DE2338128A1 - Water hammer prevention device - pipe sections shaped to modify water pressure - Google Patents
Water hammer prevention device - pipe sections shaped to modify water pressureInfo
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- F16K17/0433—Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves opening on surplus pressure on one side; closing on insufficient pressure on one side spring-loaded with vibration preventing means
Abstract
Description
Junkers 685 PI-I 1-Gü/Str 24.JuIi 1973Junkers 685 PI-I 1-Gü / Str July 24, 1973
JUNKERS & CO. GMBH, in Wernau/ITeckarJUNKERS & CO. GMBH, in Wernau / ITeckar
Strömungskanal für ein Fluid mit durchströntem ÜberdruckventilFlow channel for a fluid with a pressure relief valve through which it flows
Die Erfindung bezieht sich auf einen Strömungskanal für ein Fluid, mit einem den Druck des Fluids begrenzenden Überdruckventil, insbesondere einem vom Fluid durchströmten Bypassventil, dessen Schliessglied entgegen einer Schliesskraft durch den Druck des Fluids von seinem Ventilsitz abhebbar ist.The invention relates to a flow channel for a Fluid, with a pressure relief valve limiting the pressure of the fluid, in particular a bypass valve through which the fluid flows, whose closing member can be lifted from its valve seat against a closing force by the pressure of the fluid.
Bei den bekannten Einrichtungen dieser Art wird das Schliessglied des Überdruckventils durch in der Strömung auftretende Druckschwankungen zum Schwingen angeregt. Wenn das Schliessglied durch eine Störgrösse aus der vom Zulaufdruck definierten Betriebsstellung gebracht wird, ändert sich die Durchflussmenge und somit auch die von der Strömung auf das Schliessglied ausgeübte resultierende Kraft, welche von der Durchflussmenge abhängt. Die darauffolgende Rückstellbewegung des Schliessgliedes,In the known devices of this type, the closing member of the pressure relief valve is caused by occurring in the flow Pressure fluctuations made to vibrate. If the closing element is caused by a disturbance variable from that defined by the inlet pressure Is brought to the operating position, the flow rate changes and thus also that exerted by the flow on the closing element resulting force, which depends on the flow rate. The subsequent return movement of the closing link,
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beispielsweise durch die Wirkung einer Schliessfeder, verändert die Durchflussmenge in entgegengesetzter Richtung. Die durch diese Wechselwirkung verursachte und sich wiederholende Kraftänderung ist ein periodischer Schwingungserreger für das Schliessglied, welches zusammen mit der Schliessfeder ein Schwingungssystem bildet. Diese Schwingungen, welche sich auf benachbarte Teile, z.B. auf die Gasarmatur eines gasbeheizten Wassererhitzers fortpflanzen, verursachen Geräusche, die erheblich störend sein können.for example, by the action of a closing spring, changed the flow rate in the opposite direction. The repetitive change in force caused by this interaction is a periodic vibration exciter for the closing element, which together with the closing spring a Vibration system forms. These vibrations, which affect neighboring parts, e.g. the gas valve of a gas-heated one Propagating water heaters make noises that can be significantly annoying.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ströniungskanal der genannten Art zu entwickeln, dessen Ventilschliessglied nicht zum Schwingen neigt, oder bei welchem die Schwingungen derart gedämpft sind, dass sie nicht mehr störend wirken.The invention is based on the object of a radiation channel of the type mentioned, whose valve closing member does not tend to oscillate, or in which the oscillations are so attenuated that they are no longer disturbing.
Der Lösung dieser Aufgabe liegt zunächst die Erkenntnis zugrunde, dass sich ein Aufschwingen des Schliessgliedes durch Störeinflüsse zumindest weitgehend vermeiden lässt, wenn die vom strömenden Fluid auf das Schliessglied ausgeübte Kraft unabhängig von der das Ventil durchströmenden Fluidmerige gemacht wird. Diese Kraft setzt sich aus einem statischen und einem dynamischen Kraftanteil zusammen. Der statische Kraftanteil rührt von der Differenz der statischen Drücke des Fluids vor und hinter dem Schliessglied her. Der dynamische Kraftanteil resultiert aus dem Eintritts- und dem Austrittsimpuls, den das strömende Fluid an der Ventilöffnung in Öffnungsrichtung auf das Schliessglied ausübt.The solution to this problem is based initially on the knowledge that the closing link will swing open Interfering influences can at least largely be avoided if the force exerted on the closing member by the flowing fluid is independent is made of the fluid flowing through the valve. This force consists of a static and a dynamic force component together. The static force component comes from the difference in the static pressures of the fluid and after the closing link. The dynamic force component results from the entry and exit impulses that the exerts flowing fluid at the valve opening in the opening direction on the closing member.
In Auswertung dieser Erkenntnisse wird gemäss der Erfindung vorgeschlagen, dass das Überdruckventil und die vor und hinter dem Ventil liegenden Abschnitte des Strömungskanals geometrisch so gestaltet und die vom Fluid berührten Oberflächen dieser Teile so ausgeführt sind, dass bei geöffnetem Ventil die bei einer Änderung der durchströmenden Menge auftretende Änderung der auf das Schliessglied einwirkenden statischen DruckkraftIn evaluating these findings, it is proposed according to the invention that that the pressure relief valve and the sections of the flow channel located upstream and downstream of the valve are geometrical designed in such a way and the surfaces of these parts in contact with the fluid are designed so that when the valve is open the at a change in the amount flowing through the change in the static compressive force acting on the closing element
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des Fluids die dabei ebenfalls auftretende Änderung der auf das Schliessglied einviirkenden dynamischen Kraft mindestens annähernd kompensiert.of the fluid, at least the change that also occurs in the dynamic force acting on the closing member approximately compensated.
Dadurch ist erreicht, dass ein durch eine Störgrösse aus der Betriebsstellung gebrachtes Schliessglied durch die dabei auftretenden Änderungen der Durchflussmenge nicht zum Aufschwingen neigt, und die damit verbundenen störenden Geräusche weitgehend verhindert werden.It is thereby achieved that a closing element which is brought out of the operating position by a disturbance variable is caused by the Changes in the flow rate does not tend to oscillate, and the associated annoying noises largely be prevented.
Die beiden auf das Ventilschliessglied einwirkenden Kräfte des strömenden Fluids lassen sich rechnerisch ermitteln. Die Rechnung führt zu brauchbaren Lösungen, wenn gemäss Anspruch 2 das Überdruckventil derart ausgebildet ist, dass der auf das Schliessglied einwirkende Austrittsimpuls des aus der Ventilöffnung ausströmenden fluids vernachlässigbar klein ist.The two forces acting on the valve closing member flowing fluids can be determined by calculation. The calculation leads to useful solutions if, according to claim 2, the pressure relief valve is designed in such a way that the exit pulse of the valve flowing out of the valve opening acting on the closing element fluids is negligibly small.
Die auf das Schliessglied des Überdruckventils vom strömenden Fluid auegeübte Kraft kann auf einfache Weise dadurch konstant gehalten werden, dass stromauf des Schliessglieds eine Drosselstolle angeordnet ist, deren wirksamer Querschnitt etwa halb so gross ist wie die in Schliesstellung von dem statischen Druck des Fluids beaufschlagte Fläche des Schliessglieds. Zu diesem Ergebnis komnt man durch folgende Überlegung:The force exerted by the flowing fluid on the closing element of the pressure relief valve can thereby be kept constant in a simple manner be held that upstream of the closing member, a throttle stud is arranged, the effective cross-section of which is approximately half is as large as the area of the closing member acted upon by the static pressure of the fluid in the closed position. to This result can be obtained by considering the following:
Die auf das Schliessglied ausgeübte Kraft K setzt sich aus einer dynamischen und einer statischen Kraft zusammen. Die. statische Kraft errechnet sich aus dem Produkt der statischen Druckdifferenz ρ vor und nach dem Schliessglied und der von dieser Druckdifferenz beaufschlagten Fläche F des Schliessgliedes. Die dynamische Kraft lässt sich unter Berücksichtigung eines nach Anspruch 2 vorgeschlagenen vernachlässigbar kleinen Austrittsimpulsec leicht durch den Eintrittsimpuls als Produkten der pro Zeiteinheit-durchflicssenden Masse mund der Zulaufgeschwindigkeit ν errechnen.The force K exerted on the closing element is composed of a dynamic and a static force. The. static force is calculated from the product of the static pressure difference ρ before and after the closing element and that of this pressure difference acted upon surface F of the closing member. The dynamic force can be negligibly small, taking into account what is proposed according to claim 2 Exit impulses easily through the entry impulse as products of the mass flowing through per unit of time and the Calculate the inlet speed ν.
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Im Fall einer vorgeschalteten Drossel kann die Masse m in Bezug auf den wirksamen Drosselquerschnitt f und der Durchflussgeschwindigkeit ν errechnet werden. Die Geschwindigkeit ν ergibt sich aus dem Abbau, den der statische Druck entlang des Ströiaungskanals erfährt. Nach diesen Betrachtungen lässt sich die Kraft K zum folgenden Ausdruck bringen:In the case of an upstream throttle, the mass m in With reference to the effective throttle cross-section f and the flow velocity ν can be calculated. The speed ν results from the reduction that the static pressure experiences along the flow channel. After these considerations express the force K as follows:
K = ρ P + 2 f (p0 - p)K = ρ P + 2 f (p 0 - p)
in welchem ρ die statische Druckdifferenz am Anfang und Ende des ganzen Strörnungskanals ist.in which ρ is the static pressure difference at the beginning and end of the entire flow channel.
Setzt man für 2f erfindungsgemäss don Vert F ein, dann heben sich nach ausmultiplizieren der Klammer die Summanden pf und 2fp auf. In diesem Fall ist die auf das Schliessglied ausgeübte Kraft K also tatsächlich nicht mehr von der Durchflussmenge, sondern nur noch von der Grosse der statischen Druckdifferenz ρ des gesamten Strönungskanals abhängig.If you insert vert F for 2f according to the invention, then lift after multiplying the brackets, the summands pf and 2fp arise. In this case, the one exerted on the closing link Force K actually no longer depends on the flow rate, but only on the size of the static pressure difference ρ of the entire diffusion channel depends.
Die auf das Schliessglied ausgeübte Kraft lässt sich auch dadurch weitgehend konstant halten, dass gemäss der Erfindung der Strömungskanal so ausgeführt wird, dass der Reibungsdruckverlust in der Strecke vor oder nach dem Schliessglied etv/a dem Staudruck am Schliessglied entspricht, oder wenn hinter dem Schliessglied eine Drosselstelle angeordnet wird, deren wirksamer Querschnitt etwa so gross wie die in Schliesstellung vom Zulaufdruck beaufschlagte Fläche des Schliessglieds ist.The force exerted on the closing element can also be kept largely constant in that, according to the invention the flow channel is designed in such a way that the friction pressure loss in the section before or after the closing element etv / a corresponds to the dynamic pressure on the closing element, or if a throttle point is arranged behind the closing element, its more effective Cross-section is approximately as large as the surface of the closing element acted upon by the inlet pressure in the closed position.
Es lässt sich auch für jede mögliche Kombination von Drosseln und Widerständen vor und hinter dem Schliessglied eine Gröcse für diese Glieder errechnen, bei der die Kraft auf den Ventilteller im Arbeitsbereich des Ventiles konstant bleibt und die Bedingungen von Anspruch 1 erfüllt.A size can also be set for every possible combination of throttles and resistors in front of and behind the closing element calculate for these links at which the force on the valve disc remains constant in the working area of the valve and the Conditions of claim 1 met.
Eine platz- und kostensparende Anordnung ergibt sich, wenn die Drosselstelle unmittelbar vor dem Ventilsitz angeordnetA space-saving and cost-saving arrangement results when the throttle point is arranged directly in front of the valve seat
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ist und sich erweiternd in eine ebene, zur Strömung senkrecht gerichtete Ventilsitzfläche übergeht.is and widens into a flat valve seat surface perpendicular to the flow.
Ein vernachlässigbar kleiner Austrittsimpuls lässt sich dadurch erzielen, dass das Schliessglied als Ventilteller mit ebener Sitzfläche und der Gegensitz als schmale Ringfläche ausgebildet ist.A negligibly small exit pulse can be achieved by using the closing element as a valve disk flat seat and the opposing seat is designed as a narrow annular surface.
Ferner wird durch die in Anspruch 10 gekennzeichnete Massnahme erreicht, dass durch die Begrenzung des Hubes auf einen Wert, der etwa dem wirksamen Drosselquerschnitt entspricht, gewisse mögliche unstabile Zustände beim Überschreiten des Regelbereiches vermieden werden.Furthermore, the measure characterized in claim 10 achieved that by limiting the stroke to a value that corresponds approximately to the effective throttle cross-section, certain possible unstable states when the control range is exceeded can be avoided.
In den Figuren 1 bis 4 der Zeichnung sind 4· Ausführungsbei^piele der Erfindung schematisch dargestellt.In FIGS. 1 to 4 of the drawing there are 4 exemplary embodiments of the invention shown schematically.
In dem Strömungskanal 10 nach Fig. 1 ist zwischen einem Zulauf und einem Auslass 13 ein mit einem Schliessglied 14· versehenes Überdruckventil angeordnet. Das als Ventilteller ausgebildete Schliessglied 14· wird durch die Wirkung einer Feder 16 entgegen der Strömung gegen einen ringförmigen Ventilsitz 17 gedrückt. Ein verstellbarer Anschlag 18 begrenzt den Hub des Stellgliedes 14-.In the flow channel 10 according to FIG. 1, between an inlet and an outlet 13 is a provided with a closing member 14 · Relief valve arranged. The closing element 14 designed as a valve disk is counteracted by the action of a spring 16 pressed against an annular valve seat 17 by the flow. An adjustable stop 18 limits the stroke of the actuator 14-.
Die dem Zulauf 12 zugekehrte Fläche 19 des Ventiltellers wird bei geschlossenem Ventil von einem statischen Druck ρ cies Mediums beaufschlagt. Das Ventil öffnet sich, wenn die vom Zulaufdruck auf das Schliessglied 14- ausgeübte Kraft die Federkraft überwindet. Dabei strömt das Medium radial durch den Ringspalt zwischen den Ventilsitzen 17 und 19 in den Auslass 13· Der Gesamtaustrittsimpuls ist dabei vernachlässigbar klein. Es wirken nur die vom Zulauf hervorgerufenen statischen und dynamischen Kräfte auf das Schliessglied 14- ein. Die Resultierende dieser.Kräfte, die normalerweise von der durchströmenden Menge abhängig ist, hängt beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 nur von dem Zulaufdruck ρ ab, weil der Zulauf 12 bzw. der AblaufThe surface 19 of the valve disk facing the inlet 12 is subjected to a static pressure ρ cies when the valve is closed Medium acted upon. The valve opens when the inlet pressure The force exerted on the closing element 14 overcomes the spring force. The medium flows radially through the annular gap between the valve seats 17 and 19 into the outlet 13 The total exit pulse is negligibly small. Only the static and dynamic ones caused by the inflow are effective Forces on the closing member 14- a. The resultant of these forces, which are normally caused by the crowd flowing through is dependent, depends in the embodiment of FIG. 1 only from the inlet pressure ρ, because the inlet 12 or the outlet
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geometrisch so ausgebildet sind, dass der am Überdruckventil gemessene Widerstandsbeiwert des Strömungswiderstandes annähernd gleich eins ist, d.h. dass der Reibungsdruckverlust gleich dem Staudruck am Ventil ist.are geometrically designed so that the drag coefficient of the flow resistance measured at the pressure relief valve is approximately is equal to one, i.e. the frictional pressure loss is equal to that Back pressure at the valve.
Beim Strömungskanal nach Fig. 2 ist im Zulauf 12 eine Drosselstelle 21 angeordnet. Diese kann im Strömungsweg; des Zulaufs oder unmittelbar vor dem Ventilsitz, wie in der Zeichnung dargestellt ist, angeordnet sein. Die in Strömungsrichtung sich erweiternde Drosselstelle 21 geht in einen ringförmigen, annähernd scharfkantigen Ventilsitz 20 über. Die ebene Fläche des Ventiltellers 14 ist als Gegensitz 19 ausgebildet.In the flow channel according to FIG. 2, there is a throttle point in the inlet 12 21 arranged. This can be in the flow path; of the inlet or immediately in front of the valve seat, as shown in the drawing is to be arranged. The throttle point 21, which widens in the direction of flow, turns into an annular, approximately sharp-edged valve seat 20 over. The flat surface of the valve disk 14 is designed as a counter seat 19.
Beim dritten Ausführungsbeispiel (Fig.3) geht die ebenfalls unmittelbar vor dem Ventilsitz angeordnete Drosselstelle 21 sich bogenförmig erweiternd in einen ebenen Ventilsitz 22 über, der mit einem ringförmigen Gegensitz 23 eines topfförmigen Schliessgliedes 14·' zusammenwirkt.In the third exemplary embodiment (FIG. 3), the throttle point 21, which is also arranged directly in front of the valve seat, goes expanding in an arc shape into a flat valve seat 22, which with an annular opposing seat 23 of a cup-shaped Closing member 14 'cooperates.
Bei den Ausführungsbeispielen nach Fig.2 und 3 ist der Querschnitt A der Drosselstelle halb so gross wie die vom Zulaufdruck beaufschlagt Fläche B des Schliessgliedes in der Schliessstellung des Ventils. Bei dieser Bemessung gleichen sich die statischen und dynamischen Kraftänderungen bei einer Änderung der Durchflussmenge weitgehend aus, so dass das Schliessglied bei einer Mengenänderung bzw. auch bei einer Änderung des Zulaufdrucks ρ praktisch nicht zum Schwingen angeregt wird.In the exemplary embodiments according to FIGS. 2 and 3, the cross section is A of the throttle point is half as large as the area B of the closing element acted upon by the inlet pressure in the closed position of the valve. With this dimensioning, the static and dynamic changes in force are the same when there is a change the flow rate largely so that the closing element in the event of a change in quantity or also in the event of a change in the inlet pressure ρ is practically not excited to vibrate.
Nach dem vierten Ausführungsbeispiel (Fig. 4) Et eine Drosselstelle 25 im Auslass 13 angeordnet. In diesem Fall wird das gestellte Ziel erreicht, wenn der wirksame Drosselquerschnitt Λ1 etwa so gross ist, wie der Querschnitt B des SchliessgliedesAccording to the fourth exemplary embodiment (FIG. 4) Et a throttle point 25 is arranged in the outlet 13. In this case, the goal set is achieved when the effective throttle cross-section Λ 1 is approximately as large as the cross-section B of the closing element
Neben der mit diesen Massnahmen erzielten Schwingungsunempfindlichkeit des Ventils ergibt sich bei genauer AbstimmungIn addition to the insensitivity to vibrations achieved with these measures of the valve results from precise coordination
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von Ventilsitzflaclie und Drosselung, dass das Druckgefälle bei jeder Wassermenge innerhalb des Arbeitsbereichs praktisch konstant bleibt. Wenn das Schliessglied seinen durch den Anschlag begrenzten maximalen Hub erreicht, steigt die Druck-Menge-Kennlinie des Ventils, welche im Regelbereich eine Konstante ist, plötzlich an. Dieser Knick in der Kennlinie am Ende des Regelbereiches kann in manchen Fällen erwünscht sein, nämlich um irgendwelche Schaltvorgänge auszulösen.of valve seat flaclie and throttling that the pressure gradient at any amount of water within the work area remains practically constant. When the closing link is through the stop When the limited maximum stroke is reached, the pressure-volume characteristic increases of the valve, which is a constant in the control range, suddenly opens. This kink in the curve on The end of the control range can be desirable in some cases, namely to trigger any switching processes.
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Claims (10)
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DE19732338128 DE2338128A1 (en) | 1973-07-27 | 1973-07-27 | Water hammer prevention device - pipe sections shaped to modify water pressure |
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Publication Number | Publication Date |
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DE2338128A1 true DE2338128A1 (en) | 1975-02-06 |
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ID=5888115
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE2338128A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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EP0410545A1 (en) * | 1989-07-26 | 1991-01-30 | Flow International Corporation | High pressure fluid pump with poppet valve |
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1973
- 1973-07-27 DE DE19732338128 patent/DE2338128A1/en active Pending
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