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Armatur zum Öffnen und/oder Absperren
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Die Erfindung betrifft eine Armatur zum Öffnen und/oder Absperren
des Hauptförderweges eines Mediums, mit einem den Durchlaß des Mediums freigebenden
oder absperrendcn Absperrorgan, insbesondere Armatur in einer Rohrleitung mit Rückschlagklappe.
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Armaturen dieser Art besitzen in vielen Bereichen der Technik eine
erhebliche Bedeutung, da sich das Problem vor allem des Absperrens des Förderweges
eines Mediums in großer Vielfalt stellt.
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Als ein besonderes Beispiel kann eine Pumpstation genannt werden,
wo das Medium Wasser in den Förderweg bildende Rohrleitungen transportiert wird.
Das Absperrorgan befindet sich hier üblicherweise auf der Druckseite der Pumpe und
ist als sogenannte Rückschlagklappe ausgebildet, wie sie z.B. durch die DE-OS 3
125 029 bekannt geworden ist.
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Ein Absperren der Rohrleitung mittels der Rückschlagklappe ist erforderlich,
um ein Rückströmen des Wassers zu verhindern, wenn die Pumpe, welche das Wasser
fördert, abgeschaltet wird. Ohne die Rückschlagklappe könnte nämlich das unter Druck
geförderte Wasser durch die Pumpe
hindurch zurückströmen und diese
dadurch schädigen. Daher müssen die Rückschlagklappen auch in ihren Schließsitz
gelangen, bevor eine rückläufige Wasserströmung nach dem Abschalten der Pumpe einsetzt.
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Zwar läßt sich mit dem Absperren des Förderweges durch die bekannte
Rückschlagklappe eine Beschädigung der Pumpe durch ein Rückströmen der Wassersäule
verhindern, jedoch ist zu beachten, daß der Schließvorgang des Absperrorgans - hier
also der Rückschlagklappe - seinerseits mit gravierenden Nachteilen behaftet ist.
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Beim Abschalten der Pumpe und beim Schließvorgang der Rückschlagklappe
treten in der Praxis erhebliche Druckstöße auf, und zwar ein überdruck auf der der
Pumpe abgewandten Seite der Rückschlagklappe und ein Unterdruck auf der anderen
Seite der Rückschlagklappe. Diese extreme Druckdifferenz, die sich auszugleichen
bestrebt ist, bewirkt, daß die Rückschlagklappe unter enormer Krafteinwirkung zwangsweise
in den Schließsitz gelangt bzw. schlägt. Das Aufschlagen der Rückschlagklappe macht
sich nicht nur akustisch bemerkbar, nachteilig ist vielmehr auch die sich dabei
einstellende hohe mechanische Belastung der Armatur und vor allem auch der Pumpe
sowie die damit verbundene Gefahr von Beschädigungen.
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Die erwähnten großen Druckdifferenzen haben aber nicht nur das Schlagen
der Rückschlagklappe zur Folge, gravierender sind die nachteiligen Wirkungen, die
sich durch die hohen Druckstöße ergeben können. In der praktischen Anwendung ist
immer wieder festzustellen, daß die den Förderweg für das Medium bildenden Rohrleitungen
den beim Absperren auftretenden hohen Druckstößen nicht standhalten und zerstört
werden. Vor allem im Bereich der Armatur mit dem Stellglied zum Absperren, aber
auch an Reflexionsstellen der entstehenden Druckwellen sind die Rohrleitungen besonders
gefährdet.
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Die durch die Druckstöße auftretenden Schäden und Folgekosten sind
erheblich. Infolge der durch die Druckstöße hervorgerufenen Schwingungen können
Gebäude schäden sowie Schäden an der Anlage z.B. bei einem Kraftwerk auftreten.
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Trotz dieser bekannten nachteiligen Wirkungen ist es bisher nicht
in zufriedenstellender Weise gelungen, die nachteiligen Folgen der bekannten Armaturen
beim Schließvorgang zu beseitigen.
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Die bisherigen Erläuterungen beschränkten sich zwar auf das Medium
Wasser, welches in Rohrleitungen gefördert wird, dies ist jedoch lediglich als beispielhaft
anzusehen, denn die gleiche Problematik tritt generell auch bei anderen Medien auf,
die in Förderwegen transportiert werden, wobei
die Notwendigkeit
besteht, eine Armatur mit einem Absperrvorgang zum Absperren des Förderweges vorzusehen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die beschriebenen Nachteile
zu vermeiden und eine Armatur zu schaffen, welche mit einfachen Mitteln die Entstehung
der schädlichen hohen Druckstöße verhindert.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt bei der im Oberbegriff des Anspruchs
1 genannten Armatur dadurch, daß parallel zum Absperrorgan ein Entlastungsweg vorgesehen
ist, welcher oberhalb und unterhalb des Absperrorgans in den Hauptförderweg einmündet,
und daß die Mündung durch ein druckabhängiges Schließorgan durchlässig schaltbar
und verschließbar ist.
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Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, in kritischen Phasen, in
denen sich Druckstöße im System aufbauen können, einen Druckausgleich zu ermöglichen,
indem ein Entlastungsweg hergestellt wird, der eine Verbindung der Bereiche oberhalb
und unterhalb des Absperrorgans ermöglicht. Durch diese Verbindung, die im normalen
Betrieb unwirksam ist und nur bei Erreichen eines bestimmten Druckes zur Verfügung
steht, kann ein Druckausgleich herbeigeführt werden, wodurch die bei den bekannten
Armaturen auftretenden hohen Druckstöße in erheblichem Maße abgebaut werden können.
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Der parallele Entlastungsweg wird wegen des druckabhängigen Schließorgans
nur bei Erreichen eines bestiinmten Druckes freigegeben, wobei der entsprechende
Wert beliebig einstellbar ist. Durch entsprechUnde Dimensionierung kann daher der
mit der Erfindung ermöglichte Druckausgleich so eingestellt werden, daß die eingangs
beschriebenen nachteiligen Wirkungen vermieden sind.
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Nachdem der Druckausgleich hergestellt ist, gelangt das Schließorgan
wieder in seinen Schließsitz, so daß der Entlastungsweg verschlossen ist. Dieser
Vorgang kann sich kurzzeitig wiederholen. Die mit dem Absperrorgan angestrebte Wirkung
- nämlich das Absperren des Hauptförderweges - wird durch das Vorhandensein des
Entlastungsweges nicht beeinträchtigt, denn dieser ist nur zum Zwecke des Druckausgleiches
geöffnet.
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In zweckmäßiger Ausgestaltung besitzt das druckabhängige Schließorgan
für den Entlastungsweg einen Ventilteller, der unter der Einwirkung einer Feder
in seinen Schließsitz gehalten wird. Nur bei Erreichen eines wählbaren Druckes gelangt
der Ventilteller entgegen der Wirkung der Federkraft in seine Offenstellung.
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Andere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnung
zu entnehmen und in den Unteransprüchen angegeben.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 die teilweise Darstellung
einer Armatur in einer Querschnittsansicht mit einem zum Teil noch geöffneten Absperrorgan,
Fig. 2 eine Darstellung gemäß Fig. 1, jedoch mit im Schließsitz befindlichem Absperrorgan
und durchlässigem Entlastungsweg, Fig. 3 Diagramme zur Verdeutlichung der auftretenden
Druckstöße nach Absperrung des Förderweges durch das Absperrorgan, und Fig. 4 eine
weitere Querschnittsansicht einer Armatur.
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In den Prinzipdarstellungen gemäß Fig. 1 und 2 besitzt die Armatur
10 ein als Rückschlagklappe 12 ausgebildetes Absperrorgan. In der Offenstellung
der Rückschlagklappe 12 kann ein Medium - hier Wasser - unter der Einwirkung einer
nicht dargestellten Pumpe längs des Förderweges 14 in Richtung des gestrichelt gezeichneten
Pfeiles A gefördert werden. Im Bereich der Rückschlagklappe 12 befindet sich ein
paralleler Entlastungsweg 16, welcher unterhalb der Rückschlagklappe
12
über die Mündung 20 und oberhalb der Rückschlagklappe 12 über die Mündung 18 mit
dem Förderweg 14 verbunden ist.
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In Fig. 1 ist die Mündung 18 durch einen Ventilteller 22 verschlossen,
so daß der Entlastungsweg 16 unwirksam ist.
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Der Ventilteller 22 steht nämlich über eine Stange 24 unter der Einwirkung
einer Feder 28, welche den Ventilteller 22 in den Schließsitz drückt.
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In Fig. 1 ist durch den Pfeil C schon die Schließbewegung der Rückschlagklappe
12 angedeutet, und Fig. 2 zeigt die Rückschlagklappe 12 in geschlossener Stellung.
Infolge der Unterbrechung des Förderweges 14 baut sich oberhalb der Rückschlagklappe
12 im Bereich der Mündung 18 ein Druck auf.
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Wenn dieser einen bestimmten Wert erreicht hat, wird der Ventilteller
22 durch die Druckeinwirkung entgegen der Kraft der Feder 28 in die Offenstellung
gebracht, so daß der parallele Entlastungsweg 16 freigegeben ist, wie der gestrichelt
gezeichnete Pfeil B verdeutlicht.
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Über den Entlastungsweg 16 kann nun ein Druckausgleich herbeigeführt
werden und ein zuvor in Richtung des Pfeiles A in Fig. 1 gefördertes Medium kann
in geringer Menge für eine bestimmte Zeitdauer in Richtung des Pfeiles B zurückfließen.
Sobald
sich die Druckstöße soweit abgebaut haben, daß die auf den Ventilteller 22 infolge
des Druckes ausgeübte Kraft kleiner als die Kraft der Feder 28 ist, bringt letztere
den Ventilteller 22 wieder in den Schließsitz. Nunmehr ist die Absperrung des Förderweges
voll wirksam geworden.
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Zum besseren Verständnis der durch die Erfindung erzielten Vorteile,
die mit überraschend einfachen Mitteln zu erzielen sind, wird nachfolgend anhand
der Diagramme in Fig.
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3 nochmals das Entstehen der schädlichen Druckstöße bei einer bekannten
Armatur erläutert. Es sind jeweils drei Diagramme gezeigt. Längs der oberen Zeitachse
52 ist durch die Schließkurve 58 der Schließvorgang einer Rückschlagklappe dargestellt.
Längs der zweiten Zeitachse 54 ist mittels der Druckkurve 60 der Druck oberhalb
der Rückschlagklappe - dort, wo sich bei der erfindungsgemäßen Armatur gemäß Fig.
2 die Mündung 18 befindet - dargestellt, und längs der dritten Zeitachse 56 ist
die Druckkurve 62 für den Druck unterhalb der Rückschlagklappe dargestellt.
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Obwohl nachfolgend auf Fig. 1 und 2 Bezug genommen wird, sei ausdrücklich
darauf hingwiesen, daß die Kurven in Fig.
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3 zum Stand der Technik gehören; es ist also bei der Erläuterung der
Diagramme in Fig. 3 davon auszugehen, daß die Mündungen 18 und 20 und der Entlastungsweg
16 in Fig.
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1 und 2 nicht vorhanden sind.
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Die obere Schließkurve 58 in Fig. 3 zeigt, wie sich in Abhängigkeit
von der Zeit t die Rückschlagklappe 12 ihrem Schließsitz nähert. Während des Schließvorganges
fließt in dem angenommenen Beispiel von einer Pumpe gefördertes Wasser in Richtung
des Pfeiles A in Fig. 1, und dabei werden oberhalb und unterhalb der Rückschlagklappe
12 die Druckkurven 60 und 62 gemessen. Die entsprechenden Drücke sind relativ gering.
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Bei t0 ist die Rückschlagklappe 12 in ihren Schließsitz gelangt (Fig.
2), der Förderweg für das Medium Wasser ist also unterbrochen. Von Bedeutung ist
nun, wie die Druckkurven 60 und 62 verlaufen. Innerhalb einer Zeitdauer » t ändern
sich die Druckwerte zunächst kaum; wobei at in Fiy.
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3 etwa 1/10 Sekunden ist.
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Bei t1 beginnt allerdings ein erheblicher Druckaufbau. Wie die mittlere
Kurve in Fig. 3 zeigt, entstehen große Druckspitzen 64, wobei sich diese Druckspitzen
nach Art einer Schwingung nur langsam abbauen. Solange die Kurve 60 oberhalb der
Zeitachse t verläuft, handelt es sich um einen Uberdruck.
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In der unteren Druckkurve 62 ist zu erkennen, daß sich nach t1 eine
Druckspitze 66 als Unterdruck aufbaut, dem Druckspitzen
68 (Überdruck)
folgen, bis der Druck unterhalb der m kschlaglGappe 12 nach längerer Zeit oszillierend
gegen Null geht.
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Die Druckkurven 60 und 62 bedeuten absolute Druckwerte, so daß man
für die Zeit nach t1 bezüglich der Belastung die Druckdifferenz zwischen den Druckspitzen
64 und 66 in Betracht ziehen muß, wobei diese Druckdifferenz extreme Werte annimmt.
Daraus resultieren dann die eingangs beschriebenen negativen Folgen, die zu einem
Platzen der verwendeten Rohrleitungen bzw. der Armatur führen können.
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Der nach dem Schließen der Rückschlagklappe 12 bei einer bekannten
Armatur entstehende Druckstoß führt zu einer Ausdehnung bzw. Ausbauchung des Gehäuses
der Armatur, welche meistens aus Stahl besteht. Wenn das Stahlgehäuse diesem Druckstoß
nicht standhalten kann, kann die Armatur zerbersten.
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Bei der Erfindung wird dieser Gefahr mit einfachen Mitteln begegnet.
Durch den bei Vorhandensein eines mittels der Feder 28 einstellbaren Druckes wird
nämlich im Bereich der Rückschlagklappe 12 ein Entlastungsweg 16 zur Verfügung gestellt,
was zu einer Entlastung der gefährlichen Druckstöße führt. Ein weiterer Vorteil,
der durch die Erfindung geschaffen wird, besteht darin, daß infolge des geschaffenen
Druckausgleiches auch die extremen Schlaggeräusche der Rückschlagklappe
12
vermindert werden Bei der soweit beschriebenen neuen Armatur gemäß Fig. 1 und 2
wurde nur ein einziger Entlastungsweg vc-^ausgesetzt. Bei besonders großen Rohrdurchmessern
für den Förderweg 14 ist es möglich, auf dem Umfang verteilt mehrerer solcher Entlastungswege
16 anzuordnen.
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Ausgehend. von den Prinzipdarstellungen in Fig. 1 und.2 ist in Fig.
4 in einer teilweisen Ansicht ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Armatur
10 gezeigt, wobei gleiche Teile aus Fig. 1 und 2 mit den gleichen Bezugszeichen
versehen sind.
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Um im normalen Betriebszustand - also bei geöffneter Rückschlagklappe
12 - eine sichere Abdichtung der Mündung 18 zu erzielen, besitzt der Ventilteller
22 einen Dichtungsring 26, der an der Innenwand des Entlastungsweges anliegt. Das
dem Ventilteller 22 zugewandte Ende der Stange 24 ist als Stangenkopf 34 ballig
bzw. kugelförmig ausgebildet und in einer Ausnehmung des Ventiltellers 22 befindlich,
mit der Folge, daß gelenkige Bewegungen des Ventiltellers 22 relativ zur Stange
24 möglich sind. Durch eine Scheibe 32 wird die Stange 24 an dem Ventilteller 22
gehalten.
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Die in einem Federgehäuse 36 befindliche Feder 28 drückt gegen zwei
Endplatten 40 und 42 und wirkt über die Stange 24 auf den Ventilteller 22 ein, der
durch die Federkraft im Schließsitz gehalten wird. Der Ventilteller 22 bleibt solange
in seiner Schließstellung, bis der auf seine Fläche einwirkende Druck die Federkraft
überwindet.
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Das Federgehäuse 36 ist durch einen Gehäusedeckel 38 abgeschlossen,
durch welchen mittig ein Gewindebolzen 30 und eine Stellschraube 44 geführt sind.
Der Gewindebolzen 30 ist in die Stange 24 eingeschraubt, und die Stellschraube 44
wirkt auf die rechte Endplatte 42 ein.
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Die Stellschraube 44 bildet eine Spannvorrichtung, welche eine Einstellung
der Feder 28 erlaubt. Durch Drehen der Schraube 44 auf dem Gewindebolzen 30 kann
nämlich der Abstand der beiden Endplatten 40 und 42 zueinander beeinflußt werden,
und somit ist es möglich, die Feder 28 in gewünschter Weise zu spannen. Übrigens
befindet sich auf der Stellschraube 44 noch eine Kontermutter 50.
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Auf das äußere Ende des Gewindebolzens 30 ist noch eine Stellmutter
46 aufgeschraubt, bei deren Betätigung bzw.
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Drehung über die Stange 24 und den Gewindebolzen 30 eine Beeinflussung
auf die örtliche Lage des Ventiltellers 22 ermöglicht wird. Wenn der Wunsch besteht,
den Förderweg 14
oberhalb der geschlossenen Rückschlagklappe 12
zu entleeren, kann dies in vorteilhafter Weise durch Drehung der Stellmutte-r 46
bewerkstelligt werden, denn dann läßt sich der Ventilteller 22 in seine Offenstellung
bringen. Als Folge davon wird der Entlastungsweg 16 freigegeben, so daß die angestrebte
Entleerung erfolgen kann.
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Zwar wurde die Erfindung voran stehend anhand einer Armatur mit einer
Rückschlagklappe beschrieben, wie sie bei der Förderung von Wasser vorgesehen ist,
jedoch muß darauf hingewiesen werden, daß sich die Erfindung hierauf nicht beschränkt.
Sie kann vielmehr mit Vorteil überall dort eingesetzt werden, wo ein Medium längs
eines Förderweges vorzugsweise unter Druck gefördert wird, und wo die Notwendigkeit
besteht, den Förderweg mittels eines Absperrorgans bei Bedarf unterbrechen bzw.
absperren zu können. Die dabei auftretenden schädlichen Druckstöße werden durch
die Erfindung mit einfachen Mitteln soweit abgebaut, daß schädliche Nebenwirkungen
nicht mehr zu befürchten sind.
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