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Druckstoßdämpfer für Wasserleitungen Die Erfindung betrifft einen
Druckstoßdämpfer für Wasserleitungen mit einem, vorzugsweise auf der Druckseite
einer Förderpumpe, an die Rohrleitung angeschlossenen Wasserbehälter, dessen Wasserfüllung
bei Absinken des Druckes in die Leitung einströmt und durch Luft verdrängt wird.
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In Rohrleitungen von Pumpenanlagen entstehen bei einer Änderung der
Arbeitsverhältnisse Druckänderungen, welche zur Beschädigung der Rohrleitung führen
können. Insbesondere entsteht bei plötzlichem Abschalten einer Pumpe z. B. durch
Stromausfall usw. in der Rohrleitung eine Unterdruckwelle, welche Kavitationserscheinungen
zur Folge haben kann und die Rohrleitung somit einmal durch eventuelle Vakuumbildung
und zweitens durch den darauffolgenden schlagartigen Druckanstieg gefährdet. Aus
diesem Grunde werden derartige Rohrleitungen oft mit Windkesseln versehen, welche
neben einem bestimmten Vorrat von unter dem in der Rohrleitung herrschenden Druck
stehender Luft auch einen Vorrat an Wasser enthalten, das im Falle eines plötzlichen
Ausfalles der Pumpe durch die Luft in die Rohrleitung gedrückt wird und auf diese
Weise das Entstehen von Vakuumstellen in der Rohrleitung vermeidet. Diese Windkessel
sind jedoch bei größeren Fördermengen sehr groß, schwer unterzubringen und außerdem
kostspielig.
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Es ist ein Druck-Windkessel für Dampfspeisepumpen, insbesondere für
Lokomotiven bekannt geworden, bei welchem der Druckraum über ein in den Druckraum
öffnendes Rückschlagventil an einen Druckluftbehälter angeschlossen ist. Diese Einrichtung
ist für den erfindungsgemäßen Zweck unbrauchbar, da eine Druckminderung im Druckraum
des Windkessels gegenüber dem Druckluftbehälter nicht möglich ist.
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Durch die Erfindung wird eine Einrichtung geschaffen, welche an Stelle
der bisher üblichen Windkessel den Schutz der Rohrleitung gegen hydraulische Schläge
übernimmt und viel kleiner und daher auch billiger sein kann.
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Erfindungsgemäß ist ein Druckstoßdämpfer der eingangs angegebenen
Art dadurch gekennzeichnet, daß der entlüftbare Wasserbehälter über ein Druckminderventil
mit einem Druckluftbehälter verbunden ist, dessen Innendruck höher ist als der normale
Betriebsdruck in der Rohrleitung, wobei der öffnungsdruck des Druckminderventiles
unter diesem Betriebsdruck aber über dem Druck liegt, bei dem die Rohrleitung durch
den äußeren Atmosphärendruck beschädigt werden könnte.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Einrichtung schematisch dargestellt. Es zeigt: F i g. 1 die Anordnung der erfindungsgemäßen
Einrichtung bei einer Pumpenanlage, F i g. 2 ein Diagramm des Druckverlaufes nach
dem Abschalten der Pumpe in einer Anlage nach F i g. 1, F i g. 3 eine abgeänderte
Ausführung der Einrichtung nach F i g. 1.
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In F i g. 1 ist eine Pumpe 1 dargestellt, welche durch eine Saugleitung
2 Wasser aus einem Behälter 3 ansaugt und dieses in eine Rohrleitung 4 fördert.
Die Rohrleitung 4 ist in der Nähe der Pumpe 1 mit einer Rückschlagklappe 5 versehen
und durch einen Rohrstutzen 6 mit einem Wasserbehälter 7 verbunden. Der obere Teil
des Wasserbehälters 7 steht über eine Luftleitung 8 mit einem Druckluftbehälter
9 in Verbindung. In der Luftleitung 8 ist ein Druckminderventil 10 angeordnet. Der
obere Teil des Wasserbehälters 3 ist mit einem ins Freie führenden Entlüftungsventil
11 versehen. Außerdem weist der Wasserbehälter 7 ein Sicherheitsventil 12 auf.
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Der Wasserbehälter 7 ist mit Wasser gefüllt, der Druckluftbehälter
10 enthält Luft, welche unter einem Druck steht, der höher ist als der auch im Wasserbehälter
7 herrschende Betriebsdruck der Rohrleitung 4. Das Druckminderventil 10 ist
so eingestellt, daß ein Überströmen von Luft aus dem Druckluftbehälter 9 in den
Wasserbehälter 7 erst dann erfolgt, wenn im Wasserbehälter 7 der Druck unter den
Betriebsdruck gesunken ist.
Wird nun während des Betriebes plötzlich
die Pumpe l ausgeschaltet, so schließt die Rückschlagklappe 5 die Rohrleitung, damit
das Wasser nicht aus dem oberen Behälter durch die Pumpe 1 zurückfließen kann. Die
in der Rohrleitung 4 in Bewegung befindliche Wassersäule bewegt sich jedoch infolge
ihrer Trägheit weiter und der Druck im unteren Teil der Rohrleitung und damit auch
im Wasserbehälter 7 sinkt. Wenn der Druck im Behälter 7 unter den Öffnungsdruck
des Ventiles 10 gesunken ist; strömt aus dem Druckluftbehälter 9 Luft in den Wasserbehälter
7 und verhindert dort ein weiteres Absinken des Druckes, während dieser die Rohrleitung
4 weiter mit Wasser speist. Nach dem Abbremsen der in der Rohrleitung befindlichen
Wassersäule steigt der Druck im Wasserbehälter 7 wieder auf den statischen Druck
der Rohrleitung 4 an, wobei das im Wasserbehälter 7 entstandene Luftpolster federnd
wirkt. Nach der Wiederherstellung normaler Verhältnisse kann der Wasserbehälter
7 durch das Ventil 11 entlüftet werden.
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In F i g. 2 ist der zeitliche Verlauf des Druckes in der Rohrleitung
4 dargestellt, und zwar vergleichsweise sowohl bei Verwendung des erfindungsgemäßen
Druckstoßdämpfers als auch bei Einbau eines bekannten Windkessels. Bei der erfindungsgemäßen
Einrichtung sinkt der Druck P gemäß der Kurve a nach dem Abschalten der Pumpe 1
sehr rasch auf den Wert P1, bei welchem das Druckminderventil 10 öffnet und Luft
in den Wasserbehälter 7 strömt. Bei ausreichendem Luftvorrat im Druckluftbehälter
9 bleibt der Druck im Wasserbehälter 7 dann gleich. Der Druck im Wasserbehälter
sinkt nicht unter den am Ventil 10 eingestellten Wert, der klein genug ist,
um ein rasches Abbremsen der Wassersäule zu ermöglichen, jedoch nicht so klein,
daß eine Beschädigung der Rohrleitung durch den äußeren atmosphärischen Druck stattfinden
könnte. Nach dem Abbremsen der Wassersäule in der Rohrleitung 4 erfolgt dann durch
Rückströmen der Wassermasse wieder ein Anstieg des Druckes auf den durch den statischen
Druck gegebenen Wert, was im Diagramm nicht mehr dargestellt ist.
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Bei Anschluß eines üblichen Windkessels mit Luft-und Wasservorrat
an die Rohrleitung, sinkt nach dem Abschalten der Pumpe 1 der Druck nicht so schnell
wie bei Verwendung des erfindungsgemäßen Druckstoßdämpfers, sondern dieser verläuft
durch Expansion des Luftpolsters nach der Kurve b. Das bedeutet, daß die auf die
Wassersäule ausgeübte Bremswirkung anfänglich viel geringer ist und daher bei vergleichbaren
Verhältnissen auch mehr Wasser aus dem Windkessel der Rohrleitung zugeführt werden
muß, um das Auftreten von Unterdruckstellen in der Leitung zu vermeiden. Außerdem
besteht keine Gewähr, daß z. B. bei zu klein bemessenem Windkessel der Druck in
der Leitung nicht unter den zulässigen Wert sinkt. Ein die gleiche Wirkung wie der
erfindungsgemäße Druckstoßdämpfer hervorrufender Windkessel muß daher viel größer
sein, als der Wasserbehälter 7, bzw. die Behälter 7 und 9 zusammen, und zwar erstens
um die unter Betriebsdruck einen größeren Raum beanspruchende Luftmenge zu fassen,
zweitens um die infolge schlechterer Bremswirkung erforderliche größere Wassermenge
aufzunehmen.
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In der F i g. 3 ist an den Wasserbehälter 7 über ein Rohr
19 ein einen Schwimmer 20 enthaltendes Entlüftungsventil
21 angeschlossen, welches über eine Drosselstelle 22 ins Freie führt. Sobald
der Wasserspiegel im Wasserbehälter 7 unter die Höhe des Rohres sinkt, öffnet das
Schwimmerventil 21 und die im Wasserbehälter 7 enthaltene Luft kann durch die Drosselstelle
22 langsam entweichen. Das dauert so lange bis der Wasserspiegel wieder auf die
zur Schließung des Schwimmerventils 21 führenden Höhe ansteigt. Das Entlüftungsventil
ist so angeordnet, daß immer ein kleiner Luftraum im Wasserbehälter 7 verbleibt.