkeit im Flüssigkeitsringraum nur Flüssigkeitsraum 11 des in F i g. 1 dargestellten Flüs-

verschlechtern. sigkeitsdruckspeichers ist über einen axialen An-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die schlußstutzen 5 der oberen Stirnwand 2 an ein (nicht

vorgenannten Mängel zu vermeiden und den eingangs dargestelltes) Druckflüssigkeitssystem angeschlossen,

genannten Flüssigkeitsdruckspeicher so zu vervoll- 55 während der Flüssigkeitsraum 11 des in F i g. 2 dar-

kommnen, daß mit ihm auch Druckschwankungen gestellten Flüssigkeitsdruckspeichers über zwei axial

von Flüssigkeiten niedrigen Druckes, wie sie bei- gegenüberliegende Anschlußstutzen 5 und 5' des

spielsweise in Wasserleitungsnetzen vorkommen, mög- Gehäuses 1 in nicht besonders dargestellter Weise

liehst weitgehend ausgeglichen werden können. in eine Leitung eines Druckflüssigkeitssystems ein-

Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch 60 geschaltet ist. Jeder der von den konzentrischen gelöst, daß die Schlauchteile des eingangs genannten Schlauchteilen 7, 8 und 9 zwischen den beiden Stirn-Druckspeichers eine ihrem Durchmesser etwa pro- wänden 2 und 3 eingeschlossenen Ringräume 12, 13 portionale Wandstärke aufweisen und auch alle und 14 dient in gleicher Weise als Druckgasspeicher weiteren, zwischen konzentrischen Schlauchteilen ein- wie die bisher üblichen Gummiblasen. Diese mit geschlossenen Räume mit Gas im Bereich atmo- 65 dem Gas unter einem gewissen Nenndruck gefüllten sphärischen Druckes gefüllte Räume sind und der Speicher (im allgemeinen unter atmosphärischem äußerste Schlauchteil außen mit atmosphärischem Druck gefüllt) weiten sich unter dem im Flüssig-Außendruck beaufschlagt ist. keitsraum II auftretenden Druck gemeinsam auf bzw.

ziehen sich bei einem entsprechend niedrigeren Druck gemeinsam entsprechend zusammen und dienen somit gemeinsam als Gasblase eines bisher üblichen Flüssigkeitsdruckspeichers.

Wenn der beschriebene Flüssigkeitsdruckspeicher über den Anschlußstutzen 5 bzw. über die beiden Anschlußstutzen 5 und 5' an ein Druckflüssigkeitssystem angeschlossen ist und die gasgefüllten Ringräume 12, 13 und 14 sich verkleinern oder vergrößern, dann besteht ein Gleichgewicht zwischen den von der Druckflüssigkeit ausgeübten Dehnungskräften und den resultierenden Reaktionskräften, die von den elastisch aufgeweiteten Schlauchteilen 6, 7, 8 und 9 sowie von den Reaktionsgasdrücken in den Ringräumen 12, 13 und 14 herrühren. F i g. 4 zeigt einen solchen Gleichgewichtszustand.

Gemäß F i g. 4 ist der innerste Schlauchteil 6, der den Flüssigkeitsraum 11 umgibt, zu einer Art Rotationsellipsoid 6' verformt, wodurch auch der Flüssigkeitsraum eine entsprechende Form 11' angenommen hat. Zugleich sind auch die Schlauchteile 7, 8 und 9 zu ellipsoidförmigen Formen 7', 8' und 9' verformt, so daß auch die zwischen den Schlauchteilen befindlichen Ringräume 12, 13 und 14 in ellipsoidartige Räume 12', 13' und 14' geändert worden sind.

Wenn man annimmt, daß die in den Räumen 12', 13' und 14' vorhandenen Gasdrücke p₂, p% und /?₄ und die Oberflächen der verformten Schlauchteile (6', 7', 8' und 9') S₁, S₂, S₃ und S₄ sind, dann ergeben sich die auf die Innenflächen der verformten Schlauchteile wirkenden Kräfte F₁, F₂, F₃ und F₄ wie folgt:

Fi = Pi · S₁; F₂ = p₂- s₂; F₃=P₃-S₃; Fi = Pi-Si.

Wenn man weiterhin annimmt, daß p_a der Atmosphärendruck ist, dann ergeben sich als die durch die Drücke p_a, p_it p₃ und p₂ gegen die Außenflächen der verformten Schlauchteile (9', 8', T und 6') hervorgerufenen Kräfte Fi, F₃, F₂' und F₁ :

F₄,' = p_a F₂ = P₃-

^; F₃' = Pi- S₃; ₂; F₁ = p₂- S₁.

Diese Gleichung zeigt, daß der Flüssigkeitsdruck p_x gegenüber dem Atmosphärendruck p_a um den Betrag

5₄ . S₃^ S₂^ S^
Si S₃ S₂ S₁

größer ist. Dies kann durch eine geeignete Bemessung der Elastizität, Wandstärke und Oberfläche der elastischen Schlauchteile 6, 7, 8 und 9 und schließlich auch durch die richtige Wahl der Anzahl elastischer Schlauchteile erreicht werden, so daß für alle praktisch vorkommenden, natürlich nicht zu hohen Flüssigkeitsdrücke ein geeigneter Flüssigkeitsdruckspeicher geschaffen werden kann.

Aus den oben angegebenen Gleichungen ergibt sich dabei, daß durch eine entsprechende Erhöhung der Zahl elastischer Schlauchteile auch Flüssigkeitsdruckspeicher für höhere Flüssigkeitsdrücke und größere hydraulische Druckstöße geschaffen werden können, weil die von der Druckflüssigkeit ausgeübten Druckstöße von der gesamten Oberfläche der elastischen Schlauchteile aufgenommen werden. Trotzdem liegt der Hauptvorteil des beschriebenen Druckspeichers darin, daß mit ihm gerade die kleineren, in Flüssigkeiten verhältnismäßig geringen Überdruckes entstehenden Druckschwankungen ausgeglichen werden können, die bisher nur schwierig auszugleichen waren. Er eignet sich deshalb besonders gut für städtische Wasserleitungssysteme.

Ein in F i g. 2 dargestellter Flüssigkeitsdruckspeicher wird, wie bereits ausgeführt, in eine Druckflüssigkeitsleitung eingeschaltet und gleicht in dieser Leitung auftretende Druckschwankungen aus, die bisher in Ölleitungssystemen und in Wasserleitungssystemen unvermeidliche Schwierigkeiten und Störungen verursacht haben.

Die beiden Stirnwände des Druckspeichers könnten auch als ebene Kreisscheiben ausgebildet und statt durch aus ihrem eigenen Material geformte Stege durch Schraubenbolzen nebst Muttern starr miteinander verbunden sein.

Es sei weiterhin angenommen, daß die Reaktionskräfte der elastisch ausgeweiteten Schlauchteile (6', 7', 8' und 9') S₁, S₂, S₃ und S₄ betragen. Damit der Flüssigkeitsdruck im aufgeweiteten Flüssigkeitsraum (H') und der den äußersten aufgeweiteten Schlauchteil (9') umgebende Atmosphärendruck in einem Gleichgewicht stehen können, müssen bezüglich der oben angeführten drei Kräftegruppen F, F' und S folgende Gleichungen zugleich erfüllt werden:

Fi' + Si = Fi, F₃ + S₃ = F₃,

^Z T >^2 — ·*2> ·*1 T ^Jl — ^rl
Pa - Si + Si = Pi- Si

Pi ' S₃ \ S₃ = p₃ - S₃
Ps ' S₂ + S₂ = p₂ · S₂

Pi ' S₁ "T S₁ = P₁ · S₁

Pi = Pi

-I- ³ -I-

= Pa + \-f-

\ ^Si

4-

Si
S,

Si

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Flüssigkeitsdruckspeicher mit zwischen zwei im wesentlichen kreisscheibenförmigen Stirnwänden eines Gehäuses konzentrisch in gegenseitigem Abstand dicht festgelegten, elastisch nachgiebig aufweitbaren Schlauchteilen, von denen der innerste innen mit Druckflüssigkeit beaufschlagt ist und zwei konzentrisch benachbarte Schlauchteile zwischen sich einen ringförmigen Gasraum einschließen, zum Ausgleich von Druckschwankungen in Flüssigkeitssystemen niedrigen Druckes, d adurch gekennzeichnet, daß die Schlauchteile (6, 7, 8, 9) eine ihrem Durchmesser etwa proportionale Wandstärke aufweisen und auch alle weiteren, zwischen konzentrischen Schlauchteilen (z. B. 6 und 7; 8 und 9) eingeschlossenen Räume mit Gas im Bereich atmosphärischen Druckes gefüllte Räume sind und der äußerste Schlauchteil (9) außen mit atmosphärischem Außendruck beaufschlagt ist.

2. Druckspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnwände (2, 3) seines Gehäuses (1) nach außen konisch verjüngt sind.