DE3829726A1 - Vorgesteuertes druckstoss-nebenauslassventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen vorgesteuerten Druckstoß-Nebenauslaß mit einem Kolbenventil, das normalerweise geschlossen ist.

Federbelastete Sicherheitsventile neigen zum Flattern und können Rohre zu Schwingungen anregen, vgl. G. MacLeod, "Safety Valve Dynamic Instability: An Analysis of Chatter", transactions of the ASME, 1972/vol. 107, Mai 1985, S. 172-177.

Bei Ventilen auftretende Druckstoßphänomene sind in DVGW Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches e.V., Technische Mitteilung, Merkblatt W 303, Februar 1983 beschrieben. In dieser Druckschrift sind auf S. 15 unter der Nummer 4.3.2.4 auch Nebenauslässe für Entspannungsturbinen erwähnt. Auf S. 19 ist unter "4.4.3.5 Nebenauslaß" aufgeführt, daß gesteuerte Nebenauslässe auf der Saugseite der Pumpen ausführbar sind, daß sie jedoch auf der Druckseite nicht empfehlenswert sind und insbesondere die bei der Abschaltung entstehenden Druckabsenkungen nicht günstig beeinflussen können.

Die bekannten Ventile weisen den Nachteil auf, daß sie übersteuern und flattern, weil sie ungedämpft arbeiten. Dadurch können Druckstöße noch verstärkt werden, insbesondere dann, wenn die Ventile nicht richtig dimensioniert sind. Druckstoßnebenauslässe sind sehr schwer einzustellen. Wenn es nicht gelingt, durch umfangreiche Einstellversuche die optimale Einstellung zu erreichen, können die Druckstöße noch verstärkt werden, siehe das Lehrbuch von Walter Volk, "Absperrorgane in Rohrleitungen", Springer Verlag 1959, S. 57-75.

Es ist ferner bekannt, daß Druckstoßnebenauslässe, wenn sie nicht genau auf die einzelnen Parameter des Leitungsnetzes abgestimmt sind, zusätzliche Druckstöße hervorrufen können. Solche Druckstöße sind bekanntlich bei langen Leitungen besonders gefährlich.

Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend von dem genannten Stand der Technik, einen universal einsetzbaren Druckstoß-Nebenauslaß zu schaffen.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung gelöst durch ein Kolbenventil, das normalerweise geschlossen ist, und eine Druckleitung, die den Vordruckbereich über mindestens eine Drossel mit der geschlossenen Kolbenkammer verbindet, deren Druck die Rückseite des Kolbens in Schließrichtung beaufschlagt, durch eine durch das Medium, das auch durch die Rohrleitung fließt, gesteuerte Steuereinrichtung, die bei gewünschtem voreinstellbarem Vordruckzustand den Kolbenkammerdruck abbaut, und durch eine durch Speicherkräfte betätigte, gebremste Schließeinrichtung.

Wenn der Druck vor dem Ventil, z. B. aufgrund betrieblicher Störungen, in den Bereich gelangt, der voreingestellt ist, öffnet sich der erfindungsgemäße Nebenauslaß stetig. Dadurch wird ein Übersteuern verhindert, und unerwünschte Unterdruck- oder Überdruckwellen können auf eine zulässige Größenordnung begrenzt werden.

Da die Kolbenkammer im Vergleich zu dem Durchflußvolumen bei geöffnetem Kolbenventil, ein relativ kleines Volumen hat, kann der Druck in der Kolbenkammer schnell absinken, so daß das Ventil sofort zu öffnen beginnt.

Wenn der Vordruck wieder in den normalen Arbeitsbereich zurückkehrt, schließt das Druckstoß-Nebenauslaßventil unter der Wirkung der Speicherkräfte. Dieser Schließvorgang ist jedoch gebremst, so daß das eher nur sehr langsam durchgeführt wird. Die Schließzeit beträgt ein Vielfaches der Öffnungszeit.

Ein bedeutender Vorteil der Erfindung ist, daß die Öffnungsgeschwindigkeit des Ventils mit der Drossel einstellbar und auch berechenbar ist, und daß die Schließzeit über die Stromregelventile der Ölbremse reproduzierbar eingestellt werden kann.

Zur Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit ist folgendes zu beachten: In Öffnungsrichtung ist das Ventil in der Lage, nahezu verzögerungsfrei auf Veränderungen des Vordrucks P _v zu reagieren. In Schließrichtung wird die Schließgeschwindigkeit über die Stromregelventile der Ölbremse auf Werte in der Größenordnung von mehreren Minuten begrenzt.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist ein durch eine Feder einstellbares Vorsteuerventil vorgesehen, dessen Durchflußweg zwischen der Drossel der Druckverbindungsleitung und der Abflußleitung angeschlossen, und dessen Kammer über eine Steuerleitung mit der Zuflußleitung kommunizierend verbunden ist.

Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist das einstellbare Vorsteuerventil ein Membranventil.

Die Steuerleitung kann zweckmäßigerweise mit der Membran verbunden sein, deren Druck die Membrane und damit die Kolbenstange in Öffnungsrichtung vorspannt, und der Kolben des Membranventils ist durch Federn in Schließrichtung vorgespannt, jedoch mit einer Kraft, die bei normalem Vordruck größer als die Membran-Kolbenkraft ist.

Diese Ausführungsform der Erfindung eignet sich insbesondere als Überströmventil vor Hochbehältern. Sie dient insbesondere zur Absicherung der Rohrleitungen bei Fehlschaltungen der Behältereinlaufarmaturen.

Bei Wasserversorgungsanlagen sind im allgemeinen die verschiedenen nachgeschalteten Behälter mit der Falleitung jeweils über mehrere Einlaufarmaturen verbunden, die, elektrisch angesteuert, nacheinander schließbar sind, so daß kein übermäßig hoher Druckstoß entsteht. Solch eine Wasserversorgung ist jedoch nicht voll gegen einen Stromausfall abgesichert, bei dem sämtliche Einlaufarmaturen gleichzeitig schließen würden. In diesem Falle wäre damit zu rechnen, daß ein solcher Druck entsteht, daß die Leitung zerstört werden könnte.

Diese Gefahr wird durch das beschriebene Druckstoß-Nebenauslaßventil aus der Welt geschafft. Es öffnet schnell, so daß kein hoher Druckaufbau entstehen kann. Es öffnet mit Sicherheit, da es durch das Eigenmedium gesteuert wird und nicht auf Fremdsteuerenergie angewiesen ist; auch ein vollständiger Stromausfall hätte keinen Einfluß auf die Funktion dieses Druckstoß-Nebenauslasses. Schließlich schließt das erfindungsgemäße Druckstoß-Nebenauslaßventil so langsam, daß sich kein hoher, die Rohrleitung gefährdender Druckstoß ausbilden kann.

Es wird darauf hingewiesen, daß die Betreiber solcher Wasserversorgungsanlagen sich bereits seit Jahren vergeblich darum bemühen, eine derartige Sicherungsanlage zu erhalten.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerleitung mit der Membran verbunden ist, deren Druck die Membran und die Kolbenstange in Schließrichtung vorspannt, und der Kolben des Membranventils durch Federn in Öffnungsrichtung vorgespannt ist, jedoch mit einer Kraft, die bei normalem Vordruck kleiner als die Membrankolbenkraft ist.

Wenn der Vordruck unter einen voreingestellten Wert abfällt, überwindet die Öffnungskraft der Feder die Öffnungskraft des durch die Steuerleitung zugeführten Druckes, mit der Folge, daß das Membranventil öffnet. Damit fällt der Druck in der Kolbenkammer schnell, aber nicht übersteuert, auf den Hinterdruck in der Abflußleitung ab, und das Kolbenventil wird geöffnet. Wenn der Vordruck wieder über den voreingestellten Vordruck ansteigt, schließt das Membranventil, in der Kolbenkammer baut sich wieder nahezu der Vordruck auf, und das Kolbenventil schließt wieder, jedoch sehr langsam, wegen Ölbremse. Dadurch wird die zurückströmende Wassersäule sehr langsam abgebremst. Diese Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich zum Einbau parallel zur Pumpe aus, welche normalerweise in eine Steigleitung fördert. Bekanntlich fällt beim Ausfall einer Pumpe der Druck zunächst ab.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerleitung über eine Blende mit einem Blasenspeicher verbunden ist, daß eine Membrankammer des Membranventils mit dem Bereich der Steuerleitung zwischen Blende und Zuflußleitung kommunizierend verbunden ist, und die andere Membrankammer mit dem Bereich der Steuerleitung zwischen Blende und Blasenspeicher kommunizierend verbunden ist.

Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wirkt das Membranventil als Differenzdruckregler.

Nach einer Ausführungsform kann die Membrankammer, deren Druck die Membrane und den Kolben in Schließrichtung beaufschlagt, mit dem Bereich der Steuerleitung zwischen Blende und Zuflußleitung kommunizierend verbunden sein, und die andere Membrane mit dem Bereich der Steuerleitung zwischen Blende und Blasenspeicher kommunizierend verbunden sein.

Dieses Druckstoß-Nebenauslaßventil öffnet bei Druckabfall unter einen voreingestellten Wert, und es schließt im wesentlichen dann, wenn der Druck nicht weiter fällt, d. h. wenn die zeitliche Änderung des Druckes gleich oder größer null ist.

Bei einer anderen Ausführungsform ist die Membrankammer, deren Druck die Membrane und den Kolben in Schließrichtung beaufschlagt, mit dem Bereich der Steuerleitung zwischen Blende und Blasenspeicher kommunizierend verbunden, und die andere Membrankammer ist mit dem Bereich der Steuerleitung zwischen Blende und Zuflußleitung kommunizierend verbunden. Dieses Druckstoß-Nebenauslaßventil öffnet dann, wenn die zeitliche Änderung des Druckes nach der Zeit größer als null ist. Das ist z. B. dann, wenn, nach Ausfall der Pumpe, der Druckabfall beendet ist und der Druck wieder anzusteigen beginnt.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß dem Membranventil, das bei Abfall des Vordruckes unter einen vorbestimmten Wert öffnet, ein Differenzdruckregler in Reihe nachgeschaltet ist. Die Durchflußkanäle dieser Reihenschaltung können ebenfalls wiederum zur Hinterdruckseite geführt sein oder aber ins Freie führen.

Bei dieser Ausführungsform öffnet das Membranventil, wenn der Vordruck unter einen vorbestimmten Wert abfällt. Der nachgeschaltete Differenzdruckregler ist jedoch noch geschlossen. Infolgedessen bleibt der Druck in der Kolbenkammer im wesentlichen gleich dem Vordruck und das Kolbenventil bleibt geschlossen. Wenn der Vordruck jedoch sein Minimum durchlaufen hat und zu steigen beginnt, steigt der Druckabfall an der Blende zwischen Zuflußleitung und Blasenspeicher an, so daß der Differenzdruckregler öffnet. Damit ist der Druckleitungsweg von der Kolbenkammer über das Membranventil und das Differenzdruckreglerventil freigegeben, mit der Folge, daß der Druck in der Kammer abfällt und das Kolbenventil aufgrund des Vordruckes öffnet.

Bereits aus diesen wenigen beschriebenen Ausführungsbeispielen geht hervor, daß das erfindungsgemäße Druckstoß-Nebenauslaßventil universell anwendbar ist. Es kann, nur durch geringfügige Modifikation in der Steuerleitung, so eingestellt werden, daß es bei beliebigen Druckwerten oder bei beliebigen Druckdifferenzen in gewünschter Weise öffnet bzw. schließt.

Nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung kann in der Druckverbindungsleitung, zwischen der Drossel und der Kolbenkammer, eine verstellbare Drossel vorgesehen sein. Durch diese verstellbare Drossel kann der Öffnungsquerschnitt der Druckverbindungsleitung in beliebiger Weise geändert werden, so daß die Geschwindigkeit des Druckabbaus in der Kolbenkammer bei geöffnetem nachgeschaltetem Steuerventil in gewünschter Weise begrenzt werden kann.

Vorzugsweise ist eine Fallgewichtsanordnung zur Erzeugung der Speicherenergie für den Schließvorgang vorgesehen. Es kann auch Federanordnung zur Erzeugung der Speicherenergie vorgesehen sein.

Als Bremse für den Schließmechanismus des Hauptventils kann eine Ölbremse mit einstellbaren Stromregelventilen vorgesehen sein.

Sämtliche Blenden oder einstellbare Drosselventile können auch Drosselrückschlagventile sein, also Ventile, die in beiden Richtungen unterschiedliche Druckverluste bzw. Drosselwirkungen haben.

Die Erfindung ist im folgenden anhand einiger Ausführungsbeispiele und in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Im einzelnen zeigt

Fig. 1 die Anordnung eines Druckstoß-Nebenauslaßventiles parallel zu Einlaufarmaturen vor einem Hochbehälter,

Fig. 2 und 2a ein erfindungsgemäßes Druckstoß- Nebenauslaßventil zur Verhinderung eines plötzlichen Druckstoßes in einer Falleitung,

Fig. 3 und 4 Skizzen zur Beschreibung der Druckverhältnisse am Kolben des Hauptventils,

Fig. 5 die Anordnung eines erfindungsgemäßen Ventils parallel zu einer Pumpe, zur Verhinderung eines unerwünscht hohen Druckabfalls bei Ausfall der Pumpe,

Fig. 6 bis 9 weitere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Druckstoß-Nebenauslaßventils in verschiedenen Anwendungsformen,

Fig. 10 ein Druckstoß-Nebenauslaßventil mit Magnetventil und Ausgleichsbehälter,

Fig. 11 ein Druckverlaufsdiagramm für den Druckverlauf bei Ausfall einer Pumpe und verschiedene Schaltbereiche für das erfindungsgemäße Druckstoß-Nebenauslaßventil.

Die Fig. 1 zeigt in schematischer Weise eine Wasserversorgung. Von einem Hochbehälter 10 führt eine Falleitung zu einem Hochbehälter 16. Die Falleitung 12, die z. B. 10 km, 50 km oder länger sein kann, ist über Einlaufarmaturen 14 mit dem Hochbehälter 16 verbunden. Parallel zu den Einlaufarmaturen 14, von denen der Einfachheit halber nur zwei dargestellt sind, ist ein erfindungsgemäßes Druckstoß-Nebenauslaßventil 20 geschaltet.

Im normalen Betrieb werden dann, wenn der Hochbehälter 16 gefüllt ist, die Einlaufarmaturen 14 nacheinander geschlossen, so daß keine hohen Druckstöße entstehen. Problematisch sind diese Anlagen jedoch insofern, als keine Sicherung dagegen besteht, daß im Falle einer Fehlschaltung der Armaturen durch den Computer oder bei einem Stromausfall sämtliche Einlaufarmaturen 14 gleichzeitig schließen. Das könnte einen so hohen Druck aufbauen und solchen Druckstoß zur Folge haben, daß die Rohrleitung 12 platzt. Diese Gefahr ist bekanntlich bei langen Leitungen besonders groß.

Für einen solchen Fall ist das erfindungsgemäße Druckstoß-Nebenauslaßventil 20 parallel geschaltet.

Im Falle eines plötzlichen Druckstoßes infolge gleichzeitigen Schließens der Einlaufarmaturen öffnet dieses Überströmventil sehr schnell, jedoch ohne zu flattern und ohne zu übersteuern, und anschließend schließt es stetig und sehr langsam, so daß kein übermäßig hoher Druckstoß entstehen kann.

Dieses Sicherheitsventil 20 ist in Fig. 2, die im folgenden beschrieben wird, im einzelnen dargestellt.

In dieser Fig. 2 sieht man rechts eine Zuflußleitung 22, welche den Vordruck P _V auf den Kolben 24 gibt, der einen geschlitzten Vorsatz 26 trägt. Dieser Kolben 24 ist beweglich in einer Kolbenkammer 28 angeordnet. Von der Zuflußleitung 22 führt eine Druckverbindungsleitung 30, in der eine Drossel 32 eingebaut ist, über den Teil 34 der Druckverbindungsleitung in das Innere der Druckkammer 28. Wenn der Ventilkolben 24 sich in seiner Schließstellung befindet, liegt er an dem Dichtungssitz 36 an. In diesem Zustand führt die Druckverbindungsleitung 30, 34 den Vordruck P _V in die Druckkammer 28. Der Druck P _i in dieser Druckkammer, welcher von hinten auf den Kolben 24 wirkt und diesen in Richtung Schließstellung beaufschlagt, ist somit im wesentlichen gleich dem Vordruck P _V .

Hinter der Drossel 32 führt eine Abzweigung 38 von der Druckverbindungsleitung 30 zu einem Regelventil mit Membranantrieb 40, welches durch eine Feder 42 in seine Schließstellung vorgespannt ist. Die Abflußleitung des Durchgangskanals des Regelventils mit Membranantrieb 40 führt über eine Rohrleitung 44 zu der Abflußleitung 48. Ferner ist eine Überdrucksteuerleitung 50 vorgesehen, welche in die untere Membrankammer 52 des Regelventils mit Membranantrieb 40 führt. Durch diese Überdruckleitung 50 wird der Vordruck P _V , der in der Zuflußleitung 22 herrscht, von unten auf die Membran 60 des Regelventils mit Membranantrieb 40 geführt. Der Vordruck P _V wirkt somit gegen die Vorspannrichtung der Feder 42 und beaufschlagt die Membran in Richtung der Öffnungsbewegung des Ventils 40.

Fener sieht man in Fig. 2a eine mechanische Schließvorrichtung 70, die an der Welle 62 über eine Schubstange 64 angreift. Diese Schließeinrichtung (70) wird durch Speicherenergie betrieben, z. B. durch Fallgewichte 71. Die Schließbewegung dieser Schließvorrichtung ist durch eine Ölbremse 72 gebremst.

Vor Beschreibung der Funktion dieser Vorrichtung werden zunächst kurz anhand der Fig. 3 und 4 beschrieben, welche Kräfte in der Schließstellung und welche Kräfte in der Öffnungsstellung auf den Kolben wirken.

Fig. 3 zeigt die Kräfteverhältnisse am Kolben für den Fall, daß das Vorsteuerventil 40 geschlossen ist. Rechts in Fig. 3 ist durch D _D der Durchmesser des Dichtungssitzes angegeben, auf den die Vorkraft P _V nach links wirkt. An der linken Seite ist durch D _K der Durchmesser des Kolbens bezeichnet, welcher in der Schließkraft mit dem Vordruck P _V auf den Kolben wirkt, und zwar in Fig. 3 nach rechts. Durch F _sx ist die Stangenkraft des Hebel-Gewichts-Mechanismus bezeichnet, welche ebenfalls nach rechts, also in Schließstellung, wirkt.

Auf den abgestuften, umlaufenden Absatz 68 an der Vorderseite des Kolbens, also außerhalb des Schlitzzylinders 26, wirkt der Hinterdruck P _H in Öffnungsrichtung.

Es wirken also die folgenden vier Kräfte:

1) → P _V × π/4 D _K ²
2) ← P _H × π/4 (D _K ² - D _D ²)
3) ← P _V × π/4 D _D ²
4) → Stangenkraft vom Hebel + Gewicht F _sx

Insgesamt wirkt somit auf den Kolben 24 eine Schließkraft, die durch die folgende Formel ausgedrückt ist:

Schließkraft = (P _V - P _H ) (π/4(D _K ² - D _D ²) + F _sx .

Die Durchmesser D _K und D _D sind nahezu gleich groß, die resultierende Schließkraft in Schließrichtung ist somit größer oder zumindest genauso groß wie die Kraft, die durch Hebel und Gewicht in Schließrichtung ausgeübt werden.

Fig. 4 zeigt die Kräfteverhältnisse am Kolben für den Fall, daß das Vorsteuerventil geöffnet ist. In Fig. 4 bezeichnen gleiche Buchstaben wiederum die entsprechend gleichen Größen wie in Fig. 3. In dieser Fig. 4 wirken die folgenden vier Kräfte:

1) → P _H × π/4 D _K ²
2) ← P _H × π/4 (D _K ² - D _D ²)
3) ← P _V × π/4 D _D ²
4) → Stangenkraft vom Hebel + Gewicht F _sx

Vereinfacht dargestellt ergibt sich somit die nach links wirkende, resultierende Öffnungskraft zu:

Öffnungskraft = (P _V - P _H ) × π/4 D _D ² - F _sx.

Wie man aus dieser Gleichung sieht, wirkt in diesem Falle die volle Druckdifferenz zwischen dem Vordruck P _V und dem Hinterdruck P _H in Öffnungsrichtung auf den Kolben, gegen die Stangenkraft F _sx .

Es wird darauf hingewiesen, daß die Stangenkraft F _sx des Schließmechanismus sehr viel kleiner ist als die Kraft, die aufgrund der Druckdifferenz zwischen Vordruck P _V und Hinterdruck P _H auf den Kolben 24 in Öffnungsrichtung wirkt. Diese Stangenkraft F _sx ist deshalb bei der Öffnungsbewegung des Kolbens 24 von ganz untergeordneter Bedeutung.

Wenn man, wie es gemäß der Erfindung vorgesehen ist, den Schließmechanismus 62, 64 von der Öffnungsbewegung so entkoppelt, daß er während der kurzen Öffnungszeit nicht anspricht und der Öffnungsbewegung nicht entgegensteht, so wirkt die volle Druckdifferenz zwischen Vordruck P _V und Innendruck P _A auf den Kolben, dieser wird somit sehr schnell geöffnet.

Anhand der Fig. 2 wird jetzt die Wirkungsweise des dargestellten Druckstoß-Nebenauslaßventils 20 beschrieben. Das Regelventil mit Membranantrieb 40 ist so eingestellt, daß dann, wenn der Vordruck P _V sich in üblicherweise zu erwartenden Arbeitsbereichen befindet, die Kraft der Feder 42 auf den Schließkolben größer ist, als die von dem Vordruck P _V über die Membran 60 auf den Kolben ausgeübte Kraft. Bei dieser Einstellung ist das Regelventil mit Membranantrieb 40 geschlossen. Infolgedessen baut sich der Vordruck P _V über die Druckverbindungsleitung 30, 34 als innerer Druck P _i in der Kolbenkammer 28 auf. P _i ist somit gleich P _V . Durch den Schließmechanismus 62, 64 wird der Kolben 24 nach rechts in die Schließstellung verschoben, in welcher er an dem Sitz 36 anliegt. Das Ventil 20 ist somit geschlossen.

Wenn der Vordruck P _V über den voreingestellten Druckwert ansteigt, erhöht sich auch der Druck auf die Membran 60 und damit die Kraft auf den Kolben 68 in Öffnungsstellung. Diese Kraft wird jetzt größer als die von der Feder 42 ausgeübte Schließkraft, so daß das Regelventil mit Membranantrieb 40 öffnet. Da der Durchflußquerschnitt des Regelventils mit Membranantrieb 40 wesentlich größer als derjenige der Drossel 32 ist, liegt am stromabwärtigen Ende der Drossel 32 der Hinterdruck P _H an. Damit fällt auch der Innendruck P _i in der Kolbenkammer sehr schnell ab, bis etwa in die Größenordnung des Hinterdruckes P _H . Damit wirkt angenähert der volle Differenzdruck P _V -P _H in Öffnungsrichtung auf den Kolben 24 und öffnet diesen. Dadurch wird der Durchflußweg durch den Kolben 24 hindurch freigegeben. Damit wird ein plötzlicher Druckanstieg in der Zuflußleitung 22, der zum Platzen der gesamten Leitung führen kann, sicher verhindert.

In Fig. 2 ist ferner eine weitere einstellbare Drossel 35 dargestellt, die nicht notwendigerweise vorhanden sein muß. Durch diese verstellbare Drossel 35 kann der Durchfluß durch das Rohr 34 eingestellt werden, und damit die Geschwindigkeit des Abfalles des Innendruckes P _i der Kolbenkammer 28.

Es wird darauf hingewiesen, daß dieses Druckstoß-Nebenauslaßventil 20 durch das Eigenmedium, also durch das Medium, das auch durch die Rohrleitung fließt, gesteuert ist. Das hat zwei Vorteile zur Folge: zum einen ist sichergestellt, daß dieses Ventil auch dann arbeitet, wenn die Stromversorgung ausfällt. Zum anderen tritt kein Flattern ein, wie es bei federgesteuerten Ventilen im allgemeinen eintritt.

Die Fig. 5 zeigt ein erfindungsgemäßes Druckstoß-Nebenauslaßventil, welches parallel zur Pumpe angeordnet ist und bei plötzlichem Abschalten von Pumpen, z. B. bei Stromausfall die Druckrohrleitung absichern soll. Eine Pumpe 112 fördert aus einem Behälter 116 über ein Rückschlagventil 118 eine Flüssigkeit durch die Steigleitung 114 in einen höher gelegenen Behälter 110. Wenn die Pumpe plötzlich ausfällt, fällt auch augenblicklich der Pumpendruck ab. Wenn der Druck plötzlich abfällt, öffnet dieses Druckstoß-Nebenauslaßventil 120, unter Umgehung der Pumpe und des Rückschlagventils 118.

Eine derartige Pumpensicherung 120 ist in Fig. 6 im einzelnen dargestellt. In dieser Figur tragen vergleichbare Teile wieder dieselben Bezugszeichen, wie auch in Fig. 2. Dieses Druckstoß-Nebenauslaßventil 120 der Fig. 6 unterscheidet sich von demjenigen der Fig. 2 nur dadurch, daß das Regelventil mit Membranantrieb anders geschaltet ist. Die Feder 142 spannt bei dieser Ausführungsform den Kolben 168 in Öffnungsstellung vor. Die Drucksteuerleitung 150 ist jedoch bei dieser Ausführungsform in den oberen Teil der Membrankammer geleitet. Der über die Drucksteuerleitung 150 auf die Membran ausgeübte Druck spannt somit den Druckkolben in Richtung auf die Schließstellung vor.

Die Grundeinstellung ist so getroffen, daß die durch den Vordruck P _V auf die Membran 160 aufgegebene und auf den Kolben 168 des Regelventils mit Membranantrieb 140 ausgeübte Kraft, die in Schließstellung wirkt, größer ist als die von der Feder 142 ausgeübte Kolbenkraft, die den Kolben in Öffnungsstellung vorspannt. In der Grundstellung, wenn das Hauptventil, also das Druckstoß-Nebenauslaßventil 120 geschlossen ist, ist die von dem Vordruck P _V ausgeübte Kraft größer als die Federkraft, und deshalb ist das Regelventil mit Membranantrieb geschlossen.

Wenn der Vordruck plötzlich unter einen voreingestellten Wert abfällt, überwindet die Kraft der Feder 142 auf den Kolben des Regelventils mit Membranantrieb 140 die Membrankraft. Das hat zur Folge, daß das Regelventil mit Membranantrieb 140 öffnet. Da der Durchflußkanal des Regelventils mit Membranantrieb 140 wiederum, siehe auch Fig. 2, wesentlich größer als der Durchmesser der Drossel 32 in der Druckverbindungsleitung 30 ist, fällt der Druck in der Steuerleitung 34 und damit der Innendruck P _i sofort ab. Infolgedessen steigt die Druckdifferenz P _V -P _i , also zwischen Vorderdruck und Hinterdruck auf den Kolben 24 und dieser verschiebt sich in Öffnungsstellung. Das Regelventil mit Membranantrieb bleibt so lange geöffnet, bis der Vordruck wieder über den eingestellten Wert ansteigt. Die Wassersäule in der Leitung 114, Fig. 5, kommt zum Stillstand, läuft rückwärts und wird durch das langsam schließende Nebenauslaßventil sanft abgebremst.

Es wird darauf hingewiesen, daß das Druckstoß-Nebenauslaßventil 120 der Fig. 6 in seinen sämtlichen Teilen mit demjenigen der Fig. 2 vergleichbar ist. Der einzige Unterschied ist, daß die Drucksteuerleitung 150 in die obere Membrankammer 162 eingeführt wird (vgl. Fig. 6), und nicht in die untere Membrankammer 52 (vgl. Fig. 2). Der einzige andere Unterschied besteht darin, daß die Feder 142 so eingestellt ist, daß sie den Kolben nach oben drängt (Fig. 6), während die Feder 42 (vgl. Fig. 2) den Kolben nach unten drängt. Letzterer Unterschied kann durch ein und dieselbe Feder erreicht werden, wenn sie entsprechend eingebaut und eingestellt ist.

Die Fig. 7 zeigt ein Druckstoß-Nebenauslaßventil, welches mit einem Differenzdruckregler arbeitet, der öffnet, wenn ein vorbestimmter Differenzdruck überschritten wird.

Zu diesem Zweck ist die Druckverbindungsleitung 30 über eine Blende 326 mit einem Blasenspeicher 328 verbunden. An der Blende 326 findet z. B. dann ein Druckabfall statt, wenn der Vordruck P _V abfällt. Wenn P _A = P _B ist, soll das Ventil durch die Kraft der Feder 342 geschlossen gehalten werden. Dabei ist P _A identisch mit P _V , und P _B ist der Druck des Blasenspeichers. Wenn P _B größer als P _A ist, soll das Ventil wieder öffnen. Das tritt dann ein, wenn dP _V /dt<0 ist. Dieser Zustand tritt dann ein, wenn der Vordruck P _V plötzlich abfällt und damit an der Drossel 326 ein entsprechender Druckabfall stattfindet.

Auch dieses Druckstoß-Nebenauslaßventil 320 kann als Bypass zu einer Pumpe verwendet werden, um einen unerwünscht starken Druckabfall beim Abschalten der Pumpe zu verhindern.

Die Fig. 8 zeigt ein Druckstoß-Nebenauslaßventil 420, welches sich von demjenigen 320 der Fig. 7 dadurch unterscheidet, daß jetzt die Druckkammer 311 mit der Druckleitung P _B verbunden ist, während die Druckkammer 312 mit dem Druck P _A verbunden ist. Auch hier spannt die Feder 420 den Differenzdruckregler in Schließrichtung vor.

Letzterer öffnet bei dP _v /dt<0, wobei er auf Δ p∼0,2 bar eingestellt ist. Das ist der Fall, wenn, nach Ausfall einer Pumpe und nach Abfall des Druckes der Druckabfall ein Minimum erreicht hat und wieder zu steigen beginnt. In diesem Falle ist der Druck P _A , wegen des Abfalls an der Blende 426, größer als der Druck P _B .

Fig. 9 zeigt ein Druckstoß-Nebenauslaßventil mit Kolbenventil mit Druckregler. Dieses Druckstoß-Nebenauslaßventil 520 ist weitgehend identisch mit dem Ventil 120 der Fig. 6. Wenn der Vordruck P _V unter einen voreingestellten Wert abfällt, öffnet das Kolbenventil 140. Diesem Ventil 140 ist jedoch ein Differenzdruckregler 540 nachgeschaltet, welcher erst öffnet, wenn dP _v /d _t <0 ist, eingestellt auf etwa Δ P∼0,2 bar. Da das Differenzdruckregelventil 540 mit dem Ventil 140 in Reihe geschaltet ist, bleibt der Gesamtweg durch beide Steuerventile geschlossen, solange der Vordruck, nach Aussetzen der Pumpe, noch abfällt. Dabei fällt zwar auch der Innendruck P _i in der Kolbenkammer, jedoch nicht unter den Wert des Vordruckes P _V . Erst wenn der Vordruck P _V wieder anzusteigen beginnt, öffnet auch der Differenzdruckregler 540, so daß in dem Drucksteuerrohr 38, also zwischen dem Druckminderventil und der Drossel 32, der Druck abfällt. Dadurch fällt auch der Innendruck P _i in der Kolbenkammer ab und das Ventil 520 beginnt unmittelbar zu öffnen.

Es wird darauf hingewiesen, daß der Ausgang des Durchflußkanals des Differenzdruckreglers 540 wieder mit der Abflußleitung 48 verbunden sein kann, er kann jedoch auch ins Freie führen.

Fig. 10 zeigt ein Druckstoß-Nebenauslaßventil mit Magnetventil und Ausgleichsbehälter.

In normaler Betriebsstellung ist die Sicherheitsarmatur 20 geschlossen und das Magnetventil 800 steht unter Strom, wobei die Verbindung vom Kolbeninneren zum Ausgleichsbehälter 810 gesperrt ist. Auf dem Kolben 24, 26 wirkt von beiden Seiten der gleiche Druck P _v = P _i . Durch die unterschiedlichen Kolbendurchmesser D _K <D _D ist der Kolben 24, 26 in Zustellung.

Bei Stromausfall oder bei Abschalten der Pumpen wird das Magnetventil 800 stromlos und schaltet um, wodurch die Verbindung vom Kolbeninnenraum zum Ausgleichsbehälter 810 geöffnet wird. Der Druck P _i fällt dadurch ab und der Druck P _v öffnet die Sicherheitsarmatur 20. Das vom Kolben verdrängte Medium strömt über das Magnetventil 800 in den Ausgleichsbehälter 810. Über die Drossel 32 strömt so lange Medium in den Ausgleichsbehälter 810 nach, bis dieser gefüllt ist und die Schwimmerkugel 820 die oben angebrachte Be- und Entlüftungsöffnung schließt. Über die Drossel 32 strömt nun das Medium in den Kolbeninnenraum, wodurch der Kolben entsprechend der Einstellung der Drossel 32 langsam schließt.

Die Verweilzeit in Aufstellung wird durch das Volumen des Ausgleichsbehälters 810 bestimmt.

Nach Stromrückkehr oder Einschalten der Pumpen erhält das Magnetventil 800 wieder Strom. Die Sicherheitsarmatur 20 bleibt geschlossen, der Ausgleichsbehälter 810 kann sich entleeren. Nach Entfernung des Ausgleichsbehälters 810 ist die Sicherheitsarmatur wieder betriebsbereit.

Die Fig. 11 zeigt ein Druckverhalten, wenn zur Zeit t1 eine Pumpe plötzlich abfällt. Zunächst fällt dann der Pumpendruck unter den statischen Druck auf ein Minimum ab, steigt dann wieder an, über die ursprüngliche Druckhöhe, und führt danach gedämpfte Schwingungen aus. Gemäß der Erfindung ist es möglich, mit demselben Druckstoß-Nebenauslaßventil in nahezu beliebigen Bereichen dieser Druckverlaufskurve zu schalten. Die Doppelpfeile in Fig. 11 zeigen jeweils die Zeit, in der das Druckstoß-Nebenauslaßventil öffnet oder geöffnet ist. Am linken Ende des Doppelpfeils beginnt das Ventil zu öffnen. Spätestens am rechten Ende des Doppelpfeils muß das Ventil geöffnet sein. Das rechte Ende des Doppelpfeils markiert gleichzeitig den Beginn des Schließvorgangs.

Wie man aus dieser Figur sieht, erlaubt es die Erfindung, mit demselben Hauptventil, nur durch Umschaltung entweder desselben Pilot- oder Steuerventils oder durch leichte Modifikation der Steuerleitungen, ein Druckstoß-Nebenauslaßventil so einzustellen, daß es bei gewünschtem Druck oder bei gewünschtem Druckgradienten, also Anwachsen des Druckes bzw. Abfall des Druckes, öffnet. In jedem Falle sind die Abschaltzeiten, durch Bremsenwirkung auf den Schließmechanismus, erheblich höher als die Öffnungszeiten. Bei kurzen Leitungen können die Schließzeiten jedoch kürzer sein als bei langen Leitungen von 5, 10 oder noch mehr km Länge.

Claims (15)

1. Vorgesteuertes Druckstoß-Nebenauslaßventil, mit einem Ring-Kolbenventil, das normalerweise geschlossen ist, gekennzeichnet durch
eine Druckverbindungsleitung (30, 34), die den Vordruckbereich über mindestens eine Drossel (35) mit der geschlossenen Kolbenkammer verbindet, deren Druck die Rückseite des Kolbens (24) in Schließrichtung beaufschlagt,
eine durch das Medium, das auch durch die Rohrleitung fließt, gesteuerte Steuereinrichtung, die bei gewünschtem voreinstellbarem Vordruckzustand den Kolbenkammerdruck abbaut,
und eine durch Speicherenergie betätigte, gebremste Schließeinrichtung (70, 71, 62) des Ringkolbenventils.

2. Druckstoß-Nebenauslaßventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein durch eine Feder (42) einstellbares Vorsteuerventil (40) vorgesehen ist, dessen Durchflußweg zwischen der Drossel der Druckverbindungsleitung und der Abflußleitung oder dem Ventilgehäuse angeschlossen ist, und dessen Kammer (52) über eine Steuerleitung mit der Abflußleitung kommunizierend verbunden ist.

3. Druckstoß-Nebenauslaßventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorsteuerventil ein Ventil mit einem Membranantrieb ist.

4. Druckstoß-Nebenauslaßventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerleitung mit der Membrankammer (52) verbunden ist, deren Druck die Membran (60) und damit die Kolbenstange in Öffnungsrichtung vorspannt, und der Kolben des Membranventils durch Federn (42) in Schließrichtung vorgespannt ist, jedoch mit einer Kraft, die bei normalem Vordruck größer als die Membrankraft ist.

5. Druckstoß-Nebenauslaßventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerleitung (150) mit der Membrankammer (162) verbunden ist, deren Druck die Membran (160) und die Kolbenstange in Schließrichtung vorspannt, und der Kolben des Membranventils (140) durch Federn (142) in Öffnungsrichtung vorgespannt ist, jedoch mit einer Kraft, die bei normalem Vordruck kleiner als die Membrankraft ist.

6. Druckstoß-Nebenauslaßventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerleitung (150) über eine Blende (326) mit einem Blasenspeicher (328) verbunden ist, eine Membrankammer mit dem Bereich der Steuerleitung (150) zwischen Blende (326, 426) und Zuflußleitung (30) kommunizierend verbunden ist, und die andere Membrankammer mit dem Bereich der Steuerleitung (150) zwischen Blende (326, 426) und Blasenspeicher (328) kommunizierend verbunden ist.

7. Druckstoß-Nebenauslaßventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrankammer (311), deren Druck die Membrane und den Kolben in Schließrichtung beaufschlagt, mit dem Bereich der Steuerleitung zwischen Blende (326) und Zuflußleitung (30) kommunizierend verbunden ist, und die andere Membrankammer (312) mit dem Bereich der Steuerleitung (150) zwischen Blende (326) und Blasenspeicher (328) kommunizierend verbunden ist.

8. Druckstoß-Nebenauslaßventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrankammer, deren Druck die Membrane und den Kolben in Schließrichtung beaufschlagt, mit dem Bereich der Steuerleitung zwischen Blende (426) und Blasenspeicher (328) kommunizierend verbunden ist, und die andere Membrankammer (312) mit dem Bereich der Steuerleitung zwischen Blende (426) und Zuflußleitung (30) kommunizierend verbunden ist.

9. Druckstoß-Nebenauslaßventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Behältersenke mit der Druckverbindungsleitung über ein Magnetventil (800) verbunden ist, das bei Stromausfall öffnet, und daß die Behältersenke eine Schwimmkugel (820) enthält, die den Behälter, wenn er gefüllt ist, abschließt.

10. Druckstoß-Nebenauslaßventil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Durchflußkanal des Membranventils ein Differenzdruckregler (540) in Reihe nachgeschaltet ist.

11. Druckstoß-Nebenauslaßventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerleitung (150), die zu dem Membranventil führt, über eine Blende (326) mit einem Blasenspeicher (328) verbunden ist, und daß eine Membrankammer des Differenzdruckreglers mit der Steuerleitung kommunizierend verbunden ist und die andere Membrankammer mit der Leitung zwischen der Blende (326) und dem Blasenspeicher (328) kommunizierend verbunden ist.

12. Druckstoß-Nebenauslaßventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Druckverbindungsleitung, zwischen der Drossel und der Kolbenkammer (28), eine verstellbare Drossel (35) vorgesehen ist.

13. Druckstoß-Nebenauslaßventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Fallgewichtsanordnung (71, 62) zur Erzeugung der Speicherkräfte für den Schließvorgang.

14. Druckstoß-Nebenauslaßventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Ölbremse (70) für den Schließmechanismus (71, 62) des Hauptventils.

15. Druckstoß-Nebenauslaßventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende oder Blenden und das oder die einstellbaren Drosselventile Drosselrückschlagventile sind, also Ventile, die in beiden Richtungen unterschiedliche Druckverluste bzw. Drosselwirkungen haben.