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Nebenauslaßvorrichtung für Pumpenförderleitnngen Die Erfindung bezieht
sich auf eine Nebenauslaßvorrichtung für Pumperiförderleitungen mit einem in einen
Leitungsabzweig eingeschalteten und vorzugsweise als Ringkolbenschieber ausgebildeten
Auslaßorgan, das durch einen druckmittelbetriebenen Servomotor mit Differentialkolben
gesteuert wird, dessen kleinere Kolbenseite dauernd belastet ist und dessen größere
Kolbenseite abwechselnd durch Ausblasen entlastet und durch Absperren wieder belastet
wird.
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In Pumpendruckleitungen können beispielsweise beim plötzlichen Abschalten
der Pumpe, wie es auch unbeabsichtigter w` etwa infolge plötzlichen Ausbleibens
der Antriebskraft (z. B. Unterbrechung der Stromzufuhr elektrisch betriebener Pumpen)
eintreten kann, oder aus anderen Gründen beträchtliche Druckstöße entstehen, die
Schäden an der Leitung oder an der Anlage herbeiführen. Überdruck- oder Sicherheitsventile
schützen dagegen nicht befriedigend. Sie können erst dann arbeiten, wenn die Reaktion
in der Förderflüssigkeit schon eingesetzt hat, und ihr Öffnen kann durch Hemmungen
(zu große Reibung, Verschmutzung usw.) beeinträchtigt oder verhindert werden. Man
sucht daher' die Aufgabe neuerdings durch mit gesteuerten Auslaßorganen ausgerüstete
Nebenauslässe zu lösen.
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Bei einer bekannten Vorrichtung der oben erläuterten Art bilden der
Ringkolbenschieber und sein Gehäuse eine Einheil, die infolge Zusammenwirkens des
Schiebers mit dem Ringraum zwischen dem inneren und äußeren Gehäuse als Auslaßorgan
sowie infolge Zusammenwirkens des als Differentialkolben ausgebildeten Schiebers
mit dem Innenraum des inneren Gehäuses als Servomotor wirkt. Die Einheit wird mittels
der aus der Pumpendruckleitung in deren Abzweig übertretenden Förderflüssigkeit
betrieben, und zwar derart, daß der Ringkolbenschieber sich selbsttätig öffnet,
sobald seine größere Kolbenseite durch Ausblasen entlastet wird.
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Bei der bekännten Vorrichtung wird die
Förderflüssigkeit
auch zum Schließen des Auslaßorgans benutzt. Dabei muß der auf die Schieberstirnseite
wirkende Druck der Förderflüssigkeit als Gegendruck überwunden «erden, so daß das
Schließen gro13eKräft erfordert. Die Gesamtarbeitsweise ist wegen ihrer @,bhängigkeit
von den Druckverhältnissen des Betriebsmittels (der Pumpenförderflüssigkeit) ungleichmäßig
und unsicher.
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Die Betriebsunsicherheit erhöht sich weiterhin dadurch, daß die bekannte
Nebenauslaßvorrichtung, ebenso wie Überdruck- oder Sicherheitsventile, nur dann
zu arbeiten vermögen, wenn sie frei von Hemmungen sind. An Einrichtungen, die verhältnismäßig
selten, oft nur im Gefahrfalle, in Wirkung zu treten haben, kommen Hemmunen (erhöhte
Reibungswiderstände infolge' von Temperaturänderungen, im Laufe der Jahre eintretende
Verschmutzung der, Steuerteile oder des Auslallorgans selbst usw.) häufig vor. Versabt
aber die Schutzeinrichtung, so steigt der Druck in der Pumpenförderleitung, und
die Stöße, die verhindert werden sollen, entstehen, bevor das Auslaßorgan sich öffnet.
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Gemäß der Erfindung werden die Mängel dadurch beseitigt, daß beide
Kolbenseiten bzw. Kolben des Servomotors mit einer von den Druckschwankungen der
Förderflüssigkeit unabhängigen Druckmittelquelle verbänden sind, in deren Zuflußleitung
zu der Entlastungsvorrichtung für den größeren Servomotorkolben ein hydraulisches
Relais eingebaut ist, das von dem Pumpenantrieb eingeschaltet und von dem N ebenauslaßorgan
ausgeschaltet wird.
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Das von den Druckschwankungen der Förderflüssigkeit unabhängige Druckmittel
kann irgendwelches Wasser sein, das gesondert auf die gewü*schte Pressung gebracht
wird, oder es kann Drucköl sein, das zwar der Kosten wegen für die Regelfälle nicht
in Betracht kommen mag, sich aber in Sonderfällen mit Vorteil benutzen läßt. Wählt
man Druckwasser, so harn dieses auch der Pumpenförderleitung entnommen werden, jedoch
nur an einer Stelle, an der die zu bekämpfenden Druckschwankungen nicht oder nur
in geringem Maße auftreten.
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Mit dem unabhängigen Druckmittel zum Steuern des Auslaßorgans wird
zunächst der Vorteil erreicht, daß man einmal durch die Wahl einer entsprechenden
Druckhöhe und zweitens infolge der Sicherheit, daß die gezählte Pressung stets vorhanden
ist, alle störenden Hemmungen zuverlässig überwindet. Weiterhin bietet das unabhängige
Druckmittel die Möglichkeit, seinen Durchfluß durch die Steuerräume (insbesondere
die Leitungen) mittels Drosselung u. dgl. so zu regeln, daß :ich die zweckmäßigsten
Arbeitszeiten, namentlich die Öffnungs- und Schlielzeiten rles Auslaßorgans, innerhalb
Zweiter Grenzen einstellen lassen.
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Mit dem Einbau eines die Entlastungsvorrichtung für den größeren Servomotorkolben
steuernden hydraulischen Relais, das von dem Pumpenantrieb eingeschaltet und von
dem Nebenauslaßorgan ausgeschaltet wird, in die finit konstantem Druck arbeitende
Stz#ttere,nrichtung erzielt man die erreichbar vollkommenste Begrenzung jedes Auslal;iorganspiels
derart, daß, es schon in dem Augenblick eingegleitet wird, in dem die Ursache für
den Gefahrzustand eintritt, und erst in dem Augenblick beendet wird, in dein die
Gefahr durch die Ableitung einer genügend großen Förderflüssigkeitsmenge bzw. durch
Beeinflussung der reflektierten Überdruckwelle an einem beliebigen Punkt der Förderleitung
beseitigt ist.
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Die Einschaltung des hydraulischen Relais durch den Pumpenantrieb
ist besonders wertvoll, weil damit der Öffnungszeitpunkt dein Bekannten gegenüber
so weit vorverlegt ist, daß mit einer bisher nicht erreichbar ge«-esenen Sicherheit
Druckstöße in der Förderleitung verhindert bzw. Überdrucl"c-ellen schon am Entstehungsort
beeinflußt oder vernichtet werden. Der Gegenstand der Erfindung zeichnet sich hiernach
bei weit überlegener Betriebssicherheit durch eine- erheblich größere Schutzwirkung
aus. Dr neue Nebenauslaß bildet ein hemmungsunabhä ngiges Organ, das nach der Einleitung
der Öffnungsbewegung sich unbeeinflußt von den Vorgängen in der Förderleitung in
einer im "Leitverlauf vorausbestimmten Weise voll öfnet und wieder schließt.
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Versuche an einer 6,8 km langen Punipendruckleitung mit
350 mm Durchmesser und einem statischen Druck von ungefähr 81/2 atii hatten
folgendes Ergebnis. Beim Abschalten der Pumpe ohne Zuhilfenahme der N ebenauslaßvorrichtung
ergaben sich bei einer sekundlichen Durchflußmenge von 5o Litern: eine erste Druckspitze
von .13 atü, eine zweite von etwa io,:2 atü, eine dritte von 9,5 atü usw., bis sich
nach ungefähr 7 Minuten der statische Druck allmählich eingependelt hatte. Bei der
gleichen Durchflußmenge und unter Abschalten der Pumpe mit Benutzung der Nebenauslaßvorrichtung
zeigte sich überhaupt keine Druckspitze, sondern zunächst ein Druckabfall auf 5
atü, dann ein Anstieg auf 8 atü und ein Abfall auf 61/2 atü mit anschließendem kurzem
Einpendeln 111 den statischen Druck. Versuche finit anderen Durchflußmengen führten
zu entsprechenden Ergebnissen.
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Bei elektrisch angetriebenen Pumpen wird man die Nebenauslaßvorrichtung
unter den
Einfluß des Betriebsstromes des Pumpenmotors setzen, d.
h. mit diesem Strom das hydraulische Relais für die Entlastungsvorrichtung für den
größeren Kolben des Servomotors einschalten. Bei in anderer Weise z. B. durch eine
Dampfturbine angetrieben 'n Pumpen kann man zur Einschaltung des Relais einen Hilfsströmkreis
benutzen, der sich mit dem Abschalten der Pumpe selbsttätig öffnet. jedenfalls wird
die Anordnung so getroffen, daß die Vorrichtung bei dem Ausbleiben des Stromes unverzüglich
voll in Wirkung tritt und völlig selbsttätig arbeitet.
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Die Erfindung ist durch die Zeichnung beispielsweise erläutert. Es
zeigen Abb. i eine den allgemeinen Aufbau der Einrichtung veranschaulichende Darstellung,
Abb. 2 und 3 je ein schematisches Bild der beiden Hauptstellungen.
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Der im Gehäuse i steckende Ringkolben-.schieber 5 ist als bloße Absperrvorrichtung
ausgebildet, unter der die bei 2 starr verbundenen Zylinder 3' und :a.' des
Servomotors mit den gleichfalls starr gekuppelten Kolben 3 (größerer) und d. (kleinerer),
in deren Kuppelstange ein Kurbelgestänge6 für den Schieber 5 eingreift, angedeutet
sind.
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Der kleinere Zylinder 4' ist durch eine Leitung 32' mit Drosselventil
32 und durch einen Umgang mit Drosselventil 26 nebst einem nur zum Zylinder q.'
öffnenden Rückschlagventil 27 an die das unabhängige Druckmittel zuführende Rohrleitung
25 angeschlossen. Der Zu- und Abfluß des Zylinders d' können also je für sich geregelt
werden. Der größere Zylinder 3' empfängt das Druckmittel durch eine Zweigleitung
2q. mit Drosselventil 33 und steht in offener Verbindung mit der Entlastungsvorrichtung
8-8', die ein AblaBrohr 8" öffnet oder schließt. Das Ablaßv entil 8 ist mit einer
Balgmembran 1g verbunden, die das Ventil hebt, wenn sie mit dem Druckmittel gefüllt
ist, während sonst eine auf die Membran drückende Feder 23 das Ventil 8 auf seinen
Sitz drückt. Das Druckmittel tritt durch eine Leitung 2o mit Drosselventil 2ö in
die Membran 1g ein und wird aus dieser durch ein nahe der Membrandecke beginnendes
Rohr 21 mit Drosselventil 22 abgeleitet. Die Balgmembran ig_wird also dauernd annähernd
-gefüllt gehalten und läßt sich daher durch eine ungefähr gleichbleibende geringe
Druckmittelmenge sehr rasch spannen.
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Ein ein Drosselventil 7" enthaltender Abzweig 7' der Hauptleitung
25 leitet das unabhängige Druckmittel zu dem hydraulischen Relais, das ein durch
eine Feder 1o o. dgl. auf Schließen belastetes, die Entlastungsvorrichtung 8-8'-8"
für den größeren Kolben 3 des Servomotors 3'-d.' steuerndes Ventil 7 aufweist, von
dem aus die Leitung 2o zur Balgmembran i g führt. Die Spindel 16 des Veniils 7 ist
bei 15 mit Spielraum an einem bei :3' drehbaren zweiarmigen Hebel 13 aufgehängt,
der durch eine Feder 14 o. dgl. auf Offnen des Ventils 7 belastet ist. Während des
Regelbetriebes der Pumpe ruht auf dem Relaishebel 13 (beispielsweise sein Ende übergreifend)
eine durch eine Feder29 0. dgl. gehaltene Klinke g.
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In einen bei laufender Pumpe geschlossenen, und bei zum Stillstand
kommender Pumpe offenen Stromkreis (siehe auch Abb. 2 und 3) ist ein Elektromagnet
i i o. dgl. eingeschaltet, dem als Anker ein auf die Relaisklinke 9 wirkendes Gesperre
oder ein Teil eines solchen zugeordnet ist. Gemäß dem Beispiel hängt an einem Solenoid
i i ein Gewichtshebel 12, der um einen Festpunkt drehbar ist und im Bereich der
Klinke 9 einen nur nach einer Seite knickbaren Auslösearm 28 aufweist.
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Der zweite Arm des Relaishebels 13 greift mit einer Rolle 30 o. dgl.
in die Schleife 17' eines mit dem Kurbeltrieb 6 für den Ringkolbenschieber 5 verbundenen
Freilaufgestänges 17, 17', 18. Die Stange 17 enthält außer der Schleife 17' ein
Spannschloß 31 oder ein gleichwertiges Hilfsmittel zum genauen Einstellen der Stangenlänge.
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Die Wirkungsweise, der Vorrichtung ist folgende.
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Während des Regelbetriebes der Pumpe stehen beide Kolben 3 und .4
des Servomotors 3', 4.' gemäß Abb. i und 2 dauernd unter der Wirkung des über 25
und 2.4 bzw. 32' zugeleiteten unabhängigen Druckmittels, und der größere Kolben
3 hält das Auslaßorgan 5 geschlossen. Wird jetzt die Pumpe abgeschaltet, so läßt
der stromlos werdende Elektromagnet i i den Gewichtshebel 12 fallen, und dessen
beim Sinken des Gewichtes 12 nicht einknickender Auslösearm 28 streift die Klinke
g von dem Relaishebel 13 ab. Dieser wird frei und öffnet unter dem Einfluß der Feder
14. das Ventil 7.
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Das über 25-7'-7" .ankommende Druckmittel fließt durch das Ventil
7 und die Leitung 2o in die Balgmembran 1g, streckt sie entgegen. der Wirkung der
Feder 23 und öffnet das Ventil 8. Aus dem größeren Zylinder 3' strömt das
Druckmittel durch die Leitung 8" ab. Der kleinere Kolben .4 kann den geringen Gegendruck
des Kolbens 3 überwinden, und beide Kolben wandern aus der Stellung nach Abb. i
und 2 in die nach Abb. 3 und öffnen das Auslaßorgan 5. Die Zeit vom Stromloswerden
des Elektromagneten i i bis zum Öffnungsbeginn wird den jeweiligen Betriebsbedingungen
entsprechend gewählt und mittels des Drosselventils 2o' eingestellt. Demselben Zweck
dient ein Spiel des Ventilspindelkopfes
gegen die Membrandecke,
die die Spindel des Ventils 8 nicht sofort anliebt.
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Bei offenem Auslaßorgan 5 entweicht eine ausreichende Menge Förderflüssigkeit
aus der Pumpendruckleitung, bevor die rückkehrende Druckwelle einen Stoß ausüben
kann.
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Während des (Öffnungshubes der Servomotorkolben 3 und q. hebt der
Kurbelarm 18 die Stange 17, deren Länge mit dem Spannschloß 31 so eingestellt ist,
daß kurz vor der vollen Offenstellung des Auslaßorgans 5 die Schleife 17' den Zapfen
oder die Rolle 30 mitnimmt und das Relaisventil ? durch Heraufschwenken des Hebels
13 schließt. Der zweite Arm des Hebels 13 senkt sich dabei unter Verdrängung der
Klinke 9, die aber dann von ihrer Feder 29 zurückgeholt wird, um die Schließstellung
des Ventils 7 wieder zu sichern.
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Bei geschlossenem Ventil ? fließt aus der Membran i9 der Druckmittelüberschuß
durch das Rohr 21 gemäß der Einstellung des Drosselventils 22 ab, und in entsprechender
Zeit schließt die Feder 23 das Ventil 8; der größere Zylinder 3' des Servomotors
3'--' ist wieder abgesperrt. Der größere Kolben 3 überwindet den Gegendruck des
kleineren Kolbens d, bringt also das Auslaßorgan 5 und die Steuerteile in die Ausgangsstellung
nach Abb. i und 2 zurück, wobei das aus dem Zylinder d. kommende Druckmittel seinen
Weg über 32' und 32 nehmen muß.
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Der für den Pumpenregelbetrieb erforderlicheZustand istwiederhergestellt,
doch h.atdas Gesperre 9, 12, 28 noch die in Abb. 3 angegebene Stellung. Sobald aber
die Pumpe wieder angelassen und damit der Elektromagnet i i erregt wird, zieht dieser
den Hebel i2-28 an, wobei der einseitig knickbare Arm 28 tvirkungslos über die Klinke
9 hinweggeht, »um in die Stellung nach Abb. i oder 2 zurückzukehren. Jedes Spiel
des Auslaßorgans 5 wird selbsttätig eingeleitet und selbsttätig wieder bis zur vollen
Betriebsbereitschaft abgeschlossen.