DE2449857B2 - Rückschlagarmatur für Rohrleitungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Rückschlagarmatur für Rohrleitungen mit einer an einem Pendelhebel gelagerten Absperrscheibe, dessen Drehachse außerhalb des Strömungskanals des Gehäuses quer zur Rohrachse verläuft und bei der der Strömungskanal im Gehäuse in der Strömungsrichtung im Anschluß an die senkrecht zur Rohrachse stehende Gehäusedichtfläche kelchförmig erweitert ist.

Es ist bekannt, daß unter Druck stehende Flüssigkeitsströme in Rohrleitungen bei schnellen Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit, z. B. durch einen Rohrbruch, hohe zusätzliche Kräfte hervorrufen, wobei Drucksteigerungen auf ein Mehrfaches des Betriebsdruckes möglich sind. Solche Druckerhöhungen führen zu unerwünschten Belastungen der Rohrleitung und können in ungünstigen Fällen erhebliche Schäden verursachen.

Zur Verhinderung einer Strömungsumkehr bei Rohrbruch od. dgl. benutzt man Rückschlagarmaturen, die im allgemeinen durch den Einfluß des Betriebsmediums selbsttätig die Schließsteilung einnehmen und dadurch einen Rückfluß verhindern. Würde eine Rückschlagarmatur trägheitslos ohne Verzögerung schließen, bevor die Strömung ihre Richtung ändert, so würde das Schließen bei einer Strömungsgeschwindigkeit null erfolgen; durch das Absperren der Rohrleitung würden keine zusätzlichen Kräfte hervorgerufen. Eine trägheitslose Arbeitsweise einer Rückschlagarmatur läßt sich jedoch praktisch nicht verwirklichen.

Die bekannten Rückschlagarmaturen haben einen relativ großen Schließwinkel und damit auch eine entsprechend große Schließzeit Der verhältnismäßig große Schließwinkel hängt damit zusammen, daß man bestrebt ist, die Strömungsverluste innerhalb der Armatur im Normalbetrieb so klein wie möglich zu halten. Dies hat bei den bekannten Rückschlagarmaturen mit einer pendelartig gelagerten Absperrscheibe zu einer Bauweise geführt, bei der die Schwenkwelle der Absperrscheibe außerhalb des Durchflußquerschnittes angeordnet ist, so daß die Absperrscheibe in der Offenstellup.g eine Lage neben der Strömung einnehmen kann. Bei etwa senkrecht zur Rohrachse stehender Gehäusedichtfläche beträgt der Schließwinke! 80° und mehr.

Eine Rückschlagarmatur der vorgenannten Art ist aus »Lueger Lexikon der Technik« 4. Aufl., Band 1 Maschinenbau, Seiten 242 und 243, bekannt. Schließwinkel in dieser Größenordnung sind im Hinblick auf die Erzielung kurzer Schließzeiten untragbar. Hinzu kommt, daß die weit ausgeschwenkte Absperrscheibe in der Offenstellung für die Ausnutzung der Strömungskräfte bei Strömungsumkehr eine denkbar ungünstige Lage einnimmt, so daß zu Beginn einer Schließbewegung die Krafteinwirkung im Schließsinne nur außerordentlich gering sein kann. Auch hierdurch wird die Schließzeit ungünstig beeinflußt.

Wenn man bei einer Rückschlagarmatur der vorerwähnten Bauart dazu überginge, zur Verkürzung der Schließzeiten den Schließwinkel zu verkleinern, so würde sich zwangsläufig der Strömungswiderstand so erheblich verschlechtern, daß eine solche Ausführung

für eine praktische Verwendung ungeeignet wäre.

Aus der GB-PS 3 36 870 ist eine Rückschlagarmatur bekannt, bei der der Absperrkörper nicht als Scheibe, sondern als Hohlkörper in Tropfenform ausgebildet ist und beim öffnen sowie beim Schließen eine Parallelver-Schiebung zur Rohrachse ausführt. Bei dieser Rückschlagarmatur ist der Verschlußkörper an zwei Hebeln aufgehängt, die einerseits an zwei in bezug auf das Gehäuse feststehenden Wellen schwenkbar gelagert sind und andererseits gelenkig am Verschlußkörper angreifen und mit diesem ein Gelenk-Viereck bilden. Der Verschlußkörper läuft an seinem in bezug auf die normale Strömungsrichtung rückwärtigen Ende in einer Spitze aus. Cies bedeutet aber, daß der Verschlußkörper bei Strömungsumkehr der Strömung keine nennenswerte Angriffsfläche für die Ausnutzung von Strömungskräften zur Erzeugung einer entsprechenden Rückstellkraft bietet. In der Beschreibung sind im übrigen keine Angaben über die Ausnutzung der Strömungskräfte füi das Schließen des Verschlußkörpers zu finden. Für das Schließen dieser Absperrarmatur genügte offenbar das an einem der beiden Gelenkhebel angreifende Gegengewicht.
Infolge der zunehmenden Strömungsgeschwindigkei-

ten und der in den letzten Jahren in modernen Wärmekraftwerken, insbesondere Kernkraftwerken, ständig angestiegenen Drücke der strömenden Medien sind auch die Anforderungen an die Schließzeiten von Rückschlagarmaturen ständig gestiegen. In modernen Kraftwerksanlagen geht es dabei um Schließzeiten in der Größenordnung von Millisekunden. Derart geringe Schließzeiten lassen sich mit Rückschlagarmaturen in herkömmlichen Bauarten nicht erreichen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, für die Ausgestaltung einer Rückschlagarmatur mit einer pendelartig gelagerten Absperrscheibe einen Weg zu finden, der es ermöglicht, den Schließwinkel der Absperrscheibe zwecks Verkürzung der Schließzeit gegenüber einer üblichen Rückschlagarmatur wesentlieh zu verkleinern, und bei der für den Normalbetrieb, d. h. während der Offenstellung der Rückschlagarmatur, Strömungswiderstandswerte erzielt werden, die gegenüber einer Rückschlagarmatur in bekannter Bauart nicht schlechter, eher noch günstiger sind.

Diese Aufgabe wird bei einer Rückschlagarmatur der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in dem erweiterten Abschnitt des Strömungskanals im Gehäuse ein im Umriß mit der Absperrscheibe übereinstimmender, rohrförmiger Hohlkörper koaxial zur Rohrachse angeordnet ist, der bei geöffneter Rückschlagarmatur durch die an seiner Stirnfläche anliegende Absperrscheibe, die nur über einen relativ kleinen Schließwinkel bewegbar ist, abgedeckt ist und mit dieser einen an der Rückseite offenen Strömungskörper bildet.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der Hohlkörper die Form eines Konusringes hat, der sich in der Strömungsrichtung verjüngt. Zur weiteren Verbesserung der Strömungsverhältnisse in der Offenstellung ist die Absperrscheibe an der Stirnseite in an sich bekannter Weise gewölbt ausgebildet

Die Rückschlagarmatur nach der Erfindung zeichnet sich gegenüber den bekannten Bauarten vor allem dadurch aus, daß es gelungen ist, den Schließwinkel der Absperrscheibe so weit zu verkleinern, daß er nur noch einen Bruchteil des bisher für erforderlich gehaltenen Schließwinkels beträgt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Schließvvinkel etwa 6°. Diese erhebliche Verkleinerung des Schließwinkels ist die entscheidende Voraussetzung für die angestrebte Verkürzung der Schließzei?. Dieser kleine Schließwinkel und der ferner für den Normalbetrieb geforderte günstige Strömungswiderstandswert werden dadurch erreicht, daß innerhalb des Strömungskanals ein im Umriß mit der Absperrscheibe übereinstimmender, an beiden Stirnseiten offener Hohlkörper koaxial zur Rohrachse angeordnet ist, der bei geöffneter Rückschlagarmatur durch die an seiner Stirnfläche v> anliegende Absperrscheibe abgedeckt ist und somit einen an der Rückseite offenen Strömungskörper bildet, der außen von einem ringförmigen Strömungskanal umgeben ist. Durch die relativ große öffnung auf der Rückseite des Strömungskörpers ist sichergestellt, daß t>n bei einer Sti ämungsumkehr das Medium an der Rückseite der im wesentlichen quer zur Rohrachse stehenden Absperrscheibe ganzflächig angreifen kann und auf diese Wiese die Strömungskräfte optimal für ein schnelles Schließen ausgenutzt werden können. b^r>

Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß in der Schließstellung der Absperrscheibe der Schwerpunkt der Absperrscheibe und des Pendelhebels in bezug auf eine durch die Schwenkachse senkrecht zur Rohrachse verlaufende Ebene auf der stromabwärtsliegenden Seite dieser Ebene liegt Durch diese Ausgestaltung ist gewährleistet, daß die Absperrscheibe bei fehlendem Betriebsmedium allein durch ihr Eigengewicht selbsttätig die Schließstellung einnimmt 2'usätzlich zur Schwerkraft kann eine elastische Rückstellkraf! vorgesehen sein, die beispielsweise durch eine auf den Pendelhebel einwirkende Feder erzeugt wird.

Obgleich durch die außerhalb des Gehäuses vorgesehene Lagerung des Pendelhebels und den dadurch sich ergebenden relativ langen Hebelarm sich die Absperrscheibe während der kleinen öffnungs- bzw. Schließbewegung gegenüber der Rohrachse nur geringfügig seitlich verschiebt, kann es dennoch vorteilhaft sein, die Absperrscheibe am Pendelhebel nicht starr, sondern begrenzt beweglich zu lagern. Dies wird nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung dadurch erreicht, daß die Absperrscheibe durch eine Gelenkverbindung mit dem Pendelhebel verbunden ist, deren Gelenkachse parallel zur Schwenkachse des Pendelhebels verläuft. Der außerordentlich kleine Schließwinkel hat ferner den Vorteil, daß auch die mechanische Reibung im Drehlager des Schwenkhebels entsprechend gering ist. Durch die Anwendung einer an sich bekannten Sichneidenlagerung des Schwenkhebels ist eine weitere Verringerung des Reibungswiderstandes ohne weiteres möglich.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die einzige Zeichnung zeigt einen Axialschnitt einer nach der Erfindung ausgebildeten Rückschlagarmatur für Rohrleitungen.

Das im wesentlichen rohrförmige Gehäuse ! ist im Inneren von der Eingangsseite her bis zur Gehäusedichtfläche 2, deren Dichtebene senkrecht zur Rohrachse steht, trichterförmig eingeschnürt Die Wandung des Strömungskanals verläuft im Anschluß an die Dichtfläehe 2 zunächst kelchförmig nach außen und geht im Anschluß hieran in einen zylindrischen Abschnitt 3 über.

An der Außenseite des Armaturengehäuses 1 befindet sich ein Stutzen 4, der durch einen Deckel, beispielsweise einen selbstdichtenden Verschlußdeckel 5, abgeschlossen ist. Dieser Verschlußdeckel 5 kann nach Abschrauben der auf den Sicherungsschrauben befindlichen Muttern 6 einerseits und Muttern 7, die auf zur Verspannung eines Flanschringes 8 dienenden Stiftschrauben sitzen, andererseits abgenommen werden.

Die Absperrscheibe 9 ist am freien Ende eines Doppel-Pendelhebels 10 gelagert, der seinerseits in dem Raum 11 unterhalb des Verschlußdeckels 5 an einem Schwenkzapfen 12 gelagert ist, der in einer Bohrung eines fest angebrachten Lagerstückes 13 sitzt Absperrscheibe 9 und Pendelhebel 10 sind gelenkig miteinander verbunden, wobei die Gelenkachse 14 der Gelenkverbindung parallel zur Schwenkachse des Pendelhebels 10 verläuft. In der Schließstellung der Absperrscheibe 9 geht die Gelenkachse 14 durch die Rohrachse 15 des Gehäuses 1.

Am Doppel-Pendelhebel 10 greift eine Zugfeder 16 an, die mit ihrem entgegengesetzten Ende mit dem Lagerstück 13 verbunden ist und deren Federkraft das Bestreuen hat, die Absperrscheibe 9 in der Schließstellung zu halten.

Die Wandung des Armaturengehäuses 1 ist nur an eimer Stelle durchbrochen, und zwar durch einen Schlitz 17, der in seinem Querschnitt der Stärke des

Doppel-Pendelhebels 10 und seiner größten Schwenkbewegung angepaßt ist.

Im Bereich des zylindrischen Abschnittes 3 des Strömungskanals des Gehäuses 1 ist ein an seiner Stirnseite im Umriß mit der Absperrscheibe 9 übereinstimmender Hohlkörper 18 in Form eines Konusringes, der sich in der Strömungsrichtung verjüngt, koaxial zur Rohrachse 15 angeordnet. Zur Halterung des Hohlkörpers 18 sind an seiner Außenseite befestigte, radial verlaufende Stege 19 vorgesehen, |₀ die an ihren Enden mit einem Außenring 20 fest verbunden sind, der in einer Vertiefung der Gehäuseinnenwandung eingelassen und durch Verschweißen befestigt ist. In der Wandung des Hohlkörpers 18 ist an seiner Stirnseite ein Einschnitt 21 in einer solchen Größe vorhanden, daß der Doppel-Pendelhebel 10 berührungsfrei bewegbar ist.

Wie aus der Zeichnung hervorgeht, ist die Absperrscheibe 9 an ihrer Stirnseite mit einer zur Mitte ansteigenden Wölbung ausgestattet, die zur weiterer Verbesserung der Strömungsverhältnisse im Normalbetrieb, d. h. bei geöffneter Absperrscheibe dient. In dei Offenstellung bildet die Absperrscheibe 9 mit dem anschließenden Hohlkörper einen in der Strömung liegenden Strömungskörper, der außen von einem ringförmigen Strömungskanal umgeben ist.

Durch eine optimale Auslegung dieses ringförmiger Strömungskanals, in den nur der Doppel-Pendelhebel IC und die Stege 19 hineinragen, läßt sich eine günstige Strömung mit außerordentlich geringen Verlusten ohne weiteres verwirklichen.

Die erfindungsgemäße Lösung kann ebenso gut füi Armaturengehäuse in Eckform oder T-Form mit zwe Abgängen verwendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Rückschlagarmatur für Rohrleitungen mit einer an einem Pendelhebel gelagerten Absperrscheibe, dessen Drehachse außerhalb des Strömungskanals des Gehäuses quer zur Rohrachse verläuft und bei der der Strömungskanal im Gehäuse im Anschluß an die senkrecht zur Rohrachse stehende Gehäusedichtfläche kelchförmig erweitert ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem erweiterten Abschnitt (3) ein im Umriß mit der Absperrscheibe (9) übereinstimmender, rohrförmiger Hohlkörper (18) koaxial zur Rohrachse angeordnet ist, der bei geöffneter Rückschlagarmatur durch die an seiner Stirnfläche anliegende Absperrscheibe (9), die sich über einem kleinen Schließwinkel bewegt, abgedeckt ist und mit dieser einen an der Rückseite offenen Strömungskörper bildet.

2. Rückschlagarmatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (18) die Form eines Konusringes hat, der sich in der Strömungsrichtung verjüngt.

3. Rückschlagarmatur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließwinkel der Absperrscheibe (9) ca. 6° beträgt.

4. Rückschlagarmatur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Absperrscheibe (9) in Richtung der Gehäusedichtfläche (2) gewölbt ist.

5. Rückschlagarmatur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Schließstellung der Absperrscheibe (9) der Schwerpunkt der Absperrscheibe und des Pendelhebels (10) in bezug auf eine durch die Schwenkachse senkrecht zur Rohrachse (15) verlaufende Ebene auf der stromabwärts liegenden Seite dieser Ebene liegt.

6. Rückschlagarmatur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Pendelhebel (10) durch eine elastische Rückstellkraft, beispielsweise durch die Kraft einer Zugfeder (16), belastet ist.

7. Rückschlagarmatur nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Absperrscheibe (9) durch eine Gelenkverbindung mit dem Pendelhebel (10) verbunden ist, deren Gelenkachse (14) parallel zur Schwenkachse des Pendelhebels verläuft.