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Verfahren und Vorrichtung zur Stoßdämpfung in der Druck- oder Saugleitung
von Kolbenpumpen Zur Stoßdämpfung in der Druckleitung von Kalbenpumpen ist es bekannt,
im Druckwindkessel einen Schwimmer anzuordnen, der den Luftverzehr verhüten soll.
Die Stoßdämpfung mit Hilfe eines Luftpolsters hat aber den Nachteil, daß jeweils
beim Hubwechsel des. Pumpenkolbens und der damit verbundenen Drucksenkung in der
Speiselelitung eine entsprechende Entspannung des Luftpolsters @im Druckwindlkessel
eintritt, so daß der Kolben beim Beginn, jedes neuen Hubes zunächst durchschlägt,
bis das Luftpolster im Druckwindkessel wieder seinen vor dem Hubwechsel vorhanden
gewesenen Druck erreicht. Die sich daraus ergebende ungleichmäßige Arbeitsweise
der Pumpe wirkt sich natüzlich nachteilig auf deren Betrieb, aus.
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Es ist zwar eine Stoßdämpfungsanoränung bekannt, wobei in einem an
die Druckleitung angezweigten Ausgleichgefäß ein Kolben, der auf der einen Seite
aus der Druckleitung beaufschlagt und auf seiner anderen Seite von der durch ein
Rückschlagventil gesteuertenDruckflüssigkeit als Gegenkraft
beeinflußt
wird, vorgesehen ist, so daß beim jeweiligen Hubwechsel des Pumpenkolbens der Druck
im Ausgleichgefäß nur wenig die Höhe des Druckes .in der Speiseleitung unterschreitet,
also das vorerwähnte Durchschlagen des Kolbens bei Beginn jedes neuen Hubes wesentlich
herabgemindert ist.
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Nach der Erfindung wird nun die Stoßdämpfung in einer Weise durchgeführt,
die den Druck im Ausgleichgefäß ständig, also auch im Anschluß an jeden Kolbenhubwechsel,
auf der Höhe des Speiseleitungsdruckes hält, so daß ein ganz gleichmäßiger Betrieb
der Kolbenpumpe gewährleistet ist. Zu diesem Zweck wird bei dem Verfahren nach der
Erfindung in einem an die Druck- undioder Saugleitung angezweigten Ausgleichgefäß
durch Wärmezufuhr von außen her ein # Dampfkisisen über der Förderflüssigkeit, und
zwar entwedler aus dieser selbst oder aus einer darüberstehenden Hilfsflüssigkeit,
gebildet. Sinkt nun beim Kolbenhuhwechsel der- Flüssigkeitsspiegel im Au-sgleichgefäß
und damit der darüberstehende Druck, so ergänzt sich das Dampfkissen: ohne weiteres
auf Grund. der gleichbleibenden Wärmezufuhr infolge des sich aus dem var'hergelvenden
Druckabfall ergebenden Wärmeüberschusses. Reicht die dem Ausgleichgefäß zur Dampfkissenbilldhzng
zuzuführende Wärme nicht aus, um aus der Förderflüssigkeit selbst ein Dampfkissen
solchen Druckes zu erzeugen, der die erforderliche gleiche Höhe wie der Druck in.
der Speiseleitung hat, so wird nicht die Förderflüssigkeit selbst, sondern eine
darüberstehende Hilfsflüssigceit, die -bei ihrer Dampfbildung den erforderlichen
Druck erzeugt, also eine geringere Verdampfungstemperatur als die dem Speisedruck
entsprechende Temperatur der Förderflüssigkeit hat, verdampft.
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Insbesondere bei Verwendung einer solchen Hilfsflüssigkeit, die spezifisch
schwerer als die Förderflüssigkeit ist, wird! nach der Erfindung vorgeschlagen,
das Ausgleichgefäß als aufwärts gerichteten freien. Schenkel .eines. nach Art eines
liegenden S geformten undi mit seinem abwärts gerichteten freiem Schenkel an -die
betreffende Pumpenleitung angeschlossenenRohres auszubilden, wobei die Hilfsflüssigkeit
nur in dem nach -unten geschlossenen U-Stück des S-Rohres steht. Zur Vermeidung
eines etwaigen Durchschlageis einer Hilfsflüssigkeit, die spezifisch leichter ist
als- die' Förderflüssigkeit, kann die gleiche Maßnahme selbstverständlich auch in
diesem Falle getroffen werden.
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Nach der Erfindung wird zweckmäßig die Wärmezufuhr auf den oberen
Bereich des Ausgleichgefäßes beschränkt, also die Eintauchtiefe der Wärmezufuhr
begrenzt mit Rücksicht auf eine Erhöhung der Kolbenhubzahl während des Betriebes
und zur Vermeidung eines Durchschlagens des Dampfkissens in die Pumpe. Kann die
Pumpe im einzelnen Falle nicht so langsam anlaufen, daß die Dampfkissenbildung während
des, Pumpenlaufes erfolgt, so wird, um das wie ein Windkessel wirkende Ausgleichgefäß
vor dem Anlauf der Pumpe auf den erforderlichen: Druck zu bringen, nach der Erfindung
vorgeschlagen, das Ausgleichgefäß vor Anlauf der Pumpe gegenüber der betreffenden
Pumpenleitung bis zur Bildung eines ausreichenden Dampfkissens abzusperren.
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Bei Dampfpumpen kann das Verfahren nach der Erfindung in verschiedener
Weise durchgeführt werden. Abgesehen von der Zuführung eines besonderen, also nicht
zum -Betrieb des Pumpend:ampfzylinders dienenden Dampfes oder der Wärmezufuhr mittels
Heizgasen oder, beispielsweise bei einer durch Elektromotor angetriebenen Pumpe,
mittels einer elektrischen Heizspirale kann nach der Erfindung der Pumpenantriebsdampf
in Hintereinander- oder Parallelschaltung zur Bildung des Dampfkissens benutzt werden(.
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Handelt es sich um eine Kesselspeisepumpe und soll der Dampf des betreffenden
Kessels zur Dampfkissenbild.ung im Ausgleichgefäß aus dem in den Kessel zu fördernden
Wasser selbst, d. h. also ohne darüberstehende Hilfsflüssigkeit, verwandt Nilerden,
so findet nach: der Erfindung der Pumpenantriebsdampf bei Hiutereinand@erschaltung
als Heißdampf vorher zur Dampfkissenbildung in dem an die Druckleitung angezweigten
Ausgleichgefäß Anwendung, so daß die Pumpe ohne Wärmeverlust, wie er sonst durch
Einspritzung eintreten müßte, mit Heißdämpf betrieben werden kann, also an der Pumpe
so niedrige Dampftemperaturen zur Verfügung stehen, wie sie für einen ölfreien.
Betrieb bei Sattdampf in Frage kommen. Andererseits ist - Heißdampf in diesem Falle
für die Dampfkissenbi:ldung im Ausgleichgefäß der Druckleitung erforderlich, da
der Dampf hier eine höhere Temperaturhaben muß, als. sie dem Sättigungsdruck entspricht.
Der Abdampf der Pumpe kann dann für die Beheizung des als Saugwindkessel wirkenden
Ausgleichgefäßes zur Druckregelung ausgenutzt werden.
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Mit der Erfindung wird ferner eine Kolbenpumpenanlage zur Durchführung
des vorstehend angegebenen Verfahrens -vorgeschlagen, wobei im mittleren. Bereich.
dies Ausgleichgefäßes eine Vorrichtung-beispielsweise ein durchbrochenes Querblech
- zur Beruhigung des Flüssigkeitsspiegels bei Änderüng-der-Pumpenihubzahl angeordnet
ist, so daß eine Vernichtung des Dampfkissens bei einem Aufwallen des Flüssigkeitsspiegels
verfridert wird.
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Nach einer Ausführungsform der Kolbenpumpenanlage gemäß der Erfindung
ist in den abführenden Teil der das Dampfkissen bildenden Dampfleitung ein Ablaufventil
eingeschaltet, das bei Parallelschaltung des Dampfstromes zur Erhöhung dies Dampfdurchganges
und zur Beschleunigung der Dampfkissenbildun.g im Ausgleichgefäß wie überhaupt zur
Erzeugung jedes beliebigen gerade erforderlichen Dampfkissens während des Betriebes
durch. Erhöhung oder Verminderung der Dampfzufuhr dient und damit die ganze Anlage
in ihrer Arbeitsrvpise weitestgehend, elastisch gestaltet. Außerdem kann an das
Ablaufventil des Ausgleichgefäßes der Druckleitung die Dampfzuführung für
das
Ausgleicbgefäß der Saugleitung angeschlossen werden, so daß der Dampf dann also
beide Ausgleichgefäße hintereinander durchläuft.
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Nach einer weiteren. Ausführungsform der Kolbenpumpenanlage gemäß
der Erfindung ist in den oberen Bereich des stehend angeordneten Ausgleich,gefäßes
eine Dampfschlange eingesetzt.
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Nach einer anderen Ausführungsform gemäß der Erfindung ist das Ausgleichgefäß
liegend angeordnet und mit einer axial hindurchgehenden Dampfschlange versehen.
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Wiederum nach einer anderen Ausführungsform gemäß der Erfindung ist
das Ausgleichsgefäß als in seinem oberen Bereich innerhalb- eines geschlossenen,
vom Dampf umströmten Behälters angeordnetes Steigrohr ausgebildet.
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Endlich ist nach einer Ausführungsform der Kolbenpumpenanlage zur
Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung zwischen Pumpenleitung und Ausgleicbgefäß
ein Absperrventil geschaltet, das zu der oben angegebenen, unter Umständen erforderlichen
Absperrung des Ausgleichgefäßes gegenüber der Pumpe vor deren Anlauf bis zur Bildung
eines ausreichenden Dampfkissens dient.
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In der Zeichnung ist die Erfindung an drei Ausführungsbeispielen veranschaulicht,
und zwar zeigt Abb. i eine Dampf kolbenpumpenanlage in Seitenansicht mit an die
Druckleitung angezweigtem Ausgleichgefäß im Längsschnitt, Abb. 2 ein liegend angeordnetes
Ausgleichgefäß im Längsschnitt und Abb. 3 eine weitere Ausführungsform eines Ausgleichgefäßes
im Längsschnitt.
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An die Druckleitung i (Abt. i) der schwurgradlosen Dampfpumpe 2 ist
unter Zwischenschaltung eines Absperrventils 3 ein seitlich und an. seinem Deckel
4 isoliertes Aus.gleichgefäß 5 angezweigt. Durch den Deckel 4 ist eine Dampfschlange
6, die sieh nur über den oberen Bereich des Ausgleich gefäßeserstreckt, eingeführt.
Im mittleren Bereich des Ausgleichgefäßes ist ein kegelförmiges; mit Durchbrechungen
7 versehenes Blech 8, das sich ringsum an die Gefäßwandung anschließt, angeordnet.
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Die Dampfzuführung zur Dampfschlange 6 und zum Pumpendampfzylinder
9 sei an. Hand der nachstehenden verschiedenen Dampfführungsmöglicbkeiten erläutert:
Sollen die Dampfschlange 6 und der Pumpendampfzylinder 9 mit verschiedenem Dampf
betrieben werden, so erfolgt die Dampfzuführung zur Dampfschlange 6 durch die Leitung
io über das geöffnete Ventil i i bei geschlossenem Ventil 12 in die Dampfschlange
6 und die Dampfabführung bei geschlossenem Ventil 13 durch das geöffnet"-, Ventil
14 und die Dampf abfüh rungsleitung 15. Die Dampfzuführung zum Pumpendampfzylinder
9 erfolgt durch die Dampfzuführun@gsleitung 16 über die Zweigleitung 17 und das
geöffnete Ventil 18. Dieser Fall des Betriebes der Dampfschlange 6 mit einem besonderen
Dampf kommt z. B., ohne daß dann. eine Hilfsflüssigkeit zur Dampfkissenbildung erforderlich
wäre, dann in Frage, wenn: bei einer Kesselspeise-pumpe aus einem fremden Kessel
Sattrlampf von höherem Druck als demjenigen der Speiseleitung zur Verfügung steht,
so daß dann also keine Überhitzung des. Pumpenkesseldampfes für de ordnungsgemäßem
Betrieb des, Ausgleichgefäßes erforderlich wäre.
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Solden. die Dampfschlange 6 und der Pumpendampfzylinder 9 mit demselben
Dampf betrieben werden, und zwar in Hintereinanderschaltung, so erfolgt die Dampfzuführung
durch die Leitung 16 bei geschlossenen Ventilen i i und 18 über das geöffnete Ventil
12, d!ie Dampfschlange 6 und das geöffnete Ventil 13 zum Pumpendampfzylinder 9,
wobei, wenn eine raschere Dampfkissenbildung bei Beginn oder eine erhöhte Dampfkissenbildung
während dies Betriebes im Ausgleichgefäß 5 b°-wünscht wird, dadurch mehr Dampf durch
d;."-P-Dampfschlange 6 geschickt werden kann, daß bei entsprechend geöffnetem Ventil
14 eine teilweise Ableitung des Dampfes- vor dem Pumpendampfzylirnder 9 erfolgt.
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Sollen endlich die Dampfschlange 6 und der Pumpendampfzylinder 9 zwar
mit dem gl-eic@°n Ausgangsdampf, aber in Parallelschaltung betrieben werden, so
wird der Dampf von, der Zuführungsleitung z6 bei geschlossenen VentiLlen i i und
13 zum einen: Teil über das geöffnete Ventil 1 2 in die Dampfschlange 6 geleitet
und über das geöffnete Ventil 14 und die Leitung 15 abgeleitet, zum anderen Teil
über die Z«-eigleitung 17 und. das geöffnete Ventil i8 zum Pumpendampfzylindle-r
9 geführt, wobei wiederum durch entsprechende Einstellung der Ventile 12 und 18
die zur jeweiligen zeit- bzw. mengenmäßigen Dampfkissenhildung erforderliche Dampfmenge,
die die Dampfschlange 6 durchströmen muß, eingeregelt werden kann.
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Bei Inbetriebnahme der Anlage wird zum Erzeugen, des Dampfkissens
der Flüssigkeitsstand in dem Ausgleichgefäß 5 gegebenenfalls durch Absperrung des
Ventils 3 an Hand des an die beiden. Stutzen i9, 2ö anzuschließenden Flüssigkeitsanzeigers
so eingestellt, daß die Dampfschlange 6 etwa zur Hälfte in die Flüssigkeit eintaucht.
Bei geöffnetem Lufthahn 21 findet dann die Dampfeinleitunig .in die Dampfschlange
6 statt. Sobald dann zum Zeichen der erfolgten Entlüftung Dampf durch den Lufthahn
21 entweicht, wird dieser geschlossen. Hat der mittels nicht dargestellten Druckmessers
zu beobachtende Druck des Dampfkissens die Höhe des Druckes in der Speiseleitung
i erreicht, so wird das Ventil 3 geöffnet, und die Pumpe kann dann sogleich flott
anlaufen. Handelt es sich um eine grundsätzlich langsam anlaufende Pumpe, so kann,
unter Fortfall des Ventils 3 die Dampfkissenbildung während- des Anlaufens, der
Pumpe erfolgen.
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Bie:i der Ausführungsform nach Abb. 2 ist durch Waagerechtlegen des
Ausgleichgefäßes 22 eine große ausdampfende Oberfläche erzielt, um das Dampfkissen
möglichst rasch zu erzeugen und die Druckschwankungen während des Betriebes so gering
wie
möglich zu halten. Die Dampfschlange 23 erstreckt sich axial
durch das allseitig isolierte Ausgleichgefäß. Obwohl auch hier die Flüssigkeit in
der Regel so hoch im Ausgile@ichgefäß 22 stehen soll, daß die Dampfschlange 23 zur
Hälfte darin eintaucht, ist zur Vermeidung eines Durchschlageis des Dampfkissens,
bei Erhöhung der Pumpenhubzahl unten. an dem Ausgleichgefäß 22 ein, entsprechend
langes Übergangsstück 24 vorgesehen.
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Bei den beiden vorbeschriebenen Ausführungsformen. nach Abb. i und
2 steht der Flüssigkeitsdruck, der höher ist als der Dampfdruck, urmittelbar auf
der Wandung des Ausgleichgefäßes, so daß dieses mit entsprechend starken Wandungen
versehen sein muß. Um nun die Gefäßwandungen leichter ausführen zu können, ist bei
der Ausführungsform nach Abb. 3 das eigentliche Ausgleichgefäß als oben geschlossenes
Steigrohr 25 ausgebildet, das etwa zu zwei Drittel seiner Länge in einen Behälter
26 von unten her hineinragt und auf dieser Länge außen mit spiralförmig verlaufenden
Rippen 27, die bis an die Wandung des. Behälters 26 reichen, versehen. ist. Durch
den; Stutzen 28 wird Dampf zugeführt, der zwischen den spiralförmnigen Rippen 27
nach dem Austrittsstutzen 29 geleitet wird. Durch die abwärts gerichtete Führung
des Dampfes wird erreicht, daß sich am Boden des Behälters 26 nicht zuviel Kondensat
bildet, da dieses jeweils von dem unten austretenden Dampf mit fortgerissen wird.
Durch einen Stutzen 3o am Unterende des Steigrohres 25 ist ein bis nahe an die Decke
des Steigrohres reichendes Entlüftungsrohr 3 1 eingeführt. Auch bei dieser
Ausführungsform wird der Flüssigkeitsstand im Steigrohr 25 für den Regelfall auf
die halbe Höhe der spiralförmib--en Dampfführungsrippen 27 eingestellt. Der unten
aus dem Behälter 26 herausragende Teil des Steigrohres 25 dient wiederum dazu, ein
etwaiges Durchschlagen des Dampfkissens nach der Pumpenleitung i hin auf jeden Fall
zu verhüten.
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Bei der Ausführungsform nach Abb. 3 kann die Wandung des Ausgleichgefäßes
leichter gehalten werden als bei den Ausführungsformen nach den Abb. i und 2. Der
Dampf isoliert dabei gleichzeitig gegen eine Abkühlung des Dampfkissens aus. der
Förderflüssigkeit, da er außen herum auch auf einen Teil der in dem Steigrohr 25
stehenden. Flüssigkeit wirkt. Andererseits ist die Wärmeabgabe an die Flüssigkeit
zwecks Bildung und Erhaltung des Dampfkissens bei den Ausführungsformen nach Abb.
i und 2 intensiver, da der Dampf durch einen Teil der Förderflüssigkeit mittels
der Dampfschlange mitten hindurchgeleitet wird. Bei der Ausführungsform nach Abb.
3 können aber zusätzlich noch zwischen den Rippen 27 Dampfrohre, die das Steigrohr
25 durchqueren, eingesetzt werden, so daß der Dampf nicht nur um das Steigrohr 25
herum, sondern teilweise auch durch dieses hindurchstreicht, um möglichst viel Wärme
an die Flüssigkeit heranzubringen.
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Die in den drei Abbildungen wiedergegebenen Ausgleichgefäße können
selbstverständlich in gleicher Weise auch an die Pumpensaugleitung angezweigt werden.
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Kommt die Anwendung einer über der Förderflüssigkeit stehenden
Hilfsflüssigkeit in Frage, die spezifisch: leichter als die Förderflüssigkeit ist,
so wird diese zwecks Vermeidung eines etwaigen Durchschlageis nach der Pumpenleitung
hin. mengenmäßig so bemessen, daß sie nicht über den. Raum des eigentlichen Ausg'leichgefäßes
nach unten herausragt, wobei gegebenenfalls zwischen dieses und die Pumpenleitung
bzw. das Absperrventil 3 noch ein entsprechendes Rohrstück eingeschaltet ist, oder
es wird, wie es bei Verwendung einer Hilfsflüssigkeit, die spezifisch schwerer als
die Förderflüssigkeit ist, in jedem Falle erforderlich ist, das Ausgleichsgefäß
als aufwärts gerichteter freier Schenkel eines nach Art eines liegenden S geformten
und mit seinem abwärts gerichteten freien Schenleei an die betreffende Pumpenleitung
angeschlossenen Rohres ausgebildet, wobei die Hilfsflüssigkeit nur in dem nach unten
geschlossenen U-Stück des S-Roh.res steht, also dadurch ein Durchschlagen der Hilfsflüssigkeit
nach der Pumpenleitung verhindert wird..