DE503773C - Einrichtung zur Verhinderung von Druckstoessen in Rohrleitungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Verhinderung von Druckstößen in Rohrleitungen, insbesondere in Druckleitungen von Pumpwerken.

Bekanntlich besitzt eine geförderte Flüssigkeit, z. B. das Wasser in Druckleitungen von Pumpwerken, eine bestimmte lebendige Kraft. Hört das ordnungsgemäße Arbeiten der Pumpe und somit die Förderung aus irgendeinem Grunde plötzlich auf oder wird die Druckleitung hinter der Pumpe rasch abgesperrt, so tritt in der Druckleitung eine starke Druckverminderung (die immerhin jedoch selten den Atmosphärendruck unterschreiten wird) und nachfolgend ein Druckstoß auf, wobei diese Druckschwankungen sich wellenförmig in der Leitung fortpflanzen. Die Größe der Druckschwankungen steht im Verhältnis zu der vorherigen lebendigen Kraft der bewegten Wassersäule. Es ist einleuchtend und durch die Erfahrung bewiesen, daß bei langen Rohrleitungen, wenn also die Wassermasse groß ist, in bezug auf die Beanspruchung der Baustoffe außerordentlich gefährliche Druckerhöhungen auftreten können. Diese Druckerhöhungen sind in unmittelbarer Nähe der Pumpe am größten, nehmen jedoch nicht linear mit der Entfernung von der Pumpe ab. So wurde bei einem durchgeführten Versuche festgestellt, daß der in der Mitte einer Rohrleitung (diese in ihrer Längenausdehnung betrachtet) auftretende größte Überdruck nicht etwa die Hälfte des unmittelbar hinter der Pumpe auftretenden höchsten Überdruckes ausmachte, sondern nur um ungefähr 27 °/₀ kleiner als dieser höchste Überdruck war. Nun kommt es häufig vor, daß eine ursprünglich nur für Turbinenbetrieb gebaute Druckleitung nachträglich auch als Pumpenförderleitung zu dienen hat. Das ist z. B. der Fall, wenn eine Turbinenanlage nachträglich in eine Speicheranlage umzubauen ist. Bei solchen Rohrleitungen nimmt die Wandstärke allmählich von unten nach, oben ab, und es kann daher die Leitung unter Umständen in einer gewissen Entfernung von der Pumpe mit Rücksicht auf die an der betreffenden Stelle vorhandene dünne Wandstärke und die großen Druckunterschiede, die bei einem plötzlichen Stillstehen der Pumpe an dieser Stelle noch auftreten können, mehr gefährdet sein, als unmittelbar hinter der Pumpe, wo die Leitungswandstärke im Verhältnis zu den dort auftretenden höchsten Druckschwankungen noch verhältnismäßig groß ist.

Die Erfindung bezweckt nun die Schaffung einer Einrichtung der eingangs erwähnten Art, welche den hier dargelegten Verhältnissen dadurch Rechnung zu tragen erlaubt, daß sie sich mit irgendeiner Stelle einer Druckleitung in WirkungSiverbindung bringen läßt

und so an jeder beliebigen Stelle das Auftreten gefährdender Druckerhöhungen zu verhindern erlaubt. Bei dieser mit einem in normalem Betriebe geschlossenen Freilaßorgan versehenen, neuartigen Einrichtung wird dieses Freilaßorgan gemäß der Erfindung durch einen mit der Druckleitung verbundenen Regler derart gesteuert, daß es nach Unterschreiten des normalen Betriebsdruckes ίο bei Wiederansteigen des Druckes geöffnet wird und bei Erreichung des normalen Betriebszustandes wieder geschlossen ist.

Auf der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführung einer Einrichtung zur Durchführung des neuen Verfahrens im Schnitt veranschaulicht, und zwar zeigt:

Fig. ι die verschiedenen Teile der Einrichtung in der Lage, die sie bei geschlossenem Freilaßorgan einnehmen, während Fig. 2 die Teile in der Lage zeigt, die sie bei einer offenen Zwischenlage des Freilaßorgans einnehemen.

Fig. 3 zeigt Kurven, die zur Erläuterung des Wesens der Erfindung dienen. ι bezeichnet eine Rohrleitung, in der ständig derselbe Druck herrscht wie in dem einer Pumpe unmittelbar benachbarten Teil einer nicht gezeigten Druckleitung eines Pumpwerkes. Dieser Druck wirkt unter Vermittlung eines Röhrchens 3 auf die eine Endfläche eines Kolbens 2 ein. Der Kolben 2, den eine Feder 8 im entgegengesetzten Sinne zu bewegen trachtet wie der auf denselben einwirkende Leitungsdruck, ist in einem zylindrischen Gehäuse 4 verschiebbar angeordnet und durch eine Stange 5 gelenkig mit einem bei 7 drehbar gelagerten Hebel 6 verbunden. 9 bezeichnet ein Freilaßorgan, das in der offenen Stellung Fördergut aus der Leitung 1 in eine nicht gezeigte Ablaufleitung überströmen läßt. Mit dem Freilaßorgan 9 ist ein Kolben 10, der in einem gleichzeitig auch das Organ 9 aufnehmenden Gehäuse 11 geführt ist, starr verbunden. Der Kolben 10 weist eine Drosselöffnung 12 auf, durch die Druckflüssigkeit aus dem Raum 13 des Gehäuses 11 nach einem zweiten Raum 14 des Gehäuses 11 gelangen kann. Mit dem Kolben 10 ist auch ein zylindrischer Ansatz 15 starr verbunden, der eine an einem Ende mit dem Raum 14 in Verbindung stehende Bohrung 16 aufweist. Gegenüber dem anderen Ende der Bohrung

16 ist ein konisch auslaufender Regulierstift

17 angeordnet, der ein Ganzes mit einem Kataraktgehäuse 18 bildet. In dem mit Gewichten 26 belasteten Gehäuse 18 ist ein Kolben 19 beweglich angeordnet, der zwei Drosselkanäle 20,21 enthält. Durch den Kanal 20 kann die Bremsflüssigkeit bei jeder Bewegungsrichtung des Kolbens 19 von der einen nach der anderen Kolbenseite strömen, während ein Rückschlagventil 22 den Durchtritt von Bremsflüssigkeit durch den Kanal 21 verhindert, wenn sich der Kolben 19 mit Bezug auf Fig. ι von unten nach oben bewegt. Eine Stange 23 verbindet den Kolben 19 gelenkig mit dem Hebel 6. Der Vollständigkeit halber sei noch erwähnt, daß 24 eine an einen Gehäuseraum 25 angeschlossene Ablaufleitung bezeichnet.

Es soll nun die Wirkungsweise der beschriebenen Vorrichtung unter Beiziehung der in Fig. 3 dargestellten Kurven erläutert werden. In dieser Fig. 3 entspricht die Linie x-x der Druckhöhe p, die normal in der Druckleitung des Pumpwerkes und somit in der Leitung I herrschen soll, während die von dieser Linie x-x aus nach oben und unten aufgetragenen Ordinaten in einem bestimmten Maßstab die auftretenden Abweichungen (~f- und —) von jenem Normaldruck/" in Abhängigkeit von der als Abszisse aufgetragenen Zeit t darstellen. Herrscht in der Leitung I der normale Druck p, so nehmen die verschiedenen Teile die in Fig. 1 gezeigte Lage ein, d. h. der Hebel 6 nimmt die waagerechte Lage ein, und der Stift 17 schließt die obere Mündung des Kanals 16 dicht ab, so daß in den Räumen 13 und 14 derselbe Druck herrscht; das Freilaßorgan 9 wird, da der auf den Kolben 10 von oben nach unten wirkende Druck das Übergewicht hat, fest gegen seinen Sitz gepreßt. Tritt nun in. der Leitung 1 z. B. infolge eines plötzlichen Unterdruckes in der Förderung ein Unterdruck auf, der nach dem Linienzug A-B der Fig. 3 verläuft, so wird die Feder 8 den Kolbens mit Bezug auf die in Fig. ι dargestellte Lage nach abwärts bewegen, was eine Drehung des Hebels 6 im Uhrzeigerdrehsinn bedingt, so daß der KoI-ben 19 im Gehäuse 18 ebenfalls nach abwärts bewegt wird. Bei dieser Bewegung des Kolbens 19 kann Bremsflüssigkeit verhältnismäßig leicht durch beide Drosselkanäle 20, 21 von der unteren nach der oberen Seite des Kolbens 19 strömen, so daß das Gehäuse 18, und somit auch der Stift 17 keine Verschiebung erfahren und infolgedessen nach wie vor keine Flüssigkeit aus dem Raum 14 durch den Kanal 16 abfließen kann. Das Freilaßorgan 9 bleibt infolgedessen fest gegen seinen Sitz gepreßt.

Sobald der Punkt B der in Fig. 3 gezeigten Kurven erreicht ist, wo dann der Hebel 6 die in Fig. 2 durch die Linie I-I angedeutete Lage einnimmt, beginnt der Ausgleich der eingetretenen Druckverminderung, d. h. der Druck beginnt in der Leitung 1 wieder allmählich zuzunehmen, wobei er vorerst allerdings noch längere Zeit unter dem normalen Drucke/» bleibt. Mit dem Beginn dieses Druckausgleiches wird nun eine Steuerbewegung zur

Betätigung des Freilaßorgans 9 im Sinne eines Öffnens eingeleitet, indem der wieder zunehmende Druck vorerst eine Bewegung des Kolbens 2 von unten nach oben bedingt. Dabei wird einmal die Feder 8 zusammengedrückt und sodann der Hebel 6 entgegen dem Uhrzeigerdrehsinn bewegt, was auch eine Bewegung des Kolbens 19 von unten nach oben zur Folge hat. Bei dieser Bewegung des KoI-bens 19 wird das Rückschlagventil 22 gegen seinen Sitz gepreßt, so daß Bremsflüssigkeit nur durch den schmalen Drosselkanal 20 von der einen Kolbenseite nach der anderen strömen und infolgedessen der Kolben 19 nur unter Mitnahme des Gehäuses 18 der Bewegung des Hebels 6 folgen kann. Die Folge davon ist, daß der Stift 17 von der oberen Mündung der Bohrung 16 entfernt wird, so daß jetzt Druckflüssigkeit durch die Bohrung 16

ao und Leitung 24 abfließen kann. Da der Durchlaßquerschnitt de"r Bohrung 16 wesentlich größer ist als derjenige der Drosselöffnung 12, so tritt im Raum 14 rasch eine Druckverminderung gegenüber dem Raum 13 ein, so daß der auf die untere Seite des Kolbens 10 einwirkende Flüssigkeitsdruck das Übergewicht erlangt und das Freilaßorgan 9 infolgedessen etwa im Punkte C der in Fig. 3 dargestellten Kurven geöffnet wird. Es kann jetzt Fördergut aus der Leitung 1 durch die nicht gezeigte, an das Gehäuse 1 r angeschlossene Ablaufleitung ins Freie strömen. Fig. 2 zeigt die verschiedenen Teile in einer Zwischenlage, die sie im Verlaufe der Bewegung des Hebels 6 aus der Stellung I-I in die Stellung TI-II einnehmen. Das Öffnen des Freilaßorgans 9 hat zur Folge, daß die Druckschwankungen in der Leitung 1 und somit in der Förderleitung nicht nach dem Linienzug B-C-D-E-F-Q-H-J-K-L-M (Fig. 3) verlaufen, wie es der Fall sein würde, wenn kein Freilaßorgan 9 vorgesehen wäre, sondern nach dem Linienzug C-N-O, d. h. es werden die die Baustoffe und die Rohrverbindungen gefährden den Druckmaxima (Punkte E, J) vermieden. Erreicht der Druck in der Rohrleitung wieder den Wert p, was im Punkte O der in Fig. 3 gezeigten C-iV-O-Kurve der Fall ist, so hat auch der Hebel 6 die waagerechte Lage (II-II in Fig. 2) wieder erreicht. Schon vor dem Erreichen dieser Lage II-II hatte der unter dem Einflüsse der Gewichte 26 des Gehäuses 18 stehende Stift 17 die obere Mündung der Bohrung 16 bereits wieder abgeschlossen. Sobald letzteres eintritt, nimmt der Druck im Räume 14 wieder zu, wobei er bald das Übergewicht über den auf die untere Seite des Kolbens 10 einwirkenden Druck erlangt, so daß das Freilaßorgan 9 anfängt sich im Sinne des Schließens zu bewegen. Der Stift 17 folgt dabei unter dem Einflüsse der Gewichte 26 ständig dieser Bewegung, d. h. verhindert weiter den Austritt von Flüssigkeit aus der Bohrung 16, so daß das Freilaßorgan 9 ganz in seine Schließlage bewegt wird und sämtliche Teile nach und nach wieder die in Fig. ι gezeigte Lage einnehmen. Die Bewegung des den Abfluß von Fördergut beherrschenden Freilaßorgans 9 ist also so reguliert worden, daß es den Eintritt von imerwünschten Druckerhöhungen in der Druckleitung verhindert hat.

Die Erfindung läßt sich in Verbindung mit jeder Art von Druckleitungen anwenden, in denen starke Druckschwankungen auftreten können.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Einrichtung zur Verhinderung von Druckstößen in Rohrleitungen, insbesondere in Druckleitungen von Pumpwerken, mit einem in normalem Betriebe geschlossenen Freilaßorgan, dadurch gekennzeichnet, daß das Freilaßorgan durch einen mit der Druckleitung verbundenen Regler derart gesteuert wird, daß es nach Unterschreiten des normalen Betriebsdrucks bei Wiederansteigen des Druckes geöffnet wird und bei Erreichung des normalen Betriebszustandes wieder geschlossen ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen