DE3612672A1 - Mehrwege-schaltarmatur und verfahren zum betreiben derselben - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Mehrwege-Schaltarmatur mit Anschlüssen zur getrennten Zu- und Abführung von mindestens zwei Fluidströmen, bei dem mittels eines Schaltelements abwechselnd jeweils zwei An­ schlüsse paarweise miteinander verbunden und die Anschluß­ paare gegeneinander abgedichtet werden, und bei dem das Schaltelement während des Umschaltens beschleunigt und wieder abgebremst wird und seine Mantelfläche über den umzuschaltenden Anschlußquerschnitt geführt wird. Die Erfin­ dung betrifft weiterhin eine Mehrwege-Schaltarmatur zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.

Mehrwege-Schaltarmaturen werden in der Technik immer dann eingesetzt, wenn unterschiedliche Fluidströme getrennt von­ einander abwechselnd mehreren Apparaten, wie beispielsweise Adsorbern, Regeneratoren oder Katalysatoren zugeführt bzw. daraus abgeführt werden sollen. Die DE-OS 33 25 444 zeigt ein Verfahren, bei dem zwei Regeneratoren abwechselnd von zwei Fluidströmen durchströmt werden, wobei an jedem Ende der Regeneratoren eine Mehrwege-Schaltarmatur vorgesehen ist, von denen jede mit den beiden Regeneratoren sowie mit Anschlußleitungen für die beiden Fluide verbunden ist. Das Schaltelement in der Mehrwege-Schaltarmatur trennt in seinen Ruhepositionen die Fluidströme gegeneinander ab, wobei seine Ränder gegen die Gehäusewand abgedichtet sind, um ein Umströmen des Schaltelements durch eines der Fluide zu verhindern. Während des Umschaltens des Schaltelements von der einen in die andere Ruheposition überstreicht das Schaltelement einen Teil der Anschlußöffnungen. Während dieser Zeit besteht keine dichte Verbindung zwischen dem Schaltelement und dem Gehäuse. Dies bedeutet, daß während des Umschaltens Fluidströme, die eigentlich voneinander zu trennen sind, miteinander vermischt werden. Das Ver­ mischen der beiden Fluidströme ist je nach Anwendungsfall aus den verschiedensten Gründen unerwünscht. Verunreinigung des einen durch den anderen Fluidstrom oder ein plötzlicher Druckausgleich seien als Beispiele angeführt.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrun­ de, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei dem während des Umschaltens das Risiko des Vermischens der zu trennenden Fluidströme verringert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Schaltelement zumindest zum Teil beschleunigt wird, bevor seine Mantelfläche in den umzuschaltenden Anschluß­ querschnitt eintritt, und/oder das Schaltelement zumin­ dest zum Teil abgebremst wird, nachdem seine Mantelfläche aus dem umzuschaltenden Anschlußquerschnitt ausgetreten ist.

Als Zeitpunkt des Eintritts der Mantelfläche des Schalt­ elements in den Anschlußquerschnitt ist der Zeitpunkt des Eintritts seiner in Bewegungsrichtung vorderen Kante und als Zeitpunkt des Austritts der Zeitpunkt des Aus­ tritts seiner in Bewegungsrichtung hinteren Kante zu ver­ stehen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Zeit, während der das Schaltelement beim Umschalten die umgeschalteten Anschlußquerschnitte überstreicht, wesentlich verringert. Die Beschleunigungs- und Anfahrphase, die einen beträcht­ lichen Zeitanteil am Umschaltvorgang ausmacht, ist - zumin­ dest teilweise - verlegt vor bzw. nach dem Überstreichen des Anschlusses durch das Schaltelement. Auf diese Weise verkürzt sich die Zeit, während der ein Vermischen der zu trennenden Fluidströme stattfindet und - bei Fluiden mit unterschiedlichen Drücken - unerwünschte Druckschwan­ kungen auftreten, deutlich.

Der erzielbare Effekt ist umso größer, je länger die Umschaltklappe beschleunigt wird, bevor sie in den Quer­ schnitt der Anschlußöffnung eintritt und je später der Abbremsvorgang zum Ende des Überstreichens hin beginnt. Erfindungsgemäß ist also die Anfangs- und/oder die End­ geschwindigkeit bei Beginn bzw. Beendigung des Überstrei­ chens größer 0.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere bei großen Armaturen von Vorteil, deren Schaltelemente aufgrund ihrer großen Masse hohe Trägheitsmomente aufweisen. Hier ist die Verkürzung der Zeitdauer für das Überstrei­ chen der Anschlußöffnung besonders groß.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens beträgt die Winkelgeschwindigkeit des Schalt­ elements bei Eintritt in den umzuschaltenden Anschluß­ querschnitt bereits 20 bis 100% der maximalen Winkel­ geschwindigkeit. Bevorzugt ist der Bereich zwischen 50 und 100%.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens beträgt die Winkelgeschwindigkeit des Schaltelements bei Austritt aus dem umzuschaltenden Anschlußquerschnitt noch 20 bis 100% der maximalen Winkel­ geschwindigkeit. Der bevorzugte Bereich liegt hierbei 50 bis 100%.

Es erweist sich als zweckmäßig, wenn gemäß einer Weiter­ bildung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Winkelge­ schwindigkeit des Schaltelements während des Überstreichens des umzuschaltenden Anschlußquerschnitts zumindest annähernd konstant gehalten wird.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens haben die Beschleunigungs- und die Abbremsphase jeweils einen Zeitanteil von mehr als 3% am Umschaltvorgang.

Eine Mehrwege-Schaltarmatur zur Durchführung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens umfaßt ein Gehäuse, das Anschlüs­ se zur Zu- und Abführung von mindestens zwei Fluidströmen sowie ein in dem Gehäuse drehbares Schaltelement aufweist, das in seinen Ruhepositionen jeweils zwei der Anschlüsse paarweise miteinander verbindet und die Anschlußpaare gegeneinander abtrennt, und ist dadurch gekennzeichnet, daß in den Ruhepositionen jeweils der dem umzuschaltenden Anschlußquerschnitt zugewandte Rand der Mantelfläche mit Abstand zu dem benachbarten Rand des Anschlußquer­ schnitts verläuft.

Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand von schematisch dargestellten Ausführungs­ beispielen näher erläutert.

Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vierwege-Schaltarmatur,

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform einer erfindungs­ gemäßen Vierwege-Schaltarmatur,

Fig. 1 zeigt eine Vierwege-Schaltarmatur mit einem zylin­ drischen Gehäuse 1, das vier über den Umfang verteilte Anschlüsse 2, 3, 4, 5 aufweist. In dem Gehäuse 1 ist ein um die Zylinderachse drehbares Schaltelement 6 angeordnet, daß sich im wesentlichen über den gesamten Gehäusedurch­ messer erstreckt. An der Innenseite des Gehäuses sind im Bereich zwischen den Anschlüssen paarweise einander gegenüberliegende Dichtungen 7, 7′ vorgesehen, die als Anschlag und Anlage für das Schaltelement 6 dienen.

Das Schaltelement 6 ist zwischen zwei Ruhepositionen, in denen es jeweils dicht mit dem Gehäuse 1 verbunden ist, hin und her drehbar, wobei es in einer ersten Ruheposition (durchgehend gezeichnet) an den Dichtungen 7 und in einer zweiten Ruheposition (gestrichelt gezeichnet) an den Dich­ tungen 7′ anliegt. In der ersten Ruheposition sind dabei die Anschlüsse 2, 3 sowie 4,5 jeweils paarweise miteinan­ der verbunden und die beiden Anschlußpaare gegeneinander abgedichtet. In der zweiten Ruheposition sind die Anschlüs­ se 2, 5 und 3, 4 jeweils paarweise miteinander verbunden und diese Anschlußpaare gegeneinander abgedichtet. Wie durch Pfeile in den Anschlüssen angedeutet ist, wird je nach der Position des Schaltelements 6 ein erstes Fluid, das dem Anschluß 2 zugeführt wird, entweder durch den Anschluß 3 oder durch den Anschluß 5 abgeführt, sowie ein zweites Fluid, das durch den Anschluß 4 abgeführt wird, entweder durch den Anschluß 5 oder den Anschluß 3 zugeführt.

Während des Umschaltens des Schaltelements 6 von der einen in die andere Ruheposition überstreicht die Mantel­ fläche des Schaltelements 6 den Querschnitt der Anschlüsse 2 und 4. Während dieser Zeit besteht eine direkte Verbin­ dung zwischen den beiden Fluidströmen. Dies ist jedoch in der Regel bei zweierlei Fluiden mit unterschiedlichen Zusammen­ setzungen und/oder Drücken unerwünscht und führt bei be­ stehenden Druckunterschieden zu Druckabfällen auf der Druck­ seite und zu Druckstößen auf der Niederdruckseite. Diese Effekte werden umso stärker, je länger das Schaltelement 6 zum Überstreichen der Anschlußquerschnitte 2, 4 benötigt. Beispielsweise bei Rauchgas-Schaltklappen, bei denen das Schaltelement 6 Abmessungen von mehreren Quadratmetern aufweist, ist aufgrund des relativ großen Trägheitsmoments einige Zeit für das Beschleunigen und Abbremsen des Schalt­ elements erforderlich.

Erfindungsgemäß sind die Dichtungen 7, 7′ mit Abstand von den seitlichen Rändern der beim Umschalten von dem Schaltelement 6 überstrichenen Anschlüsse 2, 4 entfernt angeordnet. Durch diese Anordnung wird das Schaltelement 6 auf der Strecke A-B beschleunigt, vor es in die An­ schlußquerschnitte eintritt und, nachdem es den Anschluß­ querschnitte ausgetreten ist, auf der Strecke C-D abge­ bremst. Dadurch ist die Durchschnittsgeschwindigkeit beim Überstreichen der Anschlußquerschnitte erheblich höher und die hierfür benötigte Zeit erheblich kürzer, als wenn die Bewegung nur zwischen den Punkten B und C erfolgen würde.

Fig. 2 zeigt eine Vierwege-Schaltarmatur ähnlich der­ jenigen gemäß Fig. 1 mit dem Unterschied, daß das Schalt­ element als Formkörper mit bikonkaven Flanken ausgebil­ det ist. Für analoge Bauteile wurden dieselben Bezugs­ zeichen wie in Fig. 1 verwendet. Die Dichtungen 7, 7′ sind mit einem solchen Abstand von den vom Schaltelement 6 überstrichenen Anschlüssen 2, 4 angeordnet, daß der diesen jeweils zugewandte Rand 8, 8′ des Schaltelements in den Ruhepositionen mit Abstand zu dem benachbarten Rand 9, 9′ dieser Anschlüsse liegt. Damit ist gewährleistet, daß das Schaltelement 6 vor Eintritt der Mantelfläche in die Anschlußquerschnitte beschleunigt und nach Austritt aus den Anschlußquerschnitten abgebremst wird.

Zahlenbeispiel:

Bei einer Schaltarmatur gemäß Fig. 1 sei der Abstand B-C=2 m, die Schaltzeit=3 sec., sowie die Beschleunigungs- und Verzögerungszeit 0,2 sec. vorgegeben. Würde, wie bei herkömmlichen Schaltelementen üblich, das Schaltelement nur zwischen den Punkten B und C hin und herbewegt werden, beträgt der zurückzule­ gende Weg (einschließlich einer Pufferstrecke auf beiden Seiten von je 0,05 m) 2,1 m und damit die Zeit zum Über­ streichen der Anschlußquerschnitte ca. 2,9 sec.

Wird dagegen das Schaltelement erfindungsgemäß zwischen den Punkten A und D bewegt, deren Abstand z.B. 3,1 m beträgt, beträgt bei Beibehaltung der Schaltzeit von 3 sec. die Zeit zum Überstreichen der Anschlußquerschnitte nur noch ca. 1,8 bis 1,9 sec.

Wird statt der Schaltzeit die Schaltgeschwindigkeit bei­ behalten, so erhöht sich bei einem Abstand A-D=3,1 m die Schaltzeit auf 4,3 sec., wobei jedoch die Zeit zum Überstreichen der Anschlüsse 2, 4 lediglich rund 2,7 sec. beträgt.

Die erzielten Verbesserungen werden noch deutlicher, wenn die Beschleunigungs- und Verzögerungszeiten einen größeren Zeitanteil am Umschaltvorgang einnehmen.

Claims (6)

1. Verfahren zum Betreiben einer Mehrwege-Schaltarmatur mit Anschlüssen zur getrennten Zu- und Abführung von mindestens zwei Fluidströmen, bei dem mittels eines Schaltelements abwechselnd jeweils zwei Anschlüsse paarweise miteinander verbunden und die Anschlußpaare gegeneinander abgedichtet werden, und bei dem das Schalt­ element während des Umschaltens beschleunigt und wieder abgebremst wird und seine Mantelfläche über den umzu­ schaltenden Anschlußquerschnitt geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (6) zumindest zum Teil beschleunigt wird, bevor seine Mantelfläche in den umzuschaltenden Anschlußquerschnitt eintritt, und/oder das Schaltelement (6) zumindest zum Teil ab­ gebremst wird, nachdem seine Mantelfläche aus dem um­ zuschaltenden Anschlußquerschnitt (2,4) ausgetreten ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelgeschwindigkeit des Schaltelements (6) bei Eintritt in den umzuschaltenden Anschlußquerschnitt (2, 4) bereits 20 bis 100% der maximalen Winkelgeschwin­ digkeit beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Winkelgeschwindigkeit des Schaltelements (6) bei Austritt aus dem umzuschaltenden Anschlußquer­ schnitt (2, 4) noch 20 bis 100% der maximalen Winkel­ geschwindigkeit beträgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Winkelgeschwindigkeit des Schalt­ elements (6) während des Überstreichens des unzuschal­ tenden Anschlußquerschnitts zumindest annähernd kon­ stant gehalten wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungs- und die Ab­ bremsphase jeweils einen Zeitanteil von mehr als 3% am Umschaltvorgang haben.

6. Mehrwege-Schaltarmatur zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem Gehäuse, das Anschlüsse zur Zu- und Abführung von mindestens zwei Fluidströmen sowie ein in dem Gehäuse drehbares Schaltelement auf­ weist, das in seinen Ruhepositionen jeweils zwei der Anschlüsse paarweise miteinander verbindet und die Anschlußpaare gegeneinander abtrennt, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in den Ruhepositionen jeweils der dem umzuschaltenden Anschlußquerschnitt, (2,4) zugewandte Rand (8,8′) der Mantelfläche mit Abstand zu dem benach­ barten Rand (9,9′) des Anschlußquerschnitts (2,4) ver­ läuft.