DE3735081A1 - Druckpulsations-daempfer fuer stroemungsmedien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Dämpfer für die Druck­ pulsationen von in einer Rohrleitung geförderten Strömungs­ medien mit wenigstens einen unter Zwischenschaltung eines die Druckpulsatinen des Strömungsmediums über ein elastisch verformbares Trennelement auf ein Übertragungs­ medium übertragenden Druckgebers indirekt an der Rohr­ leitung angekoppelten hydropneumatischen Druckspeicher.

Druckpulsationen treten in in Rohrleitungen strömenden flüssigen Medien insbesondere dann häufig auf, wenn sie mittels Kolbenpumpen gefördert werden. Abhängig von der Frequenz und der Amplitude der Druckschwankungen können solche Druckpulsationen Schwingungen in den Rohrleitungen und in die Rohrleitungen eingeschalteten Funktionsbauteilen anregen, welche nicht nur Ursache für störende Geräusche, sondern auch für die Lockerung von Schraubverbindungen oder Verschleiß sein können. Selbst die Zerstörung von Teilen eines schwingungsfähigen Rohrleitungssystems ist denkbar, wenn nämlich die Frequenz der Druckpulsationen gerade der Eigenfrequenz des Rohrleitungssystems entspricht. Zur Ver­ meidung der geschilderten Schwierigkeiten bieten sich zwei Möglichkeiten an, von welchen in der Praxis auch - einzeln oder in Kombination - Gebrauch gemacht wird. Entweder wird versucht, die Amplitude und Frequenz der Druckpulsationen durch Verwendung von Mehrkolbenpumpen so zu verändern, daß sie nicht mehr schädlich sind, oder an die von dem im Druck schwankenden Strömungsmedium durchströmte Rohrleitung wird ein oder werden mehrere Druckspeicher angeschlossen, welche in ihrem Volumen und in ihrem Vorspanndruck so ausgelegt sind, daß sie die Druckschwankungen möglichst weitgehend, zumindest aber auf ein ungefährliches Maß dämpfen. Als Druckspeicher finden dabei bevorzugt hydropneumatische Speicher Verwendung, bei denen das eigentliche Speicher­ medium ein in einem Druckgehäuse eingeschlossenes, unter einem Vordruck stehendes inertes Füllgas ist, welches direkt oder über eine als Kolben oder Blase ausgebildete Trennwand Druck auf ein Übertragungsmedium in einem Teil­ bereich des Gehäuses ausübt. Der das Übertragungsmedium enthaltende Teil des Druckspeichers ist über eine Leitung mit einem Druckgeber verbunden, der seinerseits von einer Druckdose gebildet wird, welche durch eine elastische Membran in zwei gegeneinander abgedichtete Räume unterteilt ist. Das Übertragungsmedium füllt den einen dieser Räume aus, während der andere Raum der Druckdose über eine Zweigleitung an der das im Druck schwankende Strömungs­ medium führenden Rohrleitung angeschlossen ist. Diese Druckspeicher haben sich zur Verminderung der Druck­ pulsationen in strömenden Flüssigkeiten an sich bewährt, jedoch treten Schwierigkeiten dann auf, wenn das Strömungs­ medium, dessen Druckschwankungen gedämpft werden müssen, verschmutzt ist, d. h. wenn es sich beispielsweise um das aus Tiefbohrungen im Erdreich abgeförderte Bohr- und Kühl­ wasser handelt, in welchem sowohl feines schlammbildendes Bohrmehl, als auch mehr oder weniger grobstückige Gesteins­ brocken enthalten sind. Solche festen Bestandteile können sich in den Rohrleitungen und auch der zum Druckgeber führenden Anschluß- oder Zweigleitung ablagern und ver­ festigen und die Leitung oder auch den an ihr ange­ schlossenen Raum des Druckgebers im ungünstigsten Fall vollkommen verstopfen. Dann wird der Druckgeber und damit auch der Druckspeicher unwirksam.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Druckpulsations-Dämpfer zu schaffen, der auch in Rohrleitungssystemen anwendbar ist, in denen verunreinigte Flüssigkeiten gefördert werden, wobei die Gefahr der Funktionsverschlechterung des Dämpfers durch sich ablagernde und verfestigende Feststoffe mit Sicherheit vermieden ist.

Ausgehend von einem Dämpfer der eingangs erwähnten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Druckgeber ein in das Strömungsmedium führende Rohr­ leitung einsetzbares rohrförmiges Gehäuse aufweist, in welchem ein an seinen Enden abgedichtet im Gehäuse gehal­ terter, elastisch aufweitbaren Rohrkörper angeordnet ist, welcher vom Strömungsmedium durchströmt wird, während der zwischen der Innenseite des rohrförmigen Gehäuses und der Außenseite des elastisch aufweitbaren Rohrkörpers gebil­ dete, mit dem Übertragungsmedium gefüllte Zwischenraum über eine Verbindungsleitung mit dem hydropneumatischen Druck­ speicher verbunden ist. Der elastisch aufweitbare Rohr­ körper wird also nicht über eine Zweigleitung mit dem Strömungsmedium beaufschlagt, sondern er wird direkt von der den Druckschwankungen unterliegenden Flüssigkeit durch­ strömt. Da der elastische Rohrkörper sich mit der Frequenz der Druckpulsation dehnt und wieder zusammenzieht, ist eine Ablagerung und Verfestigung von Feststoffen nicht möglich, weil diese durch die elastischen Verformungen des Rohr­ körpers ständig von dessen Innenwandung abgegrenzt werden.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der elastisch aufweitbare Rohrkörper ein im Ausgangszustand in seinem lichten Innenquerschnitt dem lichten Innenquer­ schnitt der Rohrleitung im wesentlichen entsprechender elastisch aufweitbarer Schlauch, welcher in dem zwischen seiner Außenseite und der Gehäuse-Innenseite gebildeten, mit dem Übertragungsmedium gefüllten Zwischenraum mit radialem Abstand von einem im Gehäuse gehalterten starren rohrförmigen Stützkörper umgeben ist, in welchem wenigstens eine durchgehende Öffnung vorgesehen ist. Der Stützkörper beschränkt die radiale Ausdehnung des elastischen Schlauchs auf ein Maß, bei welchem Überdehnungen und Beschädigungen des Schlauchs ausgeschlossen sind. Über die wenigstens eine Öffnung kann das im Zwischenraum zwischen dem Schlauch und dem Stützkörper befindliche Übertragungsmedium in den zwischen dem Stützkörper und dem starren rohrförmigen Gehäuse befindlichen Zwischenraum und dann von diesem in den Druckspeicher verdrängt werden.

Die Enden des elastisch aufweitbaren Schlauchs sind zweck­ mäßig jeweils klemmend abgedichtet auf ihrerseits abge­ dichtet in die gegenüberliegenden Enden des rohrförmigen Gehäuses eingesetzten, mit dem zu- und dem abströmseitigen Strang der das Strömungsmedium führenden Rohrleitung ver­ bindbaren Anschlußstücken befestigt, welche von über die Enden des rohrförmigen Gehäuses geschraubten Überwurf­ muttern im Gehäuse gehalten sind. Durch die Halterung der Anschlußstücke mit Überwurfmuttern ist eine verdrehungs­ freie Montage der Anschlußstücke möglich, so daß es auch nicht zu ungewollten Verdrehungen des elastischen Schlauchs mit daraus resultierenden Fehlfunktionen des Druckgebers kommen kann.

Der Stützkörper ist vorzugsweise von einer Vielzahl von in Längsrichtung und/oder in Umfangsrichtung verteilt angeord­ neten durchgehenden Öffnungen durchbrochen, so daß in jedem Falle, d. h. auch dann, wenn der elastische Schlauch sich bereits in Teilbereichen an der Innenwandung des Stütz­ körpers angelegt hat, noch Öffnungen vorhanden sind, durch welche das Übertragungsmedium bei einer weiteren Ausdehnung des Schlauchs verdrängt werden kann.

Dabei kann es dann auch zweckmäßig sein, daß wenigstens ein Teil der durchgehenden Öffnungen auf der dem elastisch auf­ weitbaren Schlauch zugewandten Innenfläche des Stützkörpers in in die Innenfläche eingearbeiteten Vertiefungen mündet, wobei die Vertiefungen zweckmäßig die Form von in Längs­ richtung der oder spiralförmig in der Innenfläche des Stützkörpers verlaufenden nutartigen Aussparungen haben, welche mit im Querschnitt abgerundeten Begrenzungsrändern in die Innenfläche des Stützkörpers übergehen. Da der elastische Schlauch sich nicht bis in die Vertiefungen hineinverformen kann, ist so auf jeden Fall gewährleistet, daß das Übertragungsmedium vom sich erweiternden Schlauch in die durchgehenden Öffnungen verdrängt werden kann.

In der Wandung des rohrförmigen Gehäuses ist wenigstens eine durchgehende Bohrung für den Anschluß der Verbindungs­ leitung zum angekoppelten hydrodynamischen Druckspeicher vorgesehen.

Dabei kann es dann zweckmäßig sein, in der Wandung des rohrförmigen Gehäuses in Längsrichtung versetzt mehrere durchgehende Bohrungen für den Anschluß mehrerer Verbin­ dungsleitungen zu einem angekoppelten hydropneumatischen Druckspeicher vorzusehen.

Alternativ ist es dann auch möglich, an wenigstens einem Teil der durchgehenden Bohrungen jeweils gesonderte, hydro­ pneumatische Druckspeicher anzuschließen, die wahlweise auch auf unterschiedliche Mindest-Ansprechdrücke vorge­ spannt sein können, so daß sie bei Druckschwankungen unter­ schiedliche Druckhöhe wirksam werden.

Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt

Fig. 1 die Anordnung eines Druckpulsations- Dämpfers an einer von durch eine Kolbenpumpe geförderten Strömungsmedium durchströmten Rohrleitung in einem schematischen Schaltbild; und

Fig. 2 einen Längsmittelschnitt durch den in die Rohrleitung einsetzbaren, funktionell dem in Fig. 1 innerhalb des strichpunktierten Kreises 2 schematisch veranschaulichten Druckgeber entsprechenden Druckgeber des erfindungsgemäßen Druckpulsations-Dämpfers.

In Fig. 1 ist schematisch eine Rohrleitung 10 dargestellt, in welcher eine Kolbenpumpe 12 eingeschaltet ist, welche aus dem in der Figur links gelegenen saugseitigen Rohrleitungsstrang 10 a eine Flüssigkeit, z. B. mit Schmutz­ partikeln verunreinigtes Wasser, ansaugt und unter Drucker­ höhung in den rechts von der Pumpe wegführenden druckseiti­ gen Rohrleitungsstrang 10 b fördert. Innerhalb des Rohr­ leitungsstrangs 10 b ändert sich der Druck in der geförder­ ten Flüssigkeit während der Umdrehung der Pumpe zwischen einen Minimal- und einem Maximalwert, wobei die Änderungen des Drucks bei einer Einkolbenpumpe einer Sinusfunktion folgt. Zur Dämpfung der periodischen Druckschwankungen ist am Rohrleitungsstrang 10 b eine Zweigleitung 14 ange­ schlossen, die zu einem Druckgeber 16 führt, der schema­ tisch als durch eine elastische Membran 18 unterteilte Druckdose dargestellt ist. Die im Rohrleitungsstrang 10 b strömende Flüssigkeit übt einen dem jeweils gerade herrschenden Druck in der Flüssigkeit entsprechenden Druck auf die Membran 18 aus, welche sich dementsprechend ver­ formt und dabei ein auf der gegenüberliegenden Seite in der Druckdose vorgesehenes Übertragungsmedium, beispielsweise eine auch bei Temperaturen unter 0°C nicht gefrierende Flüssigkeit, wie Glyzerin, Glykol o. dgl. über eine Leitung 20 in einen Druckspeicher 22 verdrängt, der zum Teil mit einem unter Druck stehenden inerten Gas gefüllt ist. Je nachdem wieviel Übertragunsmedium aus dem Druckgeber in den Druckspeicher verdrängt wird, erhöht sich der Druck im inerten Gas. Durch Wahl des Ausgangsdrucks des Füllgases im Druckspeicher auf etwa den mittleren Druck der zwischen dem maximalen und dem minimalen Druck in der in der Rohrleitung 10 b strömenden Flüssigkeit und durch geeignete Bemessung des Volumens des Druckspeichers hinsichtlich der Menge des inerten Gases und durch Abstimmung der Menge des durch die Verformung der Membran 18 jeweils in den Druckspeicher verdrängten Übertragungsmediums ist es möglich, die Druck­ schwankungen in der im Rohrleitungsstrang 10 b strömenden Flüssigkeit weitgehend auszugleichen. Der am Rohrleitungs­ strang 10 b angeschlossene Druckgeber 16 und der diesem nachgeschaltete Druckspeicher 22 bilden also bei geeigneter Auslegung einen die Druckschwankungen im Rohrleitungsstrang 10 b weitgehend vermindernden Dämpfer.

Bei der Förderung von Flüssigkeit, welche durch Schlamm und körnige Bestandteile verunreinigt sind, die möglicherweise auch noch dazu neigen, sich abzusetzen und zu festhaftenden Belägen zu verdichten, ist das in Fig. 1 schematisch gezeigte Dämpfungssystem jedoch weniger geeignet, weil sich die verunreinigenden Bestandteile auch in der Zweigleitung 14 und dem angeschlossenen Teil der Druckdose absetzen und dort verdichten und verhärten können, wodurch sich die Funktion des Dämpfungssystems verschlechtert und im Grenz­ fall auch ganz aufhöhren kann.

Beim erfindungsgemäßen Dämpfer für Druckpulsationen in strömenden Flüssigkeiten wird der Druckgeber deshalb - abweichend vom Druckgeber 14 in dem in Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen System - nicht über eine Zweigleitung an der die in der Druckhöhe schwankende Flüssigkeit führenden Leitung angeschlossen, sondern es wird der in Fig. 2 gezeigte Druckgeber 30 verwendet, welcher direkt in die Leitung eingesetzt wird. Der Druckgeber 30 ist also - bezogen auf das Schaltbild gemäß Fig. 1 - gleichzeitig Teil des Rohrleitungssystems 10 b. Die Aufgabe der Membran 18 des Systems gemäß Fig. 1 übernimmt beim Druckgeber 30 ein elastisch aufweitbarer Rohrkörper, z. B. der in Fig. 2 dargestellte elastische Schlauch 32, dessen Enden in einem starren rohrförmigen Gehäuse 34 mit deutlich vergrößertem Durchmesser abgedichtet gehaltert sind. Der lichte Innen­ querschnitt des elastischen Schlauchs 32 ist dabei zweck­ mäßig entsprechend dem lichten Innendurchmesser der die strömende Flüssigkeit führenden Rohrleitung bemessen, und die Schlauchenden sind in gesonderten, abgedichtet in das rohrförmige Gehäuse 34 eingeschobenen Anschlußstücken 36 klemmend und somit flüssigkeitsdicht gehaltert. Der zwischen der Außenseite des elastischen Schlauchs 32 und der Innenfläche des starren rohrförmigen Gehäuses 34 gebildete Zwischenraum wird noch von einem rohrförmigen Stützkörper 38 unterteilt, dessen Enden von Klemmkörpern 40 gehalten sind, welche ihrerseits die Enden des elastischen Schlauchs 32 mit den Anschlußstücken 36 verklemmen.

Der den rohrförmigen Schlauch konzentrisch umgebende Stütz­ körper hat einen lichten Innendurchmesser, welcher so bemessen ist, daß der elastisch aufweitbare Schlauch sich am Stützkörper anlegt, bevor er überdehnt wird. Das dabei aus dem Zwischenraum zwischen dem elastischen Schlauch 32 und dem Stützkörper 40 verdrängte Übertragungsmedium tritt über eine Vielzahl von in Längsrichtung und/oder in Umfangsrichtung verteilt im Stützkörper vorgesehene durch­ gehende Öffnung 42 in den äußeren Zwischenraum zwischen dem Stützkörper und dem starren rohrförmigen Gehäuse 34 aus. Die Halterung der Anschlußkörper 36 in den Enden des rohr­ förmigen starren Gehäuses 34 und die Einklemmung der Enden des elastischen Schlauchs 32 zwischen den Anschlußstücken 36 und den Klemmkörpern 14 erfolgt mittels über die äußeren, im Durchmesser verringerten und mit dem zu- bzw. dem abströmseitigen Rohrleitungsstrang verschraubbaren Enden der in Längsrichtung durchbohrten Anschlußstücke geschraubter Überwurfmuttern 37.

Im rohrförmigen Gehäuse 34 sind Gewindebohrungen 44 vorge­ sehen, an welche - nicht gezeigte - Leitungen abgedichtet angeschlossen werden können, welche ihrerseits entweder an einen gemeinsamen oder gruppenweise oder jeweils einzeln an mehreren gesonderten - ebenfalls nicht gezeigten - Druck­ speicher(n) angeschlossen sind.

Es ist ersichtlich, daß im Rahmen des Erfindungsgedankens Abwandlungen und Weiterbildungen des beschriebenen Ausfüh­ rungsbeispiels verwirklichbar sind, welche sich z. B. auf die Ausgestaltung des elastisch aufweitbaren Rohrkörpers beziehen. Anstelle des beim beschriebenen Ausführungsbei­ spiel vorgesehen elastisch aufweitbaren Schlauchs 32 kann auch ein Rohrkörper aus dünnem, federelastischen Metall­ blech verwendet werden, der durch seine Formgebung - bei­ spielsweise durch eine gewellte Ausbildung seiner Wandung - elastisch aufweitbar ist.

Claims (10)

1. Dämpfer für die Druckpulsationen von in einer Rohrlei­ tung geförderten Strömungsmedien mit wenigstens einem unter Zwischenschaltung eines die Druckpulsationen des Strömungs­ mediums über ein elastisch verformbares Trennelement auf ein Übertragungsmedium übertragenden Druckgebers indirekt an der Rohrleitung angekoppelten hydropneumatischen Druck­ speicher, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckgeber (30) ein in die das Strömungsmedium führende Rohrleitung einsetzbares rohrförmiges Gehäuse (34) aufweist, in welchem ein an seinen Enden abgedichtet im Gehäuse (34) gehalterter elastisch aufweitbarer Rohrkörper (z. B. elastischer Schlauch 32) angeordnet ist, welcher vom Strömungsmedium durchströmt wird, während der zwischen der Innenseite des rohrförmigen Gehäuses (34) und der Außen­ seite des elastisch aufweitbaren Rohrkörpers gebildete, mit dem Übertragungsmedium gefüllte Zwischenraum über eine Verbindungsleitung mit dem hydropneumatischen Druckspeicher verbunden ist.

2. Dämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elastisch aufweitbare Rohrkörper ein im Ausgangszustand in seinem lichten Innenquerschnitt dem lichten Innenquer­ schnitt der Rohrleitung im wesentlichen entsprechender elastisch aufweitbarer Schlauch (32) ist, welcher in dem zwischen seiner Außenseite und der Gehäuse-Innenseite gebildeten, mit dem Übertragungsmedium gefüllten Zwischen­ raum mit radialem Abstand von einem im Gehäuse (34) gehal­ terten starren rohrförmigen Stützkörper (38) umgeben ist, in welchen wenigstens eine durchgehende Öffnung (42) vorge­ sehen ist.

3. Dämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden des elastisch aufweitbaren Schlauchs (32) jeweils klemmend abgedichtet auf ihrerseits abgedichtet in die gegenüberliegenden Enden des rohrförmigen Gehäuses (34) eingesetzten, mit dem zu- und dem abströmseitigen Strang der das Strömungsmedium führenden Rohrleitung verbindbaren Anschlußstücken (36) befestigt sind, welche von über die Enden des rohrförmigen Gehäuses (34) geschraubten Überwurf­ muttern (37) im Gehäuse gehalten sind.

4. Dämpfer nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkörper (38) von einer Vielzahl von in Längs­ richtung und/oder in Umfangsrichtung verteilt angeordneten durchgehenden Öffnungen (42) durchbrochen ist.

5. Dämpfer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der durchgehenden Öffnungen (42) auf der dem elastisch aufweitbaren Schlauch (32) zugewandten Innenfläche des Stützkörpers (38) in in die Innenfläche eingearbeiteten Vertiefungen mündet.

6. Dämpfer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen die Form von in Längsrichtung der oder spiral­ förmig in der Innenfläche des Stützkörpers (38) verlaufen­ den nutartigen Aussparungen haben, welche mit im Quer­ schnitt abgerundeten Begrenzungsrändern in die Innenfläche des Stützkörpers (38) übergehen.

7. Dämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wandung des rohrförmigen Gehäuses (34) wenigstens eine durchgehende Bohrung (44) für den Anschluß der Verbindungsleitung zum angekoppelten, hydropneumatischen Druckspeicher vorgesehen ist.

8. Dämpfer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wandung des rohrförmigen Gehäuse (34) in Längsrichtung versetzt mehrere durchgehende Bohrungen (44) für den Anschluß von Verbindungsleitungen zu einem angekoppelten hydropneumatischen Druckspeicher vorgesehen sind.

9. Dämpfer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß an wenigstens einem Teil der durchgehenden Bohrungen (44) jeweils gesonderte hydropneumatische Druckspeicher ange­ schlossen sind.

10. Dämpfer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die hydropneumatischen Druckspeicher auf unterschiedliche Mindest-Ansprechdrücke vorgespannt sind.