WO2019037840A1 - Verfahren zur pulsationsdämpfung in einer ein fluid führenden anlage - Google Patents

Verfahren zur pulsationsdämpfung in einer ein fluid führenden anlage Download PDF

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Eberhard Schlücker
Nicolas Sven Alexander Alt
Piotr REICHEL-LÉSNIANSKI
Andreas Kögler
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Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
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Definitions

  • the invention relates to a method for damping a pulsation of a fluid pressure (in short: pulsation damping) in a system carrying fluid, wherein the fluid flows in a damping section of the system along an elastic membrane, which is against a pressure pad in a housing to a wall trained space supported.
  • the invention further relates to a system for guiding a fluid under fluid pressure, which comprises a damping section for pulsation damping, in which a membrane adjacent to the fluid flow is arranged, which is supported against a pressure pad in a space formed to a housing wall space.
  • the invention is particularly concerned with the damping of pressure pulsations caused by fluid energy machines in flowing liquids.
  • pulsation dampers In contrast to classic attachment dampers, inline dampers are often preferred here, which can be integrated into existing installations, for example as built-in components in pipes.
  • a fluid-permeable, internal hose is provided, which is supported against a pressure pad in a space formed to a housing wall space.
  • the tube In a pressure pulsation in the fluid, the tube is expanded under compression of a gas forming the pressure pad. As the pressure in the fluid decreases, the energy stored in the gas of the pressure pad is returned to the fluid. This leads to a damping the pressure pulsations, ie a reduction of the pulsation or pressure oscillation amplitude.
  • the object of the invention is to provide a particularly effective method for pulsation damping in a system carrying a fluid and a corresponding system with pulsation damping.
  • the invention is based in a first step on the consideration that a given pressure to form the pressure pad, against which the membrane is supported, can not ensure optimum pulsation damping in the fluid for all possible operating conditions of the system.
  • a given pressure to form the pressure pad, against which the membrane is supported can not ensure optimum pulsation damping in the fluid for all possible operating conditions of the system.
  • an equally good pulsation damping can not be achieved with a rigid pulsation damping system that does not lead to any fluid. Indeed, such systems do indeed provide pulsation damping.
  • the optimum damping point is either not achieved at all or only at random under certain prevailing operating conditions.
  • the invention recognizes that the damping effect on the assumption of a given concrete mechanical damping system depends essentially on the pressure of the pressure pad. Too high pressure leads to a hard damping and is possibly only suitable for damping small vibration amplitudes. If the pressure is too low, the damping may fail to follow high vibration amplitudes.
  • the invention recognizes from its own investigations that an optimum of the damping effect, independently of the actual operating conditions, actually only occurs at a certain pressure or within a certain delimited pressure range.
  • the optimal Attenuation is characterized by minimal pressure or pulsation amplitudes. If the optimum pressure point or the optimum pressure range is run over, the pulsation amplitude increases both in the direction of a higher pressure and in the direction of a lower pressure. This makes it possible to adjust the pressure in consideration of the pulsation amplitude such that the pulsation amplitude is minimal. In other words, therefore, the pressure in the intermediate space can be regulated to the minimum pulsation amplitude.
  • control here refers to the adjustment of the pressure in the intermediate space by means of a closed-loop control
  • That the pressure in the interspace is regulated to a minimum value of the pulsation amplitude in the fluid is to be understood as meaning in that the pressure in the interspace is used as the manipulated variable of the regulation according to the invention, while the pressure pulsation of the fluid pressure is used as the controlled variable (whose actual value is compared with a reference variable as the control criterion).
  • the fluid pressure and its pressure pulsation can be measured directly in the fluid within the scope of the invention.
  • the pressure pulsation in the fluid is measured indirectly via a corresponding pressure pulsation in the intermediate space or a volume connected thereto in terms of pressure transmission.
  • a reference variable or control criterion is used that the pressure pulsation is minimal, that is, reaches a minimum value.
  • the change in the pulsation amplitude is regulated to a setpoint value of zero given a variation of the pressure in the intermediate space.
  • the pressure interval between a minimum and an adjacent maximum in the temporal course of the oscillating fluid pressure or an average formed from such pressure intervals is referred to as the "pulsation amplitude" of the fluid pressure.
  • a "pressure pad” is generally a recorded in the intermediate space medium (in particular a gas or a liquid) referred to, the elastic yielding to a change in position of the membrane due to a change in the fluid pressure, said medium builds up a restoring force on the membrane.
  • the intermediate space medium in particular a gas or a liquid
  • the elastic yielding to a change in position of the membrane due to a change in the fluid pressure said medium builds up a restoring force on the membrane.
  • the membrane is supported directly against the pressure cushion formed by the gas volume. The gas replaces the change in position of the membrane while being compressed or expanded in the intermediate space.
  • the intermediate space is at least partially filled with a liquid acting as a pressure pad, which liquid in turn is supported against a gas cushion (ie, a compressible gas volume) in the space or outside of the gap.
  • a gas cushion ie, a compressible gas volume
  • the liquid which in particular is incompressible, gives way to the change in position of the membrane, in that it is partly displaced from the intermediate space or flows into the intermediate space.
  • the gas cushion is formed, for example, in a separate reservoir (gas space) outside the damping component.
  • the gas space and the intermediate space of the damping component are separated, for example via a further elastic membrane or a movable piston, so that a pressure transmission between these spaces is possible.
  • the space or a gas reservoir connected to the gap are supplied either from a pressure line network or from a compressor. Alternatively, a connection to a pressure vessel is provided.
  • the fluid-filled space is pressure-transmittingly separated from the gas cushion. This prevents unwanted expansion of the membrane when the fluid is e.g. is depressurized or completely absent at standstill of the plant.
  • a predetermined threshold e.g., atmospheric pressure or slightly above or below it
  • a channel piece is installed in a preferred embodiment, which also during operation never contains gas.
  • a valve is installed for the separation of the gap of the gas cushion in an expedient embodiment, which in particular servo-controlled (when the pressure drops, closes the valve) is.
  • the gas reservoir can be quickly separated from the intermediate space, so that a pressure transfer between the space and the gas reservoir is prevented, if this should be necessary, for example, in the absence of internal pressure.
  • a liquid with which the gap is filled z.
  • the deformable membrane is supported in the space in the manner of a hydraulic linkage against the gas cushion. The gas cushion is compressed and relaxed upon deformation of the membrane as a result of mediated by the liquid in the gap pressure transmission.
  • connection between a reservoir optionally containing the gas cushion and the intermediate space is made as generous as possible.
  • the gas reservoir is connected to the intermediate space via a bore which is introduced into the housing wall of the damping section.
  • the membrane is preferably provided in the region of the bore with a stiffener, so that the membrane is not undesirably drawn into the bore.
  • one or more stiffeners can also be arranged at other locations of the membrane in the context of the invention, in order to set the elastic properties of the membrane favorably.
  • the or each stiffening on the membrane is formed in particular by means of stiffening elements such as knobs, ribs or the like.
  • the pulsation amplitude for the control is determined directly by detecting the pressure curve (directly in the fluid, in the intermediate space or optionally the associated gas reservoir) over time. In another embodiment, the pulsation amplitude is determined by detecting the oscillation amplitude of the membrane.
  • Membrane vibrations are detected, for example, via vibration sensors or distance sensors.
  • vibration sensors for example, via vibration sensors or distance sensors.
  • one or more pressure sensors eg in the form of strain gauges.
  • the pressure profile over time is detected in a preferred embodiment in the intermediate space itself, in a supply line to the intermediate space and / or in a container communicating with the intermediate space, for example in a gas reservoir forming the gas cushion.
  • appropriate pressure sensors are placed accordingly.
  • an inlet valve connected to a pressure line or to a pressure reservoir is opened in an expedient embodiment to increase the pressure in the intermediate space, and an outlet valve connected to the exterior space is actuated to reduce the pressure in the intermediate space.
  • Inlet and exhaust valves may be incorporated separately in the housing wall of the damping element.
  • inlet and outlet valves are preferably arranged in this channel piece.
  • the outlet valve with respect to the gas reservoir is expediently connected downstream of the inlet valve.
  • the pressure in the intermediate space is changed to control, which detects the change in the pulsation amplitude corresponding to the change in the pressure and the pressure tracks in the direction of a reduction in the pulsation amplitude.
  • the change in the pressure or the setting of a change in pressure in the intermediate space via small Steps, wherein in each case the corresponding with the currently set pressure Pulsationsamplitude is detected.
  • the control method is started at startup of the system carrying the fluid at a low initial value of the pressure in the intermediate space, this initial value in particular corresponds to the ambient pressure (atmospheric pressure).
  • this initial value in particular corresponds to the ambient pressure (atmospheric pressure).
  • the pressure pulsation of the fluid pressure in this initial state in the intermediate space is often not measurable, since the then tightly stretched or even applied to the inner wall of the gap diaphragm does not allow a pressure transfer from the fluid to the medium in the gap or only to a small extent.
  • an effective damping of the pressure pulsation is regularly not possible in this state.
  • the pressure in the intermediate space is therefore initially increased, starting from the initial value, until a pulsation amplitude is detected.
  • the pressure in the intermediate space is further increased until the measured pulsation amplitude in the fluid has passed through a minimum and until a minimum value for the pulsation amplitude has thus been determined.
  • the pressure in the intermediate space is then set. Alternatively, the minimum value is not exceeded. Instead, the control cycle is terminated when a predetermined, the Pulsations- minimum indicative criterion is met, z. B. when the pulsation amplitude exceeds a predetermined threshold.
  • the pulsation amplitude is detected during operation of the system and the regulation of the pressure in the intermediate space is started with a change in the pulsation amplitude.
  • the pulsation damping is self-adaptively brought to changed operating conditions in the system.
  • the pulsation amplitude is detected either continuously or discontinuously at predetermined time intervals and monitored for changes.
  • the pressure is adjusted to the ambient pressure (atmospheric pressure).
  • the membrane is preferably formed by a hose through which the fluid flows.
  • a system for guiding a fluid which comprises at least one damping section.
  • a membrane is arranged, which is arranged directly on the fluid flow, and which is supported against a pressure cushion in a housing wall to a space formed.
  • the system further comprises a sensor for detecting a Pulsationsamplitude in the fluid, controllable pressure changing means for changing the pressure in the space and a signal connected to the sensor and the pressure change means controller, wherein the controller to a - in particular fully automatic - control of the pressure in the space a minimum value of the pulsation amplitude of the fluid pressure is established.
  • the sensor for detecting the pulsation amplitude is designed in a variant as a distance sensor or as a vibration sensor.
  • the sensor for detecting the Pulsationsamplitude is designed as a pressure sensor which is able to detect the pressure pulsation in the fluid indirectly over the pressure profile in the intermediate space.
  • both the pressure in the intermediate space and the pulsation amplitude are detected by a single, rapidly responding pressure sensor.
  • the pressure is determined, for example, as a time average or as an integral over the detected pressure curve.
  • the system according to the invention is generally set up to carry out the method according to the invention described above.
  • Advantageous embodiments of the system thus result from the above description of the method.
  • the respective advantages of the described variants of the method can also be transferred to the associated versions of the system.
  • the plant comprises a gas space (gas reservoir) which is separated from the gap by a sealant, so that a liquid in the space is supported against a gas cushion in the gas space.
  • the intermediate space is filled with a gas, wherein in particular in the housing wall, a bore is introduced, via which the intermediate space is connected to a pressure line, a pressure vessel or a gas reservoir.
  • the gas space and the gap are connected via a gas-free passage piece, wherein a valve is arranged in the channel piece to a demand-related separation of the gas space.
  • the pressure changing means advantageously comprise an inlet valve connected to a pressure line or to a pressure reservoir and an outlet valve connected to the outside space.
  • the inlet and outlet valves are preferably located in the channel piece.
  • the damping section is designed as a tubular element (for example as a pipe, as a pipe bend, as a pipe branch piece, as a pipe bifurcation or as a pipe crossing piece).
  • a tubular element for example as a pipe, as a pipe bend, as a pipe branch piece, as a pipe bifurcation or as a pipe crossing piece.
  • Such pipe elements are often used in fluid-bearing systems, optionally standardized in terms of their connection and / or mounting geometry and also commercially available.
  • a damping element designed as such a tubular element therefore makes it possible to retrofit a fluid-carrying system with a pulsation absorber. Also, a quick replacement in the course of a maintenance or repair is possible.
  • the membrane is preferably formed by a tube which is inserted in the tube element and through which the fluid flows.
  • a pipe or pipe element also allows a comparatively simple conversion into a specified pulsation damper or damping section.
  • a tube of suitable geometry is subsequently introduced as a membrane in the tube and provided on the end sides of the tube with a corresponding connection or sealing geometry.
  • a flange on the end faces a sealing of the hose is then achieved when screwing with a mating flange of the system to the outside.
  • circumferential beads of the hose ends are preferred.
  • a corresponding groove is made in the connecting flange of the tubular element.
  • the mating flange may have a corresponding groove for receiving the bead.
  • this is not absolutely necessary depending on the selected sealing geometry of the hose end.
  • connection geometry for the fluid loading of the intermediate space that is to say for loading with a gas or with a liquid, is preferably introduced on a lateral surface of the tubular element.
  • the connection geometry is thus realized for example by a hole in the lateral surface and by a corresponding connection sleeve.
  • the tube wall or housing wall of the damping element is rotated from the inside, so that the tube receives more freedom of movement in the direction of the housing wall.
  • the housing wall of the damping element is convexly outwardly formed. In the interior of the gap created due to the distance between a particular straight tube and the outwardly convex shaped housing wall.
  • the plant comprises a fluid energy machine, wherein the damping section is arranged on the inlet side or on the outlet side of the fluid energy machine.
  • the system comprises a plurality of damping sections, it is expedient to use both the inlet side and the outlet Lassseite the fluid energy machine each one of these damping sections arranged.
  • a damping section is integrated in the fluid energy machine.
  • mass pressure effects Especially on the suction side of pumps usually act mass pressure effects. If, for example, the delivered fluid is accelerated, a negative pressure ("mass head loss") is created, and the diaphragm must then expand in order to reduce such a pressure reduction and thus allow the correct pressure reduction in the intermediate space and / or the pressure in the intermediate space as well as optionally adapted in a supply line or gas spacesadaptiv.
  • mass head loss a negative pressure
  • the pressure in the intermediate space is preferably set by changing the gas quantity in the intermediate space or the adjacent gas space (in particular at exactly or approximately constant gas volume). The gas volume is lowered, for example, to almost zero and is then successively (self-adaptively) increased until the pulsation minimum is reached.
  • the fluid energy machine is a working machine, in particular a pump or a compressor.
  • the optionally existing pump is designed in particular as a rotating positive displacement pump (for example rotary piston pump, eccentric screw pump), oscillating positive displacement pump or centrifugal pump.
  • the damping portion is integrated into a valve.
  • a valve is for example a valve on the suction and / or pressure side of a pump, in particular a piston pump or a piston diaphragm pump.
  • connection or sealing geometries at the hose ends are designed according to the hygienic regulations.
  • the specified method and the specified damping section in use with the self-adaptive control are also particularly suitable for integration into the pressure valve of oscillating pumps. It is further expedient to use the damping section in a suction and / or a pressure channel of rotary piston pumps, eccentric screw pumps (in particular also in the stator), in gear pumps, in vane pumps, in screw pumps and generally in all rotary displacement pumps.
  • the pump is by a pump of one of the above designs (in particular a rotary piston pump, eccentric screw pump or an oscillating
  • Positive displacement pump is formed, which is modified compared to the typical design of these pumps in that their connections (suction and pressure port) are not - arranged in the typical manner for these pump types - opposite, but rather - in the typical for a centrifugal pump - in right angle to mutually perpendicular sides of the pump housing.
  • This unusual connection geometry makes it possible to install the modified pump instead of a centrifugal pump without further changes in a system designed for a centrifugal pump. This, in turn, is of great advantage, since centrifugal pumps are widely used. So this is also a simple conversion of an existing, designed for a centrifugal pump system with the modified pump possible.
  • a centrifugal pump in a system designed for this purpose can not be easily replaced by a rotary pump, eccentric screw pump, etc., since the latter types of pump regularly generate a much higher pressure pulsation of the pumped fluid compared to a centrifugal pump and thereby significantly burden the adjacent system components , Therefore, a system designed for a centrifugal pump would potentially be damaged or at least subject to increased wear when replacing the centrifugal pump with a conventional rotary pump, eccentric screw pump, etc.
  • an inventive damping section is integrated into the rotary pump, eccentric screw pump, etc. provided with the connection geometry of a centrifugal pump, on the inlet side (suction side) of the actual pump chamber.
  • the membrane of the damping section is arranged in particular in an anteroom, which is connected upstream of the actual pump chamber.
  • the antechamber is arranged upstream of the pump chamber, in particular axially (on the face side).
  • the membrane is again preferably arranged on the end face of the antechamber facing away from the pump chamber, so that the inlet connection of the pump passes through the membrane (in particular in the center).
  • the damping element is alternatively preferably integrated in the suction channel and / or in the pressure channel of a centrifugal pump.
  • the membrane preferably also has geometries with inducer properties in order to prevent the formation of cavitation.
  • the membrane has suitable geometries, preferably the above-described stiffening geometries, so that it simultaneously generates a flow twist and a damping effect.
  • the damping element, and in particular its membrane are preferably made of an elastomer, plastomer or - more generally - of a deformable plastic. The damping section or the membrane are thereby easily cleaned.
  • the specified method and the corresponding damping section in the system are particularly suitable for the suction side of a pump, if the available Net Positive Suction Head (NPSHR) is very small.
  • NPSHR Net Positive Suction Head
  • the invention enables an in-line damper technology that behaves like a pipe and thus has no additional flow resistance. A subsequent installation is given by the use of existing or standardized pipe elements.
  • the invention is also characterized by a self-adaptive function. The optimal damping point is searched automatically. There is also an optimization for the damping of turbulence-induced vibrations with a small amplitude. This is associated with a reduction in flow noise and an increase in energy efficiency.
  • FIG. 1 shows a cross-section of a damping section in a fluid-carrying system
  • FIG. 2 shows a plan view of a hose used for damping
  • FIG. 3 shows, in a cross section, a damping section formed as a pipe bend
  • Figure 5 schematically in a section a rotary lobe pump with integrated
  • FIG. 6 a valve with integrated damping section
  • FIG. 7 shows in a cross-section an eccentric screw pump with integrated damping sections
  • FIG. 8 shows, in a schematic cross-section, a rotary piston pump which has a damping section integrated on the suction side;
  • FIG. 9 is a schematic top view of the inlet side of the pump according to FIG.
  • FIG. 1 shows, in a cross-section for a system 1 for guiding a fluid, a damping section 2, which here is designed by way of example as a rectilinear pipe 3.
  • the tube 3 has at its ends in each case a flange 4, 5.
  • the tube 3 is installed by screwing the flanges 4, 5 with associated, corresponding flanges 6 and 7 respectively.
  • the pipe 3 or the damping section 2 is traversed by a fluid, in particular by a liquid.
  • a membrane Inside the tube 3 is a membrane in the form of a deformable
  • the hose 8 used.
  • the hose 8 is made, for example, of a suitable plastic, in particular of an elastomer.
  • the tube 8 has a respective sealing geometry 9 at its two ends.
  • the sealing geometry 9 is formed, for example, as a circumferential bead with a given cross-sectional profile.
  • a corresponding groove is respectively made in the flanges 4, 5 of the tube 3.
  • both the conversion of an existing pipe 3 into a damping section 2 and the installation and removal of the pipe 3 in or out of a plant 1 can be accomplished in a simple manner.
  • the tube 8 is easy to remove the tube 3 and can be easily cleaned.
  • the tube 8 is spaced from the housing wall 1 1 of the tube 3 via a gap 10.
  • the gap 10 is formed for example by a corresponding deviating from the tube 8 geometry of the tube 8.
  • the inner wall of the tube 3 is turned off to form the intermediate space 10.
  • the tube cross-section in the region of the damping portion 2 is convexly widened outwards.
  • the intermediate space 10 communicates via a bore in the housing wall 1 1 communicating with a gas space 12 in connection or is hydraulically coupled to the gas space 12.
  • the gap 10 is filled with the gas of the gas space 12.
  • the gap 10 is filled with a liquid, for example oil.
  • the liquid is then separated from the gas of the gas space 12, but hydraulically (i.e., pressure-transiently) coupled to the gas cushion.
  • the hose 8 is thus supported either against a gas cushion in the intermediate space 10 or via a liquid hydraulically against a gas cushion in the gas space 12.
  • the gas space 12 is connected via a channel piece 13 with the gap 10.
  • an inlet valve 14 and an outlet valve 15 either the pressure in the intermediate space 10 itself or the gas pressure acting on a liquid in the intermediate space 10 can be set.
  • the inlet valve 14 is connected to the gas space 12. Via the outlet valve 15, gas can be discharged to the outside into the environment.
  • a check valve 16 can be separated via the gas cushion from the gap 10. The- se function can alternatively be taken over by the inlet valve 14.
  • a membrane 17 is further arranged in the channel piece 15, which separates the liquid of the gap 10 from the gas in the gas space 12.
  • the membrane 17 is alternatively arranged in the gas space 12.
  • a controller 18 (eg in the form of a microprocessor) is provided, which is in signal communication with the inlet valve 14, the outlet valve 15 and the check valve 16.
  • the valves 14, 15, 16 are actuated via the controller 18.
  • pressure sensors 21, 24, which are likewise connected to the controller 18, are arranged in the gas space 12 and in the channel piece 13. About the pressure sensor 21, the pressure in the gas chamber 12 is detected. Via the pressure sensor 24, the pressure built up via the gas cushion is measured, against which the deformable hose 8 is supported.
  • the pressure sensor 24 is integrated in a control loop, which is monitored by the controller 18.
  • the controller 18 controls the inlet valve 14 and the outlet valve 15. By opening the inlet valve 14, the pressure in the intermediate space 10 is increased. By opening the exhaust valve 15, the pressure in the gap 10 is lowered.
  • the pressure is initially increased until a good pressure signal can be detected via the pressure sensor 24. From here, the system automatically searches the operating point with a minimum pulsation or pressure amplitude, which corresponds to an optimal damping effect. Alternatively, however, it is also possible to implement a purposeful preloading, starting from which the control process begins. If pressure pulsation is detected, the pressure is increased in small, in particular adjustable, steps by the controller 18. Will the detected Pulsation amplitude lower by the pressure increase, the pressure load is continued until the pulsation amplitude is greater again. From this point, it is regulated back until the minimum of the pulsation amplitude has been reached.
  • the control process is restarted and thus the optimum damping point is automatically adjusted.
  • the gas space 12 is connected, for example, to a pressure vessel, to a pressure line or to a compressor. If the system 1 is switched off or a pump system is put out of operation, then the damping section 2 can be shut down or switched off spontaneously. In both cases, the pressure in the gap 10 is lowered until it reaches the ambient pressure. This is achieved by the outlet valve 15 or an additional valve, which may also be controlled by the controller 18.
  • FIG. 2 the surface of a hose 8 is shown in a plan view, which can be used, for example, as a damping element in a damping section 2 of a system 1 according to FIG.
  • the tube 8 has at its ends in each case a sealing geometry 9 in the form of a circumferential bead.
  • the hose 8 also has stiffening elements 19 in the form of longitudinal ribs 20. Due to the longitudinal ribs 20, even at low pulsation amplitudes, a damping effect occurs through the tube 8 per se. Due to the elasticity of the tube 8 between the longitudinal ribs 20, this has a silencer function. Turbulence-related small amplitudes are attenuated.
  • a damping portion 22 is shown corresponding to Figure 1, which is designed as a pipe bend 23.
  • the tube 3 is hereby bent over a right angle. It can be seen at the respective ends of the pipe bend 23, the flanges 4, 5.
  • the channel piece 13 is introduced for coupling to an external gas space.
  • a hose according to Figure 1 can be used into the inside of the pipe bend 23 .
  • the pipe bend 23 and the outer wall in the region of the outer radius is preferably bulged.
  • the hose in this case optionally carries on the outside profiles that support the damping effect by special supporting effects. For example, pressure surges are preferably absorbed in a first arch portion, when in the middle of the arc, a transverse rib is attached to the hose.
  • Figure 4 shows the course of the pressure in the space 10 of a damping portion 2 according to Figure 1 as a function of time, wherein the pressure is gradually increased.
  • the visible pressure or pulsation amplitudes are the result of, for example, an oscillating pump in the system 1 generated periodic pressure surges in the fluid flowing through. These pressure surges are transmitted via the tube 8 in the pressure pad or in a gas-filled gap 10 on the gas located there. It can be seen that with increasing pressure a range of minimum pulsation amplitude 25 is reached. This range is exemplary at about 4 bar. If the pressure continues to rise, this area is left and the pulsation amplitude increases again. It can be seen in FIG.
  • FIG. 5 is a schematic sectional view of a rotary piston pump 26 which has an inlet side 27 and an outlet side 28. Both on the inlet side 27 and on the outlet side 28 in each case a damping portion 29 is integrated into the rotary piston pump 26.
  • valves is the control method described by means of a respective controller 18 executed.
  • the fluid-carrying interior of the rotary piston pump 26 is lined in each case with a corresponding elastomer. This elastomer forms one in the region of the damping sections 29
  • Hose 8 which is supported against a pressure pad in the respective space 10.
  • the two rotary pistons 30 can be seen centrally for the rotary piston pump 26, which convey fluid from the inlet side 27 to the outlet side 28 during a rotation.
  • FIG. 6 shows a valve 31 which can be used, for example, on the suction or pressure side of a piston or piston diaphragm pump.
  • a valve seat 32 sits a prestressed valve disc. With a corresponding pressure build-up, fluid in the illustrated orientation can flow through the valve 31 from left to right.
  • a damping section 33 is inserted in the valve 31.
  • a gap 8 in the region of the valve guide is supported against a pressure cushion in the intermediate space 10.
  • a channel piece 13 is introduced in the housing of the valve 31, a channel piece 13 is introduced.
  • the channel piece 13 is connected to a gas space 12.
  • a controller 18 is arranged.
  • FIG. 7 shows a section of an eccentric screw pump 34.
  • the eccentric screw 35 can be seen.
  • a respective damping section 36 and 37 is arranged.
  • the respective damping sections 36, 37 have outwardly widened housing, so that in each case a cavity 1 0 is formed with respect to an inner, deformable tube 8.
  • the respective intermediate spaces 10 communicate with a gas space 12.
  • a controller 18 is also arranged in each case for a self-adaptive adaptation of the pressure in the intermediate space 10.
  • FIGS. 8 and 9 show a rotary piston pump 40 with an oval-cylindrical pump housing 41.
  • the rotary piston pump 40 At an end face 42, also referred to as inlet side, the rotary piston pump 40 has an inlet connection 43.
  • An outlet port 44 is attached to the circumference 45 of the pump housing 41. order, which thus forms an outlet side of the rotary pump 40.
  • the connections 43 and 44 of the rotary piston pump 40 are thus - arranged in the typical for a centrifugal pump - at right angles to perpendicular to each other sides of the pump housing 41.
  • the rotary pump 40 Inside the pump housing 41, the rotary pump 40 has a pump chamber 46, in which two interlocking rotary pistons 47 rotate in a manner known per se.
  • Axially (frontally) upstream of the pump chamber 46 is an antechamber 48, which forms a damping section 49.
  • a membrane 50 is arranged in the antechamber 48, which extends parallel to the end face 42 and which delimits a filled with the fluid to be pumped part of the vestibule 48 of the gap 10.
  • the membrane 50 is flat in the manner of an eardrum and thus in particular - in contrast to the previously described embodiments - not tubular.
  • the inlet port 43 of the rotary pump 40 passes through the membrane 50 in the middle.
  • a passage opening 52 is introduced, via which the fluid to be pumped from the antechamber 46 is sucked into the suction-side region of the pump chamber 46.
  • a further port is provided on the end face 42 of the pump housing 41, via which the gap 10 is filled in the manner described above with a gas or a liquid. Also in the embodiment of Figures 8 and 9, the pressure in the gap 10 is controlled in the manner described above to a minimum value of the pressure pulsation in the fluid.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Pulsationsdämpfung in einer ein Fluid führenden Anlage (1) angegeben, wobei das Fluid in einem Dämpfungsabschnitt (2, 22, 29, 33, 36, 37, 49) der Anlage (1) an einer Membran (8, 50) entlang strömt, die sich gegen ein Druckpolster in einem zu einer Gehäusewand (11) ausgebildeten Zwischenraum (10) abstützt. Dabei ist vorgesehen den Druck im Zwischenraum (10) auf einen Minimalwert der Pulsationsamplitude des Fluiddrucks zu regeln. Weiter wird eine entsprechende Anlage (1) mit Pulsationsdämpfung angegeben.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Pulsationsdämpfung in einer ein Fluid führenden Anlage
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dämpfung einer Pulsation eines Fluid- drucks (kurz: Pulsationsdämpfung) in einer ein Fluid führenden Anlage, wobei das Fluid in einem Dämpfungsabschnitt der Anlage an einer elastischen Membran entlang strömt, die sich gegen ein Druckpolster in einem zu einer Gehäusewand ausgebildeten Zwischenraum abstützt. Die Erfindung betrifft weiter eine Anlage zur Führung eines unter einem Fluiddruck stehenden Fluids, die zur Pulsationsdämpfung einen Dämpfungsabschnitt umfasst, in dem eine an den Fluidstrom angrenzende Membran angeordnet ist, die sich gegen ein Druckpolster in einem zu einer Gehäusewand ausgebildeten Zwischenraum abstützt. Die Erfindung beschäftigt sich insbesondere mit der Dämpfung von Druckpulsationen, die durch Fluidener- giemaschinen in strömenden Flüssigkeiten verursacht werden.
Druckpulsationen und hydraulische Schwingungen in Fluid führenden Anlagen verursachen Schäden in Anlagenkomponenten und führen in unerwünschter Weise auch zu einem erhöhten Energieverbrauch. Um solche Schäden zu vermeiden und um durch Druckschwankungen verursachte Verluste zu vermeiden, werden üblicherweise Pulsationsdämpfer eingesetzt. Gegenüber klassischen Anbaudämpfern werden hierbei oft Inline-Dämpfer bevorzugt, die beispielsweise als Einbaukomponenten in Rohren in eine bestehende Anlage integriert werden können. Dabei ist beispielsweise ein vom Fluid durchströmbarer, innenliegender Schlauch vorgesehen, der sich gegen ein Druckpolster in einem zu einer Gehäusewand ausgebildeten Zwischenraum abstützt. Bei einer Druckpulsation im Fluid wird der Schlauch unter Kompression eines das Druckpolster bildenden Gases ausgedehnt. Verringert sich der Druck im Fluid, wird die im Gas des Druckpolsters gespeicherte Energie wieder in das Fluid abgegeben. Dies führt zu einer Dämpfung der Druckpulsationen, also zu einer Verringerung der Pulsations- bzw. Druckschwingungsamplitude.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein besonders effektives Verfahren zur Pulsationsdämpfung in einer ein Fluid führenden Anlage und eine entsprechende Anlage mit Pulsationsdämpfung anzugeben.
Diese Aufgabe wird für ein Verfahren zur Pulsationsdämpfung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1 , dass der Druck im Zwischenraum auf einen Minimalwert der Pulsationsamplitude im Fluid geregelt wird. Das Verfahren als solches wird insbesondere vollautomatisch durchgeführt.
Die Erfindung geht dabei in einem ersten Schritt von der Überlegung aus, dass ein gegebener Druck zur Ausbildung des Druckpolsters, gegen den sich die Membran abstützt, nicht für alle möglichen Betriebsbedingungen der Anlage eine optimale Pulsationsdämpfung im Fluid gewährleisten kann. Überhaupt kann mit einem starren Pulsationsdämpfungssystem nicht für jede Fluid führende Anlage eine gleich gute Pulsationsdämpfung erzielt werden. Zwar bewirken derartige Systeme in der Tat eine Pulsationsdämpfung. Jedoch wird der optimale Dämpfpunkt entweder gar nicht oder nur bei bestimmten herrschenden Betriebsbedingungen zufällig erreicht.
In einem zweiten Schritt erkennt die Erfindung, dass die Dämpfungswirkung unter der Voraussetzung eines gegebenen konkreten mechanischen Dämpfungssystems im Wesentlichen von dem Druck des Druckpolsters abhängt. Ein zu hoher Druck führt zu einer harten Dämpfung und eignet sich gegebenenfalls nur zur Dämpfung kleiner Schwingungsamplituden. Bei einem zu niedrigen Druck vermag die Dämpfung gegebenenfalls hohen Schwingungsamplituden nicht zu folgen.
In einem dritten Schritt schließlich erkennt die Erfindung anhand eigener Untersuchungen, dass ein Optimum der Dämpfungswirkung unabhängig von den tatsächlichen Betriebsbedingungen tatsächlich nur bei einem bestimmten Druck bzw. innerhalb eines bestimmten abgegrenzten Druckbereichs auftritt. Die optimale Dämpfung zeichnet sich dabei durch minimale Druck- bzw. Pulsationsamplituden aus. Wird der optimale Druckpunkt bzw. der optimale Druckbereich überfahren, so nimmt die Pulsationsamplitude sowohl in Richtung auf einen höheren als auch in Richtung auf einen niedrigeren Druck zu. Dies erlaubt es, den Druck unter Beachtung der Pulsationsamplitude derart einzustellen, dass die Pulsationsamplitude minimal ist. Mit anderen Worten kann also der Druck im Zwischenraum auf die minimale Pulsationsamplitude geregelt werden.
Als„regeln" wird hierbei die Einstellung des Drucks im Zwischenraum mittels eines geschlossenen Regelkreises (closed-loop control) bezeichnet. Die Formulierung, dass„der Druck im Zwischenraum auf einen Minimalwert der Pulsationsamplitude im Fluid geregelt wird", ist dabei dahingehend zu verstehen, dass als Stellgröße der erfindungsgemäßen Regelung der Druck im Zwischenraum herangezogen wird, während als Regelgröße (deren Ist-Wert mit einer Führungsgröße als Regelkriterium verglichen wird) die Druckpulsation des Fluiddrucks herangezogen wird. Der Fluiddruck und dessen Druckpulsation können dabei im Rahmen der Erfindung unmittelbar im Fluid gemessen werden. Vorzugsweise wird die Druckpulsation im Fluid aber mittelbar über eine korrespondierende Druckpulsation im Zwischenraum oder einem damit druckübertragungstechnisch verbundenen Volumen gemessen. Als Führungsgröße oder Regelkriterium wird herangezogen, dass die Druckpulsation minimal wird, also einen Minimalwert erreicht. In äquivalenter Formulierung wird also die Änderung der Pulsationsamplitude bei einer Variation des Drucks im Zwischenraum auf einen Sollwert von Null geregelt.
Als„Pulsationsamplitude" des Fluiddrucks wird insbesondere das Druckintervall zwischen einem Minimum und einem benachbarten Maximum im zeitlichen Verlauf des oszillierenden Fluiddrucks oder ein aus solchen Druckintervallen gebildeter Mittelwert bezeichnet.
Als„Druckpolster" wird allgemein ein in dem Zwischenraum aufgenommenes Medium (insbesondere ein Gas oder eine Flüssigkeit) bezeichnet, das einer Lageänderung der Membran infolge einer Änderung des Fluiddrucks elastisch nachgibt, wobei dieses Medium eine rückstellende Kraft auf die Membran aufbaut. Bevorzugt wird bei dem angegebenen Verfahren zur Pulsationsdämpfung der Zwischenraum zwischen der Membran und der Gehäusewand selbst mit einem Gas, also einem kompressiblen Medium gefüllt. In diesem Fall stützt sich die Membran unmittelbar gegen das durch das Gasvolumen gebildete Druckpolster ab. Das Gas gibt der Lageänderung der Membran dabei nach, indem es im Zwischenraum komprimiert oder expandiert wird. In einer anderen, alternativen Ausgestaltung ist der Zwischenraum zumindest zum Teil mit einer als Druckpolster wirkenden Flüssigkeit gefüllt, wobei sich diese Flüssigkeit ihrerseits gegen ein Gaspolster (d.h. ein komprimierbares Gasvolumen) im Zwischenraum oder außerhalb des Zwischenraums abstützt. In letzterem Fall gibt die an sich insbesondere inkompres- sible Flüssigkeit der Lageänderung der Membran nach, indem sie zum Teil aus dem Zwischenraum verdrängt wird oder in den Zwischenraum nachfließt. Durch die Flüssigkeit wird dabei eine durch Pulsation des Fluiddrucks verursachte Schwingung der Membran hydraulisch auf das Gaspolster übertragen. Das Gaspolster ist dabei beispielsweise in einem separaten Reservoir (Gasraum) außerhalb der Dämpfungskomponente gebildet. Der Gasraum und der Zwischenraum der Dämpfungskomponente sind beispielsweise über eine weitere elastische Membran oder einen beweglichen Kolben getrennt, so dass eine Druckübertragung zwischen diesen Räumen ermöglicht ist. Der Zwischenraum oder ein mit dem Zwischenraum verbundenes Gasreservoir werden entweder aus einem Druckleitungsnetz oder von einem Kompressor versorgt. Alternativ ist ein An- schluss an einen Druckbehälter vorgesehen.
Bei einem fehlenden Innendruck der Anlage, d.h. wenn der Fluiddruck unter einen vorgegebenen Schwellwert (z.B. Atmosphärendruck oder einen geringfügig darüber oder darunter liegenden Wert) absinkt, wird bevorzugt der flüssigkeitsgefüllte Zwischenraum druckübertragungstechnisch von dem Gaspolster abgetrennt. Hierdurch wird eine unerwünschte Ausdehnung der Membran unterbunden, wenn das Fluid z.B. im Stillstand der Anlage drucklos ist oder gänzlich fehlt.
Zwischen dem Zwischenraum und dem externen Gasreservoir ist in einer bevorzugten Ausgestaltung ein Kanalstück eingebaut, das auch während des Betriebs nie Gas enthält. In dieses Kanalstück ist zur Abtrennung des Zwischenraums von dem Gaspolster in einer zweckmäßigen Ausgestaltung ein Ventil eingebaut, welches insbesondere servogesteuert (wenn der Druck sinkt, schließt das Ventil) ist. Über ein solches Ventil lässt sich das Gasreservoir schnell vom Zwischenraum trennen, so dass eine Druckübertragung zwischen dem Zwischenraum und dem Gasreservoir unterbunden ist, sofern dies beispielsweise bei fehlendem Innendruck erforderlich sein sollte. Als Flüssigkeit, mit der der Zwischenraum befüllt ist, eignet sich z. B. ein Öl. Über die nicht komprimierbare Flüssigkeit stützt sich die deformierbare Membran im Zwischenraum nach Art eines hydraulischen Gestänges gegen das Gaspolster ab. Das Gaspolster wird bei Deformation der Membran infolge der durch die Flüssigkeit in dem Zwischenraum vermittelten Druckübertragung komprimiert und entspannt.
Für die Erfindung ist es allgemein von Vorteil, dass die Verbindung zwischen einem das Gaspolster gegebenenfalls enthaltenden Reservoir und dem Zwischenraum möglichst großzügig gestaltet ist. Auf diese Weise bleibt ein Druckverlust in diesem Bereich günstigerweise gering. Beispielsweise ist das Gasreservoir mit dem Zwischenraum über eine Bohrung verbunden, die in die Gehäusewand des Dämpfungsabschnitts eingebracht ist. In diesem Fall ist bevorzugt die Membran in dem Bereich der Bohrung mit einer Versteifung versehen, so dass die Membran nicht in unerwünschter Weise in die Bohrung eingezogen wird. Eine oder mehrere Versteifungen können im Rahmen der Erfindung aber auch an anderen Stellen der Membran angeordnet sein, um die elastischen Eigenschaften der Membran günstig einzustellen. Die oder jede Versteifung an der Membran ist insbesondere mittels Versteifungselementen wie Noppen, Rippen oder dergleichen ausgebildet. Solche Versteifungselemente sind insbesondere an der dem Zwischenraum zugewandten Seite der Membran geordnet und verhindern somit auch, dass sich die Membran bei hohem Fluiddruck dichtend an die Wand des Zwischenraums anlegt. Die oder jede Versteifung ist alternativ beispielsweise durch eine örtlich variierende Materialwahl oder durch eine örtlich variierende Materialstärke für die Membran ausgestaltet. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Pulsationsamplitude für die Regelung unmittelbar durch eine Erfassung des Druckverlaufs (direkt im Fluid, im Zwischenraum oder gegebenenfalls dem damit verbundenen Gasreservoir) über der Zeit ermittelt. In einer anderen Ausgestaltung wird die Pulsationsamplitude durch eine Erfassung der Schwingungsamplitude der Membran ermittelt.
Membranschwingungen werden beispielsweise über Vibrationssensoren oder Abstandssensoren erfasst. Zur direkten Erfassung der Amplitude der Druckpulsation werden ein oder mehrere Drucksensoren (z. B. in Form von Dehnmessstreifen) eingesetzt.
Der Druckverlauf über der Zeit wird in einer bevorzugten Ausgestaltung im Zwischenraum selbst, in einer Zuführleitung zum Zwischenraum und/oder in einem mit dem Zwischenraum kommunizierenden Behälter, beispielsweise in einem das Gaspolster ausbildenden Gasreservoir, erfasst. Hierzu sind entsprechend geeignete Drucksensoren entsprechend platziert.
Zur Regelung der Pulsationsamplitude auf ein Minimum wird in einer zweckmäßigen Ausgestaltung zu einer Erhöhung des Drucks im Zwischenraum ein an eine Druckleitung oder an ein Druckreservoir angeschlossenes Einlassventil geöffnet und zu einer Erniedrigung des Druckes im Zwischenraum ein mit dem Außenraum verbundenes Auslassventil betätigt. Durch Einsatz von Ventilen ist eine schnelle Einstellung des Drucks im Zwischenraum ermöglicht. Einlass- und Auslassventile können getrennt in der Gehäusewand des Dämpfungselements eingebracht sein. Im Falle eines Kanalstücks zwischen einem Gasreservoir und dem Zwischenraum werden Einlass- und Auslassventil bevorzugt in diesem Kanalstück angeordnet. Dabei ist das Auslassventil bezüglich des Gasreservoirs zweckmäßigerweise dem Einlassventil nachgeschaltet.
Vorteilhafterweise wird zur Regelung der Druck im Zwischenraum verändert, die mit der Veränderung des Druckes korrespondierende Änderung in der Pulsationsamplitude erfasst und der Druck in Richtung auf eine Verringerung der Pulsationsamplitude nachgeführt. Bevorzugt erfolgt hierbei die Veränderung des Druckes bzw. die Einstellung eines geänderten Druckes im Zwischenraum über kleine Schritte, wobei jeweils die mit dem aktuell eingestellten Druck korrespondierende Pulsationsamplitude erfasst wird.
Bevorzugt wird das Regelverfahren bei Inbetriebnahme der das Fluid führenden Anlage bei einem geringen Anfangswert des Drucks im Zwischenraum gestartet, wobei dieser Anfangswert insbesondere dem Umgebungsdruck (Atmosphärendruck) entspricht. Erkanntermaßen ist die Druckpulsation des Fluiddrucks in diesem Anfangszustand im Zwischenraum oft nicht messbar, da die dann stark gespannte oder sogar an der Innenwand des Zwischenraums anliegende Membran eine Druckübertragung von dem Fluid an das Medium in dem Zwischenraum nicht oder nur in geringem Maße zulässt. Somit ist in diesem Zustand auch eine effektive Dämpfung der Druckpulsation regelmäßig nicht möglich. In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird der Druck im Zwischenraum daher ausgehend von dem Anfangswert zunächst erhöht, bis eine Pulsationsamplitude erfasst wird. Anschließend wird der Druck im Zwischenraum weiter erhöht, bis die gemessene Pulsationsamplitude im Fluid ein Minimum durchlaufen hat und bis somit ein Minimalwert für die Pulsationsamplitude ermittelt ist. Auf den diesem Minimum der Druckpulsation im Fluid entsprechenden Druckwert wird dann der Druck im Zwischenraum eingestellt. Alternativ wird der Minimalwert nicht überfahren. Stattdessen wird der Regelungszyklus beendet, wenn ein vorgegebenes, das Pulsations- minimum anzeigendes Kriterium erfüllt wird, z. B. wenn die Pulsationsamplitude einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird im Betrieb der Anlage die Pulsationsamplitude erfasst und die Regelung des Drucks im Zwischenraum bei einer Änderung der Pulsationsamplitude gestartet. Auf diese Weise wird die Pulsations- dämpfung selbstadaptiv an geänderte Betriebsbedingungen in der Anlage herangeführt. Zur Durchführung dieser Variante wird die Pulsationsamplitude entweder kontinuierlich oder diskontinuierlich in vorgegebenen Zeitabständen erfasst und auf Änderungen überwacht.
Zweckmäßigerweise wird bei Betriebsende der Fluid führenden Anlage der Druck auf den Umgebungsdruck (Atmosphärendruck) abgeglichen. Die Membran ist bevorzugt durch einen Schlauch gebildet, der von dem Fluid durchströmt wird.
Die eingangs gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß auch gelöst durch eine Anlage zur Führung eines Fluids, die mindestens einen Dämpfungsabschnitt umfasst. In dem Dämpfungsabschnitt ist eine Membran angeordnet, die unmittelbar an der Fluidstromung angeordnet ist, und die sich gegen ein Druckpolster in einem zu einer Gehäusewand ausgebildeten Zwischenraum abstützt. Die Anlage umfasst weiterhin einen Sensor zur Erfassung einer Pulsationsamplitude in dem Fluid, steuerbare Druckänderungsmittel zur Änderung des Drucks im Zwischenraum und einen mit dem Sensor und mit den Druckänderungsmitteln signaltechnisch verbundenen Controller, wobei der Controller zu einer - insbesondere vollautomatischen - Regelung des Drucks im Zwischenraum auf einen Minimalwert der Pulsationsamplitude des Fluiddrucks eingerichtet ist.
Der Sensor zur Erfassung der Pulsationsamplitude ist in einer Variante als Abstandssensor oder als Vibrationssensor ausgebildet. Alternativ ist der Sensor zur Erfassung der Pulsationsamplitude als Drucksensor ausgebildet, der in der Lage ist, die Druckpulsation im Fluid mittelbar über den Druckverlauf in dem Zwischenraum zu erfassen. In dieser Variante wird sowohl der Druck im Zwischenraum als auch die Pulsationsamplitude über einen einzigen, schnell reagierenden Drucksensor erfasst. Der Druck wird dabei beispielsweise als zeitlicher Mittelwert oder als Integral über den erfassten Druckverlauf bestimmt.
Die erfindungsgemäße Anlage ist allgemein zur Durchführung des vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet. Vorteilhafte Ausführungsformen der Anlage ergeben sich somit aus der vorstehenden Beschreibung des Verfahrens. Auch die jeweiligen Vorteile der beschriebenen Verfahrensvarianten lassen sich auf die zugehörigen Ausführungen der Anlage übertragen.
So umfasst die Anlage in zweckmäßiger Ausführung einen von dem Zwischenraum über ein Dichtungsmittel getrennten Gasraum (Gasreservoir), so dass sich eine Flüssigkeit im Zwischenraum gegen ein Gaspolster im Gasraum abstützt. Alternativ ist der Zwischenraum mit einem Gas gefüllt, wobei insbesondere in der Gehäusewand eine Bohrung eingebracht ist, über welche der Zwischenraum mit einer Druckleitung, einem Druckbehälter oder einem Gasreservoir verbunden ist.
Zweckmäßigerweise sind der Gasraum und der Zwischenraum über ein gasfreies Kanalstück verbunden, wobei im Kanalstück ein Ventil zu einer bedarfsweisen Abtrennung des Gasraums angeordnet ist.
Zu einer schnellen Regelung umfassen die Druckänderungsmittel in vorteilhafter Weise ein an eine Druckleitung oder an ein Druckreservoir angeschlossenes Einlassventil und ein mit dem Außenraum verbundenes Auslassventil. Das Einlassund das Auslassventil sind bevorzugt in dem Kanalstück angeordnet.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist der Dämpfungsabschnitt als Rohrelement (z.B. als Rohr, als Rohrbogen, als Rohrabzweigstück, als Rohrgabelung oder als Rohrkreuzungsstück) ausgebildet. Derartige Rohrelemente sind in Fluid führenden Anlagen häufig eingesetzt, gegebenenfalls hinsichtlich ihrer Anschluss- und/oder Befestigungsgeometrie normiert und zudem kommerziell erhältlich. Ein als derartiges Rohrelement ausgebildetes Dämpfungselement ermöglicht daher eine nachträgliche Ausrüstung einer Fluid führenden Anlage mit einem Pulsati- onsdämpfer. Auch ist ein rascher Austausch im Zuge einer Wartung oder Reparatur ermöglicht.
Die Membran ist wie erwähnt bevorzugt durch einen Schlauch gebildet, der in dem Rohrelement eingesetzt ist und von dem Fluid durchströmt wird.
Entsteht im Falle eines Rohrbogens auf einer Seite ein Druckstoß, so prallt dieser auf die im Bogen abgewinkelte Schlauchwand. Ist der Schlauch richtig gegen ein Druckpolster abgestützt, bzw. wird auf minimale Pulsationsamplitude geregelt, so wird der Druckstoß effektiv gedämpft. Weiter ermöglicht ein Rohr oder Rohrelement auch einen vergleichsweise einfachen Umbau in einen angegebenen Pulsationsdämpfer bzw. Dämpfungsabschnitt. Hierbei wird insbesondere ein Schlauch passender Geometrie nachträglich als Membran in das Rohr eingeführt und an den Endseiten des Rohres mit einer entsprechenden Anschluss- oder Dichtgeometrie versehen. Über beispielsweise einen Flansch an den Endseiten wird beim Verschrauben mit einem Gegenflansch der Anlage dann eine Abdichtung des Schlauches nach außen erzielt. Als Anschluss bzw. Dichtgeometrie werden umlaufende Wülste der Schlauchenden insbesondere mit einer keilförmigen oder einer ringförmigen Geometrie bevorzugt. Zur Aufnahme des jeweiligen umlaufenden Wulstes ist eine entsprechende Nut im Anschlussflansch des Rohrelements eingebracht. Der Gegenflansch kann eine entsprechende Nut zur Aufnahme des Wulstes aufweisen. Dies ist abhängig von der gewählten Dichtgeometrie des Schlauchendes jedoch nicht zwingend erforderlich.
Bei einem Umbau eines Rohrelements wird an einer Mantelfläche des Rohrelements bevorzugt eine Anschlussgeometrie für die Fluidbeladung des Zwischenraums, also zur Beladung mit einem Gas oder mit einer Flüssigkeit, eingebracht. Die Anschlussgeometrie ist beispielsweise also durch eine Bohrung in der Mantelfläche und durch eine entsprechende Anschlussmuffe realisiert. Alternativ oder zusätzlich wird die Rohrwand bzw. Gehäusewand des Dämpfungselements von innen ausgedreht, so dass der Schlauch mehr Bewegungsfreiraum in Richtung der Gehäusewand erhält.
In einer anderen, ebenfalls bevorzugten Ausgestaltung ist die Gehäusewand des Dämpfungselements konvex nach außen ausgeformt. Im Innenraum entsteht der Zwischenraum aufgrund des Abstands zwischen einem insbesondere geradlinigen Schlauch und der nach außen konvex ausgeformten Gehäusewand.
Bevorzugt ist von der Anlage eine Fluidenergiemaschine umfasst, wobei der Dämpfungsabschnitt an der Einlassseite oder an der Auslassseite der Fluidenergiemaschine angeordnet ist. Sofern die Anlage mehrere Dämpfungsabschnitte umfasst, ist zweckmäßigerweise sowohl an der Einlassseite als auch an der Aus- lassseite der Fluidenergiemaschine jeweils einer dieser Dämpfungsabschnitte angeordnet. Alternativ oder zusätzlich ist ein Dämpfungsabschnitt in die Fluidenergiemaschine integriert.
Gerade auf der Saugseite von Pumpen wirken in der Regel Massendruckwirkungen. Wird das geförderte Fluid beispielsweise beschleunigt, so entsteht ein Unterdruck (Massendruckverlust,„acceleration head loss"). Die Membran muss sich dann, um eine derartige Druckabsenkung zu mindern, ausdehnen und damit die richtige Druckabsenkung im Zwischenraum zulassen. Durch die Erfindung werden das Gasvolumen und/oder der Druck sowohl im Zwischenraum als auch gegebenenfalls in einer Zuleitung oder Gasraum selbstadaptiv angepasst.
Bei einlassseitiger (saugseitiger) Anordnung des Dämpfungsabschnitts wird dabei der Druck im Zwischenraum vorzugsweise mittelbar durch Änderung des Gasvolumens im Zwischenraum oder dem angrenzenden Gasraum (insbesondere bei konstanter Gasmenge) eingestellt, da sich diese Konfiguration des Dämpfungsabschnitts als besonders vorteilhaft zur Dämpfung der Druckpulsation unter den durch die Pumpe an deren Einlassseite erniedrigten Fluiddrucken herausgestellt hat. Insbesondere kann somit effektiv vermieden werden, dass die Membran die Fluidströmung abschnürt. Bei einlassseitiger (saugseitiger) Anordnung des Dämpfungsabschnitts wird der Druck im Zwischenraum dagegen vorzugsweise durch Änderung der Gasmenge im Zwischenraum oder dem angrenzenden Gasraum (insbesondere bei exakt oder annähernd konstantem Gasvolumen) eingestellt. Das Gasvolumen wird beispielhaft auf nahezu Null abgesenkt und wird dann sukzessive (selbstadaptiv) vergrößert, bis das Pulsationsminimum erreicht ist.
Bevorzugt ist die Fluidenergiemaschine eine Arbeitsmaschine, insbesondere eine Pumpe oder ein Kompressor. Die gegebenenfalls vorhandene Pumpe ist insbesondere als rotierende Verdrängerpumpe (beispielsweise Drehkolbenpumpe, Exzenterschneckenpumpe), oszillierende Verdrängerpumpe oder Kreiselpumpe ausgebildet. In einer wiederum anderen zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist der Dämpfungsabschnitt in ein Ventil integriert. Ein solches Ventil ist beispielsweise ein Ventil auf der Saug- und/oder Druckseite einer Pumpe, insbesondere einer Kolbenpumpe oder einer Kolbenmembranpumpe.
Zum Einsatz im Bereich der Hygienetechnik werden bevorzugt für die Membran entsprechend zugelassene Elastomere oder Plastomere bzw. entsprechend geeignete Kunststoffe eingesetzt. Die Anschluss- bzw. Dichtgeometrien an den Schlauchenden sind den hygienetechnischen Vorschriften entsprechend ausgestaltet.
Das angegebene Verfahren und der angegebene Dämpfungsabschnitt im Einsatz mit der selbstadaptiven Regelung sind auch besonders geeignet zur Integration in das Druckventil von oszillierenden Pumpen. Weiter zweckmäßig wird der Dämpfungsabschnitt in einen Saug- und/oder einen Druckkanal von Kreiskolbenpumpen, Exzenterschneckenpumpen (dort insbesondere auch in den Stator), in Zahnradpumpen, in Flügelzellenpumpen, in Schraubenspindelpumpen und generell in allen rotierenden Verdrängerpumpen eingesetzt.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Pumpe durch eine Pumpe einer der oben genannten Bauformen (insbesondere eine Drehkolbenpumpe, Exzenterschneckenpumpe oder eine oszillierende
Verdrängerpumpe) gebildet, die gegenüber der typischen Bauform dieser Pumpen dahingehend modifiziert ist, dass deren Anschlüsse (Saug- und Druckanschluss) nicht - in der für diese Pumpenbauformen typischen Weise - gegenüberliegend angeordnet sind, sondern vielmehr - in der für eine Kreiselpumpe typischen Weise - im rechten Winkel an senkrecht zueinander stehenden Seiten des Pumpengehäuses. Diese ungewöhnliche Anschlussgeometrie erlaubt es, die modifizierte Pumpe anstelle einer Kreiselpumpe ohne weitere Änderungen in eine für eine Kreiselpumpe konzipierte Anlage einzubauen. Das wiederum ist von großem Vorteil, da für Kreiselpumpen ausgelegte Anlagen weitverbreitet sind. So ist hierdurch auch eine einfache Umrüstung einer bestehenden, für eine Kreiselpumpe ausgelegten Anlage mit der modifizierten Pumpe möglich. Allerdings lässt sich eine Kreiselpumpe in einer dafür ausgelegten Anlage erkanntermaßen nicht ohne Weiteres durch eine Drehkolbenpumpe, Exzenterschneckenpumpe, etc. ersetzen, da die letztgenannten Pumpentypen im Vergleich zu einer Kreiselpumpe regelmäßig eine wesentlich höhere Druckpulsation des geförderten Fluids erzeugen und dadurch die angrenzenden Anlagenteile wesentlich stärker belasten. Eine für eine Kreiselpumpe ausgelegte Anlage würde bei Ersatz der Kreiselpumpe durch eine gewöhnliche Drehkolbenpumpe, Exzenterschneckenpumpe etc. daher potentiell Schaden nehmen oder zumindest einem erhöhten Verschleiß unterliegen.
Um diesen Nachteil zu vermeiden, wird in die mit der Anschlussgeometrie einer Kreiselpumpe versehene Drehkolbenpumpe, Exzenterschneckenpumpe, etc. ein- lassseitig (saugseitig) des eigentlichen Pumpenraums ein erfindungsgemäßer Dämpfungsabschnitt integriert. Die Membran des Dämpfungsabschnitts ist dabei insbesondere in einem Vorraum angeordnet, der dem eigentlichen Pumpenraum vorgeschaltet ist.
Bei einem oval-zylinderförmigen Pumpengehäuse, wie es insbesondere für Drehkolbenpumpen typisch ist, ist der Vorraum dem Pumpenraum insbesondere axial (stirnseitig) vorgeordnet. Die Membran ist dabei wiederum vorzugsweise an der von dem Pumpenraum abgewandten Stirnfläche des Vorraums angeordnet, so dass der Einlassanschluss der Pumpe die Membran (insbesondere mittig) durchsetzt.
Das Dämpfungselement ist alternativ bevorzugt in den Saugkanal und/oder in den Druckkanal einer Kreiselpumpe integriert. Die Membran weist in diesem Fall bevorzugt auch Geometrien mit Inducer-Eigenschaften auf, um das Entstehen von Kavitation zu verhindern. Die Membran hat hierzu geeignete Geometrien, bevorzugt die vorbeschriebenen Versteifungsgeometrien, so dass sie zugleich einen Strömungsdrall und eine Dämpfungswirkung erzeugt. Das Dämpfungselement, und insbesondere dessen Membran, sind bevorzugt aus einem Elastomer, Plastomer oder - allgemeiner - aus einem verformbaren Kunststoff hergestellt. Der Dämpfungsabschnitt bzw. die Membran sind hierdurch leicht reinigbar. Das angegebene Verfahren und der entsprechende Dämpfungsabschnitt in der Anlage eignen sich insbesondere auch für die Saugseite einer Pumpe, wenn der verfügbare NPSHR (required Net Positive Suction Head) sehr klein ist. Die Erfindung ermöglicht eine Inline-Dämpfertechnik, die sich verhält wie ein Rohr und insofern keine zusätzlichen Strömungswiderstände aufweist. Ein nachträglicher Einbau ist durch die Verwendung bereits vorhandener oder normierter Rohrelemente gegeben. Die Erfindung zeichnet sich zudem durch eine selbst- adaptive Funktion aus. Der optimale Dämpfungspunkt wird selbsttätig gesucht. Auch ist eine Optimierung für die Dämpfung turbulenzbedingter Schwingungen mit kleiner Amplitude gegeben. Dadurch ist eine Reduzierung des Strömungslärm und einer Steigerung der Energieeffizient verbunden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhang einer Zeichnung näher beschrieben. Dabei zeigen:
Figur 1 : in einem Querschnitt einen Dämpfungsabschnitt in einer fluidführen- den Anlage,
Figur 2: eine Aufsicht auf einen zur Dämpfung eingesetzten Schlauch,
Figur 3: in einem Querschnitt einen als Rohrbogen ausgebildeten Dämpfungsabschnitt,
Figur 4: den zeitlichen Verlauf der Pulsationsamplitude bei verändertem
Druck,
Figur 5: schematisch in einem Schnitt eine Drehkolbenpumpe mit integrierten
Dämpfungsabschnitten,
Figur 6: ein Ventil mit integriertem Dämpfungsabschnitt, Figur 7: in einem Querschnitt eine Exzenterschneckenpumpe mit integrierten Dämpfungsabschnitten,
Figur 8: in einem schematischen Querschnitt eine Drehkolbenpumpe, die die saugseitig ein Dämpfungsabschnitt integriert ist, und
Figur 9: in schematischer Draufsicht auf die Einlassseite die Pumpe gemäß
Figur 7.
Einander entsprechende Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Figur 1 zeigt in einem Querschnitt für eine Anlage 1 zur Führung eines Fluids einen Dämpfungsabschnitt 2, der hier beispielhaft als geradliniges Rohr 3 ausgebildet ist. Das Rohr 3 weist an seinen Enden jeweils einen Flansch 4, 5 auf. In die Anlage 1 ist das Rohr 3 durch Verschrauben der Flansche 4, 5 mit zugeordneten, korrespondierenden Flanschen 6 bzw. 7 eingebaut. Im Betrieb der Anlage 1 wird das Rohr 3 bzw. der Dämpfungsabschnitt 2 von einem Fluid, insbesondere von einer Flüssigkeit, durchströmt.
Im Inneren des Rohrs 3 ist eine Membran in Form eines verformbareren
Schlauchs 8 eingesetzt. Der Schlauch 8 ist beispielsweise aus einem geeigneten Kunststoff, insbesondere aus einem Elastomer, gefertigt. Zur Abdichtung des Innenraums des Schlauchs 8 gegenüber einem Außenraum weist der Schlauch 8 an seinen beiden Enden jeweils eine Dichtgeometrie 9 auf. Die Dichtgeometrie 9 ist beispielsweise als ein umlaufender Wulst mit einem gegebenen Querschnittsprofil ausgebildet. Zur Aufnahme der umlaufenden Wulst bzw. der Dichtgeometrie 9 ist in den Flanschen 4, 5 des Rohres 3 jeweils eine entsprechende Nut eingebracht. Beim Verschrauben der Flansche 4, 5 mit den Flanschen 6, 7 wird die Dichtgeometrie unter Abdichtung des Innenraums des Schlauchs 8 nach außen elastisch verformt. Das die Anlage 1 durchströmende Fluid durchströmt den Dämpfungsab- schnitt 3 im Inneren des Schlauches 8. Die Abdichtung nach außen ist über die elastisch verformten Anschlussgeometrien 9 gewährleistet.
Es wird ersichtlich, dass sich auf die beschriebene Art und Weise sowohl der Umbau eines bestehenden Rohres 3 in einen Dämpfungsabschnitt 2 als auch der Ein- und Ausbau des Rohres 3 in bzw. aus einer Anlage 1 in einfacher Art und Weise bewerkstelligen lässt. Auch lässt sich der Schlauch 8 einfach dem Rohr 3 entnehmen und kann leicht gereinigt werden.
Der Schlauch 8 ist über einen Zwischenraum 10 von der Gehäusewand 1 1 des Rohrs 3 beabstandet. Der Zwischenraum 10 ist beispielsweise durch eine entsprechende vom Schlauch 8 abweichende Geometrie des Schlauches 8 gebildet. Beispielsweise ist die Innenwand des Rohres 3 zur Ausbildung des Zwischenraums 10 abgedreht. Wiederum alternativ ist der Rohrquerschnitt im Bereich des Dämpfungsabschnitts 2 konvex nach außen erweitert.
Der Zwischenraum 10 steht über eine Bohrung in der Gehäusewand 1 1 kommunizierend mit einem Gasraum 12 in Verbindung oder ist mit dem Gasraum 12 hydraulisch gekoppelt. Im ersteren Fall ist der Zwischenraum 10 mit dem Gas des Gasraums 12 befüllt. Im zweiten Fall ist der Zwischenraum 10 mit einer Flüssigkeit, zum Beispiel Öl, gefüllt. Die Flüssigkeit ist dann von dem Gas des Gasraums 12 getrennt, jedoch dem Gaspolster hydraulisch (d.h. druckübertragungstech- nisch) angekoppelt. Der Schlauch 8 stützt sich somit entweder gegen ein Gaspolster im Zwischenraum 10 oder über eine Flüssigkeit hydraulisch gegen ein Gaspolster im Gasraum 12 ab.
Der Gasraum 12 ist über ein Kanalstück 13 mit dem Zwischenraum 10 verbunden. Über ein Einlassventil 14 und ein Auslassventil 15 sind entweder der Druck im Zwischenraum 10 selbst oder der auf eine Flüssigkeit im Zwischenraum 10 wirkende Gasdruck einstellbar. Das Einlassventil 14 ist mit dem Gasraum 12 verbunden. Über das Auslassventil 15 kann Gas nach außen in die Umgebung abgelassen werden. Im Kanalstück 13 ist weiter gegebenenfalls ein Sperrventil 16 eingebracht, über das Gaspolster vom Zwischenraum 10 abgetrennt werden kann. Die- se Funktion kann alternativ auch vom Einlassventil 14 übernommen werden.
Durch das Abtrennen des Gaspolsters vom Zwischenraum 10 kann ein Ausdehnen des Schlauches 8 in den Innenraum des Rohres 3 bei fehlendem Fluiddruck bzw. Innendruck verhindert werden. Im Falle einer Füllung des Zwischenraums 10 mit einer Flüssigkeit ist im Kanalstück 15 weiter eine Membran 17 angeordnet, die die Flüssigkeit des Zwischenraums 10 von dem Gas im Gasraum 12 trennt. Die Membran 17 ist alternativ im Gasraum 12 angeordnet.
Weiter ist ein Controller 18 (z. B. in Form eines Mikroprozessors) vorgesehen, der mit dem Einlassventil 14, dem Auslassventil 15 und dem Sperrventil 16 signaltechnisch in Verbindung steht. Über den Controller 18 werden die Ventile 14, 15, 16 betätigt. Des Weiteren sind im Gasraum 12 und im Kanalstück 13 jeweils Drucksensoren 21 , 24 angeordnet, die ebenfalls mit dem Controller 18 in Verbindung stehen. Über den Drucksensor 21 wird der Druck im Gasraum 12 erfasst. Über den Drucksensor 24 wird der über das Gaspolster aufgebaute Druck gemessen, gegen den sich der deformierbare Schlauch 8 abstützt.
Im Betrieb werden über den Drucksensor 24 der auf den Schlauch 8 wirkende Druck und damit auch Druckschwingungen, die durch Druckstöße beim durchströmen des Fluids erzeugt werden, erfasst. Der Drucksensor 24 ist in einen Regelkreis eingebunden, der vom Controller 18 überwacht wird.
Der Controller 18 steuert hierbei das Einlassventil 14 und das Auslassventil 15. Durch Öffnen des Einlassventils 14 wird der Druck im Zwischenraum 10 erhöht. Durch Öffnen des Auslassventils 15 wird der Druck im Zwischenraum 10 gesenkt.
Bei Inbetriebnahme der Anlage 1 wird der Druck zunächst erhöht bis ein gutes Drucksignal über den Drucksensor 24 erfasst werden kann. Ab hier sucht das System selbständig den Arbeitspunkt mit einer minimalen Pulsations- bzw. Druckamplitude, was einem optimalen Dämpfungseffekt entspricht. Es kann aber alternativ auch eine zielgerichtete Vorbeladung realisiert sein, von der ausgehend der Re- gelprozess beginnt. Wird Druckpulsation erfasst, so wird durch den Controller 18 der Druck in kleinen, insbesondere einstellbaren, Stufen erhöht. Wird die erfasste Pulsationsamplitude durch die Druckerhöhung geringer, so wird die Druckbeladung fortgesetzt, bis die Pulsationsamplitude erneut größer wird. Von diesem Punkt aus wird zurück geregelt, bis das Minimum der Pulsationsamplitude erreicht ist.
Ändert sich während des Betriebs der Anlage die Pulsation, insbesondere die Pulsationsamplitude, so wird das Regelverfahren erneut gestartet und somit der optimale Dämpfungspunkt selbständig nachgeführt.
Der Gasraum 12 ist beispielsweise mit einem Druckbehälter, mit einer Druckleitung oder mit einem Kompressor verbunden. Wird die Anlage 1 abgeschaltet oder wird ein Pumpensystem außer Betrieb gesetzt, so kann der Dämpfungsabschnitt 2 heruntergefahren oder spontan ausgeschaltet werden. In beiden Fällen wird der Druck im Zwischenraum 10 bis zum Erreichen des Umgebungsdruckes abgesenkt. Dies wird durch das Auslassventil 15 oder ein zusätzliches Ventil erreicht, welches gegebenenfalls ebenfalls vom Controller 18 gesteuert wird.
In Figur 2 ist in einer Aufsicht die Oberfläche eines Schlauchs 8 gezeigt, der beispielsweise als Dämpfungselement in einen Dämpfungsabschnitt 2 einer Anlage 1 gemäß Figur 2 eingesetzt sein kann. Der Schlauch 8 weist an seinen Enden jeweils eine Dichtungsgeometrie 9 in Form eines umlaufenden Wulstes auf. An seiner Außenseite weist der Schlauch 8 zudem Versteifungselemente 19 in Form von Längsrippen 20 auf. Durch die Längsrippen 20 tritt bereits bei niedrigen Pulsati- onsamplituden eine Dämpfungswirkung durch den Schlauch 8 an sich auf. Bedingt durch die Elastizität des Schlauches 8 zwischen den Längsrippen 20 weist dieser eine Silencer-Funktion auf. Turbulenzbedingte kleine Amplituden werden gedämpft.
In Figur 3 ist ein Dämpfungsabschnitt 22 entsprechend Figur 1 dargestellt, welcher als Rohrbogen 23 ausgeführt ist. Das Rohr 3 ist hierbei über einen rechten Winkel abgebogen. Man erkennt an den jeweiligen Enden des Rohrbogens 23 die Flansche 4, 5. An einer Stelle des Rohrbogens 23 ist das Kanalstück 13 zur Ankopp- lung an einen externen Gasraum eingebracht. In das Innere des Rohrbogens 23 ist ein Schlauch entsprechend Figur 1 einsetzbar. Um im Falle eines Druckstoßes ein Anstoßen des im Rohrbogen 23 angeordneten Schlauches an die Gehäusewand zu vermeiden, ist der Rohrbogen 23 bzw. die Außenwand im Bereich des Außenradius bevorzugt ausgebaucht. Der Schlauch trägt in diesem Fall optional außenseitig Profile, die den Dämpfeffekt durch spezielle Stützwirkungen unterstützen. Beispielsweise werden Druckstöße in einem ersten Bogenteil bevorzugt aufgenommen, wenn in der Mitte des Bogens eine Querrippe am Schlauch angebracht ist.
Figur 4 zeigt den Verlauf des Druckes im Zwischenraum 10 eines Dämpfungsabschnitts 2 gemäß Figur 1 als Funktion über der Zeit, wobei der Druck allmählich erhöht wird. Die sichtbaren Druck- bzw. Pulsationsamplituden sind die Folge von beispielsweise durch eine oszillierende Pumpe in der Anlage 1 erzeugten periodischen Druckstößen in dem durchströmenden Fluid. Diese Druckstöße werden über den Schlauch 8 in das Druckpolster bzw. bei einem mit Gas gefüllten Zwischenraum 10 auf das dort befindliche Gas übertragen. Man erkennt, dass mit steigendem Druck ein Bereich minimaler Pulsationsamplitude 25 erreicht wird. Dieser Bereich liegt beispielhaft bei etwa 4 bar. Steigt der Druck weiter, wird dieser Bereich verlassen und die Pulsationsamplitude steigt erneut an. Es wird insofern aus Figur 4 ersichtlich, dass abhängig vom Druck des auf den Schlauch 8 wirkenden Druckpolsters ein spezifischer Druck oder abgegrenzter Druckbereich existiert, in dem die Pulsationsamplitude minimal ist. Mit anderen Worten existiert ein optimaler Druck oder schmaler Druckbereich, an dem die Dämpfungswirkung ideal ist. Durch das angegebene Regelverfahren wird das System selbstadaptiv an diesen optimalen Druckpunkt herangeführt.
In Figur 5 ist schematisch in einer Schnittdarstellung eine Drehkolbenpumpe 26 gezeigt, die eine Einlassseite 27 und eine Auslassseite 28 aufweist. Sowohl auf der Einlassseite 27 als auch auf der Auslassseite 28 ist in die Drehkolbenpumpe 26 jeweils ein Dämpfungsabschnitt 29 integriert. Man erkennt entsprechend Figur 1 die jeweils in das Gehäuse eingebrachten Zwischenräume 10, die über ein Kanalstück 13 jeweils mit einem Gasraum 12 verbunden sind. Über entsprechend Figur 1 ausgeführte Ventile wird das beschriebene Regelverfahren mittels eines jeweiligen Controllers 18 ausgeführt. Der Fluid führende Innenraum der Drehkolbenpumpe 26 ist jeweils mit einem entsprechenden Elastomer ausgekleidet. Dieses Elastomer bildet im Bereich der Dämpfungsabschnitte 29 jeweils einen
Schlauch 8 aus, der sich gegen ein Druckpolster im jeweiligen Zwischenraum 10 abstützt. Zentral sind für die Drehkolbenpumpe 26 die beiden Drehkolben 30 ersichtlich, die bei einer Rotation Fluid von der Einlassseite 27 zur Auslassseite 28 fördern.
In Figur 6 ist ein Ventil 31 dargestellt, welches beispielsweise auf der Saug- oder Druckseite einer Kolben- oder Kolbenmembranpumpe eingesetzt werden kann. In einem Ventilsitz 32 sitzt ein vorgespannter Ventilteller. Bei entsprechendem Druckaufbau kann Fluid in der dargestellten Orientierung das Ventil 31 von links nach rechts durchströmen. Im Bereich der Ventilführung ist im Ventil 31 ein Dämpfungsabschnitt 33 eingebracht. Über eine entsprechende Ausnehmung im Ventilgehäuse resultiert ein Zwischenraum 10. Ein Schlauch 8 im Bereich der Ventilführung stützt sich gegen ein Druckpolster im Zwischenraum 10 ab. Im Gehäuse des Ventils 31 ist ein Kanalstück 13 eingebracht. Das Kanalstück 13 ist mit einem Gasraum 12 verbunden. Im Bereich des Gasraums 12 ist auch ein Controller 18 angeordnet.
Figur 7 zeigt in einem Schnitt eine Exzenterschneckenpumpe 34. Die Exzenterschnecke 35 ist erkennbar. Sowohl auf der Einlassseite 27 als auch auf der Auslassseite 28 ist jeweils ein Dämpfungsabschnitt 36 bzw. 37 angeordnet. Die jeweiligen Dämpfungsabschnitte 36, 37 weisen nach außen aufgeweitete Gehäuse auf, so dass jeweils ein Hohlraum 1 0 gegenüber einem innenliegenden, verformbaren Schlauch 8 ausgebildet ist. Die jeweiligen Zwischenräume 10 stehen mit einem Gasraum 12 in Verbindung. Dort ist jeweils auch ein Controller 18 zu einer selbst adaptiven Anpassung des Drucks im Zwischenraum 10 angeordnet.
Die Figuren 8 und 9 zeigen eine Drehkolbenpumpe 40 mit einem ovalzylindrischen Pumpengehäuse 41 . An einer auch als Einlassseite bezeichneten Stirnseite 42 weist die Drehkolbenpumpe 40 einen Einlassanschluss 43 auf. Ein Auslassanschluss 44 ist dagegen am Umfang 45 des Pumpengehäuses 41 ange- ordnet, der somit eine Auslassseite der Drehkolbenpumpe 40 bildet. Die Anschlüsse 43 und 44 der Drehkolbenpumpe 40 sind somit - in der für eine Kreiselpumpe typischen Weise - im rechten Winkel an senkrecht zueinander stehenden Seiten des Pumpengehäuses 41 angeordnet.
Im Inneren des Pumpengehäuses 41 weist die Drehkolbenpumpe 40 einen Pumpenraum 46 auf, in dem sich in an sich bekannter Weise zwei ineinander greifende Drehkolben 47 drehen.
Axial (stirnseitig) vorgeordnet ist dem Pumpenraum 46 ein Vorraum 48, der einen Dämpfungsabschnitt 49 bildet. Nahe an der Stirnseite 42 des Pumpengehäuses 41 ist in dem Vorraum 48 eine Membran 50 angeordnet, die sich parallel zu der Stirnseite 42 erstreckt und die einen mit dem zu pumpenden Fluid gefüllten Teil des Vorraums 48 von dem Zwischenraum 10 abgrenzt. Die Membran 50 ist nach Art eines Trommelfells flach ausgebildet und somit insbesondere - im Gegensatz zu den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen - nicht schlauchförmig. Der Einlassanschluss 43 der Drehkolbenpumpe 40 durchsetzt die Membran 50 dabei mittig.
In einer Zwischenwand 51 des Pumpengehäuses 41 , durch die der Pumpenraum 46 von dem Vorraum 48 getrennt ist, ist eine Durchlassöffnung 52 eingebracht, über die das zu pumpende Fluid aus dem Vorraum 46 in den saugseitigen Bereich des Pumpenraums 46 angesaugt wird.
In der Figur 9 sind die in der dargestellten Draufsicht an sich durch das Pumpengehäuse 41 verdeckten und somit nicht sichtbaren Drehkolben 47 und die ebenfalls nicht sichtbare Durchlassöffnung 52 mit gestrichelten Linien angedeutet.
Neben dem Einlassanschluss 43 ist an der Stirnseite 42 des Pumpengehäuses 41 ein weiterer Anschluss vorgesehen, über den der Zwischenraum 10 in der vorstehend beschriebenen Weise mit einem Gas oder einer Flüssigkeit gefüllt wird. Auch bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 8 und 9 wird der Druck im Zwischenraum 10 in der vorstehend beschriebenen Weise auf einen Minimalwert der Druckpulsation im Fluid geregelt.
Anlage zur Führung eines Fluids
Dämpfungsabschnitt
Rohr
, 5 Flansch
, 7 Flansch
Schlauch
Dichtgeometrie
0 Zwischenraum
1 Gehäusewand
2 Gasraum
3 Kanalstück
4 Einlaßventil
5 Auslaßventil
6 Sperrventil
7 Membran
8 Controller
9 Versteifungselemente
0 Längsrippen
1 Drucksensor
2 Dämpfungsabschnitt
3 Rohrbogen
4 Drucksensor
5 Bereich minimaler Pulsationsamplitude6 Drehkolbenpumpe
7 Einlaßseite
8 Auslaßseite
9 Dämpfungsabschnitt
0 Drehkolben
1 Ventil
2 Ventilsitz
3 Dämpfungsabschnitt Exzenterschneckenpumpe Exzenterschnecke
Dämpfungsabschnitt Dämpfungsabschnitt Drehkolbenpumpe
Pumpengehäuse
Stirnseite
Einlassanschluss
Auslassanschluss
Umfang
Pumpenraum
Drehkolben
Vorraum
Dämpfungsabschnitt Membran
Zwischenwand
Durchlassöffnung
Anschluss

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zur Dämpfung einer Pulsation eines Fluiddrucks in einer ein Fluid führenden Anlage (1 ), wobei das Fluid in einem Dämpfungsabschnitt (2, 22, 29, 33, 36, 37, 49) der Anlage (1 ) an einer Membran (8, 50) entlang strömt, die sich gegen ein Druckpolster in einem zu einer Gehäusewand (1 1 ) ausgebildeten Zwischenraum (10) abstützt,
dadurch gekennzeichnet, dass der Druck im Zwischenraum (10) auf einen Minimalwert der Pulsationsamplitude des Fluiddrucks geregelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum (10) mit einem Gas gefüllt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum (10) zumindest teilweise mit einer Flüssigkeit gefüllt wird, wobei sich die Flüssigkeit gegen ein innerhalb oder außerhalb des Zwischenraum (10) angeordnetes Gaspolster abstützt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Druck im Zwischenraum (10) durch Variation des Volumens des Gaspolsters eingestellt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum (10) von dem Gaspolster abgetrennt wird, wenn der Fluiddruck einen vorgegebenen Schwellschwert unterschreitet.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsationsamplitude durch Erfassung des Druckverlaufs über der Zeit ermittelt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckverlauf über der Zeit im Zwischenraum (10), in einer Zuführleitung und/oder in einem mit dem Zwischenraum kommunizierenden Behälter (12) erfasst wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass zu einer Erhöhung des Drucks im Zwischenraum (10) ein an eine Druckleitung oder an ein Druckreservoir angeschlossenes Einlassventil (14) geöffnet wird, und dass zu einer Erniedrigung des Druckes im Zwischenraum (10) ein mit dem Außenraum verbundenes Auslassventil (15) geöffnet wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass zur Regelung der Druck im Zwischenraum (10) verändert wird, dass die hierzu korrespondierende Änderung in der Pulsationsamplitude erfasst wird, und dass der Druck in Richtung einer Verringerung der Pulsationsamplitude nachgeführt wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsation des Fluiddrucks mittelbar über den Druck im Zwischenraum (10) gemessen wird, dass bei Inbetriebnahme der Anlage (1 ) der Druck im Zwischenraum (10) ausgehend von einem Anfangswert erhöht wird, bis eine Pulsationsamplitude im Zwischenraum (10) erfassbar ist, und dass der Druck im Zwischenraum (10) dann weiter erhöht wird, bis ein Minimalwert der erfassten Pulsationsamplitude ermittelt ist.
1 1 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass im Betrieb der Anlage (1 ) die Pulsationsamplitude erfasst wird, und dass die Regelung des Drucks im Zwischenraum (10) bei einer Änderung der Pulsationsamplitude gestartet wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass bei Betriebsende der Anlage (1 ) der Druck im Zwischenraum (10) auf Umgebungsdruck abgeglichen wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass als Membran (8) ein Schlauch verwendet wird, der von dem Fluid durchströmt wird.
14. Anlage (1 ) zur Führung eines unter einem Fluiddruck stehenden Fluids, umfassend einen Dämpfungsabschnitt (2, 22, 29, 33, 36, 37, 49), in dem eine an die Fluidströmung angrenzende Membran (8, 50) angeordnet ist, die sich gegen ein Druckpolster in einem zu einer Gehäusewand (1 1 ) ausgebildeten Zwischenraum (10) abstützt,
gekennzeichnet durch
- einen Sensor zur Erfassung einer Pulsationsamplitude des Fluiddrucks,
- steuerbare Druckänderungsmittel zur Änderung des Drucks im Zwischenraum (10) und
- einen mit dem Sensor und mit den Druckänderungsmitteln signaltechnisch verbundenen Controller (18), der zur Regelung des Drucks im Zwischenraum (10) auf einen Minimalwert der Pulsationsamplitude eingerichtet ist.
15. Anlage (1 ) nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor zur Erfassung der Pulsationsamplitude als Drucksensor (24) ausgebildet ist.
16. Anlage (1 ) nach Anspruch 14 oder 15,
gekennzeichnet durch einen vom Zwischenraum (10) über ein Dichtungsmittel getrennten Gasraum (12), so dass sich eine Flüssigkeit im Zwischenraum (10) gegen ein Gaspolster im Gasraum abstützt.
17. Anlage (1 ) nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet, dass der Gasraum (12) und der Zwischenraum (10) über ein gasfreies Kanalstück (13) verbunden sind, und dass im Kanalstück (13) ein Ventil (16) zu einer bedarfsweisen Abtrennung des Gasraums (12) von dem Zwischenraum (10) angeordnet ist.
18. Anlage (1 ) nach einem der Ansprüche 14 bis 17,
dadurch gekennzeichnet, dass die Druckänderungsmittel ein an eine Druckleitung oder an ein Druckreservoir angeschlossenes Einlassventil (14) und ein mit dem Außenraum verbundenes Auslassventil (15) umfassen.
19. Anlage (1 ) nach einem der Ansprüche 14 bis 18,
dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungsabschnitt (2, 22, 29, 33, 36, 37, 49) als Rohr (3), als Rohrbogen (23), als Rohrabzweigstück, als Rohrgabelung oder als Rohrkreuzungsstück ausgebildet ist.
20. Anlage (1 ) nach einem der Ansprüche 14 bis 19,
gekennzeichnet durch eine Fluidenergiemaschine (26, 34, 40), wobei der Dämpfungsabschnitt (2, 22, 29, 33, 36, 37, 49) an der Einlassseite (27) der Fluidenergiemaschine (26, 34, 40) angeordnet oder an der Auslassseite (28) der Fluidenergiemaschine (26, 34, 40) angeordnet oder in die Fluidenergiemaschine (26, 34, 40) integriert ist.
21 . Anlage (1 ) nach Anspruch 20,
dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidenergiemaschine (26, 34, 40) eine Arbeitsmaschine, insbesondere eine Pumpe oder ein Kompressor ist.
22. Anlage (1 ) nach Anspruch 21 ,
dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe eine Drehkolbenpumpe (26, 40), eine Exzenterschneckenpumpe (34), eine oszillierende Verdrängerpumpe oder eine Kreiselpumpe ist.
23. Anlage (1 ) nach einem der Ansprüche 14 bis 22,
dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungsabschnitt (2, 22, 29, 33, 36, 37, 49) in ein Ventil (31 ) integriert ist.
24. Anlage (1 ) nach einem der Ansprüche 14 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran Versteifungselemente (19) umfasst, insbesondere Noppen und/oder Rippen (20) aufweist.
25. Anlage (1 ) nach einem der Ansprüche 14 bis 24,
dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (8) ein Schlauch ist, der von dem Fluid durchströmt wird.
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