DE19708362C1 - Rückschlagklappe einer Rohrleitung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Rück­ schlagklappe, wie sie in Rohrleitungen verwendet wird, um diese bei Strömungsumkehr zu schließen, z. B. bei ei­ nem Rohrbruch oder einem Aussetzen der Förderpumpe. Die hauptsächlichen Anwendungsgebiete liegen in der Erdöl- und chemischen Industrie und der Energiewirtschaft.

Die Erfindung geht aus von einer bekannten Rückschlag­ klappe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wel­ che auch als Pendelklappe bezeichnet wird, da sie in der Offenstellung zu ständigem Pendeln neigt, auch wenn eine konstante Durchströmung stattfindet. Dies hat einen ho­ hen und dabei auch noch schwankenden Durchflußwiderstand zur Folge. Auch besteht die Gefahr des Anschlagens der Klappe.

Eine aus DE 31 29 396 A1 bekannte Rückschlagklappe die­ ser Art besitzt eine auf der Schwenklagerwelle angeord­ nete Rückstell-Torsionsfeder, die die Klappenscheibe in die Schließstellung zu schwenken sucht. Diese Ausbildung vermeidet trotz ihres größeren Bauaufwands nicht die vorerwähnten Nachteile.

Aus dem SU-Erfinderschein 340 818 ist eine Rückschlag­ klappe dieser Art bekannt, deren Klappenscheibe auf ih­ rer Rückfläche ein bogenförmiges Element trägt, wel­ ches sich in der Offenstellung an die Innenfläche des Rohrgehäuses anlegt und in der Schließstellung durch sein Gewicht eine stärkere Anpressung der Dichtfläche der Klappenscheibe an deren Sitz und dadurch eine erhöh­ te Dichtigkeit bewirken soll. Auch diese Ausbildung ist nicht frei von Instabilität und das bogenförmige Element erhöht den Durchflußwiderstand.

Eine aus der RU-PS 2 020 350 bekannte Rückschlagklappe erzielt eine stabile Offenstellung der Klappenscheibe dadurch, daß diese am Ende einer auf der Rohrachse lie­ genden federbeaufschlagten Tragstange schwenkgelagert ist und um die Lagerstelle einen Zahnsektor trägt, der mit einer an der Führung der Tragstange befestigten Zahnstange zusammenwirkt. In der Schließstellung ist die Klappenscheibe durch die Federbeaufschlagung ihrer Trag­ stange an den Klappensitz angedrückt. Wenn die Strömung einsetzt, wird die Klappe von ihrem Sitz abgehoben und bewegt sich nach hinten, wobei nach einer gewissen Rück­ wärtsbewegung der Zahnsektor in Eingriff mit der Zahn­ stange kommt und die Klappe bei der weiteren Rückwärts­ bewegung zwangsweise in die Offenstellung geschwenkt wird. Diese Ausbildung ist ziemlich aufwendig und ist auch durch großem Durchflußwiderstand gekennzeichnet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Rückschlagklappe, die eine stabile Offenstellung mit geringem Strömungswiderstand verbindet.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteran­ sprüchen angegeben. Der Anschlag­ bogen der erfindungsgemäßen Rückschlagklappe bewirkt eine Druckverteilung, die die Klappenscheibe zuverlässig in der Offenstellung hält. Durch die Nuten wird dieser Effekt noch gesteigert und garantiert.

Die Erfindung wird nachfolgend durch die Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigegebenen Zeich­ nungen weiter erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 die Rückschlagklappe in der Offenstellung in einem senkrechten Längsschnitt (Schnitt 2-2 in Fig. 2);

Fig. 2 den Schnitt nach Linie 1-1 in Fig. 1 bei fluchtenden Nuten in Klappenscheibe und An­ schlagbogen;

Fig. 3 den Schnitt nach Linie 1-1 in Fig. 1 bei ver­ setzten Nuten in Klappenscheibe und Anschlag­ bogen;

Fig. 4 den Längsschnitt gemäß Fig. 1 in der Schließ­ stellung der Rückschlagklappe.

Im rohrförmigen Gehäuse 1 verläuft oberhalb von dessen Achse 17 quer zu dieser ein Schwenklagerzapfen 13 (des­ sen Achse mit 12 bezeichnet ist) der Klappenscheibe 4, die in der Schließstellung mit ihrer kegelstumpfförmigen Dichtfläche 6 an der Sitzfläche 3 des Sitzes 2 anliegt. Die Klappenscheibe ist an der Schwenkachse mittels zwei­ er Traghebel 14 aufgehängt, welche Bohrungen für den Lagerzapfen aufweisen und im aus Fig. 2, 3 ersichtlichen Querschnitt stromlinienförmig gestaltet sind. Der Lager­ zapfen ist mittels geeigneter Befestigungen 18 im Gehäu­ se fixiert.

Der in der Offenstellung der Klappenscheibe vordere Be­ reich derselben ist der Anströmabschnitt 11 und der hin­ tere Bereich ist der Abströmabschnitt 9. Die normal zur Ebene der Klappenscheibe und durch den Schwerpunkt der­ selben verlaufende Linie 15 markiert den Übergang zwi­ schen diesen Abschnitten.

Die normal zur Ebene der Klappenscheibe und durch die Schwenkachse 13 verlaufende Linie wird als Schwenklinie 16 bezeichnet und deren Abstand von der Schwerpunktlinie 15 ist die Exzentrizität e der Klappenscheibenaufhän­ gung.

Hinter der Klappenscheibe 4 erstreckt sich quer durch das Gehäuse 1 in einer parallel zur Schwenkachse 12 lie­ genden Ebene ein Anschlagbogen 21, an den sich der Rand des Abströmabschnitts 9 der Klappenscheibe 4 in deren Offenstellung anlegt. Der Anschlagbogen wird in der Wei­ se montiert, daß seine beiden Enden in seitlichen Längs­ nuten 19 des Gehäuses 1 in Position geschoben werden und auf geeignete Weise, vorliegend durch einen Schweißpunkt 20, fixiert werden.

Im vorderen, der Klappenscheibe 4 zugewandten Rand des Anschlagbogens ist in diesem ein Rücksprung 23 (Fig. 4) ausgeführt, so daß eine waagerechte Anschlagfläche 25 für den hinteren Umfangsabschnitt der Klappenscheibe 4 ent­ steht. In deren Rand ist ebenfalls ein Rücksprung 7 aus­ gearbeitet, welcher eine Anschlagfläche 8 ausbildet, die mit der Anschlagfläche 25 des Anschlagbogens zusammen­ wirkt. Der Rücksprung 7 der Klappenscheibe 4 erstreckt sich im gezeigten Ausführungsbeispiel aus fertigungs­ technischen Gründen über deren gesamten Umfang; anson­ sten genügt die Ausarbeitung dieses Rücksprungs auf dem hinteren Umfangsabschnitt, der zur Anlage an den An­ schlagbogen 21 kommt. Zwischen den einander zugewandten, etwa senkrecht orientierten Flächen von Klappenscheibe und Anschlagbogen verbleiben geringe Spalte 24. Die obe­ re dieser Flächen des Anschlagbogens ist mit 22 bezeich­ net.

Die Oberfläche 27 des Anschlagbogens stellt in der Of­ fenstellung der Klappenscheibe die Fortsetzung von deren gewölbter Rückfläche 10 dar und die Unterfläche 26 des Anschlagbogens stellt die Fortsetzung der ebenen Vorder­ fläche 5 der Klappenscheibe 4 dar.

In der Rückfläche 10 der Klappenscheibe 4 sind auf deren Abströmabschnitt 9 Längsnuten 28 ausgeführt, d. h. Nuten, die in der Offenstellung der Klappenscheibe in Strömungsrichtung verlaufen. Deren Tiefe h erreicht ih­ ren Maximalwert kurz hinter ihrem vorderen Ende und nimmt nach hinten allmählich ab, wobei der Nutboden 30 etwa waagerecht oder leicht abfallend verlaufen kann.

In der Oberfläche 27 des Anschlagbogens 21 sind eben­ falls Längsnuten 29 ausgeführt, deren Tiefe nach hinten abnimmt, so daß ihr Boden 31 in die Oberfläche 27 über­ geht. Die Nuten 29 im Anschlagbogen 21 können mit den Nuten 28 der Klappenscheibe fluchten, also deren Fort­ setzung darstellen (Fig. 2) oder diesen gegenüber seit­ lich versetzt sein (Fig. 3). Die Seitenwände 32 der Nu­ ten 28 und 29 können normal zur Schwenkachse 13 orien­ tiert sein oder einen Winkel mit dieser einschließen.

Die Nuten werden mit folgenden Abmessungen ausgeführt:

b/h 3,0; l₁/b 2,0
l₂/l₃ 1,0; l₄/l₅ 1,0

mit
b - Breite der Nut;
h - Maximale Tiefe der Nut;
l₁ - Abstand zwischen benachbarten Nuten;
l₂ - Veränderliche Länge der Klappenscheibe;
l₃ - Maximale Erstreckung in Längsrichtung des Ab­ strömabschnitts 9 der Klappenscheibe;
l₄ - Veränderliche Länge der Nuten des Anschlagbo­ gens 21;
l₅ - Maximale Erstreckung in Längsrichtung des An­ schlagbogens 21.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Rückschlagklappe ist folgende:
Wenn das fließfähige Medium zu strömen beginnt (Richtung des Pfeils in Fig. 1 bis 3), öffnet sich die Klappen­ scheibe 4 unter dem hydrostatischen Druck auf ihre Vor­ derfläche 5 und wird in die Offenstellung gemäß Fig. 1 dadurch geschwenkt, daß die Umströmung der Klappenschei­ be einen Auftrieb erzeugt, der sie bis zum Anschlagbogen 21 hebt und die Anschlagflächen 8 und 25 zur Anlage an­ einander kommen. Dabei wirken die Klappe und der An­ schlagbogen als einheitlicher tragflügelartiger Auf­ triebskörper und es stellt sich eine Druckverteilung ein, die die Klappe bei den im normalen Betrieb auftre­ tenden Strömungsgeschwindigkeiten bzw. Durchflußmengen zuverlässig in der erreichten Offenstellung hält und kein Pendeln oder Schlagen auftritt.

Die in der Rückfläche 10 der Klappenscheibe 4 auf de­ ren Abströmabschnitt 9 ausgeführten Längsnuten 28 ver­ stärken dabei die beschriebene Wirkung. Auf diesem Ab­ strömabschnitt herrscht auf der Klappenscheibenoberseite ein positiver Druckgradient und in den Nuten entstehen längsgerichtete Wirbelströmungen mit Unterdruckbildung im Inneren, die die auf die Klappenscheibe wirkende Ge­ samtauftriebskraft erhöhen. Der stoßfreie Übergang der Strömung von der Rückfläche 10 der Klappenscheibe auf die Oberfläche 27 des Anschlagbogens sowie von der Vor­ derfläche 5 der Klappenscheibe auf die Unterfläche 26 des Anschlagbogens sowie die stromlinienförmige Gestal­ tung der Traghebel 14 führen dabei zu einem niedrigen Widerstandskoeffizienten und bewirken dadurch einen nur geringen Druckverlust bei der Durchströmung der Rück­ schlagklappe. Dabei wirken auch die längsgerichteten Wirbelströmungen in den im Bereich positiver Druckgra­ dienten angebrachten Nuten 28 und 29 widerstandsvermin­ dernd.

Wenn die Strömung zum Stillstand kommt, wird die Klap­ penscheibe 4, deren Schwerpunkt hinter der Schwenkachse 12 liegt, in Richtung des Schließens fallen und bei Auf­ treten einer Rückströmung durch den Rückstau vollends geschlossen. Die Dichtfläche 6 der Klappenscheibe 4 kommt zur zuverlässig dichten Anlage an der Sitzfläche 3 des Sitzes 2 und die Rückschlagklappe sperrt das gemäß Fig. 4 in Richtung des Pfeils anstehende fließfähige Medium.

Die Klappenscheibe 4 der beschriebenen Rückschlagklappe öffnet sich und hält sich in der Offenstellung schon bei geringen Druckgefällen bzw. Strömungsgeschwindigkeiten, bietet in der Offenstellung nur einen geringen Wider­ stand und schließt zuverlässig beim Auftreten einer Rückströmung. Die Offenstellung wird stabil gehalten, so daß es nicht zu einem Pendeln und damit Pulsationen in der Strömung kommen kann.

Claims (8)

1. Rückschlagklappe für eine Rohrleitung mit einem Ge­ häuse (1), einem Klappensitz (2) und einer Klappenschei­ be (4), die - in Durchströmrichtung gesehen - um eine hinter ihrer Ebene oberhalb der Gehäuseachse (17) recht­ winklig zu dieser Verlaufende Achse (12) schwenkbar ge­ lagert ist und eine kegelstumpfförmige Dichtfläche (6) aufweist, die in der Schließstellung mit einer Sitzflä­ che (3) des Klappensitzes (2) zusammenwirkt, wobei die Rückfläche (10) der Klappenscheibe zur Erzeu­ gung eines in Richtung der Offenstellung wirkenden Auf­ triebs gewölbt ist und von ihr wenigstens ein im Quer­ schnitt stromlinienförmiger Traghebel (14) mit einer Bohrung für den Schwenklagerzapfen (13) ausgeht, gekennzeichnet durch einen quer durch das Gehäuse (1) Verlaufenden Anschlagbogen (21), an den sich der in der Offenstellung hintere Umfangsabschnitt der Klappenschei­ be (4) anlegt, die aufwenigstens dem hinteren Umfangs­ abschnitt einen eine Anschlagfläche 8 bildenden Rück­ sprung (7) aufweist, der mit einer Anschlagfläche (25), eines korrespondierenden Rücksprungs (23) am Anschlagbo­ gen (21) zusammenwirkt.

2. Rückschlagklappe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Oberfläche (27) des Anschlagbogens die Rückenfläche (10) der Klappenscheibe (4) und seine Un­ terfläche (26) deren Vorderfläche (5) fortsetzen.

3. Rückschlagklappe nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeich­ net durch eine ebene Vorderfläche (5) der Rückschlag­ klappe (4) und eine ebene Unterfläche (26) des Anschlag­ bogens (21).

4. Rückschlagklappe nach einem oder mehreren der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Abströmabschnitt (9) der Klappenscheibe (4) in deren Rückenfläche (10) Längsnuten (28) ausgeführt sind.

5. Rückschlagklappe nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch Längsnuten (29) in der Oberfläche (27) des An­ schlagbogens (21), welche in Verlängerung der Längsnuten (28) der Klappenscheibe (4) liegen (Fig. 2).

6. Rückschlagklappe nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch Längsnuten in der Oberfläche (27) des Anschlagbo­ gens (21), welche gegenüber den Längsnuten (28) der Klappenscheibe (4) versetzt sind (Fig. 3).

7. Rückschlagklappe nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (30, 31) der Längsnuten (28, 29) in Klappenscheibe (4) und Anschlag­ bogen (21) parallel zur Längsachse (17) oder gegenüber dieser nach hinten geneigt verläuft und daß die Nutenseitenwände (32) normal oder unter ei­ nem Winkel zur Schwenkachse (13) orientiert sind.

8. Rückschlagklappe nach einem oder mehreren der An­ sprüche 4 bis 7, gekennzeichnet durch folgende Abmessun­ gen der Nuten: b/h 3,0; l₁/b 2,0
l₂/l₃ 1,0; l₄/l₅ 1,0mit
b - Breite der Nut;
h - Maximale Tiefe der Nut;
l₁ - Abstand zwischen benachbarten Nuten;
l₂ - Veränderliche Länge der Klappenscheibe;
l₃ - Maximale Erstreckung in Längsrichtung des Ab­ strömabschnitts 9 der Klappenscheibe;
l₄ - Veränderliche Länge der Nuten des Anschlagbo­ gens 21;
l₅ - Maximale Erstreckung in Längsrichtung des An­ schlagbogens 21.