DE1653778A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Durchfuehrung eines schwingungsfreien Betriebes einer Kreiselpumpe - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Durchfuehrung eines schwingungsfreien Betriebes einer Kreiselpumpe

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DE1653778A1 DE1967SC040809 DESC040809A DE1653778A1 DE 1653778 A1 DE1653778 A1 DE 1653778A1 DE 1967SC040809 DE1967SC040809 DE 1967SC040809 DE SC040809 A DESC040809 A DE SC040809A DE 1653778 A1 DE1653778 A1 DE 1653778A1
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Description

PATENTANWÄLTE
DR.-ING. VON KREISLER DR.-ING. SCHÖNWALD 1653778 DR.-ING. TH. MEYER DR. FUES
KÖLN 1, DEICHMANNHAUS
1. Mai 1967 Sch/cg
H. Schroeder & Co., Elbach/Kalkkuhl über Engelskirchen/Rhld,
Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung eines schwingungsfreien Betriebes einer Kreiselpumpe.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Durchführung eines schwingungsfreien Betriebes einer Kreiselpumpe mit insbesondere labiler Förderdruokkennlinie und auf eine Vorrichtung, vornehmlich ein Freilaufrückschlagventil zur Durchführung des Verfahrens.
Bei Kreiselpumpen mit instabiler Charakteristik treten vielfach im Gebiet kleiner Fördermengen Schwingungen auf., die einen ordnungsmäßigen Betrieb der Pumpe in einem bestimmten Bereich der Förderdruckkennlinie, insbesondere in dessen labilen Zweig unmöglich machen. Die Ursache .des Auftretens von Schwingungen dürfte darauf zurückzuführen sein, daß die Pumpendruckleitung unter bestimmten Verhältnissen als elastisches Glied wirkt» Besonders in Hochdruck*
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speiseanlagen müssen die Rohrleitungen wegen der hohen Temperaturen äußerst elastisch verlegt werden. Dadurch enthält die Pumpendruckleitung eine Spei ehe rrnasse, die leicht Schwingungen unterworfen werden kann. Ein solches Speichervermögen als elastisches Glied in dem "Pumpen-" system läßt sich aufgrund anderer Forderungen und Bedingungen konstruktiv nicht vermeiden, so daß in der Praxis eine solche schwingungsfähige Masse in Kauf genommen werden muß. Bei Auftreten von solchen Schwingungen kann es vorkommen, daß die Pumpe nicht mehr fördert und die Flüssigkeitsmasse zeitweilig entgegengesetzt zur Förderrichtung strömt.
Man hat schon auf verschiedenen Wegen versucht, solchen nachteiligen Schwigungen Herr zu werden, ohne jedoch die Gefahr des Auftretens von Schwingungen restlos beseitigen zu können. Beispielsweise soll eine Lösung des Problems darin bestehen, daß man mit stabilisierter Förderdruckkennlinie arbeitet. Es hat sich doch gezeigt, daß hierbei noch so starke Schwingungen auftreten können, daß ein sofortiges Abstellen der Pumpenanlage erforderlich wird; Auch die Erhöhung der Eigenfrequenz eines zwisehengeschalteten Ventils, insbesondere eines Freilaufrückschlagventils über 5 Hz bzw. beträchtlich über diesen Wert, z.B. auf 12 Hz, vermag die Gefahr des Auftretens von Schwingungen nicht zu beseitigen.
Aufgabe der Erfindung ist, eine Kreiselpumpe bzw. eine Pumpenanlage auch im labilen Zweig der Förderdruckkennlinie gefahrlos, d.h. ohne daß Schwingungen auftreten , können, betreiben zu können. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu-grunde, daß bei einem schwingungsfähigen System das elastische Glied, mit dessen Vorhandensein man sich abfinden muß, von der Einwirkung des Schwingungserregers, näm-
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lieh der Pumpe, 'sehwlngungsmäßig getrennt werden sollte, um eine Fortpflanzung der Schwingungen wirksam zu unterbinden. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Pumpe durch·Dämpfung von der schwingungsfähigen Speichermasse zu trennen ist., indem der Druck der dem Verbraucher bestimmten Flüssigkeit, -z*&:* in der als Speicher wirkenden Rohrleitung, mittels Aufrechterhaltung eines Druckgefälles von der Pumpe.aur-Rohrleitung nahe dem Anspring4ruek der Pumpe gehalten wird. Vorteilhaft soll der genannte Druck im labilen Bereich der Pumpe unterhalb des Ä.;jispringpunktes derselben bleiben. Durch eine solche Maßnahme wird die Möglichkeit eines- Rückströmen der bereits geförderten I1IUssigkeit zur Pumpe mit Sicherheit ausgeschaltet, da die (Jev.'ähr gegeben ist, daß immer ein Dx'uckgefalle von der Pumpe zur Rohrleitung besteht,, . : ".-"".-■ ·,
Da es im allgemeinen nicht wirtschaftlich sein wird, den in dem labilen Zweig der Förderdruckkennlinie erforderlichen hohen D^uckverlust in dem gesamten Förderbereich beizubehalten, v;ird gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen, daß zwischen Pumpe und schwlngungsfähigem Speicher eine Drosselung in Abhängigkeit von der Fördermenge tder Pumpe so' vorgenommen wird., daß das Maximum im Bereich des labilen Bereiches und das Minimum itti stabilen Bereich der Förderdruckkennlinie liegt. Dadurch wird zugleich,die •Förderung einer wirtschaftlichen Betriebsweise erfüllt, Vorteilhaft wird der Betragj3er Drosselung im labilen Bereich mindestens so groß gewählt, daß der der Pump© eigene Ä hinter dem Ventil unterschritten wird.
Pas-Verfahren gemäß der-Erfindung wird zweckmäßig "bei ^einefci. ; tier Pumpe nachgeschalteten Rückschlagventil* vorzugsweise ■einem Freilauf-Hüaksohlag^entil* verwirklicht,,bei dem eine Mindestfördermenge innerhalb eines vorbestimmten Bereiches ".";-;. selbsttätig abgeführt wird. Hierzu zeichnet sich das Frei-
1O9B37/M)i0■"-; ■■■";■ V
".'.'■i". ^ BAD ORIGINAL
lauf-Rückschlagventil mit einem mittels eines Hauptkegels, z.B." eines Stufenkegels, den Nebenauslaß steuernden Schieber, z.B. Drehschieber., gemäß der Erfindung dadurch aus, daß in dem Ventileinlaß vor dem Nebenauslaß - in Strömungsrichtung gesehen - ein weiterer Kegel angeordnet ist. Durch diesen weiteren Kegel läßt sich in dem gesamten Förderbereich von der Mindestmenge bis zu einem vorbestimmten Scheitelwert so viel an Druck abbauen, daß in dem Speicher der Anspringdruck der Pumpe nicht überschritten und auch nicht erreicht werden kann. Vorteilhaft befinden sich weiterhin in den Durchlässen des Schiebers des Freilauf-Rückschlagventils düsenartige Verengungen. Hierbei sollen die in dem Schiebergehäuse vorgesehenen Bohrungen mit ihrem kleinsten Durchmesser größer als der Kleinstdurchmesser der Düsen sein.
Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels und von Diagrammen erläutert.
Fig. 1 zeigt in Gegenüberstellung die Förderdruckkenriliriie einer Kreiselpumpe mit instabiler Charakteristik und mit einem Fördervorgang gemäß der Erfindung in graphischer Darstellung.
In Fig. 2 ist die Drosselkurve in Abhängigkeit von der Fördermenge der Pumpe bei Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulicht.
Fig. J zeigt ein Freilauf-Rückschlagventil im Längsschnitt zur Durchführung des* erfindungsgemäßen Maßnahme.
Bei einer Kreiselpumpe mit instabiler Charakteristik ergibt sich bei Vorhandensein eines elastischen Gliedes in der Förderleitung eine Förderdruckkennlinie A, bei der die Förderung sich bei Überschreiten des Scheitelpunktes e um-
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kehrt und die Kennlinie B annehmen kann. In dem Diagramm der Fig. 1 bezeichnet die Ordinate die Druckhöhe H, während auf der Abszisse die Fördermenge aufgetragen 1st. Die genannte Umkehrung bedeutet, daß bereits geförderte Flüssigkeit in die Pumpe zurückgedrückt wird. Hierbei gibt der schwingende Speicher seine Energie in Form einer Druckverringerung ab und die Pumpe beginnt bei dem ihr eigenen Anspringdruck Hj) wieder auf dem stabilen Ast A der Q-H-Kurve zu fördern. Der Möglichkeit einer Umkehr der Förderrichtung wird dadurch begegnet, daß über dem gesamten Förderbereich von der Mindestmenge bis zu dem Scheitelpunkt e so viel Druck abgebaut wird, daß im Speicher der Anspringdruck der Pumpe nicht überschritten und erreicht werden kann.
Flg. 3 zeigt eine Ausführungsform eines der Pumpe nachgeschalteten Freilauf -Rückschlagventils zur Verwirklichung der erfindungsgemäßen Maßnahme. Das Ventil weist die Gehäuse-feeile 1 und 2 auf, in denen ein Stufenkegel J> in den Führungen k und 5 verschiebbar gelagert ist. Das Eigen gewicht des Kegels 3> und die Kraft einer Feder 6, die sich einerseits an der Führung 5 und andererseits auf dem Nachkegel J>.1 abstützt, drückt den Stufenkegel J5 auf den Gehäusesitz la. Ein Nebenauslaß 15 wird durch einen Drehschieber 7 gesteuert, der durch den Hebel 9 niit dem Kegel ^ gekoppelt ist. In dem Einlaß 16 des Ventils befindet sich ein weiterer Kegel IJ, der mit dem Stufenkegel 3 verbunden ist und in gleicher Weise auf und nieder bewegt wird. In dem Drehschieber 7 befinden sich parallel verlaufende düsenartige Bohrungen J,l, durch die der Druck des Förderwassers zum größten Teil abgebaut werden kann. Die nachfolgenden Bohrungen 8.1 in dem Schiebergehäuse 8 sind im Durchmesser größer ausgebildet. Sie sollen in ihrem klein-. sten Durchmesser größer als,der kleinste Durchmesser der dUsenartigen Bohrungen 7.1 sein.
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Die Kegel 5 un& 17 sind zueinander so abgestimmt, daß, wenn der Kegel 3 auf dem Gehäusesitz la aufsitzt, immer noch die Mindestmenge über die Drosselstelle zwischen dem weiteren Kegel I7 und der zugehörigen Sitzfläche I.3 strömen kann, so daß* selbst bei einer Fördermenge zum Verbraucher gleich null der Pumpendruck entsprechend der Funktion ,
reduziert wird. Wenn ein hinter dem Freilauf-Rückschlagventil angebrachtes Regelventil geöffnet wird, so kann die Förderflüssigkeit durch das Ventil strömen. Sie hebt den Kegel 3 infolge der Drosselung zwischen den Stellen J.I und 1.1 sowie 1.2 von seinem Sitz la ab. Bei weiterer Steigerung der Fördermenge verringert sich die Drosselung zwischen dem Sitz la und Nachkegel J.l, Hierbei ergibt sich folgende Kräftegleichung:
Hierin bedeuten:
- = Druckverlust zwischen 1.J5 und ;5.2
Δρ = Druckverlust zwischen 1.2 und J.I
G = Kegelgewicht
c = Federkonstante
/Fl = Spezifisches Gewicht der Flüssigkeit
yFe = Spezifisches Gewicht des Kegelmaterials
f = Federweg, der sich addiert aus der Vorspannung fv und dem jeweiligen Kegelhub h
10 9 8 3 7/0310 BAD original
R =■Reibungskraftj die einmal erzeugt wird durch die Reibung in den* Führungen 5 u^d 6, zum anderen auch an dem den Nebenauslaß steuernden Drehschieber 7/ der in dem Schieberkopf 8 gelagert ist.
Da der Druekverlust entsprechend der Punktion
(!spilt)
anwächst,, wobei Zeta der Widerstandsbeiwert ist,.wird auch der Kegel mit steigernder Menge in eine höhere Gleichgewichtslage gehoben. vDer Kegel J unc* der Drehschieber 7 sind jedoch durch den Hebel 9 gekoppelt, so daß mit dieser Lagen änderung des Kegels 3 gleichzeitig die Stellung des Drehschiebers 7 verändert wird und somit die Bohrung 8.1 in Abhängigkeit vom Kegelhub h von dem Drehschieber. 7 mehr oder weniger überdeckt werden. Für diesen Förderbereich gelten die Bedingungen
Qp = Qk + q
q = : 0.8 Qk +
Hierin bedeuten:
Qp = Fördermenge der Pumpe
Q, = Fördermenge zum Verbraucher
ql '= Freilaufmenge
q = f .-(Qj,.) Teil-Frei lauf menge
Durch Umstellung und Einsetzen erhält man · *
Qp = 0.2
Diese Gleichung ergibt die mathematische Aussage.» daß die Pumpenfördermenge Qp nicht kleiner als die Freilaufmenge q., werden kann. Da jedoch Qp immer über die Drossele teile 1.J5
" ■ 109837/0310'
zu j5.2 geführt wird und der Druokverlust eine Funktion von dem Quadrat der Geschwindigkeit., d.h. auch von dem Quadrat des Quotienten Q.D/^QDai+- ist, wird selbst bei Qk = O ein erheblicher Druckverlust mit einem solchen Ventil erzeugt werden können. Erreicht die Fördermenge den Betrag von Qe, so hebt sich der Kegel derart, daß der Vorkegel J5.2 aus seiner Drosselstellung I.3 austritt, d.h. von dieser Höhenlage an aufwärts wird der Druckverlust Δρ, auf null tendieren. In der Kräftegleichung
. κ
(Δρ, = Druckverlust zwischen 1.4 und J5«3) würde damit das erste Glied auch gegen null werden und da der Ausdruck
wesentlich kleiner gegenüber
W ist, muß für den Ausgleich der Kräftegleichung Δ anwachsen, so daß sich der.Gesamtdruckverlust
auf ein Minimum reduziert. Mit der erläuterten Anordnung und Ausbildung der einzelnen Drosselstellen wird erreicht, daß das Maximum des Druckverlustes im Bereich des labilen Astes und das Minimum im stabilen Bereich der Q-H-Kurve liegt.
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.Die Drosselkurve H = f (Qp) des Ventils ist in Fig. 2 wiedergegeben. Wenn man diese Werte von der Fördermengendruckkurve H = f (Qp) abzieht, erhält man die in Fig. 1 dargestellte Kurve C als Funktion Ή = f (Qp) hinter dem Freilauf-Rückschlagventil.
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Claims (7)

A_n_s_g_r_U_c_h_e
1. Verfahren zur Durchführung eines schwingungsfreien Betriebes einer Kreiselpumpe mit insbesondere labiler Förderdruckkennlinie, bei dem die geförderte Flüssigkeit, z.B. durch
■· Fördern in schwingungsfähige Speicher, Schwingungen unterworfen werden kann und eine Mindestförderrnenge, z.E. mittels eines Freilauf-Rückschlagventils innerhalb eines vorbestimmten Bereiches5 selbsttätig abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck der dem Verbraucher bestimmten Flüssigkeit, z.B. in der als Speicher wirkenden Rohrleitung, mittels Aufrechterhaltung eines Druckgefälles von der Pumpe zur Rohrleitung nahe dem Anspringdruck (D) der Pumpe gehalten wird,
2. Verfahren nach'Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck der dem Verbraucher bestimmten Flüssigkeit im labilen Bereich der Pumpe unterhalb des Anspringpunktes derselben gehalten wird.
^. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Pumpe und schwingungsfähigem Speicher eine Drosselung in Abhängigkeit von der Fördermenge der Pumpe so vorgenommen wird, daß das Maximum im Bereich des labilen Bereiches und das Minimum im stabilen Bereich der Förderdruckkennllnie liegt. ·
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3> dadurch gekennzeichnet, daß der Betrag der Drosselung im labilen Bereich mindestens so groß gehalten wird, daß der der Pumpe eigene Anspringdruck (D) hinter dem Ventil unterschritten wird.
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5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis K, vornehmlich Freilauf-Rückschlagventil mit einem mittels eines Hauptkegels, z.B. eines Stufenkegels, den Nebenauslaß steuernden Schieber, z.B. Drehschieber, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Ventileinlaß (l6) vor dem Nebenauslaß (15) - in Strömungsrichtung gesehen - ein den Druck der einströmenden Flüssigkeit abbauender weiterer Kegel (17) angeordnet ist und daß der weitere Kegel (17) 'zu dem Hauptkegel (3) des Freilauf-Rückschlagventils so abgestimmt ist, daß bei geschlossenem Hauptkegel (3) der weitere Kegel (17) das Durchströmen von Flüssigkeit "in einer vorbestimmten Menge zuläßt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in den Durchlässen (7.1) des den Nebenauslaß (15) steuernden Schiebers (7) düsenartige Verengungen angeordnet.sind,
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem.Schieberkopf (8) vorgesehenen Bohrungen (8.1) mit ihrem kleinsten Durchmesser größer als oer kleinste
■ Durchmesser der düsenartigen Durchiäße (7-1) sind.
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DE1653778A 1967-06-01 1967-06-01 Freilaufrückschlagventil für Kreiselpumpen, insbesondere für Kesselspeisepumpen Expired DE1653778C3 (de)

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