DE3003532A1

DE3003532A1 - Druckimpuls-daempfervorrichtung

Info

Publication number: DE3003532A1
Application number: DE19803003532
Authority: DE
Inventors: Haruyoshi Fujiwara
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1979-02-02
Filing date: 1980-01-31
Publication date: 1980-08-07
Also published as: DE3003532C2; KR830002253B1; FI73511C; FI73511B; FI800299A; JPS6055639B2; KR830002187A; SE8000573L; CA1133791A; JPS55103388A; US4407330A

Description

Henkel, Kern, Feiler £r Hänzel Patentanwälte

Registered Representatives

2 before the

European Patent Office

Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha, MöhlstraBe37

Tokio, Japan D-8000München80

Tel.: 089/982085-87

Telex: 05 29 802 hnkl d

Telegramme: ellipsoid

2379

31, Jan. 1980

Druckimpuls-Dämpfervorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Druckimpuls- bzw. Druckstoß-Dämpfervorrichtung zum Absorbieren und Vernichten eines Druckimpulses oder -Stoßes bzw. einer Druckschwingung (pressure pulse) in einer Flüssigkeitsleitung, insbesondere für einen Stoffeinlaß (einen Ofen-Stoffauflauf, einen Stoffauflauf, der mit einem Druck von einer Druckluftkammer beaufschlagt wird, oder einen Hydraulik-Stoffauflauf, etwa einen sog. Converflo-Stoffauflauf) einer Papiermaschine oder für eine Rohrleitung, durch welche ein Material einem Stoffauflauf zugeführt wird, um Änderungen der Durchsatzmenge des zum Stoffauflauf strömenden Guts und mithin der Austragmenge aus dem Stoffauflauf zu verhindern und Produkte mit gleichbleibenden Eigenschaften zu gewährleisten. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist besonders vorteilhaft bei Anwendung auf einen Hydraulik-Stoffauflauf, der für Druckstöße höchst empfindlich ist.

Bisherige Druckimpuls-Dämpfervorrichtungen sind solche mit einem Beruhigungs- oder Pufferbehälter oder mit Dämpfungselementen (attenuators). Im folgenden ist zunächst anhand

030032/0821

von Fig. 1 eine Vorrichtung mit Pufferbehälter beschrieben.

Ein Stoffeinlaß 1 ist unter dem Boden eines Pufferbehälters 2 angeordnet, der im unteren Bereich seiner Seitenwand einen Stoffauslaß 3 aufweist. Der Pufferbehälter 2 wird von oben her (bei 4) mit Druckluft beaufschlagt, so daß in ihm ein freier Flüssigkeitsspiegel 5 entsteht.

Wenn der Druck am Einlaß 1 ansteigt, steigt der Flüssigkeitsspiegel 5 unter Verdichtung der im oberen Teil des Behälters 2 enthaltenen Luft an, wobei der Druckanstieg durch D/P-Zellen 6, 6' gemessen wird. Der Druck am Auslaß 3 wird um die Summe aus der Größe des Druckanstiegs, welcher den Anstieg des Flüssigkeitsspiegels 5 verursachte, und einer Größe erhöht, welche die Druckerhöhung im Oberteil des Behälters angibt. Um den Druck am Auslaß 3 konstant zu halten, wird die Luft aus dem Oberteil des Behälters 2 mittels eines Reglers (regulator gauge) 7 über ein Regelventil 8 zur Außenluft abgelassen.

Wenn der Druck am Einlaß 1 abfällt, wird eine entsprechende Druckluftmenge in den Oberteil des Behälters 2 eingelassen, wobei die Druckluft entgegengesetzt zur Strömungsrichtung beim Ablassen strömt.

Problematische Druckimpulse oder -stoße sind normalerweise solche von 0,2 - 30 Hz. Bisher erwies es sich als schwierig oder sogar unmöglich, Druckstöße bzw. -schwingungen von über 1 Hz mittels der D/P-Zellen 6,6" bei einer Vorrichtung der beschriebenen Art zu messen. Auch bei Verwendung eines Elektronenröhren-Reglers 7 tritt eine betriebliche Verzögerung von 1 - 2 s zwischen dem Ende des Meßvorgangs und der Betätigung des Regelventils 8 nach Betätigung des Reglers 7 auf. Außerdem wird durch das Vorhandensein der Luft im Pufferbehälter 2 die Messung eines Druckimpulses erschwert. Die genannten Faktoren stellten somit bisher Hindernisse für die

030032/0821

unmittelbare Messung von Druckimpulsen von über 1 Hz mittels einer Steuer- oder Regelanlage dar.

Die vorstehenden Ausführungen gelten für den Fall, daß sich der Flüssigkeitsspiegel 5 im Behälter ohne Verzögerung in Abhängigkeit von Druckschwankungen am Einlaß 1 ändert. Da jedoch in der Praxis die Trägheitskraft aufgrund der Masse der im Behälter 2 befindlichen Flüssigkeit mit berücksichtigt werden muß, kann sich der Flüssigkeitsspiegel kaum in Abhängigkeit von hochfrequenten Druckstößen ändern. Die bisherige Vorrichtung kann daher in erster Linie nur für die Bestimmung von niederfrequenten Druckschwankungen eingesetzt werden.

Andererseits können Druckschwankungen von nicht mehr als 0,1 Hz gemessen werden, wenn die Drehzahl einer Stoff-Förderpumpe geregelt wird. Außerdem neigt bei dieser Vorrichtung der mit der Luft/Flüssigkeit-Grenzfläche in Berührung stehende Teil der Innenfläche des Behälters 2 zu einer Verschmutzung. Weiterhin ist der Behälter 2 praktisch so groß wie der Stoffauflauf. Die genannten Faktoren führen daher zu einer Erhöhung der Fertigungskosten.

Im folgenden ist anhand von Fig· 2 ein Dämpfungselement (attenuator) beschrieben.

Der Einlaß 9 einer Stoff- oder Gut-Leitung 11 besitzt einen kreisförmigen Querschnitt, und das Profil der Leitung 11 ändert sich allmählich vom Einlaß 9 aus zu ihrem Mittelteil auf einen in Fig. 2b dargestellten halbkreisförmigen Querschnitt. An der Oberseite der Leitung 11 ist dabei ein flacher Abschnitt 10a vorhanden, in welchem eine Membran 12 aus einer Gummilage vorgesehen ist. Durch die Membran 12 wird eine Luftkammer 13 gebildet, in welche Luft mit vorbestimmter Durchsatzmenge eingeleitet wird.

030032/0821

Eine Rohrdüse 14 mit zentraler Bohrung erstreckt sich von oben dicht an die Oberseite des Mittelbereichs der Membran heran und ist über eine von Hand betätigbare Drossel mit der Atmosphäre verbindbar.

Der der Membran 12 nachgeschaltete Teil der Leitung 11 verändert sein Profil allmählich wieder, bis die Leitung an einem Auslaß 15 wieder einen kreisförmigen Querschnitt besitzt.

Gemäß Fig. 2 sind weiterhin eine Druckluftquelle 16, ein Luftfilter 17 und eine poröse Platte 18 vorgesehen.

Wenn der Druck des geförderten Materials ansteigt, wird die Membran 12 nach oben ausgelenkt, so daß sie das offene Ende (Mündung) der Düse 14 verschließt und damit der Luftaustrag aus der Luftkammer 13 beendet wird. Da die Luftkammer 13 jedoch weiterhin über einen Lufteinlaß 16 mit Luft beschickt wird, steigt der Druck in der Luftkammer 13 ständig an.

Wenn der Druck in der Luftkammer 13 den Flüssigkeitsdruck in der Leitung 11 übersteigt oder wenn der Flüssigkeitsdruck in der Leitung 11 abnimmt, bewegt sich die Membran 12 nach unten, wobei die Luft aus der Luftkammer 13 über die Düse nach außen abgeleitet wird.

Die Membran 12 wird auf diese Weise unter Änderung des Volumens der Leitung 11 lotrecht ausgelenkt, so daß Druckschwankungen im geförderten Material ausgeglichen werden. Die geförderte Materialmenge, die diese Änderungen des Volumens oder der Kapazität der Leitung 11 bewirkt, entspricht den Schwankungen der Material-Durchsatzmenge und ist im Vergleich zur Menge bei einer mit Pufferbehälter versehenen Druckimpuls-Dämpfervorrichtung minimal. Infolgedessen kann die trägheitsbedingte Verzögerung sehr klein gehalten werden. Da der Druck in der

030032/0821

3Q03532

Luftkanuner 13 durch die eine kleine Trägheit besitzende Membran 12 und ohne die Benutzung eines Meßgeräts geregelt wird, kann die Dämpfungselement-Vorrichtung gleichmäßig arbeiten und bei hochfrequenten Druckschwingungen von nicht unter 3 Hz sehr vorteilhaft sein.

Wenn jedoch die Druckschwingung der Flüssigkeit bei einer Anlage der Art gemäß Fig. 2 auf etwa 0,5 Hz abnimmt, arbeitet die Anlage als Druckimpulsverstärker. Die Druckanstiegsperiode z.B. in der Leitung 11 ist dabei lang. Bei einem Druckanstieg in der Leitung 11 erhöht sich somit der Druck in der Luftkammer 13 aufgrund der kontinuierlich von der Druckluftquelle 16 zugeführten Druckluft, wodurch die Flüssigkeit, die bei der Aufwärtsauslenkung der Membran 12 von der Luftkammer aufgenommen wurde, ausgetrieben wird. Infolgedessen steigt der Flüssigkeitsdruck erneut an.

Wenn sich der Flüssigkeitsdruck während längerer Zeit erhöht, wird die Luft aus der Luftkammer 13 ausgetrieben, so daß die Flüssigkeit aus der Leitung 11 unter Auslenkung der Membran 12 in die Luftkammer eintreten kann, wodurch der Flüssigkeitsdruck verringert wird. Durchsatzmengenänderungen pro Periode sind bei niederfrequenten Impulsen im allgemeinen größer als im Fall von hochfrequenten Impulsen. Wenn niederfrequente Impulse durch ein Dämpfungselement verstärkt werden, kann dieses unwirksam werden.

Außerdem dehnt sich die Membran 12 nach längerem Betrieb aus, wobei ihr mit der Düse 14 in Berührung stehender Teil wellig oder faltig wird, so daß ständig Luft austreten kann. Die Membran 12 kann dann nicht mehr als Auslaßventil wirken. Im ungünstigsten Fall verschlechtert sich die Wirkung des Dämpfungselements bereits nach einem Tag erheblich.

030032/0821

Aufgabe der Erfindung ist damit insbesondere die Ausschaltung der den vorstehend beschriebenen, bisherigen Vorrichtungen anhaftenden Nachteile und Mangel durch Schaffung einer verbesserten Druckstoß- oder Druckschwingungs-Dämpfervorrichtung mit über lange Zeiträume hinweg stabil bleibender Dämpfungswirkung für Druckimpulse von nicht über 1 Hz sowie mit im wesentlichen derselben Wirkung wie ein herkömmliches Dämpfungsglied in bezug auf Druckimpulse im Frequenzbereich von 1 - 30 Hz.

Diese Aufgabe wird durch die im beigefügten Patentanspruch gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kennzeichnet sich durch folgendes:

a) Die Wand einer Flüssigkeits-Leitung ist mit einem flachen Abschnitt versehen, in welchem eine Membran aus einer Gummilage vorgesehen ist, die eine geringe Masse besitzt und sich daher leicht verformen läßt. An der von der Leitung abgewandten Seite der Membran ist eine Kammer vorgesehen, die im wesentlichen (dicht) geschlossen ist und in welcher ein Gas mit einem Druck, welcher dem mittleren Flüssigkeitsdruck entspricht, eingeschlossen ist. Die Membran verformt sich entsprechend den Druckimpulsen bzw. -schwingungen in der Leitung, wodurch die Druckimpulse vernichtet werden. Da die Kammer mit einem Druckgas gefüllt ist, trägt sie lediglich zum Absorbieren oder Vernichten der Druckimpulse bei, und zwar unabhängig von der Größe der Fluktuationsperiode der Druckimpulse, während eine Verstärkung der Druckimpulse sicher vermieden wird. Da die bei der Verformung der Membran aufgenommene oder ausgestoßene Flüssigkeitsmenge der Größe des Druckstoßes (amount of pulse current) entsprechend dem Druckimpuls gewählt werden kann, kann der Trägheitswiderstand aufgrund der Flüssigkeitsbewegung weitgehend verringert werden.

030032/0821

b) Die Membran ist im unteren Abschnitt der Wand der Flüssigkeits-Leitung so angeordnet, daß sie lotrecht auslenkbar ist. Das in der Kammer eingeschlossene Gas wird entsprechend der lotrechten Auslenkung der Membran adiabatisch entspannt oder verdichtet, so daß sich der Druck in der Kammer verringert oder erhöht. Der Flüssigkeitsdruck kann dabei nur dann konstant gehalten werden, wenn sich der durch die Membran auf die Flüssigkeit ausgeübte Druck in Abhängigkeit von den lotrechten Aus1enkbewegungen der Membran verringert oder erhöht. Wenn die Kammer daher an der Unterseite der Leitung angeordnet und das Fassungsvermögen der Kammer zweckmäßig änderbar ist, kann der Flüssigkeitsdruck unabhängig von der Stellung der Membran konstantgehalten werden.

c) Da ein Gas mit einem dem mittleren Flüssigkeitsdruck entsprechenden Druck in der Kammer eingeschlossen ist, wobei die Membran unter dem Einfluß der Druckimpulse lotrecht auslenkbar ist und dabei nicht in obere oder untere Endstellungen gedrängt wird, läßt sich die Position der Membran mit Hilfe von Endschaltern, Differentialtransformatoren, Potentiometern oder Näherungsschaltern abgreifen, so daß die Einführung oder Ableitung von Gas in die bzw. aus der Kammer nur dann stattfindet, wenn sich die Membran kurz vor dem Endpunkt ihres (jeweiligen) Hubs befindet, jedoch in keiner anderen Stellung der Membran. Auf diese Weise läßt sich die oben erwähnte Charakteristik erzielen.

d) Das zweckmäßige Fassungsvermögen der gasdichten Kammer variiert in Abhängigkeit vom mittleren Flüssigkeitsdruck. Aus diesem Grund wird ein inkompressibles Strömungsmittel in die Kammer oder in einen an diese angeschlossenen Behälter eingefüllt, damit die oben genannte Charakteristik auch dann gewährleistet werden kann, wenn die Betriebsbedingungen zur Einstellung eines neuen bzw. anderen Mittel-

030032/0821

drucks der Flüssigkeit geändert werden.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bisherigen Druckimpuls-Dämpfervorrichtung mit Pufferbehälter.,

Fig. 2a eine schematische Darstellung eines Hauptteils eines bisherigen Dämpfungselements (attenuator),

Fig. 2b einen Schnitt längs der Linie X-X in Fig. 2a,

Fig. 3a eine teilweise im Schnitt gehaltene Teilseitenansicht einer Druckimpuls-Dämpfervorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 3b einen'Schnitt längs der Linie Y-Y in Fig. 3a,

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie Z-Z in Fig. 3a mit schematisch dargestellten Leitungen,

Fig. 5 ein Schaltbild einer Steuerschaltung für die Vorrichtung nach Fig. 4,

Fig. 6 eine perspektivische Darstellung eines Hauptteils einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 7 eine im Schnitt gehaltene Seitenansicht noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 8 eine Seitenansicht eines gegenüber Fig. 3 abgewandelten Führungsmechanismus für eine Tragstange,

Fig. 9 eine im Schnitt gehaltene Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

030032/0821

Fig. 10 eine im Schnitt gehaltene Seitenansicht noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 11 eine im Schnitt gehaltene Seitenansicht noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Die Fig. 1 und 2 sind eingangs bereits erläutert worden.

Bei der in den Fig. 3a, 3b und 4 dargestellten Ausführungsform der Erfindung besitzt eine Flüssigkeits-Leitung 19 einen sich ändernden Querschnitt, so daß sie an ihrer Unterseite einen flachen Abschnitt 20 aufweist, in welchem eine Membran 21 angeordnet ist. Unterhalb der Membran 21 ist eine Kammer 22 vorgesehen, in welcher ein Gas, wie Luft, eingeschlossen ist. Wenn das Fassungsvermögen der Kammer 22 zu klein ist, kann ein Reservoir 23 an die Kammer 22 angeschlossen werden. Am oder im Reservoir ist ein Füllstandsmesser 24 angeordnet, über den Flüssigkeit nachgefüllt oder abgelassen werden kann. Der Druck des in der Kammer 22 eingeschlossenen Gases entspricht dem mittleren Druck der Flüssigkeit.

Die Membran 21 ist aus einer oberen Endstellung T in eine untere Endstellung B auslenkbar. Bei der Ausführungsform nach Fig. sind Grenz- bzw. Endschalter als Mittel zur Feststellung der beiden Endstellungen T und B vorgesehen.

Ein Stützrahmen 25 aus einer perforierten Platte ist an der Membran 21 befestigt und in seinem Mittelbereich mit einer Tragstange 26 verbunden, an welcher ein Regelelement 27 befestigt ist. Innerhalb der Kammer 22 sind ein Endschalter 28 zur Feststellung der oberen Endstellung der Membran sowie ein Endschalter 29 zur Bestimmung der unteren Membran-Endstellung vorgesehen. Die Endschalter 28 und 29 sind durch das Regelelement 27 betätigbar, wenn die Membran 21 die betreffende Endstellung erreicht.

030032/0821

An der Wand der Kammer 22 ist über eine poröse bzw. perforierte Platte 31 eine Führung 30 so angebracht, daß die Tragstange 26 in der Führung 30 lotrecht bewegbar ist.

Wenn die Membran 21 die untere Endposition B erreicht, legt sie sich gegen den Umfangsrand der perforierten Platte 31 an, während deren Mittelbereich als Anlage für den Stützrahmen 25 dient. Auch bei der lotrechten Bewegung der Membran bleibt der unter ihr befindliche Raum über die Bohrungen im Stützrahmen 25 und in der Platte 31 mit dem Inneren der Kammer 22 verbunden, so daß jeweils ein Druckausgleich stattfindet.

Gemäß Fig. 4 sind weiterhin ein Ablaßventil 32, ein Sicherheitsventil 33, ein Luftzufuhrventil 34, Luftfilter 35, 36 und 37, elektromagnetische Ventile 38 und 39, eine Druckluftquelle 40, ein Luftablaßventil 41, eine Luftablaßleitung 42, eine Wasserspeiseleitung 43 und eine Wasserablaßleitung 44 vorgesehen.

Im folgenden ist die Arbeitsweise der beschriebenen Vorrichtung anhand der Fig. 4 und 5 näher erläutert.

Wenn der Flüssigkeitsdruck in der Leitung 19 so ansteigt, daß der Endschalter 29 für die untere Endstellung der Membran 21 betätigt wird, wird das Luftzufuhrventil 34 allmählich geöffnet, so daß allmählich Druckluft in das mit der Kammer 22 verbundene Reservoir 23 einzuströmen beginnt. Nach einer vorbestimmten Zeitspanne nach der Freigabe des Endschalters 29 durch das Regelelement 27 wird das Luftzufuhrventil 34 allmählich wieder geschlossen. Hierdurch wird die Luftzufuhr zum Reservoir 23 allmählich verringert und schließlich beendet.

Wenn dagegen der Flüssigkeitsdruck abnimmt, so daß der Endschalter 28 für die obere Endstellung der Membran 21 geschlos-

030032/0821

sen wird, wird das Luftablaßventil 41 fortschreitend geöffnet, so daß die Druckluft aus dem Reservoir 23 allmählich abzuströmen beginnt. Nach einer vorbestimmten Zeitspanne nach der Freigabe des Endschalters 28 durch das Regelelement 27 wird das Luftablaßventil 41 allmählich wieder geschlossen, so daß der Luftaustritt aus dem Reservoir 23 allmählich verringert und schließlich beendet wird.

In den Fig. 4 und 5 sind schematisch Beispiele für den Druckluftkreis und den elektrischen Schaltkreis zur Durchführung der vorstehend beschriebenen Arbeitsgänge dargestellt.

Wenn die Ventile 34 und 41 auf vorstehend beschriebene Weise betätigt werden, wobei die Zeitpunkte für die Druckluftzufuhr und -abfuhr durch Zeitgeber TMB, TMT entsprechend bestimmt werden, kann sich die Membran 21 auch bei Änderungen des Flüssigkeitsdrucks zwischen oberer und unterer Endstellung bewegen. Auch bei Druckerhöhungen oder -Verringerungen der Flüssigkeit infolge eines Pulsierens der Flüssigkeit kann sich die Membran 21 zwischen den beiden Endstellungen bewegen, sofern die Größe der resultierenden Druckstöße (pulse current) in einem Bereich liegt, in welchem die Druckstöße durch die lotrechte Auslenkung der Membran 21 absorbiert werden können.

Wenn der Flüssigkeitsdruck aufgrund von Pulsation ansteigt, während der mittlere Flüssigkeitsdruck und der Druck der in der Kammer 22 befindlichen Luft in einem Gleichgewichtszustand verbleiben, wird die Membran 21 auf die in Fig. 4 in strichpunktierten Linien dargestellte Weise nach unten ausgelenkt, um dabei den Stützrahmen 25 nach unten zu bewegen. Sofern sich der in der Kammer 22 herrschende Luftdruck während dieser Zeit nicht ändert, wird der Flüssigkeitsdruck in der Leitung 19 um einen Betrag verringert, der dem Druck des Flüssigkeitsanteils entspricht, welcher durch die nach

030032/0821

unten ausgelenkte Membran 21 verdrängt bzw. von ihr aufgenommen wird.

Tatsächlich wird dabei das in der Kammer 22 enthaltene Gas adiabatisch um einen Betrag komprimiert, welcher dem durch die nach unten ausgelenkte Membran 21 verdrängten Anteil des Gases entspricht, so daß der Druck des Gases bzw. der Luft in der Kammer 22 ansteigt. Auf diese Weise kann ein Druckabfall in der Flüssigkeit verhindert werden. Dasselbe gilt für den Fall, daß der Druck der Flüssigkeit aufgrund von Pulsation derselben verringert wird. Wenn somit das Gesamtfassungsvermögen von Kammer 22 und Reservoir 23 entsprechend gewählt wird, kann der Flüssigkeitsdruck auch bei lotrechter Auslenkung der Membran 21 konstantgehalten werden.

Wenn sich die Frequenz eines Druckimpulses erhöht, kann sich auch die Amplitude vergrößern, doch sind die Durchsatzmengen— Schwankungen der Flüssigkeit pro Periode des Impulses im Vergleich zu den Schwankungen pro Periode eines niederfrequenten Impulses gering. Infolgedessen kann ein hochfrequenter Impuls auf die in Fig. 4 in strichpunktierten Linien angedeutete Weise durch Auslenkung der Membran 21 allein und ohne Verlagerung des Stützrahmens 25 vernichtet werden. Wie aus den vorstehenden Ausführungen hervorgeht, kann die Größe des bewegbaren Teils der Vorrichtung weitgehend verringert werden, während dabei auch hochfrequente Impulse zufriedenstellend vernichtet werden können.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 3 und 4 verwendet eine trapezförmige Membran. Bei größerer Flüssigkeits-Durchsatzmenge ist eine Membran größeren Durchmessers bzw. größerer Abmessungen erforderlich. Das Erfindungswesentliche liegt jedoch nicht in der Form der Membran, vielmehr kann die Membran die Form eines Pyramidenstumpfes oder einer Platte besitzen, sofern sie aus einem Material mit hoher Dehnbarkeit besteht.

O3ÖO32/O821

Fig. 6 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, die mit einer porösen bzw. perforierten Platte 45 versehen ist. Im Gegensatz zur Vorrichtung nach Fig. 3 und 4, bei welcher der die Membran 21 aufweisende Teil der Flüssigkeits-Leitung 19 einen halbkreisförmigen Querschnitt besitzt, kann die Leitung bei der Ausfuhrungsform gemäß Fig. 6 einen rechteckigen Querschnitt besitzen, weil sie zur Erleichterung der Anbringung einer Membran nur an der Unterseite flach zu sein braucht. Außerdem ist die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht auf die spezielle Konfiguration einer Flüssigkeits-Leitung beschränkt, die einen Flüssigkeits-Einlaufteil, der zunächst einen kreisförmigen Querschnitt besitzt und dessen Profil sich fortschreitend zum Membranabschnitt hin ändert, sowie einen entsprechend geformten Flüssigkeits-Austragteil aufweist. Die Flüssigkeits-Leitung kann somit aus mehreren Teilen bestehen, die unmittelbar vor und hinter dem Membranabschnitt durch Flansche miteinander verbunden sind.

Die Druckimpuls-Dämpfervorrichtung vermag allgemein Druckimpulse oder -stoße in einer Flüssigkeits-Leitung zu beseitigen, wobei sie als eine Art offenes Ende eines Rohrs wirkt. Diese Vorrichtung bildet somit sozusagen einen Knoten einer stehenden Welle. Eine solche Vorrichtung kann an einer beliebigen Stelle einer laufenden Welle angeordnet werden, doch sollte sie vorzugsweise an einem Wellenbauch und nicht an einem Knoten einer stehenden Welle angeordnet sein. Es ist somit auch ein kombiniertes System wirksam, bei dem eine perforierte Platte 45 unmittelbar vor dem die Membran aufweisenden Teil einer Flüssigkeits-Leitung vorgesehen ist, so daß eine Übereinstimmung zwischen dem Knoten der stehenden Welle und dem Membranabschnitt der Leitung verhindert wird.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 und 4 ist eine Tragstange 26 mit einem Stützrahmen 25 verbunden und in einer Führung 30 geführt. Bei der Ausführungsform nach Fig. 7 ist

030032/0821

ein Stützrahmen 46 mit einem Gestänge 47 versehen, welches eine lotrechte Bewegung der Membran 21 zuläßt.

Beim Mechanismus nach Fig. 8 wird die Tragstange 26 durch Rollen 48 geführt.

Der Führungsmechanismus braucht also nur so ausgebildet zu sein, daß er mechanischen Widerstand und Trägheitswiderstand aufgrund der Masse der Membran ausschaltet, welche der Bewegung der Membran unter dem Wirkdruck aus Flüssigkeits- und Luftdruck entgegenwirken. Der Führungsmechanismus braucht also nur so ausgelegt zu werden, daß das Ankommen der Membran in einer oberen Endstellung festgestellt werden kann.

Im folgenden ist die Bestimmung der Membranpositionen näher erläutert.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig„ 4 und 5 sind Grenz- bzw. Endschalter zur Feststellung von oberer und unterer Endstellung der Membran 21 vorgesehen, doch können stattdessen auch andere Einrichtungen verwendet werden. Eine entsprechende Einrichtung kann beispielsweise den Aufbau gemäß Fig. 9 besitzen. Die Detektoreinrichtung gemäß Fig. 9 umfaßt einen aus Metallfolie bestehenden Reflektor 49, v/elcher an der der Kammer 22 zugewandten Seite der Membran 21 angebracht ist, einen an der Innenfläche der Kammer 22 befestigten Lichtprojektor 50 sowie an der Innenfläche der Kammer 22 angebrachte Lichtempfänger 51 und 52, welche das von der Membran 21 in deren oberer und unterer Endstellung reflektierte Licht empfangen.

Für denselben Zweck können auch Näherungsschaltung, Potentiometer, Servomotoren und Differentialtransformatoren benutzt werden. Bei Verwendung einer dieser wahlweise anwendbaren

030032/0821

Detektoreinrichtungen kann die Membran 21 auf die in Fig. gezeigte Weise gehaltert sein. Bei dieser Abwandlung ist eine Verbindungsstange 53 mittels eines Stifts oder Zapfens mit einem Stützrahmen 46 verbunden, während ein Schwinghebel 54 an seinem einen Ende schwenkbar mit dem anderen Ende der Verbindungsstange 53 verbunden ist. Der Schwinghebel 54 ist an seinem anderen Ende an der Innenfläche einer Seitenwand der Kammer 22 angelenkt. Wenn die Membran 21 die obere oder untere Endstellung erreicht, wird diese Bewegung auf die Verbindungsstange 53 übertragen, so der Schwinghebel 54 nach oben oder unten verschwenkt wird. Dabei werden an der Innenfläche einer Seitenwand der Kammer 22 vorgesehene Näherungsschalter 57 und 58 durch Ansätze 55 bzw. 56 betätigt, die vom Schwinghebel 54 nach oben bzw. unten abstehen. Auf diese Weise kann die obere und die untere Endstellung der Membran 21 einwandfrei festgestellt werden.

Im Unterteil der Kammer 22 kann ein Ultraschall-Stellungsfühler vorgesehen sein, wobei die Endstellungen der Membran 21 mittels von dieser reflektierter Ultraschallwellen festgestellt werden können.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 sind das Luftzufuhrventil 34 und Luftablaßventil 41 so angeordnet, daß sie Druckluft in ein Reservoir zulassen bzw. aus diesem ablassen, wenn die Membran 21 die obere oder die untere Endstellung erreicht. Dabei erfolgt das Einsetzen und Beenden der Luftzufuhr und -abfuhr allmählich, um eine Störung der Flüssigkeit durch eine von außen einwirkende Kraft zu verhindern. Zur Durchführung dieser Ventilbetätigung kann die Membran gemäß Fig. 4 durch ein elektrisches Ventil ersetzt werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in eine Stoffauflauf-Konstruktion eingebaut werden. Zur Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf z.B. eine Converflo-Maschinenbütte

030032/0821

für Langsiebe wird die Vorrichtung vorzugsweise in der Bodenwand einer Staukammer (staling chamber) 59 angeordnet. In diesem Fall kann ein Reservoir 23 innerhalb des Stoffauflaufgehäuses vorgesehen werden, oder ein Teil dieses Gehäuses kann als Reservoir benutzt werden. Es ist hierbei somit nicht notwendig, getrennte Räume für den Einbau der Dämpfervorrichtung und des Reservoirs vorzusehen.

Wenn in der geförderten Flüssigkeit Druckimpulse bzw. -stoße auftreten, wird bei der erfindungsgemäßen Dämpfervorrichtung eine Membran aufwärts oder abwärts ausgelenkt. Bei einem Druckanstieg in der Flüssigkeit erfährt die Membran eine Auslenkung in Abwärtsrichtung, weil sie im unteren Bereich der Wand einer Flüssigkeits-Leitung angeordnet ist. Es ist wesentlich, daß die Druckgröße, um welche die Flüssigkeit durch die Membran angehoben wird, um einen Betrag erhöht wird, der einer Größe entspricht, um welche die Unterseite der Flüssigkeits-Leitung tiefer gelegt ist. Da unter der Membran eine Kammer angeordnet ist, in welcher ein Gas mit einem Druck eingeschlossen ist, der dem mittleren Druck der Flüssigkeit entspricht, wird das Gas um ein Volumen entsprechend der Abwärtsauslenkung der Membran verdichtet, so daß sich der Gasdruck erhöht. Bei einer Abnahme des Flüssigkeitsdrucks ist das Gegenteil der Fall. Wenn somit eine Kammer mit einem zweckmäßigen Fassungsvermögen unter der Membran angeordnet ist, kann ein Druckanstieg aufgrund einer adiabatischen Kompression des Gases im Gleichgewichtszustand mit dem Widerstand gegenüber Lagenänderungen der Unterseite der Flüssigkeit, dem Widerstand gegenüber einer Auslenkung der Membran und dem Widerstand gegenüber einer Verformung der Membran gehalten werden. Der in der Leitung herrschende Druck läßt sich somit unabhängig von der Stellung der Membran konstanthalten.

Anders als eine Pufferbehälter-Dämpfervorrichtung führt die erfindungsgemäße Dämpfervorrichtung zur Aufhebung von Druck-

030032/0821

impulsen eine Bewegung durch. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist allerdings die Masse beträchtlich verkleinert, so daß diese Vorrichtung ein ausgezeichnetes Frequenzansprechverhalten besitzt.

Weiterhin ist in der erfindungsgemäßen Dämpfervorrichtung Druckluft eingeschlossen, so daß die Vorrichtung ein verbessertes Ansprechverhalten für niedrige Frequenzen besitzt, und zwar unabhängig vom Ansprechvermögen von Meßgeräten oder dgl. sowie unabhängig davon, daß das Fassungsvermögen der erfindungsgemäßen Vorrichtung kleiner ist als bei einer bisherigen Pufferbehälter-Dämpfervorrichtung.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich kostensparend herstellen und praktisch an jeder beliebigen Stelle einbauen. Außerdem besitzt sie keinen Bauteil, der mit einer Gas/Flüssigkeit-Grenzfläche in Berührung steht, so daß sie kaum einer Verschmutzung unterliegt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist weiterhin in bezug auf niederfrequente Impulse wirksamer als ein bisheriges Dämpfungselement. Die Auslenkbewegung der Membran hat außerdem keinen nachteiligen Einfluß auf die Leistung und das Betriebsverhalten der Vorrichtung.

Obgleich die erfindungsgemäße Vorrichtung einem Dämpfungselement der beschriebenen Art bezüglich der Fähigkeit zur Beseitigung von hochfrequenten Impulsen geringfügig unterlegen ist, ist sie im Hinblick auf ihre Impedanz für die Beseitigung oder Vernichtung von Druckimpulsen von bis zu 40 Hz und mehr ausreichend wirksam. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können somit hochfrequente Impulse in der Praxis in vorteilhafter Weise beseitigt werden.

Im allgemeinen breiten sich in einer Flüssigkeit niederfrequente und hochfrequente Impulse gemeinsam aus. Infolge-

030032/0821

dessen kann das bisherige Dämpfungselement möglicherweise für Impulse mittlerer und hoher Frequenz nicht genügend wirksam sein/ wenn die Membran durch eine niederfrequente Komponente mit großer Durchsatzmengenänderung pro Periode voll ausgelenkt wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dagegen nicht mit diesem Mangel behaftet, weil ihre Membran über eine sehr große Strecke auslenkbar ist.

030032/0821

Claims

Patentanspruch

Druckimpuls-Dämpfervorrichtung zur Beseitigung von Druckimpulsen oder -stoßen in einer Flüssigkeitsleitung, gekennzeichnet durch einen flachen Abschnitt in einem unteren Bereich der Wand einer Flüssigkeitsleitung (19), durch eine Öffnung in diesem flachen Abschnitt, durch eine aus einem verformbaren Material geringer Masse, wie Gummi o.dgl., bestehende und die Öffnung verschließende Membran (21) und durch eine unter der Membran angeordnete Kammer (22) für den (dichten) Einschluß eines Gases, dessen Druck dem mittleren Druck der Flüssigkeit entspricht.

030032/0821