DE3345667A1

DE3345667A1 - Druckstossminderer fuer eine rohrleitung

Info

Publication number: DE3345667A1
Application number: DE19833345667
Authority: DE
Inventors: Christian 4000 Düsseldorf Welzel
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: WELZEL, CHRISTIAN, 4000 DUESSELDORF, DE
Priority date: 1983-12-14
Filing date: 1983-12-14
Publication date: 1985-06-27
Also published as: GB8431503D0; IT8423092A0; IT1176921B; GB2151307A; FR2556816A1; IT8423092A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckstoßminderer für eine Rohrleitung zur Förderung einer Flüssigkeit, insbesondere Wasser, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Druckstöße entstehen beim Betrieb dieser Rohrleitungen durch plötzliche Änderung der Durchflußmenge, z.B. beim Abschalten oder beim plötzlichen Ausfall der Förderpumpen oder auch durch rasches öffnen und Schließen von Absperrorganen. Der Druck in der Rohrleitung schwingt dabei nach oben und unten um den normalen Betriebsdruck.

IQ Die Druckwelle wird am Leitungsende und an Abschlüssen reflektiert und läuft als negative Welle zum Ausgangspunkt zurück. Nach dem nächsten Hin- und Rücklauf wird sie wieder positiv usw. Diese Schwingung wird vor allem durch die Rauhigkeit der Rohrleitung gedämpft und klingt allmählich ab. Der Druckstoß darf auf keinen Fall die zulässige Beanspruchung der Rohrleitung überschreiten. Um dieses sicherzustellen, werden vielfach neben Düsenrückschlagventilen auch zusätzliche Vorrichtungen zur Druckstoßminderung unmittelbar hinter den Pumpstationen an die Rohrleitung angeschlossen.

Eine besonders häufig benutzte Gattung von DruckstoßmInderern sind sogenannte Windkessel. Dabei handelt es sich um Druckbehälter, die über eine Zuleitung mit der Rohrleitung verbunden sind und im Normalfall zur Hälfte mit der in der Rohrleitung beförderten Flüssigkeit gefüllt sind. Die andere Hälfte des Windkessels ist von einem Druckgaspolster (z.B. Luft) ausgefüllt. Bei negativen Druckstößen wird automatisch Flüssigkeit aus dem Behälter an die Rohrleitung abgegeben, während umgekehrt bei positiven Druckstößen Flüssigkeit unter Reduzierung des Volumens des Druckgaspolsters von dem Behälter aufgenommen wird, so daß 1n beiden Fällen jeweils eine Verminderung der Druckspitze eintritt. Ein Nachteil dieser Windkessel ist, daß sie bei größeren Rohrleitungen einen erheblichen Bau- und Montageaufwand erfordern, da für die Aufrechterhaltung des Druckgaspolsters eine Kompressorstation vorzusehen 1st. Daraus resultiert als weiterer Nachteil der laufende Aufwand für die Wartung und Pflege der Kompresso-

It₅ ren, die insbesondere bei Wasserleitungen in vielen Entwicklungsländern wegen der unzureichenden Verfügbarkeit entsprechenden Fachpersonals sehr problematisch 1st.

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In der DE-AS 25 49 367 ist eine Vorrichtung zur Entlastung einer Flüssigkeitsrohrleitung von Druckstößen vorgeschlagen worden, die mit einem an die Rohrleitung angeschlossenen Entlastungsventil versehen ist, das durch eine Einrichtung schließbar ist, die durch ein unter dem 1n der Rohrleitung herrschenden Druck stehenden Druckgas belastbar ist. Das Druckgas ist innerhalb eines Speicherbehälters in einem flexiblen Balg eingeschlossen und damit von einer inerten Sperrflüssigkeit abgetrennt, die den restlichen Teil des Speicherbehälters ausfüllt. Der Speicherbehälter ist über eine Zuleitung mit einem an die Rohrleitung angeschlossenen Sperrbehälter verbunden, der zu einem Teil mit der Flüssigkeit der Rohrleitung und zum anderen Teil mit der inerten Sperrflüssigkeit gefüllt ist. Eine plötzliche Druckerhöhung in der Rohrleitung bewirkt einen entsprechenden Druckanstieg im Sperrbehälter und über die Sperrflüssigkeit auch im Speicherbehälter, so daß der Druckgasbalg komprimiert wird. Über die Gasdruckerhöhung wird dann das Entlastungsventil betätigt. Diese Vorrichtung hat neben einer aufwendigen Bauweise insbesondere die Nachteile, daß bei positiven Druckstößen Flüssigkeit aus der Rohrleitung entweicht und daß negative Druckstöße praktisch überhaupt nicht beeinflußt werden, da das Entlastungsventil nur auf Überdruck reagiert.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Druckstoßminderer anzugeben, der sowohl auf positive als auch auf negative Druckstöße schnell reagiert, eine hohe Funktionssicherheit besitzt, praktisch wartungsfrei arbeitet und ohne großen Aufwand in einer Rohrleitung montierbar ist.

Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Druckstoßminderer mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2-12 angegeben.

Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, ein innerhalb eines Druckgefäßes in einer elastischen Hülle eingeschlossenes Druckgaspolster, das mit dem Druck einer Flüssigkeitsrohrleitung beaufschlagt wird, für den Abbau von Druckstößen in der Rohrleitung zu nutzen.

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Bei positiven Druckstößen vdrd das Druckgaspolster komprimiert, so daß für die Flüssigkeit der Rohrleitung ein entsprechend größeres Volumen zur Verfugung steht und der Flüssigkeitsdruck reduziert wird. Umgekehrt werden negative Druckstöße, die unter Umständen ein

e Kollabieren der Rohrleitung zur Folge haben können, dadurch vermindert, daß Infolge des Ausdehnens des Druckgaspolsters zusätzliches Flüssigkeitsvolumen in die Rohrleitung gedruckt wird. Erfindungsgemäß 1st vorgesehen, das Druckgefäß, das diese Ausgleichsfunktion übernimmt, 1n mindestens zwei, vorzugsweise drei Druckbehälter, die unabhängig voneinander arbeiten, volumenmäßig aufzuteilen, um die Sicherheit für die Rohrleitung auch dann noch zu erhalten, wenn ein einzelner Druckbehälter eine Störung aufweisen würde. Außerdem begünstigt diese Aufteilung einen schnellen Flüssigkeitsaustausch zwischen dem Druckgefäß und der Rohrleitung und somit einen raschen Druckspitzenabbau. Um die Druckausgleichsfunktionen in ausreichendem Maße erfüllen zu können, muß das Druckgefäß ein Mindestvolumen, das etwa 1 - 2 % des Volumens des abzusichernden Rohrleitungsabschnittes beträgt und in einer Druckstoßberechnung genauer ermittelt werden kann, aufweisen. Damit positive und negative Druckstöße gleichermaßen aufgefangen werden, 1st das Druckgefäß bzw. sind die einzelnen Druckbehälter im normalen Betriebszustand jeweils zur einen Hälfte mit Flüssigkeit aus der Rohrleitung und zur anderen Hälfte von der druckgasgefüllten elastischen Hülle ausgefüllt. Das Druckgaspolster 1n jedem Druckbehälter kann von außen über ein E1n füllventil eingefüllt und mittels eines Manometers überwacht wer den. Die Gasfüllung ist lediglich nach einer Beschädigung eines Druckbehälters zu erneuern, so daß das Gerät ansonsten wartungsfrei arbeitet. Erfindungsgemäß sind die Druckbehälter um ein Trägerrohrstück herum angeordnet, wobei die Druckgefäße mit dem Trägerrohr- stück, das mindestens den gleichen Innendurchmesser aufweist wie die abzusichernde Rohrleitung, jeweils über gesonderte Zuleitungen verbunden sind. Hierdurch und durch die Maßgabe, daß die Behälter untereinander und/oder mit dem Trägerrohrstück durch zusätzliche (außer der Leitungsverbindung) Befestigungselemente verbunden sind, ergibt sich ein zusammenhängendes werksseitig komplett vormontierbares und als Einheit zum Einbauort transportierbares Gerät,

das ohne großen Aufwand in eine Rohrleitung eingebaut werden kann, da es lediglich mit seinem Trägerrohrstück in den Leitungsstrang eingesetzt und mit diesem nach außen dicht verbunden werden muß, z.B. durch Schweißen von zwei Rundnähten. Die Mindestquerschnittsc größe des Trägerrohrstücks gewährleistet, daß der Druckstoßminderer den Strömungswiderstand der Rohrleitung praktisch nicht erhöht.

Anhand der Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Druckstoßminderer,

Fig. 2 den Schnitt gemäß Linie AA in Fig. 1, Fig. 3 eine Ansicht gemäß Linie BB in Fig. 2,

Fig. 4 das teilweise aufgeschnittene Endstück eines Druckbehälters.

Der in den Figuren 1 bis 3 in verschiedenen Ansichten dargestellte

Druckstoßminderer weist drei unabhängig voneinander arbeitende Druckbehälter 2 auf, die über die Zuleitungen 7 mit dem Trägerrohrstück 1 verbunden sind. Die Druckbehälter 2 sind im wesentlichen als rohrförmige Körper ausgebildet, die vorzugsweise einen größeren Durchmesser als das Trägerrohrstück 1 haben. Ihre Dimensionierung richtet sich nach der Druckstoßberechnung, die für jeden Betriebsfan der zu schützenden Rohrleitung (Pipeline-Abschnitt) erstellt werden muß. An ihrer Kopfseite sind sie über ein Reduzierstück 3 jeweils mit einer Zuleitung 7 verbunden und weisen an Ihrem rückwärtigen Ende einen angeflanschten Deckel 8 (z.B. Vorschweißflansch) auf. Durch den Deckel 8 hindurch kann jeweils eine elastische gasdichte Hülle 4 (z.B. aus Gummi oder Kunststoff) mittels einer mit einem Einfüllventil 14 versehenen Zuleitung 13 mit Druck gas, vorzugsweise Stickstoff (da unbedenklich bei Trinkwasserlei tung), gefüllt werden. Durch ein ebenfalls an die Druckgashülle 4 angeschlossenes Manometer 12 läßt sich die Gasfüllung jederzeit von außen überwachen.

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Im Normalzustand, bei dem das Druckgaspolster unter dem Betriebsdruck der Rohrleitung steht, ist jeder Druckbehälter 2 etwa zur Hälfte mit der Flüssigkeit 11 der Rohrleitung und zur Hälfte mit der elastischen Hülle 4 ausgefüllt. Wie in Fig. 4 dargestellt. 1st die Hülle 4 vorzugsweise wenigstens 1n einem Teilbereich als Faltenbalg 6 ausgeführt, um ein schnelles Komprimieren bzw. Ausdehnen der Hülle 4 im Falle eines Druckstoßes zu fördern. Zu diesem Zwecke 1st es weiterhin vorteilhaft, die Innenflächen der Wandung der Druckstoßbehälter 2 mit einer glatten, die Reibung vermindernden Beschichtung (z.B. Epoxyharz) zu versehen. Um Im Falle einer notwendigen Reparatur der an sich praktisch wartungsfreien Druckbehälter 2 nicht den gesamten Druckstoßminderer ausbauen und damit den Flüssigkeitstransport unterbrechen zu müssen, kann jeder Druckbehälter 2 über ein Sperrventil 5 in der Zuleitung 7 von dem Trä- gerrohrstück 1 abgeschottet werden. Zusätzlich können auch Entleerungsstutzen und Sicherheitsventile vorgesehen sein (nicht dargestellt). Die Achsen der Druckbehälter 2 sind vorzugsweise parallel zur Achse des Trägerrohrstücks 1 ausgerichtet und Hegen 1n einem geometrischen Halbraum, der von einer Ebene begrenzt wird, in der die Achse des Trägerrohrstücks 1 liegt. Hierdurch wird eine kompakte Bauweise erreicht. Die Zuleitungen 7 münden zweckmäßigerweise in dem Trägerrohrstück 1 an solchen Stellen, die winkelversetzt und/oder mit axialem Abstand hintereinander angeordnet sind, weisen darüber hinaus einen Querschnitt auf, der in der Summe m1n destens so groß ist wie der Querschnitt des Trägerrohrstücks 1 und sind zu den in einem Winkel von etwa 30 - 45* zur Achse des Trägerrohrstücks 1 (entgegen der Förderrichtung der Rohrleitung, die in Fig. 2 durch Pfeile angedeutet ist) geneigt. Auch diese Maßnahmen begünstigen ein schnelles Aufnehmen eines Druckstoßes durch die

j50 Druckbehälter 2, da die Strömungswiderstände hierdurch gering gehalten werden. Die Druckbehälter 2 sind untereinander und mit dem Trägerrohrstück 1 durch Befestigungselemente 10 fest verbunden, so daß der gesamte Druckstoßminderer werksseitig vollständig vormontiert und als Gesamtaggregat transportiert werden kann.

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Eine zusätzliche Erleichterung für den Transport und die spätere Aufstellung auf der Baustelle (Verankerung) ergibt sich dadurch, daß die gesamte Anordnung fest auf einem flachen Montagegestell (Stahl profil rahmen, in Fig. 1 nicht dargestellt) angebracht werden kann. Ferner ist noch auf eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung hinzuweisen, die in der Verwendung eines Rohrstückes gleicher Material quälitat und gleicher Abmessungen wie 1n der abzusichernden Rohrleitung selbst als Trägerrohrstück 1 besteht. In diesem Fall wird für die Montage auf der Baustelle lediglich der gleiche Aufwand erforderlich, wie für das Einbauen (z.B. Schweißen) eines normalen Rohrstückes in die Rohrleitung.

Eine besonders vorteilhafte Druckstoßabsicherung ergibt sich für einen Rohrleitungsabschnitt, wenn zusätzlich zu einem in der vor stehend beschriebenen Weise eingebauter Druckstoßminderer noch ein zweiter Druckstoßminderer eingebaut wird, dessen Druckbehälter genau umgekehrt ausgerichtet sind, bei dem die Zuleitungen 7 also in Förderrichtung der Rohrleitung zur Rohrleitungsachse geneigt sind. Dadurch werden die vorlaufenden und die reflektierten Druck wellen gleichermaßen gut abgeflacht, was insbesondere für die ersten Amplituden wichtig ist.

Wesentliche Vorteile des erfindungsgemäßen Druckstoßminderers resultieren aus seiner kompletten werksseitigen Vorfertigung und dem Entfallen einer Kompressorstation, wodurch erheblicher Montage- und Prüfaufwand auf der Baustelle vermieden wird. Als Druckbehälter 2 und als Trägerrohrstück 1 lassen sich handelsübliche und damit preisgünstige Rohre verwenden. Das Gerät ist einfach, funktionssicher und praktisch wartungsfrei. Die Betriebsbereitschaft läßt sich von außen problemlos überwachen.

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Claims

Mannesmann Aktiengesellschaft 14 .„ Dezember 1983 Mannesmannufer 2 FaIl-Nr. 22799, Düsseldorf 1 Druckstoßminderer für eine Rohrleitung Patentansprüche:

1. Driickstoßminderer für eine an eine Pumpstation angeschlagne Rohrleitung zur Förderung einer Flüssigkeit, insbesondere Wasser, mit einem Druckgefäß, das mit dem Druck der Rohrleitung beaufschlagbar ist und im Betriebszustand zum einen Teil mit einer Flüssigkeit unc/ zum anderen Teil mit einem durch eine gasdichte elastische Hülle, die mit einer durch die Wandung des Druckgefäßes nach außen führenden Zuleitung versehen ist, von der Flüssigkeit getrennten Druckgaspolster ausgefüllt ist,
dadurch gekennzeichnet, daß das Druckgefäß, dessen Volumen mindestens 1 % des abzusichernden Rohrleitungsabschnittes beträgt, 1n mindestens zwei unabhängig voneinander arbeitende Druckbehälter (2) aufgeteilt 1st, daß die Druckbehälter (2) jeweils über eine gesonderte Zuleitung (7) unmittelbar mit einem von der Förderflüssigkeit (11) durchströmten Trägerrohrstück (1), das einen mindestens ebenso großen Innendurchmesser wie die Rohrleitung aufweist, verbunden sind,

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¹^ daß die Druckbehälter (2) mit dem Trägerrohrstück (1) und/oder

cd untereinander durch zusätzliche Befestigungselemente (10) fest J^ verbunden sind und daß die Zuleitungen (13) zu den elastischen co Hüllen (4) in den Druckbehältern (2) jeweils mit einem Einfüll-

c ventil (14) und einem Manometer (12) versehen sind.

2. Druckstoßminderer nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß drei Druckbehälter (2) um das Trägerrohrstück (1) angeordnet sind.

3. Druckstoßminderer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckbehälter (2) im wesentlichen als rohrartige Körper ausgebildet sind, die jeweils mit einem angeflanschten Deckel (8) einseitig verschlossen sind, durch den die Zuleitung (13) für die elastische Hülle (4) geführt 1st.

4. Druckstoßminderer nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitungen (7) jeweils in einem Winkel von etwa 30 - 45" gegenüber der Achse des Trägerrohrstücks (1) von diesem abzweigen.

5. Druckstoßminderer nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Querschnitte der Zuleitungen (7) mindestens so groß ist wie der Querschnitt des Trägerrohrstücks (1).

6.. Druckstoßminderer nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Hülle (4) zumindest teilweise als Faltenbalg (6) ausgebildet 1st.

7. Druckstoßminderer nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckbehälter (2) auf der Innenseite eine glatte, die Reibung vermindernde Beschichtung, z.B. aus Epoxyharz, aufweisen.

8. Druckstoßminderer nach Anspruch 3 und einem der Ansprüche 4-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Druckbehälter (2) parallel zur Achse des Trägerrohrstücks (1) ausgerichtet und Innerhalb eines geometrischen HaIbraumes angeordnet sind, der von einer Ebene begrenzt wird, 1n der die Achse des Trägerrohrstücks (1) Hegt.

9. Druckstoßminderer nach einem der Ansprüche 2-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungen der Zuleitungen (7) In das Trägerrohrstück (1) w1nkelversetzt an dessen Umfang und zumindest teilweise mit axialem Abstand untereinander angeordnet sind.

10. Druckstoßminderer nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Hüllen (4) der Druckbehälter (2) mit Stickstoff gefüllt sind.

11. Druckstoßminderer nach einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckbehälter (2) mit dem Trägerrohrstück (1) auf einem flachen Montagegestell (9) befestigt sind.

12. Druckstoßminderer nach einem der Ansprüche 1 - 11, pe- dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerrohrstück (1) die gleiche Material quäl1 tat und den gleichen Innen- und Außendurchmesser aufweist, wie die abzusichernde Rohrleitung.

BAD ORiGWAL