DE3003532C2 - Einrichtung zur Beseitigung von Druckimpulsen - Google Patents
Einrichtung zur Beseitigung von DruckimpulsenInfo
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Description
Die: Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Beseitigung
von Dr.'ckimpulsen bzw. -stoßen in einer
Flüssigkeitsleitung mit einer an eine Öffnung an der Unterseite de/ Leitung angesciuossenen Kammer für
den Anschluß eines unter Druck stehenden Gases, wobei die öffnung gegenüber de; Kammer durch ein
flexibles, in vertikaler Richtung auslenkbares Organ verschlossen ist. Insbesondere ist eine solche Einrichtung
geeignet 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 besitzen einen Beruhigungs- oder Pufferbehälter oder
Dänipfungselernente. Im folgenden ist zunächst anhand
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 obet. 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 Behalters 2 enthaltenen Luft an, wobei der Druckanstieg durch D/P-Zellen 6, 6' gemessen wird.
Der Dn;?k am Auslaß 3 wird um die Summe aus der
Cirößi.· dr<i Druckanstiegs, welcher den Anstieg des
F!iir-';!-::k-.:!',.',i,J:f;üls 5 verursachte, und einer Clrößc
erhöht, welche die Druckerhöhung im Oberteil des Behälters 2 angibt Um den Druck am Auslaß 3 konstant
zu halten, wird die Luft aus dem Oberteil des Behälters 2 mittels eines Reglers 7 über ein Regelventil 8 zur
Wenn der Druck am Einlaß ί abfällt, wird eine
entsprechende Druckluftmenge in den Oberteil des Behälters 2 eingelassen, wobei die Drucklc-ft entgegengesetzt zur Strömungsrichtung beim Ablassen strömt.
ίο Problematische Druckimpulse oder -stoße sind
normalerweise solche von 0,2—30 Hz. Bisher erwies es
S'ch als schwierig oder sogar unmöglich, Druckstöße
bzw. -schwingungen von über 1 Hz mittels der D/P-Zellen 6, 6' bei einer Vorrichtung der beschriebe nen 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 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
Vi 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 Druckschwankun-
s"> gen 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 E'it der Luft/Flüssig-
·»" keit-Grenzfläche in Berührung stehende Teil der
Innenfläche des Behälters 2 zu einer Verschmutzung. V/eiterhin 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 F i g. 2 ein Dämpfungselement 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 a'is 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.
Eine Rohrdüse 14 mit zentraler Bohrung erstreckt sich von oben dicht an die Oberseite des Mittelbereichs
der Membran 12 heran und ist über eine von Hand 6(1 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 F i g. 2 sind weiterhin eine Druckluftquelle 16.
ein Luftfilier 17 und eine poröse Platte 18 vorgesehen.
Wenn der Druck des geförderten Materials ansteigt. v.mcI die Membran \7. nach oben ausgelenkt, so daß sie
das offene Ende 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 Luftkanuner 13 den Flüssigkeitsdruck in der Leitung 11 übersteigt oder
wenn der Flüssigkeitsdruck iit der Leitung 11 abnimmt,
bewegt sich die Membran 12 nach unten, wobei die Luft aus der Luftkammer 13 über die Düse nach außen m
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 Änderung 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 Luftkammer 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 F i g. 2 auf etwa 0,5 Hz
abnimmt, arbeitet die Anlage als Druckimpulsverstärker.
Die Druckanstiegsperiode ζ. 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 C1^r 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 fütig 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 Dämpfungsehments bereits nach einem Tag erheblich.
Eine Einrichtung zur Beseitigung von Druckimpulsen der eingangs genannten Art ist bereits aus der
US-Patentschrift 29 16 052 bekannt. Als flexibles Organ dient dort ein Faltenbalg, welcher an der Unterseite der
Leitung in einer Kammer angeordnet ist und bei Druckänderungen in der Leitung ausgelenkt wird. Die
Kammer ist teilweise mit Flüssigkeit gefüllt, über der sich ein bestimmter Dampfdruck einstellt. Der Druck in
der Kammer wird durch eine zusätzliche Temperaturregelung konstant gehalten. Allerdings ist der dort
verwendete Faltenbalg zu rage, um sehr kurze Impulse auffangen zu können. Außerdem erfordert die Temperaturregelung
einen verhältnismäßig hohen Aufwand.
Aus der DE-AS 10 02 577 ist weiterhin eine Kontrolleinrichtung an Förderleitungen für pulsierend
strömende Medien bekannt Dort ist eine öffnung in der Leitung durch eine Membran verschlossen, die unter
dem Einfluß von Druckschwankungen elastisch verformbar ist. Von der Membran wird über einen Stößel
ein Kontaktgeber betätigt Diese Einrichtung dient jedoch nicht der Dämpfung von Druckschwankungen,
sondern lediglich zur Kontrollanzeige, ob die periodischen Stöße in der richtigen Frequenz auftreten.
In der US-Patentschrift 26 97 451 ist schließlich eine Dämpfungsvorrichtung beschrieben, bei der sich die
Flüssigkeit in einer Leitung durch eine perforierte Platte nach oben in eine Kammer ausdehnen und dabei eine
Membran gegen den Druck einer auf ihr lastenden Flüssigkeit deformieren kann. Ober der Flüssigkeit
befindet sich außerdem ein unter Druck stehendes Gas. Auch diese Einrichtung ist jedoch nicht empfindlich
genug, um auf höherfrequente Druckschwankungen zuverlässig ausgleichen zu können.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Eitnchtung zur
Beseitigung von Druckimpulsen der eingangs genannten Art zu schaffen, die einfach im Aufbau ist und die
sowohl bei höherfrequenten Druckimpulsen im Frequenzbere.eh
von 1 —20 Hz als auch bei niedrigfrequenten Druckimpulsen von unter 1 Hz eine gute Dämpfungswirkung
erreicht und deren Dämpfungswirkung über längere Zeiträume hinweg stabil bleibt
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch >
gekennzeichneten Merkmale gelöst Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet
Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik
anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt
F i g. 1 eine schematische Darstellung einer bisherigen
Druckimpuls-Dämpfervorrichtung mit Pufferbehälter,
F i g. 2a eine schematische Darstellung eines Hauptteils eines bisherigen Dämpfungselements,
F i g. 2b einen Schnitt längs der Linie X-X in F i g. 2a,
F i g. 3a eine teilweise im Schnitt gehaltene Teilseitenansicht einer Druckimpuls-Dämpfervorrichtung gemäß
der Erfindung,
F i g. 3b einen Schnitt längs der Linie y-Vin F i g. 3a,
F i g. 4 einen Schnitt längs der Linie Z-Z in F i g. 3a mit
schematisch dargestellten Leitungen,
Fig.5 ein Schaltbild einer Steuerschaltung für die
Vorrichtung nach F i g. 4,
F i g. 6 eine perspektivische Darstellung eines Hauptteils einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung,
F:g. / eine im Schnitt gehaltene Seitenansicht noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung,
F i g. 8 eine Seitenansicht eines gegenüber F i g. 3
abgewandelten Führungsmechanismus für eine Tragstange,
F i g. 9 eine im Schnitt gehaltene Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
F i g. 10 eine im Schnitt gehaltene Seitenansicht noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung und
F i g. 11 eine im Schnitt gehaltene Seitenansicht noch
einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
Die F i g. 1 und 2 sind eingangs bereits erläutert worden.
Bei der in den Fig.3a, 3b und 4 dargestellten Ausführungsform 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 CJas. wie Luft, eingeschlossen ist. Wenn das Fassungsvermögen der Kammer 22 zu klein ist, kann ein
Reservoir 32 an die Kammer 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 F.ndstellung Tin eine untere F.ndstellung B auslenkbar. Bei der
Ausführungsform nach F i g. 4 sind Grenz- bzw. Endschalter als Mittel zur Feststellung der beiden
Endstellungen 7'und /? vorgesehen.
Ein Stützrahmen 25 aus einer pcforierten !'latte ist
an der Membran 2i befestigt uru. in seinem Mitteibereich mit einer Tragstange 26 verbunden, nn welcher ein
Regelelement 27 befestigt ist. Innerhalb der Kammer 22 sind ein Endschalter 28 zur Feststellung der oberen
Endstelhmg der Membran sowie ein Endschalter 29 zur
Bestimmung der unteren Membran-Endstellung vorgesehen. Die Endschalter 28 und 29 sind durch das
Regelelement 27 bctiitigbar, wenn die Membran 21 die
betreffende Endstellung erreicht.
An der Wand tier Kammer 22 ist über eine poröse bz.w. 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 dertn Mittelbereich als Anlage für den Stützrahmen 25 dient. Auch bei der
lotrechten Bewegung der Membran 21 bleibt der unter
D „um i"it%n
men 25 und in der Platte 31 mit dem Inneren der Kammer 22 verbunden, so daß jeweils ein Druckausgleichstattfindet.
Gemäß F i g. 4 sind weiterhin ein Ablaßventil 32, ein
Sicherheitsventil 33. ein Luftzufuhrventil 34, ein 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.
Die beschriebene Vorrichtung hat folgende Vorteile:
a) Die Membran 21 besteht aus einer Gummilage, die eine geringe Masse besitzt und sich daher leicht
verformen läiit. In der Kammer 22 ist ein Gas mit
einem Druck, welcher dem mittleren Flüssigkeitsdruck entspricht, eingeschlossen. Die Membran 21
verformt sich entsprechend den Druckimpulsen bzw. -schwingungen in der Leitung, wodurch die
Druckimpulse vernichte! werden. Da die Kammer 22 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 21 aufgenommene oder ausgestoßene Flüssigkeitsmenge der Größe des Druckstoßes entsprechend
dem Druck impuls gewählt werden kann, kann der Trägheitswiderstand aufgrund der Flüssigkeitsbewegung
weitgehend verringert werden.
b) Die Membran 21 ist im unteren Abschnitt der
Wand der Flüssigkeits-Leitung 19 so angeordnet, daß sie lotrecht auslenkbar ist. Das in der Kammer
22 eingeschlossene Gas wird entsprechend der lotrechten Auslenkung der Membran 21 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
21 auf die Flüssigkeit ausgeübte Druck in
ίο Abhängigkeit von den lotrechten Auslenkbewegungen
der Membran verringert oder erhöht. Wenn die Kammer 22 daher an der Unterseite der
Leitung 19 angeordnet und das Fassungsvermögen der Kammer 22 zweckmäßig änderbar ist, kann der
ι > Flüssigkeitsdruck unabhängig von der Stellung der
Membran konstant gehalten werden.
c) Da ein Gas mit einem dem mittleren Flüssigkeitsdruck entsprechenden Druck in der Kammer 22
eiiigesciliüSscn (Si, wOuct uic membran 2ΐ ϋΠΪΟΓ
-'» dem Einfluß der Druckimpulse lotrecht auslenkbar
ist und dabei nicht in obere oder untere Endstellungen gedrängt wird, läßt sich die Position
der Membran 21 mit Hilfe von Endschaltern, Differentialtransformatoren, Potentiometern oder
"'. Näherungsschaltern abgreifen, so daß die Einführung
oder Ableitung von Gas in die bzw. aus der Kammer 22 nur dann stattfindet, wenn sich die
Membran 21 kurz vor dem Endpunkt ihres
(jeweiligen) Hubs befindet, jedoch in keiner
)'i anderen Stellung der Membran. Auf diese Weise
läßt sich die oben erwähnte Charakteristik erzielen.
d) Das zweckmäßigste Fassungsvermögen der gasdichten
Kammer variiert in Abhängigkeit vom mittleren Flüssigkeitsdruck. Aus diesem Grund
Ji 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 Mitteldrucks der Flüssigkeit geändert werden.
Im folgenden ist die Arbeitsweise der beschriebenen Vorrichtung anhand der F i g. 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
so Reservoir 23 einzuströmen beginnt. Nach einer vorbestimmten Zeitspanne nach der Freigabt· 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 geschlossen wird, wird das Luftablaßventil 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 F i g. 4 und 5 sind schematisch Beispiele für den
Druckluftkreis und den elektrischen Schaltkreis zur Durchführung der vorstehend beschriebenen Arbeits-
gänge 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 ^iwegen. Auch bei Druckerhöhungen oder
-Verringerungen der Flüssigkeit infolge eines Pulsierens der Flüssigkeit kann sich die Membran 21 zwischen den
beiden Endstellungen bewegen, sofern die G'öße der resultierenden Druckstöße 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 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. «o
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 F i g. 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 F i g. 3 und 4 verwendet eire
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
Fig.6 zeigt eine andere Ausführungsform, die mit
einer porösen bzw. perforierten Platte 45 versehen ist Im Gegensatz zur Vorrichtung nach F i g. 3 und 4, bei
welcher der die Membran 21 aufweisende Teil der Flüssigkeits-Leitung 19 einen halbkreisförmigen Querschnitt besitzt, kann die Leitung bei der Ausführungsform 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 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- Dämpfervorrich.tung 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 sozüssgcn einen Knoten einer stehenden Weüe. 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 F i g. 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 ein Stützrahmen 46 mit einem
Gestänge 47 versehen, welches eine lotrechte Bewegung der Membran 21 zuläßt.
Beim Mechanismus nach F i g. 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, dal) das Ankommen der Membran in einer oberen Endstellung
festgestellt werden kann.
Im folgenden ist die Bestimmung der Membranpositionen näher erläutert
Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 4 und 5 sind Grenz- bzw. Endschalter zur Feststellung von oberer
gnd unterer Endstellung der Membran 21 vorgesehen, doch können stattdessen auch andere Einrichtungen
verwendet werden. Eine entsprechende Einrichtung kann beispielsweise den Aufbau gemäß F i g. 9 besitzen.
Die Detektoreinrichtung gemäß Fig.9 umfaßt einen aus Metallfolie bestehenden Reflektor 49, welcher 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 Innenf'äche der Kammer 22 angebrachte Lichtempfänger 51 und 52,
welche das von der Membran 21 in deren oberer und unterer Endsteliung reflektierte Licht empfangen.
Für denselben Zweck können auch Näherungsschalter, Potentiometer, Servomotoren und Differentialtransformatoren benutzt werden. Bei Verwendung einer
dieser wahlweise anwendbaren Detektoreinrichtungen kann die Membran 21 auf die in F i g. 10 gezeigte Weise
gehaltert sein. Bei dieser Abwandlung ist eine
Verbindiingssiange 53 mittels eines Stifts oder Zapfens
mit einem Stützrahmen 46 verbunden, wahrend ein Schwinghebel 54 an seinem einen Ende schwenkbar mit
dem anderen Ende der Verbindungsstange 53 verbunden ist. Der Schwinghebel 54 ist an seinem anderen ϊ
Ende an der Innenfläche einer Seitenwand der Kammer 22 angelcnkt. Wenn die Membran 1\ die obere oder
untere Endstell.mg erreicht, wird diese Bewegung auf
die Verbir.dungsstange 53 übertragen, so daß 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 Endstellun-σί*π
Hpr \zif»rnKriin 91 mittels V'. \ die^tr reflektierter
Ultraschallwellen festgestellt werden können.
Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 4 sind das Luftzufuhrventil 34 und Luftablaßventil 4) 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 2"> 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 F i g. 4 durch ein elektrisches Ventil ersetzt «>
werden.
Die Vorrichtung kann in eine Stoffauflauf-Konstruktion eingebaut werden. Zur Anwendung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung auf z. B. eine Converflo-Maschinenbütee für Langsiebe wird die Vorrichtung Vorzugs- π
weise in der Bodenwand einer Staukammer 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, -in
getrennte Räume für den Einbau der Dämpfervorrichtung und des Reservoiis vorzusehen.
Wenn in der geförderten Flüssigkeit Druckimpulse bzw. -stoße auftreten, wird bei der Dämpfervorrichtung
eine Membran aufwärts oder abwärts ausgelenkt. Bei -t>
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 de. 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 Dämpfervorrichtung zur Aufhebung von
Druckimpulsen eine Bewegung durch. Bei der Vorrichtung ist allerdings die Masse beträchtlich verkleinert, so
daß diese Vorrichtung ein ausgezeichnetes Frcquenzansprechverhalten
besitzt.
Weiterhin Ur in Λρτ ΡΓΠηα'.!Πσ5σ?ΓΠ?.βθΠ D^T^fcrvO1"-
richtung 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-Dampfervorrichtung.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung laßt sich kostensparend herstellen und praktisch an jeder beliebigen
Stelle einbauen. Außerdem besitzt sie keinen Bauteil, der mit einer Gas/Flüssigkeits-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 als bekannt beschriebenen Art
bezüglich der Fähigkeit zur Beseitigung ve 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 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. Infolgedessen 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.
Hierzu 8 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Einrichtung zur Beseitigung von Druckimpulsen bzw. -Stoßen in einer Flüssigkeitsleitung mit einer an
eine öffnung an der Unterseite der Leitung angeschlossenen Kammer für den Anschluß eines
unter Druck stehenden Gases, wobei die öffnung gegenüber der Kammer durch ein flexibles, in
vertikaler Richtung auslenkbares Organ verschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das
flexible Organ eine Membran (21) ist, deren Position über Detektoren (27; 49,50,51,52,55,56) abgreifbar
ist, und daß die Kammer (22) für das unter Druck, stehende Gas außerhalb eines durch Schalter
vorgegebenen Bereiches durch Gaszufuhr bzw. -abfuhr beaufschlagbar ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (2/) an einem senkrecht
zur Ebene der Leitungsöffr. ,ng bewegbaren, mit
Endschaltc m (28, 29; 57, 58) zusammenwirkenden,
vorzugsweise porösen Stützrahmen (25) befestigt ist
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, c'adurch
gekennzeichnet, daß die Kammer (22) an der von der Membran (21) verschließbaren Öffnungsseite von
einer porösen Platte (31) abgeschlossen wird.
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