DE3041949A1 - Druckentlastungseinrichtung - Google Patents

Description

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DR. DIETER V. BEZOLD QfI/ DIPL. ING. PETER SCHÜTZ OUf

DIPL. ING. WOLFGANG HEUSLER

MARlA-THfRfSlA-STBASSE 23 POSTFACH 8602 60

D-8OOO MUENCHEN 66

ZUGELASSEN BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT

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10921 MB./Scha

Conoco,Inc. Ponca City, Oklahoma 74601, V.St.A.

Druckentlastungseinrichtung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Druckentlastungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Druckentlastungseinrichtungen sind Einrichtungen, die in Notfällen Rohrleitungen oder andere Hochdrucksysteme in eine Umgebung mit Atmosphärendruck zu entleeren gestatten.

Aus der US-PS 3 142 314 (Dawson) ist es bekannt, eine Rohrleitung gegen eine'Vielzahl von Prallplatten zu entleeren, um die Energie aus der Rohrleitung in eine Fluidströmung langsamer Geschwindigkeit umzuwandeln.

Aus der US-PS 2 048 613 (McKee)ist es bekannt, einen Kern in der Strömung von einer Rohrleitungsöffnung anzuordnen, um die Geschwindigkeit zu verringern.

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Die Strömung wird außerdem gegen eine Serie von Prallplatten gelenkt.

Ein grundsätzliches Problem bei den bekannten Einrichtungen besteht darin, daß, falls der Strom Partikel, wie z.B. Kohleklumpen enthält, diese Partikel die Prallplatten, Kegel und anderen Strukturen, die die Bewegung der Feststoffpartikel behindern, entweder schwer beschädigen oder völlig zerstören. Außerdem ist es nicht nur notwendig, die potentielle Energie im Rohr in kinetische Energie oder Geschwindigkeit bei niedrigem (atmosphärischem) Druck umzuwandeln, sondem auch die Fluide, die mit hoher Geschwindigkeit austreten, in Fluidströme mit niedriger Geschwindigkeit und Atmosphärendruck umzuwandeln.

Der vorliegenden Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs angegebenen Art anzugeben, die eine sichere Druckentlastung bzw. Endenergievernichtung gewährleistet und sich auch für feststoffhaltige Fluide eignet.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. /—*

Durch die Erfindung wird eine Einrichtung mit einem Gehäuse geschaffen, die ein Fluid, insbesondere eine Flüssigkeit mit hohem Druck und großem Volumen aufzunehmen und es in ein Fluid mit hoher Geschwindigkeit und niedrigem Druck umzuwandeln gestattet. Es kann eine zusätzliche Vorrichtung oder Armatur vorgesehen sein, die die Fluide hoher Geschwindigkeit und niedrigen Druckes in Fluide mit niedriger Geschwindigkeit und niedrigem Druck umwandet, und zwar so, daß man sie auch für Fluide, die große Stoffpartikel enthalten, wie z.B. Kohlenschlamm, der bis zu 50 % Kohle enthält, verwenden kann. Zum Vernichten der potentiellen

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Energie wird der Auslaß von der Rohrleitung an einem Gehäuse angebracht, das eine Seitenwand mit einem im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt - senkrecht zur vertikalen Achse des Gehäuses gesehen - hat. Die Seitenwand wird von einer Deckfläche und einem Boden eingeschlossen. Im Boden ist ein Auslaß gebildet und die Deckflächenöffnung und der Bodenauslaß sind axial zu einem Strudel oder Wirbel orientiert, der entsteht, wenn das Fluid durch den Einlaß des Gehäuses eintritt. Da die Fluide beim Verlassen des Gehäuses eine sehr hohe Geschwindigkeit haben, kann eine weitere Vorrichtung am Auslaß angebracht werden, die die hohe Geschwindigkeit des Fluids in ein Fluid niedriger Geschwindigkeit und niedrigem Druck umwandelt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer Entlastungsvorrichtung ("Enerqievernichter") mit einem Teilschnitt einer die Fluidgeschwindigkeit verringernden Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ;

Figur 2 einen Querschnitt entlang der Linie 2-2 von Fig. 1;

Figur 3 eine Endansicht entlang der Linie 3-3 von Fig. 1 mit Pfeilen, die die Bewegung von Fluiden darstellen;

Figur 4 eine teilweise Sei tenansicht der Entlastungsvorrichtung, die im oberen Teil der Fig. 1 dargestellt ist;

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Figur 5 einen teilweisen Querschnitt einer modifizierten Ausführungsform der in Fig. 1 und 4 dargestellten Einrichtung;

Figur 6 eine schematische Darstellung der Wirkungsweise der Einrichtung, die in den vorigen Zeichnungen dargestellt wurde;

Figur 7 eine Querschnittsansicht eines Gehäuses, das eine spiralenförmige Struktur hat.

Die in den Figuren 1 bis 4 dargestellte Einrichtung hat ein Gehäuse 10 mit einer Seitenwand 11, die senkrecht zu ihrer vertikalen Achse 9 einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt hat/und mit einer Deckfläche 12 sowie einer Basis- oder Bodenfläche 13 versehen ist. An der Seitenwand 11 ist ein Einlaßrohr 14 angebracht, seine Achse 15 steht senkrecht auf einem Durchmesser der Seitenwand 11. Das Einlaßrohr 14 hat eine öffnung 16, um Fluide in das Gehäuse 10 einströmen zu lassen. Eine Nut 17, die eine Erhöhung begrenzt, dient zum Anbringen einer üblichen Befestigungsvorrichtung wie z.B. eine Kupplung oder ein Flansch mit einer eingeschnittenen Nut; Einzelheiten werden später noch beschrieben werden. An der Bodenfläche des Gehäuses 10 ist ein Auslaß 18, der im wesentlichen mit der Achse 9 fluchtet, angebracht. Der Auslaß 18 hat eine öffnung 19* (nicht dargestellt) und eine Kupplungsnut 20, An der Deckfläche 12 sind Metallösen 21 angebracht, um das Anheben und Handhaben der Entlastungsvorrichtung 10 zu erleichtern. So kann z.B. ein Kabel zwischen den Metallösen 21 und einem Kran angebracht werden, so daß die Einrichtung für Reparaturen oder zur Auswechselung leicht angehoben werden kann.

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Es ist ferner eine Vorrichtung 30 vorgesehen, die die Geschwindigkeit des Fluids verringert. Sie besteht im wesentlichen aus einem inneren Zylinder 31 und einem äußeren Zylinder 32, der durch eine Deckfläche 33 mit dem inneren Zylinder 31 verbunden ist. Zwischen der Bodenfläche des inneren Zylinders 31 und der Innenwand des äußeren Zylinders 32 sind vertikale Rippen oder Stege 34 angeordnet. In den Zylinder 31 ist eine Vielzahl von öffnungen 35 geschnitten. Die Deckfläche des inneren Zylinders 31 bildet eine Befestigungsnut 36 zum Anbringen einer Kupplungsvorrichtung. Zur Veranschaulichung ist eine Kupplungsvorrichtung dargestellt, die einen geteilten Ring 37a und 37b mit einer Dichtung 38 und den notwendigen Bolzen 39 und Schraubenmuttern 4 0 enthält. Die Kupplung wird montiert, indem man eine Packung oder Dichtung 38 zwischen die Nut 36 und die Nut 20 bringt und gleichzeitig die äußeren Durchmesser des Auslasses 18 und des Zylinders 31 abdeckt. Der geteilte Ring 3 7a und 3 7b wird um die Dichtung 38 in die Nuten 36 und 20 geschoben. Die Bolzen 39 werden dann in die zugehörigen Löcher ges dioben und die Muttern 40 angezogen bis der geteilte Ring fest sitzt. An der Seite des äußeren Zylinders 32 ist ein Befestigungspunkt 41 angeschweißt, der ein Loch 4 2 hat, in das man einen Querbolzen schieben kann, um eine Drehung der gesamten Anordnung zu verhindern, wenn ein Fluid mit hoher Geschwindigkeit auf die Vorrichtung zur Verringerung der Geschwindigkeit trifft.

Die Arbeitsweise der Einrichtung läßt sich am besten unter Bezugnahme auf die Figuren, besonders Fig. 2, 3 und erläutern. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, strömt das Fluid, das in den Zylinder 31 eintritt, durch die öffnungen 35 in Richtung der Pfeile 45, das Fluid strömt ferner entlang der Innenwand des inneren Zylinders 31. Sobald das Fluid durch die öffnungen 35 tritt, trifft es auf die Innenseite des

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äußeren Zylinders 32, wobei es entlang der allgemeinen Richtung, die durch einen Pfeil 46 in Fiq. 1 dargestellt ist, rotiert. Schließlich wird die Geschwindigkeit des Fluids beim Auftreffen auf die verikalen Rippen 34 und Herausfallen aus dem Boden des inneren Zylinders 31 und des äußeren Zylinders 32 verringert. Alle großen Partikel werden auf die Innenwand des inneren Zylinders 31 treffen, die ihre Bewegung behindert, ihre Geschwindigkeit verringert und sie schließlich aus dem Boden des inneren Zylinders 31 fallen läßt. Wie Fig. 2 zeigt, sind die Ecken 47 der Öffnung 35 im wesentlichen - wie dargestellt angeschrägt, um den Verschleiß an diesen Ecken zu verringern, der durch eine Kavitation des Fluids verursacht würde, wenn man die Ecken unabgeschrägt beließe. Die Energievernichtungs- bzw. Entlastungsvorrichtung arbeitet mit Fluiden, die durch den Einlaß 14 im wesentlichen in Richtung des Pfeiles 49 eintreten (siehe Fig. 6). Das Fluid, das in den Einlaß 14 eintritt, steht unter hohem Druck und hat eine niedrige Geschwindigkeit, es hat daher eine hohe potentielle Energie. Sobald das Fluid in das Gehäuse 10 eintritt, wird es auf die Seitenwand 11 auftreffen, diese wird die Geschwindigkeit des Fluids verringern und einen Wirbel, der durch Pfeil 50 dargestellt ist, bilden. Der Wirbel 50 wird über dem axialen Mittelpunkt des inneren Zylinders liegen. An diesem Punkt wird das Fluid einen geringen Druck aber eine hohe Geschwindigkeit aufweisen, da die potentielle Energie nun in Geschwindigkeit oder kinetische Energie umgewandelt worden ist; die kinetische Energie des Fluids hoher Geschwindigkeit muß nun auf irgendeine Weise vernichtet werden. Die Vernichtung kann durch Einführung des Auslaßrohres 18 in einen Flüssigkeitskörper, einen geschlossenen Behälter oder andere geeignete Vorrichtungen bewirkt werden, die das Versprühen des Fluids über ein größeres Gebiet verhindern.

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Eine andere Vorrichtung für die Behandlung von Fluiden hoher Geschwindigkeit ist die Geschwindigkeitsvernichtungs- bzw. Entlastungsvorrichtung, die zuvor beschrieben wurde. Die Entlastungsvorrichtung hat eine Öffnung 51 zur Unterdruckentlastung des Inneren des Gehäuses 10. Es können Luft oder andere Fluide in die Öffnung 51 eingeführt werden, üblicherweise wird man Luft mit Atmosphärendruck durch die Öffnung 51 einströmen lassen und so eine Kavitation in der Vorrichtung verhindern. Vorzugsweise wird die Öffnung 51 über der Achse des Wirbels liegen, um zu verhindern, daß die Öffnung 51 durch Fluid verstopft wird.

Eine Alternative zu der Ausführungsform gemäß Fig. 1 bis i:.t in Fig. 5 dargestellt. Der wesentliche Unterschied dieser Einrichtung liegt in der Konstruktion der Deckfläche 12.

Sie ist hier konkav anstatt konvex. Eine zweite Platte

60 ii;t: an der Deckfläche 12 angeschweißt und zwischen einer Deckplatte 60 und einer Deckfläche 12 können innen Zwickel

61 angebracht werden, um den Druck zu erhöhen, dem die Deckfläche 12 widerstehen kann. Durch die Deckfläche 12 führt ein Belüftungs- oder Druckentlastungsrohr 51, das so lang ist, daß es bis in das Innere des Gehäuses 10 reicht. Mit Ausnahme der besonderen Konstruktion der Deckfläche arbeitet die Vorrichtung genau so wie die in Fig. 1 bis 4 beschriebene.

Ks sollte noch erwähnt werden, daß die Einrichtung zur Ger.chwindiqkeitsverringerunq wegen der hohen Geschwindigkeit der Fluide, die auf den inneren Zylinder 31 treffen, sieht fest angebracht werden muß, da sonst die Rotation der Fluide auf das Gehäuse übertragen wird.

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Die dargestellte bevorzugte Ausführunqsform hat einen kreisförmigen Querschnitt. Es ist offensichtlich, daß auch andere Querschnitte vorteilhaft verwendet werden können. So kann z.B. der Querschnitt der Seitenwand 11 durch ihre vertikale Achse 9 eine Spirale, wie in Fig. 7 dargestellt, oder eine besondere Form einer Spirale wie eine Evolute sein. Andere, weniger vorteilhafte Querschnitte könnten auch verwendet werden, die Einrichtung würde auch dann noch zufriedenstellend arbeiten, der Wirkungsgrad könnte jedoch vermindert werden.

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Claims (9)

1. Ansprüche

   eingeschlossenen Fluiden, gekennzeichnet

   a: ein Gehäuse (10), das eine Seitenwandanordnung (11) mit einem im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt senkrecht zu seiner vertikalen Achse, eine Deckflächen- und eine Bodenanordnung (12 bzw. 13 aufweist;

   b: eine Einlaßanordnung (14), die in die Seitenwand führt, wobei die Achse der Einlaßanordnung tangential zu einem Durchmesser der im wesentlichen zylindrisch geformten Seitenwand verläuft, so daß das eingeschlossene Fluid, das durch den Einlaß in das Gehäuse eintritt, einen Wirbel an einer Stelle zwischen der Deckflächen-

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   und Bodenanordnung bildet;

   c: eine Auslaßanordnung (18), die sich durch den Boden (13) und aus dem Boden heraus erstreckt, und

   d: eine die Deckfläche (12) durchsetzende Fluidöffnung (51), die mit dem Wirbel fluchtet.
2. 2. Einrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine Vorrichtung zur Geschwindigkeitsverringerunq des Fluids vorgesehen ist, welche einen Einlaß der an den Auslaß der Druckcntlastungsvorrichtuna angeschlossen ist, einen ersten Zylinder (31), der mit dem Auslaß axial fluchtet und eine Vielzahl von öffnungen (35) in der Zylinderwand hat, einen zweiten Zylinder (32), der einen größeren Durchmesser als der erste Zylinder (31) hat und koaxial zu diesem angeordnet ist, einer Vorrichtung zum mechanischen Verbinden des zweiten Zylinders mit dem ersten und eine Vorrichtung, die zwischen dem ersten und dem zweiten Zylinder angebracht sind, um die Rotation der Fluidgeschwindigkeitsverringerungsvorrichtung, die durch das Aufprallen von Fluiden mit hoher Geschwindigkeit auf den ersten und zweiten Zylinder verursacht werden könnte, zu verhindern.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der im wesentlichen kreisförmige Querschnitt die geometrische Konfiguration einer Volute hat.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeich net, daß der im wesentlichen kreisförmige Querschnitt die geometrische Konfiguration einer Spirale hat.

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5. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, in der die spiralenförmige Konfiguration die geometrische Figur einer Volute hat.
6. 6. Einrichtung zur Verringerung der Geschwindigkeit eines Fluids der ein Fluid mit niedrigem Druck und hoher Geschwindigkeit zuführbar ist, gekennzei. chnet durch einen ersten Zylinder (31), der einen Einlaß, einen Auslaß sowie eine Vielzahl von Öffnungen (35) in seiner Wand aufweist, einen zweiten Zylinder (32), der einen größeren Durchmesser als der erste Zylinder (31) hat und koaxial zu diesem angeordnet ist, einer Anordnung (33) zum mechanischen Verbinden des zweiten Zylinders mit dem ersten, die sich dem Einlaß und der Vielzahl von Öffnungen (35) befindet sowie einer Anordnung, die zwischen dem ersten und dem zweiten Zylinder angeordnet ist, um die Rotation der Einrichtung zur Verringerung der Fluidgeschwindigkeit, die durch das Auftreffen von einem Fluid hoher Geschwindigkeit auf den ersten und zweiten Zylinder verursacht wird, zu verhindern.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 6, dadu rch gekennzeichnet, daß am zweiten Zylinder (32) eine Befestigungsvorrichtung (41) angebracht ist, die eine Drehung der Einrichtung verhindert.
8. 8. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Zylindern (31,32) axial verlaufende Leitflächen (34) vorgesehen sind, die die Rotation des Fluids zwischen den Zylindern behindern.
9. 9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet, daß sich die Leitflächen (34) vom unteren Ende des ersten Zylinders (31) in ein über dieses hinausreichendes Stück des zweiten Zylinders (32) erstrecken.

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