DE2112172A1

DE2112172A1 - Hydrodynamische Druckstoss-Daempfungsvorrichtung

Info

Publication number: DE2112172A1
Application number: DE19712112172
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: EVERETT WILHELM SYDOW
Current assignee: EVERETT WILHELM SYDOW
Priority date: 1970-03-19
Filing date: 1971-03-13
Publication date: 1971-10-07
Also published as: FR2084857A5; GB1339446A; JPS5220685B1; CA930642A; US3669150A

Description

Hydrodynamische Druckstoß-Dämpfungsvorrichtung.

Für diese Anmeldung wird die Priorität aus der entsprechenden U.S.-Anmeldung Serial No. 2o 9I0 vom 19. März 197o in Anspruch genommen.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Druckstoß-Dämpfungsvorrichtung für Druckstöße in Wasser, die insbesondere in Abwasser-Rohrleitungssystemen zur Minderung von Druckstößen und Spannungen dient, die durch die Inbetriebnahme und das Abschalten von Pumpen in einem Abwassersystem hervorgerufen werden.

In der U.S.-Patentschrift 3 292 66I vom 2o.12.1966 desselben Anmelders ist eine Dämpfungsvorrichtung für Flüssigkeits-Drucks töße beschrieben, die allgemein auf Rohrleitungssysteme für Flüssigkeiten anwendbar ist und dazu dient, sog. "Wasserstöße" oder Druckstöße abzuschwächen, die beim Schließen von Schiebern, Abschalten von Pumpen, bei Störungen und dgl. auftreten, In der vorgenannten Patentschrift ist eine Wirbelkammer von besonderem Aufbau beschrieben, die ein "Abgleitglied" und ein Leitblech zur Erzielung einer erwünschten Verwirbelung innerhalb der Wirbelkammer aufweist, damit

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eine optimale Absorption der in die Dämpfungsvorrichtung eintretenden oder.aus dieser austretenden Energie bewirkt und innerhalb des Rohrleitungssystems die gewünschte Gesamtdämpfung erhalten wird.

Für manche Anwendungen wie z.B. Abwassersysteme, bei denen ein Gemisch aus Flüssigkeit und Feststoffen oder Abfällen durch Rohrleitungen gepumpt wird, kommt es vor allem darauf an, daß eine in das System geschaltete Druckstoß-Dämpfungsvorrichtung in solcher Weise ausgelegt und beschaffen ist, daß die Möglichkeit eines Verstopfens oder der Ansammlung von Abfällen und dgl. in dem System und die dadurch ggf. bedingte Veränderung des Strömungswiderstandes so weit wie möglich ausgeschaltet wird. Jede unerwünschte Ablagerung von Teilchen innerhalb der Dämpfungsvorrichtung kann verhältnismäßig schnell zu einer Veränderung der Eigenschaften der Vorrichtung führen, mit dem Ergebnis, daß der Wirkungsgrad der Vorrichtung im Hinblick auf eine einwandfreie Dämpfung nach wenigen Einsatzstunden oder Tagen stark verringert oder gleich null ist. Daher besteht ein Bedarf für eine Dämpfungsvorrichtung, bei der die Möglichkeit zu Verstopfungen und dgl. auf ein Minimum herabgesetzt ist, und die trotzdem den zur Durchsatzsteuerung erforderlichen Widerstand aufweist.

Zu diesem Zweck soll eine verbesserte hydrodynamische Druckstoß-Dämpfungsvorrichtung geschaffen werden, die insbesondere zur Verwendung in Abwasser-Rohrleitungssystemen

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geeignet ist und bei der die Möglichkeit von Verstopfungen der Dämpfungsvorrichtung durch in dem Rohrleitungssystem vorhandene Feststoffteilchen und Abfälle auf ein Minimum herabgesetzt ist.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Vorrichtung weist einen geschlossenen Behälter, eine Wirbelkammer, die eine obere tangentiale Einlaßöffnung und eine untere mittige Auslaßöffnung aufweist, bei der die waagerechte kreisförmige Querschnittsfläche der Kammer an der Einlaßöffnung größer ist als an der Auslaßöffnung, und tangential in die Einlaßöffnung eintretende Flüssigkeit vor dem Verlassen der Kammer durch die mittige Auslaßöffnung zur Wirbelbildung bringbar ist, und eine Einlaßvorrichtung auf, vermittels welcher die obere tangentiale Einlaßöffnung mit dem Sammelrohr des Systems ■verbindbar ist, durch welches eine Druck- und Spannungsstoßen ausgesetzte Flüssigkeit hindurchgeführt wird, wobei die untere Auslaßöffnung in Verbindung steht mit einem unteren, inneren Abschnitt des geschlossenen Behälters, der bei teilweise mit Flüssigkeit gefülltem Behälter in die Flüsigkeit eingetaucht ist, und der übrige Innenraum des Behälters ein unter Druck stehendes Gas enthält.

Bei der vorgeschlagenen Anordnung kann Flüssigkeit in die Wirbelkammer eintreten und den Pegelstand der in dem Behälter befindlichen Flüssigkeit anheben, dabei das Gas zusammendrücken, wieder aus der Wirbelkammer austreten

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und den Pegelstand der in dem Behälter befindlichen Flüssigkeit absenken, wobei der niedrigste Pegelstand der Flüssigkeit stets oberhalb des unteren, mit der unteren Auslaßöffnung in Verbindung stehenden unteren InnenabSchnitts steht. Die Vorrichtung ist im ganzen gesehen so ausgelegt, daß der Widerstand gegenüber Flüssigkeitsdurchsatz für durch die Wirbelkammer in den Behälter eintretende Flüssigkeit zwischen fünf- bis einhundertmal größer ist als für Flüssigkeit, welche den Behälter durch die Wirbelkammer hindurch zu dem Sammelrohr verläßt. Außerdem Ψ weist die Vorrichtung keine beweglichen Teile oder im Strömungsweg befindliche Hindernisse auf, welche zu einer Verstopfung führen könnten, wobei jedoch die gewünschte Strömungssteuerung trotzdem ermöglicht wird.

Die Erfindung wird im nachfolgenden anhand des in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 ist ein seitlicher Aufriß und zeigt scheraatisch ein Abwasser-Pumpensystem mit einer hydrodynamisch-pneumatischen Druckstoß-Dämpfungsvorrichtung für die Dämpfung von in dem System auftretenden Druckstößen.

Fig. 2 zeigt die in Fig. 1 verwendete Vorrichtung,

teilweise aufgeschnitten und in einem größeren Maßstab.

Fig. 3 ist ein Querschnitt durch die Vorrichtung in der Ebene der Pfeile 3-3 der Fig. 2.

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In Pig. 1 ist ein Abwassersystem mit Pumpen Io dargestellt, wobei sich auf der Auslaßseite der Pumpen Einwegventile 11 befinden. Die Pumpen speisen ein gemeinsames Sammelrohr 12 des Abwassersystems.

Die entsprechend der Erfindung vorgesehene verbesserte hydrodynamisch-pneumatische Druckstoß-Dämpfungsvorrichtung weist eine mit dem Sammelrohr 12 verbundene Einlaßvorrichtung 13 auf, die in das Innere eines geschlossenen Behälters 14 führt. Auf der Außenseite des Behälters können ein Pegelstandsanzeiger 15 j eine Gasentlüftungsöffnung 16 und ein Druckluft-Füllventil 17 vorgesehen sein, so daß der Gasdruck innerhalb des Behälters Ik z.B. vermittels eines Verdichters 18 auf einen gewünschten Wert einstellbar ist.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, besteht die Einlaßvorrichtung aus einem Einlaßstutzen 13, der in abgedichteter Weise durch die Wand des Behälters 14 durchgeführt ist, wie an dem Bezugszeichen 19 angedeutet ist. Der Innenraum des Behälters ist mit 2o bezeichnet und weist in der hier dargestellten Ausführung eine Wirbelkammer 21 auf. Bei der bevorzugten Anwendung in einem Abwassersystem hat die Wirbelkammer 21 die Form eines auf dem Kopf stehenden Kegelstumpfes, und die Einla&vorrichtung ist in der Nähe des auf dem Kopf stehenden Basisabschnitts des Kegelstumpfs mit diesem verbunden und bildet eine obere Einlaßöffnung 22. Der untere Scheitelabschnitt des auf dem Kopf stehenden Kegels bildet eine mittige

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Auslaßöffnung 23» die mit einem unteren üiuienabschnitt des Behälters in Verbindung steht. Die Auslaßöffnung 23 befindet sich auf einer· Höhe L¹, die in jedem Falle unterhalb des Pegelstandes L der in dem Behälter 14 befindlichen Flüssigkeit liegt.

Die obere äußere Oberfläche der Kegelstumpfbasis des auf dem Kopf stehenden Kegels ist mit 24 bezeichnet und ist konvex ausgebildet, so daß sich in der Flüssigkeit befindliche Abfälle nicht auf dem Kegel ablagern können, sondern von diesem abgleiten, wenn der Pegelstand L der in dem Behälter befindlichen Flüssigkeit höher steigt als der Kegel. Ander Stelle der oberen äußeren Oberfläche könnte auch ein aufrechter Blindkegel vorgesehen sein, um das Abgleiten zu begünstigen. Der Kegel ist vorzugsweise in seinem Inneren dadurch abgeändert, daß er eine Blinddeckenplatte 25 aufweist, die eine nach unten zu dem Scheitelabschnitt des Kegels weisende nichtkonkave Oberfläche bildet. Eine derartige Ausgestaltung bewirkt höhere Druckabfalleigenschaften bei der Ausbildung der Wirbelströmung in der Flüssigkeit gegenüber dem Fall, in dem der untere konkave Abschnitt der Basis 24 als oberer Innenabschnitt der Wirbelkammer dient. Die in der Zeichnung dargestellte Platte 25 weist zwar gegenüber der in der Wirbelkammer befindlichen Flüssigkeit eine konvexe Oberfläche auf, sie kann jedoch auch eben ausgebildet sein, wobei sich ebenfalls Vorteile gegenüber einer konkav ausgebildeten

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Deckenplatte der Kammer erzielen lassen.

Bei der bevorzugten Ausfuhrungsform weist der Behälter 14 eine untere öffnung 26 an der Mündung eines unteren Kegels 27 auf. Am unteren Ende des Kegels 27 befindet sich ein Abflußventil 28. Infolge des Kegels wird die Gefahr, daß sich Abfälle oder andere Peststoffteilchen aus der Flüssigkeit zusammenballen und in der Vorrichtung festsetzen, auf ein Minimum verringert.

Die tangentiale Anordnung der Einlaßvorrichtung 13 und der Einlaßöffnung 22 ist aus Fig. 3 ersichtlich. Bei den meisten Anwendungen auf Abwassersysteme ist der in den Figuren 2 und 3 mit D bezeichnete Durchmesser des auf dem Kopf stehenden Basisabschnitts der Wirbelkammer 21 vierbis sechsmal größer als der Durchmesser d der Einlaßvorrichtung 13. Um die Möglichkeit, daß sich Abfälle innerhalb der Wirbelkammer zusammenballen, noch weiter zu verringern, ist die Höhe des auf dem Kopf stehenden Kegelstumpfes vorzugsweise größer als der Durchmesser D der auf dem Kopf stehenden Basis.

Schließlich ist der geschlossene Behälter 14 selbst vorzugsweise kugelförmig ausgebildet, um innerhalb eines kleinstmöglichen Raumes ein größtmögliches Volumen zu ergeben. Auf diese Weise kann die Wirbelkammer 21 zweckmässigerweise innerhalb des kugeligen Behälters 1^i angeordnet werden. Es ist jedoch auch möglich, die Wirbelkammer außerhalb des

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Behälters anzuordnen. In diesem Fall wird der Auslaß 23 in abgedichteter Weise durch eine Wand des Behälters 14 durchgeführt bis zu einer Öffnung, die sich im wesentlichen in der Höhe L¹ befindet, so daß sie stets in die innerhalb des Behälters befindliche Flüssigkeit eingetaucht ist.

Anhand der vorstehenden Beschreibung der hauptsächlichen Bauelemente soll nun die Wirkungsweise der hydrodynamischpneumatischen Druckstoß-Dämpfungsvorrichtung allgemein erläutert werden. Wie aus Fig. 1 und der vorstehenden Beschreibung ersichtlich, wird die Vorrichtung vorzugsweise mit einem Sammelrohr verbunden, das sich unmittelbar hinter den Einwegventilen auf der Auslaßseite der in dem System vorhandenen Pumpen befindet. Die Anschlußstelle sollte sich dabei so nahe wie möglich an den Auslässen der Einwegventile befinden .

Wie Fig. 2 zeigt, ist der Behälter 14 angenähert zur Hälfte mit Flüssigkeit gefüllt, so daß sich der Flüssigkeitsstand in dem in Fig. 1 dargestellten Pegelstandsanzeiger 15 etwa in der Mitte befindet. Das oberhalb der Flüssigkeit befindliche Gas kann beispielsweise aus Luft bestehen, die unter einem Druck steht, welcher dem Druck innerhalb des Abwasser-Rohrleitungssystems entspricht. Wenn die Pumpen in Betrieb gesetzt werden, wird die dabei anfänglich entstehende Druck- oder Stoßwelle durch das Einströmen von Flüssigkeit und Abfällen durch die Einlaßvorrichtungen 13

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in die Wirbelkammer 21 aufgenommen. Aufgrund der tangentialen Anordnung der Einlaßöffnung wird eine Wirbelströmung erzeugt, so daß die Flüssigkeit und .Abfälle um die inneren Seitenwände des auf dem Kopf stehenden Kegels herumgewirbelt werden und diesen wieder verlassen, wobei sie sich mit der innerhalb des Behälters 14 befindlichen Flüssigkeit vermischen. Durch den Zustrom steigt der Pegelstand der Flüssigkeit an, wodurch das oberhalb der Flüssigkeit befindliche Gas zusammengedrückt wird. Auf diese Weise wird ein großer Teil der kinetischen Energie der Flüssigkeitsströmung durch den aufgrund der Konstruktion der Wirbelkammer bedingten Widerstand und die Verdichtungsarbeit des Gases absorbiert.

Der normalerweise in der Leitung vorhandene Rückstoß wird dadurch aufgenommen, daß die in dem Behälter 14 befindliche Flüssigkeit durch die Wirbelkammer hindurch nach oben und durch die Einlaßvorrichtung 13 zum Sammelrohr strömt. Der Widerstand gegenüber der Flüssigkeitsströmung ist in dieser Richtung wesentlich kleiner als in der anderen Richtung. Der Grund für diesen kleineren Widerstand besteht darin, daß beim Rückfluß der Flüssigkeit keine Verwirbelung auftritt und verhältnismäßig große öffnungen und Durchlässe vorhanden sind.

Wenn die Pumpe abgeschaltet wird, bewegt sich die innerhalb des Rohrleitungssystems befindliche Flüssigkeitssäule aufgrund ihrer Trägheit weiter in Richtung des Pfeils

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-loin Pig. 1, wodurch eine "Lücke" oder ein Niederdruck hinter der Flüssigkeit entsteht. Diese Lücke wird durch den Rückstrom der in dem Behälter 14 befindlichen Flüssigkeit, der unmittelbar in das Sammelrohr erfolgt, ausgefüllt, so daß beim Abschalten der Pumpen entstehende Druckstöße oder Spannungen gedämpft werden. Der Rückstoß wird in gleicher Weise wie bei der Inbetriebnahme der Pumpen durch die Dämpfungsvorrichtung abgeschwächt.

Aufgrund der konischen Formgebung des unteren Kegelabschnitts 27 des Behälters 14 und der gewölbten oder konvexen oberen Außenwand der Druckstoßkammer sammeln sich Abfälle oder dgl. in dem zum Abfluß dienenden unteren Kegelabschnitt 27 an. Die Abfälle lassen sich mühelos entfernen, indem der Behälter vermittels des Ventils 28 je nach Bedarf in regelmässigen Zeitabständen entleert wird.

Die Vorrichtung ist in ihrem ganzen Aufbau passiv, d.h. sie weist keine beweglichen Teile auf. Folglich ist die gesamte Vorrichtung sehr haltbar, widerstandsfähig und benötigt nur sehr wenig Wartung. Außerdem wird bei der hier beschriebenen bevorzugten Ausführung durch die geometrische Formgebung der Kegel die Möglichkeit einer Verstopfung auf ein Minimum herabgesetzt, so daß sich die Vorrichtung als Ganzes gesehen ideal für Abwassersysteme geeignet ist.

Wie bereits dargelegt, ist der Aufbau der- Wirbelkammer so ausgelegt, daß der Strömungswiderstand gegenüber der durch

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die EinlaßVorrichtung eintretenden Flüssigkeit" etwa das fünfbis einhundertfache des Widerstandes beträgt, der einer Rückströmung der Flüssigkeit durch die Wirbelkammer hindurch in das Rohrleitungssystem entgegengesetzt wird. Für die meisten praktischen Anwendungen dürfte das Verhältnis der Widerstände gegenüber Vorwärts- und Rückwärtsströmung näher bei 40 bis 50 liegen, dieser Wert kann jedoch je nach Einstellung und Bemessung der einzelnen Bauelemente innerhalb weiter Grenzen schwanken.

- Patentansprüche 109841/1194

Claims

Pa t^jit a ns ρ rü e he

J Hydrodynamisch-pneumatische Druckstoß-Dämpfungsvorrichtung zum Anschluß an ein Sammelrohr in einem gum Transport von Flüssigkeit dienenden Rohrleitungssystem, gur Minderung von Druckstößen und Spannungen, die durch Inbetriebnahme und Abschaltung von Pumpen hervorgerufen werden, deren auslaßseitige Einwegventile mit dem Sammelrohr verbunden sind, gekennzeichnet dureh

a) einen geschlossenen Behälter (14),

b) eine Wirbelkammer (21), di§ eine ober© tangentiale Einlaß-Öffnung (22) und eine untere mittige Auslaßöffnung (25) aufweist, bei der die waagerechte kreisförmig© Querschnittsfläehe der Kammer an der Einlaßöffnung größer igt als an der Auslaßöffnung, und tangential in die Einlaßöffnung eintretende Flüssig« keit vor dem Verlaggen der Kammer dureh die mittige Auslaßöffnung sur Wirbelbildung bringbar igt, und

e) eine Einlaßvorriehtung (13), vermittele welcher die obere tangentiale Einlaßöffnung mit dem Sammtlr©hr (12) deg Systeme verbindbar ist, dureh weleheg eine Druck- und gpannungggtßßen aupge§#tgte Flüssigkeit hindurehgeführt wird, wobei di© untere Auslayoffnung in Verbindung steht mit einem unteren, inneren Ab* schnitt des geschlossenen Behälters_# Φζρ bti teilweise mit Flüssigkeit gefülltem Behälter in die Flüg^igkeit eingetaucht ist, und der übrige Innenraum (2o) des

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Behälters ein unter Druck stehendes Gas enthält, Flüssigkeit in die Wirbelkammer (21) eintreten und den Pegelstand (L) der in dem Behälter befindlichen Flüssigkeit anheben, dabei das Gas zusammendrücken, rückwärts wieder aus der Wirbelkammer austreten und den Pegelstand der in dem Behälter befindlichen Flüssigkeit absenken kann und der niedrigste Pegelstand der Flüssigkeit stets oberhalb des unteren, mit der unteren Auslaßöffnung in Verbindung stehenden unteren Innenabschnitts steht, und wobei der Widerstand gegenüber Flüssigkeitsdurchsalz für durch die Wirbelkammer in den Behälter eintretende Flüssigkeit zwischen fünf- bis einhundertmal größer ist als für Flüssigkeit, welche den Behälter durch die Wirbelkammer hindurch zu dem Sammelrohr verläßt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelkammer (21) die Form eines auf dem Kopf stehenden Kegelstumpfes hat, dessen untere mittige Auslaßöffnung

(23) sich an dem Kegelstumpfscheitel und dessen obere tangentia-Ie Einlaßöffnung (22) sich in der Nähe der auf dem Kopf stehenden Kegelstumpf basis (2¹O befindet.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der auf dem Kopf stehende Kegelstumpf innerhalb eines geschlossenen Behälters (I²O angeordnet ist und sich der Kegelstumpfscheitel stets unterhalb des Pegelstandes (L)

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der Flüssigkeit in dem Behälter befindet, und die Einlaßvorrichtung (13) aus einem in abgedichteter Weise mit dem tangentialen Einlaß verbundenen, in abgedichteter Weise durch eine Wand des geschlossenen Behälters durchgeführten und mit dem Sammelrohr (12) des Systems verbundenen Durchlaß besteht.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Kegelstumpfes größer ist als der Durchmesser (D) seiner auf dem Kopf stehenden Basisfläche (24).
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der auf dem Kopf stehenden Basisfläche dem vier- bis sechsfachen des Durchmessers (d) der Einlaßöffnung (22) besteht.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (14) einen unteren kegelförmigen Abschnitt (27) mit einem zum Entfernen von Flüssigkeit und in dieser befindlichen Teilchen aus dem Behälter dienenden Abflußventil (28) aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (14) kugelförmig ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die auf dem Kopf stehende Basisfläche (24) eine konvexe Außenfläche bildet, so daß in dem Behälter befindliche Teilchen an dieser Fläche abgleiten, die Innenseite der auf dem

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Kopf stehenden Basisfläche eine obere Endplatte (25) aufweist die auf der Innenseite der Wirbelkammer eine nichtkonkave
Deckenfläche bildet und zur Verbesserung des Druckabfallverlaufs im Vergleich zu dem Verlauf dient, der erhalten wird,
wenn die untere, konkave Oberfläche der auf dem Kopf stehenden Kegelbasis als obere, innere Begrenzung der Wirbelkammer dienen würde.

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