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Druckabhängiges selbsttätiges Absperrorgan in Rohrleitungen Es ist
bereits eine Rückschlagklappe für Rohrleitungen, insbesondere für Anlaufvorrichtungen
für Kreiselpumpen bekanntgeworden, die mit einem als Kraftkolben wirkenden Kolben
über ein Hebelgestänge verbunden ist, der zylinder- und kolbenstangenseitig unter
den vor und hinter der Klappe herrschenden Rohrleitungsdrücken steht. Der vom Kolben
gesteuerte Verschluß für das zylinderseitig einmündende Druckrohr steht dabei in
einer derartigen Abhängigkeit von der Bewegung der Klappe, daß der Kolben die Öffnun.gs-
und Schließbewegung bei kleinem Klappendurchlaß bremst, bei größerem Durchlaß aber
zur Endstellung hin beschleunigt. Bei dieser Rückschlagklappe besteht der Nachteil,
daß der Versdhluß nur von einer Seite geöffnet werden kann, ein volles Öffnen nur
dann erzielt wird, wenn in der Rohrleitung eine allgemein ungünstig hone Strömungsgeschwindigkeit
vorhanden ist; der Versehluß bei Stillstand der Strömung durch den Einfiuß des Eigengewichts
des Verschlußdeckels schließt (bei Anwendung als Rohrbruchsicherung würde dies eine
irrige Alarmgabe bedeuten) und schließlich an eine normale Strömungsrichtung gebunden
ist und bei Strömungsumkehr schließt.
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Es ist ferner bekannt, ein selbsttätiges rechtzeitiges Schließen des
Hauptabschlusses zur Vermeidung von Rückstrom, selbsttätiges Öffnen nach Wiederherstellung
des Druckes in der Leitung bei Pumpen- und Rohrbruch einrichtungen vorzusehen, wobei
ein und dieselbe Einrichtung bei. verschiedenen Verschlußarten angewendet wird.
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Praktisch hat sich aber gezeigt, daß die aus der Strömungsmessung
sich ergebenden Differenzdrücke dieser bekannten. Einrichtung so gering sind, daß
ihre unmittelbare Anwendung'auf Steuer- oder Kraftkolben nicht die gewünschten Erfolge
zeitigen kann. Es wird deshalb bei dieser Einrichtung keine selbsttätige hydraulische
Steuerung erzielt, vielmehr noch ein elektromechanisch gesteuertes Ventil benötigt,
um den Steuervorgang auszulösen.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein druckabhängiges selbsttätiges Absperrorgan
in Rohrleitungen, insbesondere auf eine selbsttätige Anlaufvorrichtung für Kreiselpumpen
mit einem Kraftkolben, der über einen Steuerkolben und Ventile mit der Rohrleitung
vor und hinter dem Verschluß verbunden ist. Das Absperrorgan nach der Erfindung
arbeitet nach dem Druckimpulsverfahren (kurzzeitiges Verbinden mit der Atmosphäre).
Es erfolgt lein einmaliger kurzzeitiger kräftiger Anstoß, um entweder den Vorgang
Öffnen oder Schließen einzuleiten. Erfindungsgemäß kann dadurch der einmal durch
Druckimpuls eingeleitete Öffnungs- oder Schliießvorgang des Kraftkolbens durch Veränderung
der Rohrleitungsdrücke innerhalb der Steuergrenze nicht unterbrochen werden, sondern
wird bis zum Erreichen der Endstellung durchgeführt. Dadurch wird der Vorteil erzielt,
daß unabhängig davon, ob ein Überdruck vor oder hinter dem geschlossenen Rdhrverschluß
herrscht, der
Rohrletungsverschluß öffnet, bei Anhalten eines Normaldruckes
unabhängig vom Grad und der Richtung der Strömung die Röhr-. leiturig voll offen
hält und bei Vorhandensein'-:', eines Unterdruckes unabhängig von der Rl@l@ rt'
tun.g der Strömung in der Rahrleitunb.. schließt. Die dazu erforderliche Steuerein-,;
richturig bzw. der Anstoß zur öffnungs- oder Schließbewegung wirkt dabei erfindungsgemäß
auf einen Teil einer Verriegelungseinricihtung, deren anderer Teil durch die Bewegung
des Kraftkolbens gesteuert wird.
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Bei den bekannten Absperrorganen macht sich auch weiterhin der Nachteil
bemerkbar, daß in die selbsttätige Arbeitsweise nicht willkürlich eingegriffen werden
kann. Die Erfindung hat sich die Aufgäbe gestellt, wahlweise das Absperrorgan selbsttätig
wirken zu lassen oder zusätzlich von Hand oder durch Fernbetätigung auf die Öffnung
:des Absperrorgans einzuwirken, so daß das: Absperrorgan in Zwischenstellungen,
wenn sie endgültig erreicht sind, stehenbleiben und festgehalten werden kann.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erzielt, daß eine Öffnungsvorrichtung
vorgesehen ist, die in Abhängigkeit vom Rohrleitungsdruck selbsttätig eine Zylinderseite
des Kraftkolbens mit der Atmosphäre bzw. einen Unterdruckraum verbindet und unabhängig
vom Rohrleitungsdruck auch von Hand und/ oder fern in der Weise betätigt werden
kann, daß die durch die selbsttätige Steuerung erzeugte Kraft überwunden und eine
etwaige Verriegelungsenrichtwng für eine bestimmte Einstellung des Kraftkolbens
unwirksam gemacht wird und daß eine Schließvorrichtung vorgesehen wird, die in Abhängigkeit
vom Rohrleitungsdruck selbsttätig eine Zylinderseite des Kraftkolbens mit der Atmosphäre
bzw. einem Unterdruckraum verbindet und unabhängig vom Rährleitungsdruck vonHand
und/oder fern derart betätigt werden kann, daß die Sperrvorrichtung zum Offenhalten
des Organs ausgelöst und gegebenenfalls ein Schnellschlußventil betätigt wird. Die
Öffnungsvorrichtung kann durch eine Mehrzahl von Ventilen gebildet werden; die ein
die selbsttätige Steuerung bewirkender Hilfskolben bei steigendem Rohrdruck gemeinsaxnbzw.
gleichzeitig steuert und die den der Öffnungsbewegung dienenden Zylinderraum mit
der Druckrohrleitung und den anderen Zylinderraum mit der Atmosphäre verbindet:
Durch diese Verbindung des einen Zylinderraumes mit der Atmosphäre wird der Vorteil
erzielt, d:aß ein rasches Öffnen bzw. rasches Schließen des Absperrorgans möglich
ist, weil man die eine Seite des Kraftkolbens dann nahezu druckfrei machen kann.
Bei diesem raschen Öffnen und Schließen kann man sich noch an sich bekannter Maßnahmen
bedienen, um am Ende der Bewegung einen gedämpften Abschluß; wie etwa bei einem
pneumatischen :-Türschließer zu erzielen.
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In den Abbildungen sind.Ausführungsbeißp'iele gemäß der Erfindung
dargestellt. Abb. I zeigt einen Schieberkeil als Rohrleitttngsverschluß, der von
dem Kraftkolben betätigt wird.
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Abb. 2 zeigt den Funktionsverlauf bei der selbsttätigen Steuerung.
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Abb. 3 zeigt eine Ansicht von oben auf die Verriegelungseinrichtung
mit Fernbetätigung. Die Erfindung soll an Hand der Abb. r, 2 und 3 beschrieben werden.
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a. Selbsttätige Steuerung In der Rohrleitung R herrscht bei geschlossenem
Absperrschieber S ein bestimmter statischer Druck, angenommen nach Abb. 2 etwa 3,1
atü; durch Inbetriebnahme einer Kreiselpumpe vor dem Absperrschieber S erfolgt bei
A eine Drucksteigerung auf angenommen _ 5,5 atü (vgl. Abb. 2); der Druck auf den
Ventilsteüerkolben a1 im Zylinder Z1 ist nunmehr stärker als der Gegendruck der
Feder f l, deren Spannung geregelt werden kann durch die Verschraubung b,
Der Ventilsteuerkolben a1 bewegt die Steuerstange dl so; däß die Ventile v1 und
v, geöffnet und das Ventil v2: geschlossen werden. Gleichzeitig wird durch Steigerung
des Druckes bei A über die Rohrleitung r1 der Umsteuerkolben g im Gehäuse Z3 nach
rechts bewegt, wodurch die Rohrleitung r1 mit der Rohrleitung r3 und die Rohrleitung
r2 mit der Rohrleitung r4 verbunden und r4 geschlossen wird. Da das Ventil v1 geöffnet
ist, braucht,das Druckmittel (z. B. Wasser) nicht durch das enge Ventil v4 in die
Rohrleitung r5 überzutreten, sondern gelangt ohne wesentlichen Druckverlust durch
das weite Ventil v1 in die Rohrleitung r5 und damit unter den Kraftkolben K in den
Raum Dl des Kraftzylinders Z.
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Gleichzeitig ist die Rohrleitung r3 durch die Rohrleitung r6 mit dem
oberen Kraftzylinderraum D2 verbunden, während anderseits der untere Kraftzylinderraum
Dl mit durch das Ventil v6 und dieRohrleitungen r4 und r2 über den Umsteuerkolben
g mit der Unterdruckseite B inVerbindung steht. Dadurch tritt zwar eine gewisse
gegenseitigeAufhebung der Kräfte ein, diese Verbindungsleitungen sind aber für die
spätere Schließbewegung nötig. Durch geeignete Bemessung der Querschnitte wird jedoch
erreicht, daß die geeigneten Verstellkräfte am Kolben vorhanden sind. EinDruck von
beispielsweise 5,5 atü am Punkt A wird durch das offene Ventil vi fast verlustlos
in die Rohrleitung r5 übertragen; da jedoch das Ventil vo den Raum Dl mit der Unterdruck-
Seite
B verbindet, erfolgt je nach Öffnung des Ventils v, ein Druckabfaill auf angenommen
4,5 atü, da anderseits die Überdruckseite A gleichzeitig über r1, r3, r6 und v7
mit dem Raum D2 verbunden ist, dieser jedoch wiederum durch das Ventil v3 mit der
Atmosphäre verbunden ist, stellt sich je nach Bemessung der Durchlaßquerschnitte
an den Ventilen v3 und v, ein Druck zwischen der Atmosphäre und Druck bei A ein,
angenommen 1,5 atü. Die Verstellkraft für das Öffnendes Kolbens beträgt somit 4,5-I,5
= 3 atü. Im Verlauf des öffnens sinkt der Förderdruck der Kreiselpumpe von 5,5 atü
auf angenommen 4 atü; das hat jedoch zur Folge, daß bei 4,5 atü der Druck der Feder
am Ventilsteuerkolben a1 den Gegendruck von A her überwindet und die Ventile v3
und v1 geschlossen, v2 geöffnet würden, ehe der Kolben. K die Endstellung erreicht
hat, d. rh. der Öffnungsvorgang würde unterbrochen werden.
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Um dieses zu verhindern, ist .die Kurvenscheibe C mit Bahnen c und
mit Rasten e und ein am Drehpunkt i befestigter Hebel H mit Nocken
h vorgesehen. Letzterer ruht bei den Endstellungen des Kolbens K in einer der Rasten
e. Wird die Kurvenscheibe C durch Verbindung mit Hebel Z, Mitnehmerbolzen m, Stange
n und Kolben K gedreht, so hebt die Kurvenscheibe C den Nocken h auf die Bahn c
und damit den durch einen Mitnehmerstift o mit der Ventilsteuerstange dt verbundenen
Hebel H. Die Ventile v1, v2 und v3 werden damit in der durch die Überdruckwelle
bei A gegebenen Stellung gehalten, auch wenn der Druck abfällt, und zwar so lange,
bis der Nocken h die nächste Raste und .damit die gewünschte Endoffenstellung
erreicht hat.
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Mit Erreichung der Endstellung muß aber weiterhin deren beliebig lange
Beibehaltung gesichert werden, um zu vermeiden, daß infolge des Druckausgileichs
in den Kraftzylinderräumen D, und D2 bei senkrecht stehendem Kraftzylinder Z der
Kolben durch den Einfluß des Eigengewichts langsam abwärts gleitet und das Absperrorgan
unbeabsichtigt geschlossen wird. Zu diesem Zwecke sind an der Stangen Zähne
z angebracht, in die ein um q drehbarer gekröpfter Hebel p eingreift und den Kolben
K festhält. Der Hebel p wird an die Stange n angedrückt durch das in der
Rohrleitung R befindliche Druckmittel (z. B. Wasser), welches in den Zylinder Z2
eintritt und auf den Steuerkolben a2 einwirkt. Dem entgegen steht der Druck der
Feder f2, der reguliert werden kann durch die Verschraubung b2. Hört nun die Förderung
der Pumpe auf, so sinkt der Druck in. der Rohrleitung R von dem eingangs angenommenen
Betriebsförderdruck = 4 atü auf den statischen Druck von beispielsweise 3,1 atü.
Damit überwindet der Druck der Feder f2 auf- den Steuerkolben den Gegendruck und
löst mittels der Steuerstange d2 die Verklinkung zwischen Hebel p und Stange n mit
Zähnen z. Der Kolben K sinkt unter Einfluß des Eigengewichts langsam abwärts, indem
bei annähernder Druckgleichheit in den Räumen Dl und D2 die enthaltene Flüssigkeit
von Dl durch die einen möglichst weiten Querschnitt besitzende Umführungsleilung
r;, r9, rlo in den Raum D2 strömt.
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Diese Auslösung der Kol'benfesthaltung erfolgt auch dann, wenn der
Betriebsdruck aus anderen Gründen als durch Aufhören der Förderung fällt; z. B.
bei Eintreten eines Rohrbruches. Ist das Abfallen des Druckes besonders stark, so
bleibt der zeitliche Vorgang des Schließens nicht auf den Einfluß des Eigengewichts
beschränkt, sondern wird beschleunigt dadurch, daß der Steuerkolben a2 den Hebel
p noch weiter nach unten zieht und nunmehr die an diesem befestigte Steuerstange
d3 das durch Feder f3 in Schließstellung gehaltene Stoß- bzw. Schnellschlußventil
v9 öffnet, wodurch die im Raum Dl vorhandene Flüssigkeit mit der Atmosphäre in Verbindung
tritt. Um zu verhindern, daß Druckausgleich zwischen dem Raum D2 und D, durch rlo,
r9 und r, erfolgt, ist in r, ein Rückschlagventil t eingebaut, welches den Durchgang
verhindert. Damit wird der volle Überdruck in D2 wirksam, der Kolben gleitet rasch
abwärts. Um die Schnelligkeit des Schließens regeln zu können, ist am Rückschlagventil
t eine Umgehungsleitung r3 mit Ventil v8 vorgesehen, durch welches die Druckdifferenz
zwischenDl undD2 beim Schließen beschränkt werden kann.
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Die Möglichkeit, daß beim Schließen das Ventil v, durch die Kurvenscheibe
C geöffnet wird, scheidet dadurch aus, daß die Kurvenscheibe C, wie Abb. 3 zeigt,
mit Zähnen u verbunden ist, in die mit Scheibe w und Hebel l
verbundene
Federn F so eingreifen, daß die Kurvenscheibe C nur beim Öffnen mitgenommen wird.
Die Kurvenscheibe C ist also als Ratsche ausgebildet.
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Kommt nun der Kolben K beim Schließen in die Nähe der Endst&#lung,
so wird :die Einmündung der Rohrleitung r, in den Kraftzylinder Z allmählich mehr
und mehr und schließlich ganz durch den Kolben K verdeckt. Gleichzeitig wird bei
Schließen durch Rohrbruch oder Stillsetzen .der Pumpe das Ventil v9 wieder geschlossen,
da dadurch, daß der Schieberkeil S die Rohrleitung R schon fast verschließt, der
Druck auf einer Seite wieder auf den statischen Druck anwächst und der Steuerkolben
g die Rohrleitung r3, r8 stets mit der Plus-Druckseite verbindet, der, Steuerkolbena2angehobenwird.
DerZylinderraumD2
ist nunmehr durch das Ventil v, der Zylinderraum
D1 durch das Ventil v4 mit der Plus-Druckseite verbünden, da jedoch der Zylinderraum
D, durch das Ventil v, gleichzeitig mit der Minus-Druckseite verbunden ist, stellt
sich, je nach dem Verhältnis der Durchlaßqu.erschnitte der Ventile v4 und v6, ein
mittlerer Druck ein, der beispielsweise 1,5 atü beträgt, während im Zylinderraum
D2 der statische Druck von 3;r atü herrscht, so daß 3,1 -1 ,5 = 1,6 atü als Schließdruck
vorbanden sind; damit ergibt sich, däß der Schließdruck stets so bemessen werden
kann, daß er den Sdhieberkeil mit keinem höheren Druck anpreßt als denjenigen, der
erforderlich ist, um beim Öffnen den Keil wieder zu lösen.
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Zusammenfassend ergibt sich bei der selbsttätigen Steuerung ein Funktionsverlauf;
der durch Abb. z erläutert wird: I. Pumpe wird bei geschlossenem Absperrorgan eingeschaltet.
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II. Manometrischer Förderdruck der Pumpe überschreitet den normalen
Betriebsdruck um i/2 atü und öffnet Ventil v,; Kraftkolben öffnet das Rohrabsperrorgan.
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III. Manometrischer Druck sinkt wieder, so daß Ventil v, schließen
würde, wenn es nicht weiter durch Kurvenscheibe C und Hebel H offen gehalten würde.
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IV. Nocke h des Hebels H fällt in Raste der Kurvenscheibe, so daß
Ventil v3 schließt. Öffnungsvorgang beendet.
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V. Pumpe wird stillgesetzt, oder Rohrbruch tritt ein. Druck fällt.
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VI. . Verklinkung wird durch Steuerkolben a2 gelöst. Kolben schließt
Absperrorgan durch Eigengewicht. Druck fällt-weiter.
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VII. Steuerkolben a2 öffnet Ventil v3. Kolben schließt Absperrorgan
schneller durch Eigengewicht + Kraftwirkung.
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VIII. Druckwelle keshrt zurück, Ventil v9 schließt wieder, Kolben
-schließt in Beschränkung des Aus.laßquerschnitts auf v, Absperrorgan wieder langsamer.
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IX. Schließvorgang beendet. Kolben preßt durchDruckdifferenz zwischen
D, und D2Absperrorgan fest zu.
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b. Willkürliche Steuerung Willkürliches Öffnen oder Schließen ist
möglich, indem man von Hand den Hebeil.H anhebt bzw. den Hebel p niederdrückt. Um
jedoch nicht nur auf Bedienung am Ort angewiesen zu sein, sind zum Zwecke der Fernbetätigung
die Elektrornagnete j111, J112, M3 vorgesehen. Um ferner den Kraftkolben das Absperrorgan
nur teilweise öffnen oder schließen zu lassen, ist. vorgesehen, daß die Stange
n mit. mehreren Zähnen z versehen wird, so daß beispielsweise das
Absperrorgan 1/1o, 1/;" 2/5, s/5 und 5/5 geöffnet wenden kann. Ferner ist für diesen
Zweck vorgesehen, daß die Kurvenbahn c außer Wirkung gestellt werden kann, indem
der Nocken h des um i auch seitlich schwenkbaren Hebels H durch den Elektromagneten
M2 auf die in Abb. 3 erkenntliche kurvenlose Bahn c1 gezogen wird. Das Öffnen geht
in diesem Falle wie folgt vor sich: Durch Kontaktgabe erhalten die Magnete M, und
1172 Strom. M1 lüftet Ventil v3,1112 zieht Hebel H seitlich, um Kurvenbahn c außer
Betrieb zu setzen.
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Das öffnen erfolgt so lange, als Kontaktgabe erfolgt. Die Zähne
z bewegen den Hebel p jedoch nicht so weit, daß das Ventil v, öffnet. An
den Hebel p ist ein Stab x angelenkt, der einen Kontakt y so betätigt, daß
beim Zurückfallen des Hebels p in den Zahnfuß .derZähne z der Kontakt geöffnet,
hingegen beim Bewegen des Hebels p nach dem Zahnkopf zu der Kontakt geschlossen
wird. Die jeweilige Kontaktgabe kann auf bekannte Weise zur Fernstellungsanzeige
benutzt werden, indem jede Kontaktunterbrechung die Erreichung der 1/1o-; 1/5-,
2/5-, 3/s- oder 5/5-Öffnung bedeutet.
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Beim Schließen wird in gleicher Weise der Elektromaignet M3 betätigt,
hierdurch wird die Verklinkung gelöst und das Stoßventil v9 geöffnet, worauf das
Schließen des Absperrorgans beginnt. Durch Stab x und Kontakt y erfolgt dabei auf
gleiche Weise wie beim Öffnen eine zur Stellungsanzeige geeignete Kontaktgäbe.
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In gleicher Weise wie der vorbeschriebene Kraftkolben einen Schieberkeil
s betätigt, kann er auch einem sogenannten Ringschieber betätigen. Auch könnte bei
Abb. i beispielsweise, wie gestrichelt eingezeichnet, an Stelle der Zahnstange n
am Schieberkeil s eine Zabnstan:ge z1 befestigt sein; in die ein Zahnritzel z2 eingreift,
welches eine nach außen geführte Welle Ei dreht, auf welcher die Kurvenscheibe C
befestigt ist, die die gleichen vorbeschriebenen Funktionen erfüllt. Ebenso kann
auf der Welle Ei ein Zahnsegment befestigt sein: