DE3528247A1 - Pulsationsdaempfer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Pulsationsdämpfer zum Vermindern von Durckschwankungen in Förderleitungen u. dgl., insbesondere bei Hochdrücken, nach Patentanmeldung P 35 01 655.8.

Beim Fördern von Flüssigkeiten mit Hilfe von Kolbenpumpen treten Pulsationen in der Flüssigkeitesströmung auf. Die Förderflüssigkeit strömt oft im turbulenten Bereich und es treten in der Regel Störungen auf, nämlich Stöße, Vibrationen, Erschütterungen od. dgl. des Fördermediums, die sich auf die Förderleitungen Schieber u. dgl. übertragen. Dort können diese Störungen leicht Schäden anrichten. Außerdem sind diese Störungen und Ungleichmäßigkeiten der Strömung nachteilig, weil zur Vermeidung von Betriebsschäden die entsprechenden Förderleitungen, Sperrventile usw. des Leitungssystems entsprechend stärker ausgebildet werden müssen. Dies zieht häufig einen ganz erheblichen Kostenaufwand nach sich.

In der noch nicht veröffentlichten Patentanmeldung P 35 01 655.8 wurde bereits eine Lösung für diese Probleme mittels eines Pulsationsdämpfers vorgeschlagen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß von stromabwärts liegenden Einbauteilen od. dgl. reflektierte Restpulsationen nachteilige Rückwirkungen auf den Pulsationsdämpfer haben können.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Patentanmeldung P 35 01 655.8 weiterzubilden und insbesondere diese Rückwirkungen zumindest zu vermindern.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß innerhalb einer Förderstromleitung od. dgl. Leitung mehrere, insbesondere zwei Pulsationsdämpfer angeordnet sind, deren Wirkrichtungen entgegengesetzt sind.

Durch den zusätzlichen, "umgekehrt" eingebauten Pulsationsdämpfer können Reflektionen der hinter dem ersten Pulsationsdämpfer noch vorhandenen Restpulsation, die stromabwärts an Schiebern od.dgl. Einbauteilen auftreten können, abgefangen werden, so daß nachteilige Rückwirkungen auf den ersten Pulsationsdämpfer vermieden werden.
Ggf. kann der Pulsationsdämpfer auch auf der Saugseite in der Förderstromleitung einer Pumpe zum Dämpfen der von der Pumpe entgegen der Förderrichtung wirkenden Pulsation angeordnet sein. Dadurch können von der Pumpe saugseitig ausgehende Pulsationen erheblich reduziert werden.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen aufgeführt.
Nachstehend ist die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung noch näher erläutert. Es zeigen, zum Teil stärker schematisiert, in unterschiedlichen Maßstäben:

Fig. 1 ein Leitungsschema mit eingebautem Pulsationsdämpfer,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Pulsationsdämpfer mit den benachbarten Rohrleitungs-Anschlüssen,

Fig. 3 einen Teil-Längsschnitt durch das Pulsationsrohr und das darin befindliche Düsenrohr eines Pulsationsdämpfers in gegenüber Fig. 1 etwa abgewandelter Ausführung,

Fig. 4 ein Leitungsschema mit zwei gegeneinander eingebauten Pulsationsdämpfern,

Fig. 5 eine Längsschnittdarstellung von zwei gegeneinander geschalteten Pulsationsdämpfern,

Fig. 6 eine Pulsationsdämpfer-Anordnung mit zwei Pulsationsdämpfern und einer gemeinsamen, dazwischen angeordneten Feder und

Fig. 7 ein Leitungsschema mit in der Saugseite eingebautem Pulsationsdämpfer.

Ein Leitungssystem 1 weist eine Ölquelle 2 (z. B. einen Tank), eine Kolbenpumpe 3, Förderstromleitungen 4 bis 6 sowie einen in diese eingebauten Pulsationsdämpfer 7 auf, wie stark schematisiert in Fig. 1 dargestellt ist.

Der Pulsationsdämpfer 7, nachfolgend auch kurz "Dämpfer 7" genannt, hat ein in der Förderstromleitung 5, 6 angeordnetes Pulsatorrohr 10, in dem sich, benachbart der Strömungs-Eingangsseite 8, ein axial hin- und herverschiebbares Düsenrohr 11 befindet. Dieses ist von einer entgegen der Strömungsrichtung (vgl. Pf. 33 und 34) wirkenden Schraubenfeder 12 beaufschlagt. Die axiale Beweglichkeit des Düsenrohres 11 ist zur Eingangsseite 8 des Pulsationsdämpfer 7 hin durch einen vorderen Axialanschlag 20 begrenzt, in Strömungsrichtung durch die Feder 12, die sich ihrerseits mit ihrem hinteren Ende auf einen hinteren Axialanschlag 21 abstützen kann. Diese beiden Axialanschläge 20 u. 21 sind mit dem Pulsatorrohr 10 fest verbunden. Das Düsenrohr 11 weist, in Strömungsrichtung aufeinanderfolgend, drei Abschnitte auf, nämlich einen sich verengenden Düseneinlauf 14, einen zylindrischen Düsenhals 15, der den engsten Querschnitt des Düsenrohres 11 darstellt, sowie einen sich daran anschließenden, in Strömungsrichtung erweiternden Diffusor 16. In den Zeichnungsfiguren 2 und 3 sind das Düsenrohr 11, die Feder 12 sowie die beiden Axialanschläge 20 und 21 der besseren Übersicht wegen mit Abständen zueinander gezeichnet. Im praktischen Betrieb liegt die Feder 12 dagegen einerseits am hinteren Axialanschlag 21 und andererseits am hinteren Ende des Diffusors 16 an und das Düsenrohr macht laufend eine Hin- und Herbewegung entsprechend dem Doppelpfeil Pf 1 in Fig. 3. Wie gut zu erkennen, liegt dabei das Pulsatorrohr 10 in der Hauptförderstromleitung 5, 6 (Fig. 1).

Fig. 3 zeigt einen Teil eines etwas abgewandelten Pulsationsrohres 10 a, in dem sich ein Düsenrohr 11 a befindet. Dies ist wesentlich gestreckter ausgebildet als das Düsenrohr 11 gemäß Fig. 2.

In Fig. 3 erkennt man noch gut ein wesentliches Merkmal der Erfindung:
Die beiden Führungsflansche 26 u. 27 haben etwas Spiel S gegenüber der Innenwand 28 des Pulsatorrohres 10 bzw.10 a. Dementsprechend kann Förderflüssigkeit auch außen um das Düsenrohr 11 bzw. 11 a vorbeiströmen, während das Düsenrohr 11 bzw. 11 a seine Oszillationsbewegung gemäß dem Doppelpfeil Pf 1 durchführt. Während des Betriebes stellt sich das Düsenrohr 11 bzw. 11 a etwa konzentrisch zum Pulsatorrohr 10 bzw. 10 a.

Wie gut aus Fig. 2 u. 3 erkennbar, stimmt der lichte Durchmesser D 1 des vorderen Axialanschlages 20 mit dem Durchmesser D 2 der Eintrittsfläche des Düseneinlaufes 14 überein. Ferner entsprechen diese beiden lichten Durchmesser D 1 und D 2 dem lichten Durchmesser D 3 des Zuleitungsrohres 5 des Leitungssystems 1.

Dementsprechend sind die lichten Querschnitte der Zuströmleitung 5, des von deren dem Pulsationsdämpfer 7 zugewandten Ende gebildeten Axialanschlages 20 und der Eintrittsfläche des Düseneinlaufes 14 gleich, was nicht nur aus strömungstechnischen Gründen günstig, sondern auch für die Funktionsweise des Pulsationsdämpfers 7 vorteilhaft ist. Der sich an den Düseneinlauf 14 anschließende Düsenhals 15 des Düsenrohres 11 bzw. 11 a ist mit einem kleineren, dem Durchmesser D 4 entsprechenden lichten Querschnitt versehen als das Zuleitungsrohr 5 (Fig. 2). Dagegen entsprechen der lichte Durchmesser D 5 der Enfläche des Diffusors 16, der lichte Durchmesser D 6 der Schraubenfeder 12 sowie der lichte Durchmesser des hinteren Axialanschlages 21 dem lichten Durchmesser D 8 der Ableitung 6 des Leitungssystems 1. Dabei bildet das Eintrittsende der Ableitung 6 gleichzeitig den hinteren Axialanschlag 21. Demgemäß sind auch die diesen Durchmesser D 5 und D 8 entsprechenden lichten Querschnitte gleich, was aus den vorstehend erörterten Gesichtspunkten erwünscht ist.
In Fig. 2 erkennt man in der Zuleitung 5 und der Ableitung 6 des Leistungssystems 1 in der Nähe des Pulsationsdämpfers 7 je noch einen schematisch angedeuteten Schieber 30 und 31. In der Praxis benötigt man solche Schieber 30, 31 zum Regulieren bei unterschiedlichen Drücken oder Durchflußmengen, gegebenenfalls auch, um einen Pulsationsdämpfer 7 ausbauen bzw. austauschen zu können.

Zum Glätten der Druckschwankungen arbeitet der Pulsationsdämpfer 7 im wesentlichen folgendermaßen: Wenn Förderflüssigkeit, pulsierend von der Kolbenpumpe 3 herkommend, in das Düsenrohr 11 einströmt, kommt es wegen des geringeren Durchmessers D 4 des Düsenhalses 15 dieses Düsenrohres 11 zu einer Vergrößerung der Strömungsgeschwindigkeit beim durch den Düsenhals 15 durchströmenden Fördermedium. Gleichzeitig sucht sich das verschiebbar im Pulsatorrohr 10 gelagerte Düsenrohr 11 entgegen der Kraft der Schraubenfeder 12 in Strömungsrichtung (Pfeile 33 u. 34) mitzubewegen. Die dieser Bewegung des Düsenrohres 11 entgegenwirkende Feder 12 wird zunächst etwas zusammengedrückt und kann anschließend entsprechend den Druckschwingungen des dem Pulsationsdämpfer anströmenden Fördermediums das Düsenrohr 11 in Richtung der Eingangsseite 8 etwas zurückdrücken. Dieser Vorgang wiederholt sich laufend und nach einer gewissen Anlaufphase stellt sich eine Resonanzschwingung in dem im wesentlichen vom Düsenrohr 11 und der Feder 12 gebildeten mechanischen Schwingungssystem her. Dabei befinden sich die Schwingungen dieses mechanischen Schwingungssystems in dessen Resonanzbereich und diese Schwingungen sind auf die Druckschwingungen im Fördermedium, wie sie von der Pumpe 3 kommen, abgestimmt. Um diese Abstimmung zu erreichen, sind bei einem Pulsationsdämpfer 7 die Kenngrößen des Fördermediums, insbesondere die Drehzahl und die Anzahl der Kolben der Pumpe 3 zu berücksichtigen. Die Eigenfrequenz des von Düsenrohr 11 und Feder 12 gebildeten Schwingungssystems ist dann auf diese Kenngrößen des Fördermediums bzw. der sich daraus ergebenden Pulsfolge abzustimmen. Dies kann z. B. erfolgen durch Variation des Gewichtes des Düsenrohres 11, der Feder- Kennwerte sowie der unterschiedlichen Durchtrittsquerschnitte am Düsenrohr 11. Dabei sind einerseits der sich aus dem Durchmesser D 4 des Düsenhalses ergebende zentrale Durchtrittsquerschnitt F 1, andererseits der sich aus dem Spalt S zwischen den Flanschen 26 bzw. 27 des Düsenrohres einerseits und der Innenwand 28 des Pulsatorrohres ergebender Kreisringquerschnitt F 2 zu berücksichtigen.
Es hat sich herausgestellt, daß mit einem derartigen Pulsationsdämpfer 7 eine wesentliche Vergleichmäßigung der Strömung zu erreichen ist; man erhält eine Dämpfung der Druckschwankungen in einer Größenordnung von 90% und gegebenenfalls noch mehr bei verhältnismäßig geringem mechanischen Aufwand.
Der erfindungsgemäße Pulsationsdämpfer 7 hat sich insbesondere bei Leistungssystemen 1 bewährt, in denen Drücke von 800, 1000 und mehr bar, beispielsweise Förderdrücke bis 2.000 bar auftreten. Die Pumpe 3 liefert dabei turbulente Strömung.

Es hat sich herausgestellt, daß die Feder 12 zweckmäßigerweise als Schraubenfeder mit einer lichten Weite D 6 ausgebildet ist, die der lichten Weite D 8 der Ableitung 6 wenigstens in etwa entspricht. Weiterhin hat sich herausgestellt, daß die Zuleitung 5 von der Pumpe 3 zum Pulsationsdämpfer 7 zweckmäßigerweise geradlinig, und zwar vorzugsweise waagerecht und geradlinig ausgeführt ist. Ferner ist es von Vorteil für die Pulsationsdämpfung, wenn der Pulsationsdämpfer 7 möglichst nahe an der Pumpe 3 angebracht ist, vorzugsweise unmittelbar an der Pumpe. Durch die vorerwähnten Maßnahmen, einzeln oder in Kombination miteinander, können die Länge der Leitung von der Pumpe 3 zum Pulsationsdämpfer 7 kurz und damit die Gefahr von unerwünschten Strömungsabläufen klein gehalten werden.
Am Düsenrohr 11, 11 a sind am vorderen und hinteren Ende Führungsflansche 26 u. 27 vorgesehen. Sie sorgen, unabhängig vom vorgesehenen Spiel S, für eine gewisse Führung des Düsenrohrs 11 im Pulsatorrohr 10. Durch die Ausbildung und die Wahl der Abmessungen der Führungsflansche 26 u. 27 kann die Durchtrittsfläche F 2 beeinflußt werden. Zweckmäßigerweise dienen diese Führungsflansche 26 u. 27 auch als Gegenfläche für den vorderen Axialanschlag bzw. als Widerlager für die Schraubenfeder 12.

Mit Hilfe eines Pulsationsdämpfers 7 der vorbeschriebenen Art können Störungen in Leitungssystemen 1 besser als bisher vermieden oder wenigstens vermindert werden. Man kommt mit wesentlich geringerem Aufwand als bei vergleichbaren, für Hochdrücke dienende Leitungssysteme 1 aus.

Da im Ausführungsbeispiel (Fig. 2) die dem Pulsatorrohr 10 benachbarten Befestigungsflansche 40 u. 41 des Zuleitungs- und Ableitungsrohres 5, 6 gleichzeitig den vorderen und den hinteren Axialanschlag 20 und 21 bilden, ist an der Eingangsseite 8 des Pulsators der lichte Durchmesser D 1 des vorderen Axialanschlages 20 gleich dem lichten Durchmesser D 3 der Zuleitung 5 und bezüglich der Ableitung 6 bzw. ihres Durchmessers D 8 gilt analoges. Der mit D 9 bezeichnete Innendurchmesser des Pulsatorrohres 10 (Fig. 2) ist entsprechend größer als die Durchmesser D 3 bzw. D 8 der Zu- und Ableitung 5 u. 6 ausgebildet. Der Innendurchmesser D 3 der Zuleitung 5 ist gleich dem Durchmesser D 8 der Ableitung 6. Damit der Pulsationsdämpfer 7 mit seinem Düsenrohr 11 im Zusammenwirken mit der Feder 12 im Resonanzbereich arbeitet, müssen die Durchmesser D 3, D 9, D 4, ferner auch D 2 und D 5 in einem bestimmten Verhältnis zueinander stehen. Die Ermittlung des Resonanzbereiches ist der einschlägigen Fachwelt bekannt. Der Resonanzbereich ist dabei, wie bereits erwähnt, von den Daten der Pumpe 3, aber auch von entsprechenden Daten des Fördermediums, des Pulsationsdämpfers 7 und von dem Verhalten des Leitungssystem 1 unter Last, d. h., vom Material und von der Dimensionierung des Leitungssystems abhängig.

Fig. 4 zeigt eine erweiterte Ausführungsform der Erfindung, wobei hier in Strömungsrichtung hinter dem Pulsationsdämpfer 7 ein weiterer Pulsationsdämpfer 7 a als Reflexions-Dämpfer vorgesehen ist. Diese beiden Pulsationsdämpfer 7, 7 a sind in ihrer Wirkung entgegengesetzt, was dadurch erreicht werden kann, daß der Reflexions- Pulsationsdämpfer 7 a umgekehrt vom Förderstrom durchströmt wird als der Pulsationsdämpfer 7. Durch eine solche Anordnung kann eine hinter dem Pulsationsdämpfer 7 auftretende Reflexions-Pulsation, die von der reflektierten Restpulsation herrührt, gedämpft werden. Solche Reflexions-Pulsationen können insbesondere durch Reflexion der Restpulsation an im Verlauf der nachfolgenden Leitung 6 vorhandenen Schiebern od. dgl. "Hindernissen"auftreten. Diese Reflexionen würden eine Rückwirkung auf den vorhandenen Pulsationsdämpfer 7 ergeben, der dadurch in seiner Wirkungsweise nachteilig beeinflußt wäre. Durch den nachgeschalteten, umgekehrt angeordneten Reflexions-Pulsationsdämpfer 7 a wird dies verhindert.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform einer Anordnung mit zwei Pulsationsdämpfern 7, 7 a, die praktisch unmittelbar hintereinander angeordnet sind. Der Pulsationsdämpfer 7 dient hierbei gleichermaßen wie der in Fig. 1 gezeigte Dämpfer zum Vermindern von Druckschwankungen in der Förderleitung, während der Reflexions-Pulsationgsdämpfer 7 a die nach ihm gegebenenfalls auftretenden Reflexions- Pulsationen abfängt.
Gemäß Fig. 5 können zwei im wesentlichen gleichartig aufgebaute Pulsationsdämpfer verwendet werden, wobei jedoch die genaue Abstimmung auf die unterschiedlichen Druckimpulse vorgesehen ist.

Eine abgewandelte Ausführungsform eines kombinierten Pulsationsdämpfers mit einem Reflexions-Pulsationsdämpfers zeigt Fig. 6. Bei dieser Ausführungsform ergibt sich eine besonders kurze Bauform, da hierbei einge gemeinsame Rückstellfeder 12 zwischen den beiden Düsenrohren 11 angeordnet ist. Gegebenenfalls kann diese Feder im Verlauf ihrer Längserstreckung an einer Stelle auch festgelegt sein, um gegenseitige Beeinflussungen zwischen den beiden Dämpfungssystemen mit dem Pulsationsdämpfer 7 und dem Reflexions-Pulsationsdämpfer 7 a, zu vermeiden.
Die Strömungsrichtung des Fördermediums ist in den Fig. 5 und 6 mit den Pfeilen 33 bezeichnet, während die Reflexionspulsations durch Pfeile 50 angedeutet ist.

Fig. 7 zeigt noch eine weitere Einsatzmöglichkeit des erfindungsgemäßen Pulsationsdämpfers 7, der hier saugseitig in die Förderstromleitung 4 eingesetzt ist. Dieser saugseitige Pulsationsdämpfer 7 weist mit seinem Pulsatorrohr 10 zu der Pumpe 3 hin, so daß von dieser zur Saugseite rückwirkende Pulsationen gedämpft werden. Dadurch wird eine Rückwirkung von der Pumpe 3 auf saugseitig vorgeschaltete Teile vermieden. Außerdem kann durch die Anordnung des saugseitigen Pulsationsdämpfers einer Kavitation entgegengewirkt werden.

Alle vorbeschriebenen und in den Ansprüchen aufgeführten Merkmale können einzeln oder in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Claims (4)

1. Pulsationsdämpfer zum Vermindern von Druckschwankungen in Föderleitungen und dgl. ., insbesondere bei Hochdrücken, wobei in einer Förderstromleitung ein Pulsatorrohr vorgesehen ist, in dem sich ein strömungseingangsseitig axial begrenzt hin- und her-verschiebbares Düsenrohr befindet, das von einer entgegen der Strömungsrichtung wirkenden Feder od. dgl. rückstellkraftbeaufschlagt ist, wobei das Düsenrohr zusammen mit der Feder ein in seinem Resonanzbereich arbeitendes, auf die Pulsationsfolge des ankommenden Pumpendrucks abgestimmtes Schwingungssystem bilden, und wobei zwischen der Außenkontur des Düsenrohres und der Innenwand des Pulsatorrohres ein Ringspalt vorgesehen ist, nach Patentanmeldung P 35 01 655.8, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb einer Förderstromleitung (5, 6) od. dgl. mehrere, insbesondere zwei Pulsationsdämpfer (7) angeordnet sind, deren Wirkrichtungen entgegengesetzt sind.

2. Pulsationsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Pulsationsdämpfer (7, 7 a) im wesentlichen unmittelbar hintereinander angeordnet sind.

3. Pulsationsdämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die beiden Pulsationsdämpfer eine gemeinsame, zwischen den beiden Düsenrohren (11, 11 a) angeordnete, ggf. etwa mittig festgelegte Rückstellfeder (12) vorgesehen ist.

4. Pulsationsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dieser auf der Saugseite in der Förderstromleitung (4) einer Pumpe (3) zum Dämpfen der von der Pumpe entgegen der Förderrichtung wirkenden Pulsation angeordnet ist.