WO2005116500A1 - Vorrichtung zur vermeidung von druckstössen in rohrleitungssystemen - Google Patents

Vorrichtung zur vermeidung von druckstössen in rohrleitungssystemen Download PDF

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WO2005116500A1
WO2005116500A1 PCT/DE2005/000967 DE2005000967W WO2005116500A1 WO 2005116500 A1 WO2005116500 A1 WO 2005116500A1 DE 2005000967 W DE2005000967 W DE 2005000967W WO 2005116500 A1 WO2005116500 A1 WO 2005116500A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pressure
valve
line
closing
hydraulic
Prior art date
Application number
PCT/DE2005/000967
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Günter Wickl
Andreas Dudlik
Alexander Apostolidis
Stefan SCHLÜTER
Horst-Michael Prasser
Original Assignee
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
Forschungszentrum Rossendorf E.V.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., Forschungszentrum Rossendorf E.V. filed Critical Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
Publication of WO2005116500A1 publication Critical patent/WO2005116500A1/de

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K47/00—Means in valves for absorbing fluid energy
    • F16K47/02—Means in valves for absorbing fluid energy for preventing water-hammer or noise
    • F16K47/023—Means in valves for absorbing fluid energy for preventing water-hammer or noise for preventing water-hammer, e.g. damping of the valve movement

Definitions

  • the present invention relates to a device for avoiding pressure surges when closing a valve in pipeline systems, which has a hydraulic mechanism which counteracts a closing movement of a closing rod of the valve above or below a specifiable pressure in the pipeline system.
  • shut-off or control fittings cause unsteady flows in fast closing processes in liquid-conveying pipelines, which are often accompanied by pressure surges and cavitation impacts.
  • the line pressure rises upstream of the shut-off valve, resulting in a pressure surge.
  • the line pressure drops on the downstream side of the shut-off valve. If the vapor pressure of the pumped medium is reached, a vapor bubble forms which then recondenses. This process is known as a cavitation blow.
  • the structure of the piping system is significantly stressed. If the calculation pressure is exceeded, the line can burst or seals and measuring technology can be destroyed.
  • Pressure surges on the plant side can be dampened by installing so-called wind boilers upstream of the shut-off valve.
  • These air tanks are closed containers connected to the piping system, some of which are filled with the medium to be pumped. There is a damping gas cushion above the liquid level.
  • the shut-off valve closes quickly, the installed wind boiler upstream of the shut-off valve absorbs additional pumping liquid and thus delays the braking of the liquid column. At the same time, part of the energy of the resulting pressure wave is dissipated through the compression of the gas volume in the wind chamber.
  • a disadvantage of this solution are the long downtimes, which are the result of complex conversion measures when retrofitting the Pipe system with such a device must be accepted, the need to comply with recurring test periods according to the Pressure Equipment Ordinance and a possible contamination of the pumped medium by absorbing the gas from the wind turbine.
  • Another disadvantage is that gas has to be added to the air boiler at regular intervals.
  • the extent of the pressure surges that occur when a shut-off valve is closed depends, among other things, on the closing time related to the line length.
  • Significant advances in data processing technology enable the use of another technology to avoid pressure surges. With the help of conventional calculation software, safe closing times are calculated for the respective pipeline system using fluidic simulations of the pipeline system.
  • a valve position-time curve determined in this way is then used to control the closing behavior of the shut-off valve with the aid of a positioning device in accordance with the calculated curve.
  • a pressure surge can be avoided in this way.
  • this technology requires reliable and cost-intensive mathematical recording of the individual piping system.
  • an electrical power supply for controlling the positioning device is necessary for the use of this technology. This leads to restrictions in use in potentially explosive areas.
  • DD-PS 201 041 describes a method for avoiding pressure surges during the flap closing Process known a shut-off valve, in which the line pressure is measured within the pipeline. If a predetermined maximum pressure is exceeded, the closing movement of the closing or throttle valve is interrupted using a pressure control device.
  • this method requires a high-frequency and at the same time very expensive measurement technology.
  • the rapid interplay between measurement technology and actuator control of the shut-off valve poses major challenges for operators with this method.
  • the pumped medium is diverted to a separate line section as soon as a predetermined critical pressure is exceeded.
  • a modification of this technique can be found in EP 0 685 053 B1, in which the supply and return lines are coupled in district heating lines, so that a pressure surge does not occur when a shut-off valve is closed.
  • a hydraulic brake is attached to the drive linkage of the shut-off valve, the brake cylinder of which is connected to the pipeline via a connecting line upstream or downstream of the shut-off valve.
  • the line pressure is used to actuate the hydraulic brake, which is applied to the drive shaft of the shut-off or throttle valve via a brake disc acts. If the pressure in the delivery line exceeds a critical value, the brake blocks the closing linkage and the flap closing movement comes to a standstill.
  • this device can cause air to accumulate in the brake line, reducing the effectiveness of the brake. Such accumulations of air are difficult to locate, so that special care and accuracy are required during assembly and maintenance of this device. Furthermore, dust and liquid films on the brake disc negatively affect the proper functioning of the brake.
  • the object of the present invention is to provide a device for avoiding pressure surges when closing a valve in pipeline systems, which can be implemented inexpensively and works reliably.
  • the present device for avoiding pressure surges when closing a valve in pipeline systems has a hydraulic mechanism which counteracts a closing movement of the closing rod of the valve above or below a predeterminable pressure in the pipeline system.
  • the Hydraulic mechanism comprises a conveying element mechanically connected to the closing linkage, which conveys hydraulic fluid via a hydraulic line into a receiving chamber by means of a closing movement of the closing linkage, wherein a valve which can be controlled hydraulically by the pressure in the piping system via a pulse line is arranged in the hydraulic line.
  • the impulse line is directly connected to the pipe system.
  • Pipeline pressure is controlled.
  • a pressure increase or pressure drop in the piping system is passed on via the impulse line to the valve in the hydraulic line, which closes when a certain maximum or minimum pressure is reached.
  • This valve is preferably a spring-loaded, hydraulically controlled pressure valve which is kept open in the stationary system state by the preferably variably adjustable spring force of a spring element arranged in the valve. If a pressure in the impulse line specified by the spring force is exceeded, the valve is closed against this spring force. As a result, the conveying movement of the conveying element is slowed down or stopped depending on the closed state of the valve in the hydraulic line. The mechanical connection of this conveying element with the closing linkage of the valve makes this slowdown or interruption of the Transfer movement directly to the locking rod and thus the closing movement of the valve.
  • the valve in the hydraulic line opens again, so that the conveying movement of the conveying element and thus the closing movement of the valve no resistance be opposed more.
  • the closing movement is thus continued.
  • the mechanical connection between the conveying element and the closing linkage of the fitting is a positive connection in the present device, wherein the conveying element can be connected to the closing linkage directly or via an additional connecting element.
  • This connecting element can also be a damping element, for example a spring.
  • the impulse line is in the present
  • the device is connected to the pipeline system either upstream of the shut-off valve (if a maximum pressure is specified) or downstream of the shut-off valve (if a minimum pressure is specified) as close as possible to this valve.
  • connection can be made by direct coupling or via an elastic separating membrane, through which the corresponding pressure changes can be passed on. If the impulse line is arranged upstream of the valve, the valve in the hydraulic line is closed
  • the pulse line is arranged downstream of the valve, the pressure in the pulse line the valve in the hydraulic line so that it closes when the specified minimum pressure is undershot.
  • Suitable hydraulically controllable valves are known to the person skilled in the art.
  • the present device manages without external auxiliary energy and without expensive, high-frequency measuring devices.
  • the operating principle of the device without an air tank, bladder accumulator and liquid diversions provides a safe and cost-effective technique for avoiding pressure surges in piping systems. Dispensing with the introduction of foreign gases to reduce pressure surges is particularly advantageous in the pharmaceutical industry, where contamination of the products being conveyed by foreign gases is extremely undesirable.
  • the shut-off device can nevertheless be closed within the shortest possible time without the design pressure in the pipeline upstream
  • the device does not require a brake system and brake disc, so that significantly reduced wear and greater reliability are achieved. Furthermore, much more compact sizes of the device can be realized.
  • the conveying element is a piston which is connected to the closing linkage via a piston rod and which is displaced in a guide housing by movement of the closing linkage.
  • the interior of the housing is divided into at least two opposite chambers sealed to one another, the volume ratio of which changes when the piston moves.
  • the direct contact between the medium and the impulse line can be interrupted by using an elastic separating membrane.
  • the function of the present device can optionally be activated or deactivated with the aid of a further valve attached to the impulse line.
  • FIG. 1 shows an embodiment of the present device in which the fitting of the piping system has a double drive Is provided.
  • the first drive unit 2 a piston 6 with a piston rod pretensioned by a spring 5, is used in the usual way for quick closing or opening the shut-off element 3 in the delivery line 4 of the piping system.
  • the present device adds the further drive unit 1, which in the same way is positively connected to the drive linkage 7 of the shut-off element 3.
  • This second drive unit 1 serves to generate a counterforce for the closing movement of the
  • FIG. 1 shows the connection of the present device via the drive unit 1 to the shut-off valve 2, 3, 7 in an enlarged view.
  • the product to be conveyed flows through the delivery line 4 in the direction of the arrow.
  • the shut-off valve can be opened again without any problems since the backward movement of the drive linkage 7 also causes the piston rod of the drive unit 1 withdrawn and the hydraulic fluid from the left chamber of the drive unit 1 is pressed into the right chamber.
  • the proper functioning of the device at higher operating pressures is ensured by a spring on valve 9 which can be varied in spring pressure. This can be set to the desired operating pressure in the product-demanding line 4.
  • a prerequisite for the valve to function properly is that the hydraulic line 10 and the pulse line 11 are completely vented. If the pumped medium has corrosive or abrasive properties, an elastic combustion membrane for pressure transmission can be integrated into the impulse line 11.
  • an additional valve 8 is arranged in the impulse line 11, with which it is possible to prevent the pressure transmission into the impulse line 11 and thus to prevent the valve 9 in the hydraulic line from closing.
  • the valve 3 works like a commercially available shut-off valve.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of the present device, in which an additional storage or compensation container 13 is provided.
  • the drive unit for the movement of the locking rod 7 of the shut-off valve 3 is not shown in this figure.
  • a drive unit 1 with a hydraulic piston 12 is positively connected to the piston rod Drive linkage 7 connected.
  • the product to be conveyed flows in the direction of the arrow through the conveying line 4 on which the shut-off device 3 is arranged.
  • the drive linkage 7 is set into a rotational or a lifting movement.
  • the piston rod 12 attached to the drive linkage 7 is moved into the cylinder housing during the closing process.
  • Hydraulic fluid emerges from the piston movement on the right-hand side and is supplied to the compensating container 13 in the hydraulic line 10 via the hydraulically pilot-controlled valve 9.
  • This line segment is structurally separate from the product-promoting line 4.
  • an elastic separating membrane 15 transmits the pressure rise occurring in the upstream pipeline section from the delivery line 4 into the impulse line 11 and above to the valve 9.
  • This has the task of keeping the hydraulic line 10 open at low pressure in the delivery line 4 and to close at critical pressure rise in the delivery line 4.
  • the valve 9 closes.
  • no further hydraulic fluid can escape from the cylinder housing of the drive unit 1 and the rotation of the drive linkage 7 is blocked. The closing movement of the shutoff member 3 is thus stopped.
  • the line pressure in the upstream part of the product-conveying line 4 then drops. If this falls below the value set on the valve 9, it opens again, hydraulic fluid can leave the cylinder housing of the drive unit 1 and the Closing continues. The processes described above may be repeated if the pressure rises again above the predetermined pressure.
  • the expansion tank 13 is connected via a connecting line to the hydraulic line 10 between the valve 9 and the
  • a check valve 14 in this connecting line prevents hydraulic fluid from entering the expansion tank 13 in the case of a closed valve 9.
  • the shut-off valve can be opened again without any problems since the piston rod with the piston 12 is pulled back by the backward movement of the drive linkage 7 and hydraulic fluid is sucked out of the expansion tank 13 via the check valve 14 which is open in this direction of flow.
  • variable spring on the valve 9 which acts on the desired operating pressure in the product-promoting
  • Line 4 can be set. By closing the valve 8 provided in the impulse line 4, it is also possible here to prevent the pressure transmission to the valve 9 via the impulse line and to prevent this valve from closing. In this case, the valve works like a standard shut-off valve.
  • Cylinder housing is not absolutely necessary. Rather, the left chamber can also be filled with air be, with an opening to the atmosphere must be provided to avoid negative or positive pressure.
  • an elastic separating membrane 15 is provided in the impulse line 11. If the pumped medium does not have corrosive or abrasive properties, this separating membrane 15 can also be dispensed with.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vermeidung von Druckstößen beim Schließen einer Armatur (3) in Rohrleitungssystemen, die einen hydraulischen Mechanismus aufweist, der oberhalb oder unterhalb eines vorgebbaren Druckes im Rohrleitungssystem einer Schließbewegung eines Schließgestänges (7) der Armatur (3) entgegenwirkt. Der hydraulische Mechanismus umfasst ein mit dem Schließgestänge (7) mechanisch verbundenes Förderelement (1), das durch eine Schließbewegung des Schließgestänges (7) Hydraulikflüssigkeit über eine Hydraulikleitung (10) in eine Aufnahmekammer fördert, wobei in der Hydraulikleitung (10) ein über eine Impulsleitung (11) hydraulisch durch den Druck im Rohrleitungssystem ansteuerbares Ventil (9) angeordnet ist. Mit der vorliegenden Vorrichtung werden Druckstöße in Rohrleitungssystemen ohne Einsatz fremder Hilfsenergie oder kostspieliger Messeinrichtungen mit hoher Zuverlässigkeit vermieden.

Description

Vorrichtung zur Vermeidung von Druckstößen in Rohrleitungssystemen
Technisches Anwendungsgebiet Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vor- richtung zur Vermeidung von Druckstößen beim Schließen einer Armatur in Rohrleitungssystemen, die einen hydraulischen Mechanismus aufweist, der oberhalb oder unterhalb eines vorgebbaren Druckes im Rohrleitungssystem einer Schließbewegung eines Schließgestänges der Armatur entgegenwirkt.
Absperr- bzw. Regelarmaturen rufen bei schnellen Schließvorgängen in flüssigkeitsfördernden Rohrleitungen instationäre Strömungen hervor, die häufig von Druckstößen und Kavitationsschlägen begleitet werden. Stromauf der Absperrarmatur steigt der Leitungsdruck an, es kommt zu einem Druckstoß. Auf der stromabwärtigen Seite der Absperrarmatur fällt der Leitungsdruck. Wird dabei der Dampfdruck des Förder- mediums erreicht, bildet sich eine Dampfblase aus, die im weiteren Verlauf rekondensiert. Dieser Vorgang wird als Kavitationsschlag bezeichnet. Infolge dieser plötzlichen Druckänderungen wird die Struktur des Rohrleitungssystems signifikant belastet. Kommt es zur Überschreitung des Berechnungsdrucks, kann die Leitung bersten oder Dichtungen und Messtechnik können zerstört werden. Auch wenn der Berechnungsdruck durch die Druckstöße nicht überschritten wird, kann es zu Schädigungen der Rohrleitung infolge hochfrequenter Krafteinträge durch die Druckstöße kommen. Viele technische Anwendungen erfordern ein Schließen bzw. Drosseln der Flüssigkeitsförderung in kürzest möglicher Zeit. Dies betrifft insbesondere Betankungsvorgänge in der chemischen und verfahrenstechnischen Industrie sowie Abfüllanlagen der Getränkeindustrie. Um das Anlagen- und Umweltrisiko einer Anlage zu reduzieren werden schnell schließende Absperrarmaturen in gefährdete Rohrleitungsabschnitte integriert, mit denen im Falle eines Leitungsbruchs die Rohrleitung schnellstmöglich abgesperrt werden kann.
Stand der Technik Zur Vermeidung von Druckstößen in Rohrleitungs- Systemen beim Schließen einer Armatur sind bereits unterschiedliche Vorrichtungen bekannt.
So lassen sich Druckstöße anlagenseitig durch den Einbau von sog. Windkesseln stromauf der Absperrarmatur dämpfen. Bei diesen Windkesseln handelt es sich um geschlossene, mit dem Rohrleitungssystem verbundene Behältnisse, die teilweise mit Fördermedium gefüllt sind. Oberhalb des Flüssigkeitsspiegels befindet sich ein dämpfendes Gaspolster. Beim Schnellschluss der Absperrarmatur nimmt der installierte Windkessel stromauf der Absperrarmatur zusätzliche Förderflüssigkeit auf und verzögert somit die Abbremsung der anstehenden Flüssigkeitssäule. Gleichzeitig wird durch die Kompression des im Windkessel vorhandenen Gas- volumens ein Teil der Energie der entstehenden Druckwelle dissipiert. Nachteilig an dieser Lösung sind allerdings die langen Stillstandzeiten, die infolge aufwendiger Umbaumaßnahmen beim Nachrüsten des Rohrleitungssystems mit einer derartigen Vorrichtung in Kauf genommen werden müssen, die Notwendigkeit der Einhaltung wiederkehrender Prüffristen nach der Druckgeräteverordnung sowie eine mögliche Verunreinigung des Fördermediums durch Aufnahme des Gases aus dem Windkessel . Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass in regelmäßigen Abständen Gas im Windkessel nachgeliefert werden muss . Das Ausmaß der beim Schließen einer Absperrarmatur entstehenden Druckstδße hängt u. a. von der auf die Leitungslänge bezogenen Schließzeit ab. Erhebliche Fortschritte in der Datenverarbeitungstechnologie ermöglichen den Einsatz einer weiteren Technik zur Vermeidung von Druckstößen. Hierbei werden anhand strömungstechnischer Simulationen des Rohrleitungssystems mit Hilfe konventioneller Berechnungssoftware für das jeweilige Rohrleitungssystem unbedenkliche Schließzeiten errechnet. Ein auf diesem Weg ermittelter Ventilposition-Zeit-Verlauf wird dann herangezogen, um das Schließverhalten der Absperrarmatur mit Hilfe einer Positionier-Einrichtung entsprechend dem berechneten Verlauf zu steuern. Ein Druckstoß kann so vermieden werden. Diese Technik erfordert jedoch eine zuver- lässige und kostenintensive mathematische Erfassung des individuellen Rohrleitungssystems. Weiterhin ist für den Einsatz dieser Technik eine elektrische Stromversorgung zur Steuerung der Positionier-Einrichtung notwendig. Dies führt zu Einsatzbeschränkungen in explosionsgefährdeten Bereichen.
Aus der DD-PS 201 041 ist ein Verfahren zur Vermeidung von Druckstößen während des Klappenschließ- Vorgangs einer Absperrarmatur bekannt, bei dem der Leitungsdruck innerhalb der Rohrleitung gemessen wird. Im Falle einer Überschreitung eines vorgebbaren Maximaldrucks wird die Schließbewegung der Schließ- bzw. Drosselarmatur unter Einsatz einer Druckregeleinrichtung unterbrochen. Dieses Verfahren erfordert jedoch eine hochfrequente und gleichzeitig sehr teure Messtechnik. Insbesondere das schnelle Wechselspiel zwischen Messtechnik und Antriebsregelung der Absperr- armatur stellt bei dieser Methode die Betreiber vor große Herausforderungen.
Aus der DD-PS 211 615 ist eine weitere Technik zur Verhinderung von Druckstößen in Rohrleitungssystemen bekannt. Bei dieser Technik, die ebenfalls Mess- und
Regeleinrichtungen erfordert, wird das Fördermedium in einen separaten Leitungsabschnitt umgeleitet, sobald ein vorgegebener kritischer Druck überschritten wird. Eine Modifikation dieser Technik ist der EP 0 685 053 Bl zu entnehmen, bei der in Fernwärmeleitungen die Vor- und Rücklauf1eitung gekoppelt wird, so dass ein Druckstoß beim Schließen einer Absperrarmatur unterbleibt.
Aus der DE 199 40 096 AI ist schließlich eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff der vorliegenden
Patentanmeldung zu entnehmen. Bei dieser Vorrichtung ist am Antriebsgestänge der Absperrarmatur eine hydraulische Bremse angebracht, deren Bremszylinder über eine Verbindungsleitung stromauf oder stromab nahe der Absperrarmatur an die Rohrleitung angeschlossen ist. Der Leitungsdruck dient zum Betätigen der hydraulischen Bremse, die über eine Bremsscheibe auf die Antriebswelle der Absperr- bzw. Drosselarmatur wirkt. Überschreitet der Druck in der Förderleitung einen kritischen Wert, so blockiert die Bremse das Schließgestänge und die Klappenschließbewegung kommt zum Stillstand. Allerdings können bei dieser Vor- richtung Luftansammlungen in der Bremsleitung auftreten, die die Wirksamkeit der Bremse vermindern. Derartige Luftansammlungen sind schwer zu lokalisieren, so dass eine besondere Sorgfalt und Genauigkeit bei Montage sowie Wartung dieser Vorrichtung erforderlich sind. Weiterhin beeinflussen Staub- und Flüssigkeitsfilme auf der Bremsscheibe die einwandfreie Funktion der Bremse negativ.
Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Vorrichtung zur Vermeidung von Druckstößen beim Schließen einer Armatur in Rohrleitungssystemen anzugeben, die sich kostengünstig realisieren lässt und zuverlässig arbeitet .
Darstellung der Erfindung Die Aufgabe wird mit der Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst . Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen.
Die vorliegende Vorrichtung zur Vermeidung von Druckstößen beim Schließen einer Armatur in Rohr- leitungssystemen weist einen hydraulischen Mechanismus auf, der oberhalb oder unterhalb eines vorgebbaren Druckes im Rohrleitungssystem einer Schließbewegung des Schließgestänges der Armatur entgegen wirkt. Der hydraulische Mechanismus umfasst ein mit dem Schließgestänge mechanisch verbundenes Förderelement, das durch eine Schließbewegung des Schließgestänges Hydraulikflüssigkeit über eine Hydraulikleitung in eine Aufnähmekämmer fördert, wobei in der Hydraulikleitung ein über eine Impulsleitung hydraulisch durch den Druck im Rohrleitungssystem ansteuerbares Ventil angeordnet ist. Die Impulsleitung ist hierzu direkt mit dem Rohrleitungssystem verbunden.
Bei dieser Vorrichtung wird somit ohne Zwischenschaltung von Messwertaufnehmern oder elektrischer Regelungen die Schließ- bzw. Drosselbewegung der Armatur mit Hilfe einer hydraulischen Anordnung verlangsamt oder unterbrochen, die direkt über den
Rohrleitungsdruck angesteuert wird. Ein Druckanstieg oder Druckabfall im Rohrleitungssystem wird über die Impulsleitung an das Ventil in der Hydraulikleitung weitergegeben, das bei Erreichen eines bestimmten Höchst- oder Niedrigstdruckes schließt. Vorzugsweise handelt es sich bei diesem Ventil um ein federbelastetes, hydraulisch gesteuertes Druckventil, das im stationären Systemzustand durch die vorzugsweise variabel einstellbare Federkraft eines in dem Ventil angeordneten Federelementes offen gehalten wird. Bei Überschreiten eines durch die Federkraft vorgegebenen Druckes in der Impulsleitung, wird das Ventil gegen diese Federkraft geschlossen. Dadurch wird die Förderbewegung des Förderelementes je nach Schließ- zustand des Ventils in der Hydraulikleitung verlangsamt oder gestoppt. Durch die mechanische Verbindung dieses Fδrderelementes mit dem Schließgestänge der Armatur wird diese Verlangsamung oder Unterbrechung der Bewegung direkt auf das Schließgestänge und somit die Schließbewegung der Armatur übertragen. Sinkt der Druck im Rohrleitungssystem wieder unterhalb des vorgebbaren Höchstdruckes ab bzw. erhöht er sich auf einen Wert oberhalb des Niedrigstdruckes gemäß der alternativen Ausgestaltung, so öffnet das Ventil in der Hydraulikleitung wieder, so dass der Förderbewegung des Förderelementes und somit der Schließbewegung der Armatur keine Widerstände mehr entgegen gesetzt werden. Die Schließbewegung wird somit fortgesetzt. Die mechanische Verbindung zwischen dem Förderelement und dem Schließgestänge der Armatur ist bei der vorliegenden Vorrichtung eine formschlüssige Verbindung, wobei das Förderelement hierbei direkt oder über ein zusätzliches Verbindungselement mit dem Schließgestänge verbunden sein kann. Bei diesem Verbindungselement kann es sich auch um ein dämpfendes Element, bspw. eine Feder, handeln. Die Impulsleitung ist bei der vorliegenden
Vorrichtung je nach Ausgestaltung entweder stromauf der Absperrarmatur (bei Vorgabe eines Höchstdruckes) oder stromab der Absperrarmatur (bei Vorgabe eines Niedrigstdruckes) möglichst in unmittelbarer Nähe dieser Armatur mit dem Rohrleitungssystem verbunden.
Diese Verbindung kann durch direkte Ankopplung oder auch über eine elastische Trennmembran erfolgen, über die entsprechende Druckänderungen weitergegeben werden können. Bei einer Anordnung der Impulsleitung stromauf der Armatur wird das Ventil in der Hydraulikleitung bei
Überschreitung des vorgebbaren Höchstdruckes geschlossen. Bei einer Anordnung der Impulsleitung stromab der Armatur steuert der Druck in der Impuls- leitung das Ventil in der Hydraulikleitung so, dass es bei Unterschreiten des vorgebbaren Niedrigstdruckes schließt. Geeignete hydraulisch steuerbare Ventile sind dem Fachmann bekannt .
Die vorliegende Vorrichtung kommt ohne fremde Hilfsenergie und ohne kostspielige, hochfrequente Messeinrichtungen aus. Durch das Wirkprinzip der Vorrichtung ohne Windkessel, Blasenspeicher und Flüssigkeitsumleitungen wird eine sichere und kosteneffektive Technik zur Vermeidung von Druckstößen in Rohrleitungssystemen bereitgestellt . Der Verzicht auf die Einspeisung von Fremdgasen zur Verminderung von Druckstößen ist besonders in der pharmazeutischen Industrie von Vorteil, bei der Verunreinigungen der geförderten Produkte durch Fremdgase äußerst unerwünscht sind. Mit der vorliegenden Vorrichtung lässt sich dennoch das Absperrorgan innerhalb kürzest möglicher Zeit schließen, ohne dass dabei der Auslegungsdruck in der Rohrleitung stromauf der
Absperrarmatur überschritten wird. Die Vorrichtung kommt ohne Bremsanlage und Bremsscheibe aus, so dass ein deutlich reduzierter Verschleiß und eine höhere Zuverlässigkeit erreicht werden. Weiterhin können wesentlich kompaktere Baugrößen der Vorrichtung realisiert werden.
In der bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Vorrichtung ist das Förderelement ein Kolben, der über eine Kolbenstange mit dem Schließgestänge verbunden ist und durch Bewegung des Schließgestänges in einem Führungsgehäuse verschoben wird. Durch den Kolben wird der Innenraum des Gehäuses in zumindest zwei gegen- einander abgedichtete Kammern unterteilt, deren Volumenverhältnis sich bei Bewegung des Kolbens verändert. Bei einer Bewegung des Schließgestänges und somit des Kolbens tritt aus einer der Kammern Hydraulikflüssigkeit aus und fließt über die Hydraulikleitung entweder in einen Ausgleichsbehälter oder - bei einer anderen Ausgestaltung der Vorrichtung - in die sich durch die Kolbenbewegung vergrößernde andere Kammer des Gehäuses . Kommt es bei einer Ausgestaltung der Vorrichtung während des Schließvorgangs der Armatur zu einem unerwünschten Druckanstieg im Rohrleitungssystem, so überschreitet die am Ventilteller des in der Hydraulikleitung angeordneten Ventils anliegende Druckkraft aus der Förderleitung die aufgegebene Federkraft und das Ventil schließt. Dadurch kann der Kolben keine weitere Hydraulikflüssigkeit aus der Kammer drücken und die Schließbewegung der Klappe bzw. der Armatur wird gestoppt. Anschließend fällt in der produktfördernden Flüssigkeitsleitung der Druck ab und das hydraulisch gesteuerte Ventil öffnet wieder. Der Schließvorgang wird fortgesetzt. Falls es im weiteren Verlauf zu erneuten Druckspitzen kommt, wiederholen sich die oben genannten Vorgänge. Liegen aus verfahrenstechnischen Gründen erhöhte stationäre Drücke vor, so wird durch die einstellbare Federkraft am hydraulisch gesteuerten Ventil sichergestellt, dass dieses nicht bereits während des stationären Betriebs geschlossen wird.
Besteht die Gefahr von Produktablagerungen, Abrasion oder Korrosion durch die geförderte
Flüssigkeit, kann durch Verwendung einer elastischen Trennmembran der direkte Kontakt zwischen Fδrdermedium und Impulsleitung unterbrochen werden. Dabei dient die elastische Trennmembran der Druckübertragung zwischen Förderleitung und Impulsleitung. Desweiteren lässt sich gegebenenfalls mit Hilfe eines weiteren in der Impulsleitung angebrachten Ventils die Funktion der vorliegenden Vorrichtung aktivieren oder deaktivieren.
Bei der vorliegenden Vorrichtung ist es unerheblich, ob eine Dreh- oder eine Hubarmatur verwendet wird. Die mechanische Verbindung mit dem Förderelement der Vorrichtung muss lediglich so erfolgen, dass eine Schließbewegung der Armatur mechanisch auf eine Förderbewegung des Förderelementes übertragen wird und umgekehrt eine Behinderung dieser Förderbewegung in gleicher Weise eine Behinderung der Schließbewegung bewirkt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Die vorliegende Vorrichtung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals erläutert. Hierbei zeigen:
Fig. 1 ein erstes Beispiel für eine mögliche Ausgestaltung der vorliegenden Vorrichtung; und
Fig. 2 ein zweites Beispiel für eine mögliche Ausgestaltung der vorliegenden Vorrichtung. Wege zur Ausführung der Erfindung In der Figur 1 ist eine Ausgestaltung der vorliegenden Vorrichtung dargestellt, bei der die Armatur des Rohrleitungssystems mit einem Doppelantrieb ausgestattet ist. Die erste Antriebseinheit 2, ein Kolben 6 mit einer über eine Feder 5 vorgespannten Kolbenstange, dient in üblicher Weise dem Schnell- schluss oder Öffnen des Absperrorgans 3 in der Förderleitung 4 des Rohrleitungssystems. Durch die vorliegende Vorrichtung kommt die weitere Antriebs- einheit 1 hinzu, die in gleicher Weise mit dem Antriebsgestänge 7 des Absperrorgans 3 formschlüssig verbunden ist. Diese zweite Antriebseinheit 1 dient der Erzeugung einer Gegenkraft zur Schließbewegung des
Gestänges 7 bei Auftreten eines erhöhten Drucks in der Förderleitung 4.
Die gesamte beispielhafte Vorrichtung zur Vermeidung von Druckstößen ist zusammen mit der Absperrarmatur 2, 3, 7 und einem Abschnitt des Rohrleitungssystems im linken Teil der Figur 1 dargestellt . Der rechte Teil der Figur 1 gibt die Verbindung der vorliegenden Vorrichtung über die Antriebseinheit 1 mit der Absperrarmatur 2, 3, 7 in vergrößerter Darstellung wieder. Das zu fördernde Produkt strömt in Pfeilrichtung durch die Förderleitung 4. Beim Schnellschluss des Absperrorgans 3 wird die Feder 5 der ersten Antriebseinheit 2 entspannt und der darin bewegliche Kolben 6, der über die Kolbenstange mit dem Antriebsgestänge 7 der Absperrarmatur 3 formschlüssig verbunden ist, bewegt sich nach rechts. Dadurch wird eine Rotationsbewegung des Antriebs- gestänges 7 im Uhrzeigersinn erzeugt, mit der auch der in der zweiten Antriebseinheit 1 vorhandene Kolben 12, der über eine Kolbenstange ebenfalls formschlüssig mit dem Antriebsgestänge 7 verbunden ist, nach rechts bewegt wird. Durch diese Bewegung drückt er die im Inneren des Zylindergehäuses befindliche Hydraulikflüssigkeit durch eine vom Fördermedium getrennte Hydraulikleitung 10 über ein federbelastetes, hydraulisch vorgesteuertes Ventil 9 in die linke Kammer der Antriebseinheit 1. Letztere ist hydraulisch dicht von der rechten Kammer getrennt, so dass zwischen den beiden Kammern kein unmittelbarer Druck- und Flüssigkeitsaustausch erfolgen kann. Ein stromaufwärtiger Druckanstieg in der Förderleitung 4 wird über die Impulsleitung 11 auf das federbelastete, hydraulisch vorgesteuerte Ventil 9 übertragen. Dieses hat die Aufgabe, die Hydraulikleitung 10 je nach Druck in der Förderleitung 4 offen zu halten oder zu verschließen. Erreicht die Druckkraft aus der Impulsleitung 11 die vorgegebene Federkraft des Ventils 9, so schließt das Ventil 9. Als Folge davon kann keine weitere Hydraulikflüssigkeit aus der rechten Kammer der Antriebseinheit 1 austreten. Durch die formschlüssige Verbindung mit dem Antriebsgestänge 7 wird dadurch die Rotation des Antriebsgestänges 7 blockiert und die Schließbewegung des Absperrorgans 3 gestoppt. Daraufhin sinkt der Leitungsdruck im stromaufwärtigen Teil der Förderleitung 4. Fällt dieser unter den am Ventil 9 eingestellten Wert, so öffnet dieses wieder. Die Hydraulikflüssigkeit kann dann die Antriebseinheit 1 wieder verlassen und der Schließvorgang wird fortgesetzt. Die beschriebenen Vorgänge können sich ggf. erneut abspielen, wenn der Druck in der Förderleitung 4 wieder über den vorgegebenen Druck ansteigt. Das erneute Öffnen der Absperrarmatur erfolgt problemlos, da durch die Rückwärtsbewegung des Antriebsgestänges 7 auch die Kolbenstange der Antriebs- einheit 1 zurückgezogen und die Hydraulikflüssigkeit aus der linken Kammer der Antriebseinheit 1 in die rechte Kammer gedrückt wird. Die einwandfreie Funktion der Vorrichtung bei höheren Betriebsdrücken wird durch eine im Federdruck variierbare Feder am Ventil 9 gewährleistet. Diese kann auf den gewünschten Betriebsdruck in der produkt- fordernden Leitung 4 eingestellt werden. Vorraussetzung für eine einwandfreie Funktion der Armatur ist weiterhin, dass die Hydraulikleitung 10 und die Impulsleitung 11 vollständig entlüftet werden. Verfügt das Fördermedium über korrosive bzw. abrasive Eigenschaften, so kann eine elastische Brennmembran zur Druckübertragung in die Impulsleitung 11 integriert werden.
Im vorliegenden Beispiel ist in der Impulsleitung 11 ein zusätzliches Ventil 8 angeordnet, mit dem es möglich ist, die Druckübertragung in die Impulsleitung 11 zu unterbinden und somit das Schließen des Ventils 9 in der Hydraulikleitung zu verhindern. In diesem Fall arbeitet die Armatur 3 wie eine handelsübliche Absperrarmatur.
Figur 2 zeigt eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit der vorliegenden Vorrichtung, bei der ein zusätzliches Vorrats- bzw. Ausgleichsbehältnis 13 vorgesehen ist. Die Antriebseinheit für die Bewegung des Schließ- gestänges 7 der Absperrarmatur 3 ist in dieser Figur nicht dargestellt. Auch bei dieser Ausgestaltung ist wiederum eine Antriebseinheit 1 mit einem hydraulischen Kolben 12 über die Kolbenstange formschlüssig mit dem Antriebsgestänge 7 verbunden. Das zu fördernde Produkt strömt in Pfeilrichtung durch die Förderleitung 4, an der das Absperrorgan 3 angeordnet ist. Beim Schnell- schluss des Absperrorgans 3 wird das Antriebsgestänge 7 in eine Rotations- bzw. in eine Hubbewegung versetzt. Die am Antriebsgestänge 7 befestigte Kolbenstange 12 wird beim Schließvorgang in das Zylindergehäuse eingefahren. Dabei tritt durch die Kolbenbewegung auf der rechten Seite Hydraulikflüssigkeit aus und wird dem Ausgleichsbehältnis 13 in der Hydraulikleitung 10 über das hydraulisch vorgesteuerte Ventil 9 zugeführt. Dieses Leitungssegment ist von der produktfördernden Leitung 4 baulich getrennt. Eine elastische Trennmembran 15 überträgt im vorliegenden Beispiel den im stromaufwärtigen Rohrleitungsabschnitt entstehenden Druckanstieg aus der Förderleitung 4 in die Impulsleitung 11 und darüber an das Ventil 9. Dieses hat die Aufgabe, die Hydraulik- leitung 10 bei niedrigem Druck in der Förderleitung 4 offen zu halten und bei kritischem Druckanstieg in der Förderleitung 4 zu verschließen. Erreicht die Druckkraft aus der Impulsleitung 11 die vorgegebene Federkraft, so schließt das Ventil 9. Als Folge davon kann keine weitere Hydraulikflüssigkeit aus dem Zylindergehäuse der Antriebseinheit 1 austreten und die Rotation des Antriebsgestänges 7 wird blockiert. Die Schließbewegung des Absperrorgans 3 wird somit gestoppt. Darauf hin sinkt der Leitungsdruck im stromaufwärtigen Teil der produktfördernden Leitung 4. Fällt dieser unter den am Ventil 9 eingestellten Wert, so öffnet dieses wieder, Hydraulikflüssigkeit kann das Zylindergehäuse der Antriebseinheit 1 verlassen und der Schließvorgang wird fortgesetzt. Die oben beschriebenen Vorgänge wiederholen sich ggf. bei erneutem Druckanstieg über den vorgegebenen Druck. Das Ausgleichsbehältnis 13 ist über eine Verbindungsleitung mit der Hydraulikleitung 10 zwischen dem Ventil 9 und der
Antriebseinheit 1 verbunden. Ein Rückschlagventil 14 in dieser Verbindungsleitung verhindert, dass Hydraulikflüssigkeit im Fall eines geschlossenen Ventils 9 in den Ausgleichsbehälter 13 gelangt . Das erneute Öffnen der Absperrarmatur erfolgt problemlos, da durch die Rückwärtsbewegung des Antriebsgestänges 7 die Kolbenstange mit dem Kolben 12 zurück gezogen wird und Hydraulikflüssigkeit über das in diese Fließrichtung offene Rückschlagventil 14 aus dem Ausgleichsbehälter 13 ansaugt.
Die einwandfreie Funktion dieser Vorrichtung bei höheren Betriebsdrücken wird wiederum durch die variierbare Feder am Ventil 9 gewährleistet, die auf den gewünschten Betriebsdruck in der produktfördernden
Leitung 4 eingestellt werden kann. Durch Schließen des in der Impulsleitung 4 vorgesehenen Ventils 8 ist es auch hier möglich, die Druckübertragung über die Impulsleitung an das Ventil 9 zu unterbinden und das Schließen dieses Ventils zu verhindern. In diesem Fall funktioniert die Armatur wie eine handelsübliche Absperrarmatur.
Die in der Figur 2 dargestellte Verbindung der Hydraulikleitung 10 mit der linken Kammer des
Zylindergehäuses ist nicht unbedingt erforderlich. Vielmehr kann die linke Kammer auch mit Luft befüllt sein, wobei zur Vermeidung eines Unter- oder Überdrucks eine Öffnung zur Atmosphäre vorgesehen sein muss .
Auch bei dieser Ausgestaltung ist eine elastische Trennmembran 15 in der Impulsleitung 11 vorgesehen. Verfügt das Fördermedium nicht über korrosive bzw. abrasive Eigenschaften, so kann auf diese Trennmembran 15 auch verzichtet werden. Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Vorrichtung besteht - unabhängig von der jeweiligen Ausgestaltung - auch ohne eine derartige
Trennmembran einer Trennung zwischen dem Fördermedium und der Hydraulikflüssigkeit über das Ventil 9, das den direkten Kontakt zwischen der Hydraulikflüssigkeit und dem Fördermedium verhindert .
Bezugs zeichenliste
1 zweite Antriebseinheit
2 erste Antriebseinheit
3 Absperrorgan
4 Förderleitung
5 Feder
6 Kolben
7 Antriebsgestänge
8 Ventil
9 hydraulisch vorgesteuertes, federbelastetes Ventil
10 Hydraulikleitung
11 Impulsleitung
12 Kolben
13 Ausgleichsbehälter
14 Rückschlagventil
15 Trennmembran

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Vermeidung von Druckstößen beim Schließen einer Armatur (3) in Rohrleitungssystemen, die einen hydraulischen Mechanismus aufweist, der oberhalb oder unterhalb eines vorgebbaren Druckes im Rohrleitungssystem einer Schließbewegung eines Schließgestänges (7) der Armatur (3) entgegenwirkt, dadurch gekennzeichnet , dass der hydraulische Mechanismus ein mit dem Schließgestänge (7) mechanisch verbundenes Förderelement (1) umfasst, das durch eine Schließbewegung des Schließgestänges (7) Hydraulikflüssigkeit über eine Hydraulikleitung (10) in eine Aufnahmekammer fördert, wobei in der Hydraulikleitung (10) ein über eine Impulsleitung (11) hydraulisch durch den Druck im Rohrleitungssystem ansteuerbares Ventil (9) angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulsleitung (11) stromauf der Armatur (3) mit dem Rohrleitungssystem verbunden und das hydraulisch ansteuerbare Ventil (9) so ausgebildet ist, dass es bei einem Druckanstieg in der Impulsleitung (11) auf oder über den vorgebbaren Druck schließt .
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Impulsleitung (11) stromab der Armatur (3) mit dem Rohrleitungssystem verbunden und das hydraulisch ansteuerbare Ventil (9) so ausgebildet ist, dass es bei einem Druckabfall in der Impuls- leitung (11) auf oder unter den vorgebbaren Druck schließt .
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Förderelement (1) ein in einem Führungsgehäuse verschiebbarer Kolben (12) ist, durch den ein Innenvolumen des Führungsgehäuses in eine erste und eine zweite Kammer dichtend unterteilt wird, wobei zumindest die erste Kammer mit der Hydraulikflüssigkeit gefüllt und mit der Hydraulikleitung (10) verbunden ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnähmekämmer ein Ausgleichsbehältnis (13) ist, das über eine zweite Hydraulikleitung mit einem Rückschlagventil (14) mit der ersten Kammer verbunden ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnähmekämmer die zweite Kammer des Führungsgehäuses ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das hydraulisch ansteuerbare Ventil (9) ein federbelastetes Ventil ist, das bei einem Druck in der Impulsleitung (11) unterhalb bzw. oberhalb des vorgebbaren Druckes durch eine Federkraft in einem geöffneten Zustand gehalten wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Impulsleitung (11) oder zwischen der Impulsleitung (11) und dem Rohrleitungssystem eine Trennmembran (15) angeordnet ist.
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