DE6608879U - Freilaufrueckschlagventil fuer kreiselpumpen, insbesondere fuer kesselspeisepumpen. - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE J

DR.-ING. VON KREISiSR DR.-ING. SCHDNWALD DR.-ING. TH. MEYER DR. FUES DIPL-CHEM. ALEK VON KREISLER

DlPL-CHEM. CAROLA KELLER DR.-ING. KLCPSCH Dipl .Ing. Selting

KÖLN 1, DEICHMANNHAUS

I6.7.I97I Sch/Se Sch 42 756/59b Gbm

H. Schroeder & Co., Elbach/Kalkkuhl über Engelskirchen/Rhld,

Freilaufrückschlagventil für Kreiselpumpen, insbesondere für Kesselspeisepumpen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Freilaufrückschlagventil für Kreiselpumpen, insbesondere für Kesselspeisepumpen, mit einem Rückschlagkegel, z.B. Stufenkegel, und einem Nebenauslaß, dessen Durchflußquerschnitt in Abhängigkeit von der Hublage des hückschlagkegels gesteuert wird.

Bei Kreiselpumpen mit instabiler Charakteristik treten vielfach im Gebiet kleiner Fördermengen Schwingungen auf, die einen ordnungsgemäßen Betrieb der Pumpe in einem ber stimmten Bereich der Förderdruckkennlinie, insbesondere in dessen labilen Zweig unmöglich machen. Die Ursache des Auftretens von Schwingungen dürfte darauf zurückzuführen sein, daß die Pumpendruckleitung unter bestimmten Verhältnissen als elastisches Glied wirkt. Besonders in Hochdruck-

Aufgabe der· Erfindung ist, eine Kreiselpumpe bzv/_c eine Pumpenanlage auch im labilen Zweig der Ford erdruckkennlinie gefahrlos, ddi». ohne daß Schwingungen auftreten können, betreiben zu können« Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei einem schwingungsfähigen System das elastische Glied, mit dessen Vorhandensein, toan sich abfinden muß 5 von der Einwirkung des Schwingungserr.egers, ram

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speiseanlagen müssen die Rohrleitungen wegen der hohen Temperaturen äußerst elastisch verlegt werden* Dadurch enthält die Pumpendruckleitung eine Speichermasse, die leicht Schwingungen unterworfen werden kann, Ein solches Speichervermögen als elastisches Glied in dem Pumpensystem läßt sich aufgrund anderer Forderungen und Bedingungen konstruktiv nicht vermeiden, so daß in der Praxis eine solche schwingungefähige Masse in Kauf genommen werden mußc Bei Auftreten von solchen Schwingungen kann es vorkommen, daß die Pumpe nicht mehr fördert und die Flüssigkeitsmasse zeitweilig entgegengesetzt zur Förder- fi richtung strömt„

Man hat schon auf verschiedenen Wegen versucht, solchen nachteiligen Schwingungen Herr zu werden, ohne, jedoch die Gefahr des Auftretens von Schwingungen restlos beseitigen zu können» Beispielsweise soll eine Lösung des Problems darin bestehen, daß man mit stabilisierter Förderdruckkennlinie arbeitet» Es hat sich doch gezeigt, daß hierbei noch so starke Schwingungen auftreten können, daß ein εο~ fortiges Abstellen der Pumpenanlage erforderlich wird* Auch die Erhöhung der Eigenfrequenz eines zwi schengesclia.lt et en Ventils, insbesondere eines Freilaufrückschlagventils über 5 Hz bzw ο beträchtlich über diesen Viert, z„B, auf '2 Hz, vermag die Gefahr des Auftretens von Schwingungen nicht zu

²^ beseitigen,,

lieh der lumpe, schwingungsmäßig getrennt werden sollte, um eine Fortpflanzung der Schwingungen wirksam zu ur.jerbinden. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus. daß die lumpe durch Dämpfung von der schwingungsfähigen Speichermasse zu trennen ist, indem der Druck der dem v_erbraucher "bestimmten Flüssigkeit, z,B, in der als Speicher wirkenden Rohrleitung, mittels Aufrechterhaltung eines Druckgefälles von der Pumpe zur Rohrleitung nahe dem Anspringdrucder Pumpe gehalten wirdc Vorteilhaft soll der genannte Druck

¹^ im labilen Bereich der Pumpe unterhalb des Anspringpunk-ues derselben bleiben» Durch eine solche Maßnahme wird die Möglichkeit eines Rückströmens der bereits geförderten Flüssigkeit zur Pumpe mit Sicherheit ausgeschaltet, da die Gewähr gegeben ist, daß immer ein Pruckgefälle von der Pumpe

¹^ zur Rohrleitung besteht,

Da es im allgemeinen nicht wirtschaftlich sein wird, den in dem labilen Zweig der Förderdruckkennlinie erforderlichen hohen Druckverlust in dem gesamten Forderbereich beizubehalten, wird gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen, daß zwischen Pumpe und schwingungsfähigem Speicher eine Drosselung in Abhängigkeit von der Fördermenge der Pumpe so vorgenommen wird, daß das Maximum im Bereich des labilen Bereiches und das Minimum im stabilen Bereich der Förderdruckkennlinie liegt„ Dadurch wird zugleich die

^? .Forderung einer wirtschaftlichen Betriebsweise erfüllt., Vorteilhaft wird der Betrag.der. Drosselung im labiler. Eereich mindestens so groß ge\vähit. daß der der lumpe eigene Anspringdruck.hinter dem Ventil unterschritten wirdc

Das Verfahren gemäß der Erfindung wird zweckmäßig bei einem der Pumpe nachgeschalteten Rückschlagventil, vorzugsweise einem Freilauf-Rückschlagventil, verwirklicht, bei dem eine Mindestfordermenge innerhalb eines vorbestimmten Bereiches selbsttätig abgeführt wird. Hierzu zeichnet sich das Frei-

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lauf-Rückschlagventil mit einein mittels eines Ifeuptkegels. Z = Eo eines Stufenkegeis, den Nebenatislaß steuernden Schieber Z₃B= Drehsclrie"ber_; gemäß der Erfindung dadurch aus. daß in dera V_entileinlaß vcr dem Nebenausiaß ·· in Strönrnngsriolrjusg gesehen - ein weiterer Kegel angecrdnet ist» Durch diessr. weiteren Kegel läßt sich in dem gesamten Förderbereich von der Mindestmenge bis zu einem vorbestimmten Scheitel.v;sr\, so viel an Druck abbauen, daß in dem Speicher der Ansjringdruck der Pumpe nicht überschritten und auch nicht erreicht werden kann. Vorteilhaft befinden sich weiterhin in den Durchlässen des Schiebers des Freilauf-Rückschlagventils düsenartige Verengungen» Hierbei sollen die in dem Schiebergehäuse vorgesehenen Bohrungen mit ihrem kleinsten Durchmesser größer als der Kleinstäurchmesser der Düsen sein,

Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels und von Diagranunen erläutert*

Fig. "ι zeigt in Gegenüberstellung die Förderdruckkennlir.ie einer Kreiselpumpe mit instabiler Charakteristik und mit einem Fordervorgang gemäß der Erfindung in graphischer Darstellungc

In Figo 2 ist die Drosselkurve in Abhängigkeit von der Fördermenge der Pumpe bei Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulicht,

3 zeigt ein Freilauf-Rückschlagventil im Längsschnitt zur Durchführung der erfindungsgemäßen Maßnahme«

Bei einer Kreiselpumpe mit instabiler Charakeristik ergibt sich bei Vorhandensein eines elastischen Gliedes in der Förderleitung eine Förderdruckkennlinie A, bei der die Förderung sich bei Überschreiten des Scheitelpunktes ο um-

kehrt und die Kennlinie B annehmen kann. In dem Diagram der Figo 1 "bezeichnet die Ordinate die Druckhöhe H. während auf dor Abszisse die !Fördermenge aufgetragen ist, Die genannte Umkehrung bedeutet, daß bereits geförderte Flüssigkeit in die Pumpe zurückgedrv.ckt wird» Hierbei gibt der schwingende Speicher seine Energie in Form einer Druckverringerung ab und die lumpe beginnt bei dem ihr eigenen Anspringdruck H^ wieder auf dem stabilen Ast A der Q-H-Kurve zu fördern₀ Der Möglichkeit einer Umkehr der Förderrichtung wird dadurch be-gegnet, daß über dem gesamten Förderbereich von der Mindestmeiige bis zu dem Scheitelpunkt ο so viel Druck abgebaut wird, daß im Speicher der Anspringdruck der Pumpe nicht überschritten und erreicht werden kann,

Figc 3 zeigt eine Ausführungsform eines der Pumpe nachgeschalteten Freilauf-Rückschlagventils zur Verwirklichung der erfindungsgemäßen Maßnahme, Das V_entii weist die Gehäuseteile 1 und 2 auf, in denen ein Stufenkegei 3 in den Führungen 4 und 5 verschiebbar gelagert ist α Das Sitengewicht des Kegels 3 und die Kraft einer Feder 6. die sich einerseits an der Führung 5 und andererseits auf dem Nachkegel 3d abstützt, drückt den Stufenkegel 3 auf den Gehäusesitz la» Ein Nebenauslaß ο wird durch einen Drehschieber 7 gesteuert, der durch den Hebel 9 mit dem Kegel 3 gekoppelt ist. In dem Einlaß '6 des Ventils befindet siel: ein weiterer Kegel 17, der mit dem Stufenkegei 3 verbunden ist und in gleicher Weise auf- und niede:.- bewegt wird ο In dem Drehschieber 7 befinden sich parallel verlaufende düsenartige Bohrungen 7ol. durch die der Druck des Förder-· wassers zum größten Teil abgebaut werden kann. Die nachfolgenden Bohrungen 8c1 in dem Schiebergehäuse 8 sind im Durchmesser großer ausgebildet= Sie sollen in ihrem kleinsten Durchmesser größer als der kleinste Durchmesser der düsenartigen Bohrungen 7,1 sein_r

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Die Kegel 3 und 17 sind zueinander so abgestimmt, daß. wenn der Kegel 3 auf dem Gehäusesitz 1a aufsitzt, immernoch die Mindestmenge über die Drosseisteile zwischen dem weiteren Kegel 17 und der zugehöligen Sitzfläche ',3 strömen kann, so daß selbst bei einer Fördermenge zum Verbraucher gleich null der Pumpendruck entsprechend der Funktion

reduziert wird _a Wenn ein hinter dem Freilauf-Rückschlag-· -0 ventil angebrachtes Ragelventil geöffnet wird, so kann die Förderflüssigkeit durch das Ventil strömen= Sie hebt den Kegel 3 infolge der Drosselung zwischen den Steilen 3*'i und 1.1 sov/ie 1 ,2 von meinem Sitz la ab» Bei weiterer Steigerung der Fördermenge verringert sich die Drosselung zwischen

dem Sitz la und Nachkegel Kräftegleichung:

Hierbei ergibt sich folgende

pe

Hierin bedeuten:

up

= Druckverlust zwischen 1c3 und 3._: 2 = Druckverlust zwischen 1₀2 und 3 _c "i G = Kegelgewicht
c = Federkonstante

Fl - Spezj.fisehes Gewicht der Flüssigkeit j Fe - Spezifisches Gewicht des Kegelmaterials

f = Federweg, der sich addiert aus der Vorspannung fv und dem jeweiligen Kegelhub h

R - Reibungskraft, die einmal erzeugt ward durch die Re:i.bung in den Führungen 5 und 6. zum anderen auch an dem den N_ebenausuaß steuernden Drehschieber 7· der .iη dem Schieberkopf 8 gelagert ist\-

Da der Druckverlust entsprechend der Funktion

^ ^p J 2g ^Y -> 2g ( PspalLt /

anwächst, wobei Zeta der Wid er stand sbeiv/ert ist. wird auch der Kegel mit steigernder Menge in eine höhere Gleichgesichtslage gehoben. Der Kegel 3 und der Drehschieber 7 sind jedoch durch den Hebel 9 gekoppelt, so daß mit dieser Lagenänderung des Kegels 5 gleichseitig die Stellung des Drehschiebers 7 verändert wird und sonit die Bohrung 8.' in Abhängigkeit vom Kegelhub h von dem Drehschieber 7 mehr cder weniger überdeckt werden» Pur diesen Förderbereich gelten die Bedingungen

Qp = Q_k -:- q und q - 0,8 Q_k -;■ q,

Hierin bedeuten: QP q '

- Fördermenge der Pumpe

- Fördermenge zum Verbraucher = Freilauf nie 2Tg s

= f (Q- ) Teil-Freilav.fmeng?

Durch Umstellung und Einsetzen erhält ir.an

Qp = 0,2 Q_k +

Diese Gleichung ergibt die mathematische Auslage, daß die Pumpenfördermenge Qp nicht kleiner als die Freilaufmenge cwerden kann= Da jedoch Qp immer über die Drosselstelle ; <, 3

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zu 3,2 geführt wird und der Druckverlust eine lunkticn von dem Quadrat der Geschwindigkeit. d,ho auch von dem Quadrat des Quotienten Q/p. ... ist. wird selbst bei Q. = 0 ein. erheblicher Druckveriust mit einem solchen VentiJ erzevgt werden können- Erreicht die Fördermenge den Betrag vcn Qe. so hebb sich der Kegel derart, daß der Vorkegel 3:2 sus seiner Drosselstellung 1-3 austritt, d.h» von dieser Höhenlage an aufwärts wird der Druckverlust Δ p._; auf null tendieren» In der Kraft3gleichung

Ap,, Ij + --«-ic /Ip „-. K

(/Ap₅ ·--· Druckverlust zwischen '·. Λ und 3--3)'würcse damit das erste Glied auch gegen null werden und da der Ausdruck

wesentlich kleiner gegenüber^1
iJ2 '\L

ist, muß für den Ausgleich der Kräftegleichung Δ P₅ nur wenig anwachsen;, so daß sich der Gesamtdruckverlust

IAp = Ap₁ 4-ΔP₃

auf ein Minimum reduzierte Mit der erläuterten Anordnung und Ausbildung der einzelnen Ercsselstellen v/ird erreiche, daß das Maximum des Druckverlustes im Bereich des labilen Astes und das Minimum im stabilen Bereich der Q-K-Kurv? liegte

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Die Drosselkurve H = ί (QP) des Ventils ist in Fig= 2
wiedergegeben, Wenn man dies3 Werte von der rb'rderr.enge druckkurve H - f (Op) abzieht, erhält man die in Pig, "i dargestellte Kurve C als Funktion H = f (Qp) hinter den Freilauf-Rückschlagventil«

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Claims (3)

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1. Freilaufrückschlagventil für Kreiselpumpen, insbesondere für Kesselspeisepumpen, mit einem Rückschlagkegel, z.B. Stufenkegel, und einem Nebenauslaß, dessen Durchflußquerschnitt in Abhängigkeit von der Hublage des Rückschlagkegels gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Ventileinlaß (l6) vor dem Nebenausla.3 (I5) - in Strömungsrichtung gesehen - ein den Druck der einströmenden Flüssigkeit abbauender weiterer Kegel (17) angeordnet ist, welcher zur Drosselung der durchströmenden Flüssigkeit au:' eine vorbestimmte Menge bei ger.chl -rcenem und teilweise geöffnetem Hauptkegel (3) äi:r.i\..

2. Freilaufrückschlagventa1 nach Anspruch Ij dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Kegel (17) eine solche Hübe hat, daß dieser Kegel bei Beginn des stabilen Astes (A) der Fürderdruckkennlinie der Pumpe aus der Drosselstelle (13) austritt.

3. Freilaufrückschlagventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Durchlässen {7,1) des den Nebenauslaß (15) steuernden Schiebers (17) düsenartige Verengungen angeordnet sind.

h. Freilaui'rückschlagventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem Schieberkopi' (8) vorgesehenen Bohrungen (8,1) mit ihrem kleinsten Durchmesser grüßer als der kleinste Durchmesser der düsenartigen Durchlässe (7,1) sind.

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