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  • 法律状态
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    • 专利摘要:

    公开号:WO1986003263A1
    申请号:PCT/HU1985/000070
    申请日:1985-11-29
    公开日:1986-06-05
    发明作者:György DEZSO^"；Mátyás FARKAS；Tibor Lakatos；Zsuzsanna KIGYÓSNÉ PINTÉR
    申请人:Energiagazdálkodási Intézet；
    IPC主号:F16L55-00
    专利说明:
    [0001] Anordnung zur Dämpfung von Schwingungen in geschlossenen Flüssigkeitsbefördersystemen
    [0002] Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Dämpfung von z. B. bei Betriebsstörungen auftretenden Schwingungen in geschlossenen Flüssigkeitsbefördersystemen worin eine Umwälzpumpe vorgesehen ist und der Druck mindestens an einem Punkt des Systems zwischen vorbestimmten Grenzen gehalten wird.
    [0003] Ein typisches Beispiel für die oben erwähnten Flüssigkeitsbefördersysteme sind die Fernwärmeversorgungssysteme, worin das Warmwasser von einem Heizwerk über lange Rohrleitungen von manchmal mehr als 100 km zu den Verbrauchern befördert wird. Bei so grossen Systemen mit riesigem Wasserrauminhalt bereiten die bei den Betriebsstörungen im dem System sich entstehenden hydraulischen transienten Erscheinungen und die demzufolge erscheinenden Druckwellen die grössten Schwierigkeiten der Projektierung, des Entwurfes und auch des Betriebes. Es hat sich herausgestellt, dass diese Erscheinungen und Einwirkungen die Flüssigkeitsbefordersysteme katastrophal zerstören können.
    [0004] Wie später noch eingehender erläutert, entstehen die transienten Erscheinungen in den meisten Fallen beim Ausfallen der Umwälzpumpe des Befördersystemes, was durch eine technischen Fehler der Pumpe oder aber auch durch den Ausfall der Spannungsversorgung auftreten kann. Dabei entstehen erhebliche Druckwellen, die das System durchlaufen und sich bei irgendeinem Punkt des Systems reflektieren. Die bis Eintreffen der reflektierten Druckwelle vergehende Zeit wird Hauptzeit genannt, die jeweils für ein gegebenes System charakteristisch ist. Bei grösseren Systemen kann diese Hauptzeit z. B. 8 bis 10 s betragen.
    [0005] Zur Verminderung des oben erwähnten Gefahrs wurden in den bekannten Systemen Windkessel angewendet, die nach der Umwälzpumpe eingebaut wurden und woraus der beim Ausfallen der Pumpe entstehende Wassermangel nachgeholt werden konnte. Diese Lösung kann aber nur für nicht geschlossene Systeme mit Erfolg angewendet werden, wobei also das Wasser nicht in einer geschlossenen Rohrschleife umläuft. Hiebei ist aber die Nacchholfähigkeit des Windkessels durch sein Volumen begrenzt.
    [0006] Nach dem vorbekannten Stand der Technik kann das Gefahr der transienten Erscheinungen in einem geschlossenen Befördersystem nur durch entsprechende Überdimensionierung des Systems mit Sicherheit beseitigt werden. Dementsprechend erfolgte die Dimensionierung solcher Systeme mit Grunsnahme eines Druckes, der mindestens um die Hälfte höher ist, als der Betriebsdruck des Systemes. Es ist offensichtlich, was für Mehrkosten bei der Herstellung und Verlegung, beim Betrieb und Imstandehalten des Systems durch diese Überdimensionierung entstanden.
    [0007] Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Dämpfung von Schwingungen in geschlossenen Wasserbefördersystemen zu schaffen, womit das Gefahr der Zerstörung des Befördersystemes ohne die Überdimens ionierung eliminiert werden kann. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die oben erwähnte Aufgabe einfach gelöst werden kann, wenn das Entstehen der transienten Erscheinungen in dem Wasserbefördersystem verhindert wird.
    [0008] Der erfindungsgemässen Weiterentwicklung entsprechend ist nun mindestens eir, die Schwingungen aufnehmendes Dämpferbehälter durch ein Rückschlagventil in das System eingeschaltet, wobei in dem Dämpferbehälter ein Vorspanndruck vorhanden ist, der von dem Druck des Anschlusspunktes des Bämpferbehälters unterscheidend ist.
    [0009] Im Sinne der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn mehrere Dämpferbehälter vorgesehen sind, wobei die in den einzelnen Dämpferbehältern eingestellten Vorspanndrücke voneinander unterscheidend sind. Der Vorspanndruck kann desto grösser oder kleiner sein, je ferner liegt das Dämpferbehälter von dem Anschlusspunkt des Systems. Durch die Bestimmung der Vorspanndrücke kann der Ablauf der Schwingung gen in dem System im voraus entworfen werden.
    [0010] In einer ebenfalls verteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemässen Anordnung sind die Dämpferbehälter in Strömungsrichturg gesehen vor der Umwälzpumpe eingefügt wobei die Rückschlagventile Flüssigkeitseinlass in die Behalter ermögichen u'nd die Vorspanndrücke grössensind, als der Betxriebsdruck im Anschlusspunkt der Behälter. In einer anderen vorteilhfraften Anordnung können die Dämp ferbehälter nach der Umwälzpumpe eingefügt sein, wobei die Rückschlagventile Flüssigkeitsauslass aus den Behältern ermöglichen und die Vorspanndrücke keliner sind, als der Be triebsdruck in dem Anschlusspunkt.
    [0011] Im Sinne der Erfindung ist es noch vorteilhaft, wenn die Dämpferbeälter mit Mitteln zur Zurückstellung der im Ausgangszustand eingestellten Paramet er versehen sind. Diese Zurückstellung kann automatisch oder mit Hand druchgeführt werden. Unter den Mitteln können Flüssigke itausund -einlasse sowie Druckluftein- und -auslässe und geeignete Verschlussorgane vorgesehen sein.
    [0012] Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand von Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen Fig. 1 ein bekanntes geschlossenes Flüssigkeitsbefördersystem auf dem Beispiel eines schkizzenhaft dargestellten Ferwärmeversorgungssystems, Fig. 2 den Druckablauf in den Eckpunkten des in Fig. 1 gezeigten Systems bei einer Betriebsstörung, Fig. 3 die Blockschema einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Anordnung, Fig. 4 den Druckablauf wie in Fig. 2, jedoch für die Ausführungsform von Fig. 3. In Fig. 1 ist ein vereinfachtes Modell eines Fernwärmeversorgungssystems gezeigt, worin der Druck im Punkt 1 annähernd konstant, mindestens zwischen bestimmten Grenzen gehalten wird. Zwischen den Punkten 1 und 2 des Systems ist eine Vorlaufleitung 8, die wegen der grossen Länge als federnd angenommen werden kann. Ein Verbraucher ist zwischen den Punkten 2 und 3 eingeschaltet. Zwischen den Punkten 3 und 4 ist eine Rücklaufleitung, die ebenfalls flexible ist. Eine Umwälzpumpe 5 ist zwischen den Punkten 4 und 1 vorgesehen. Der ständige Druck im Punkt 1 wird mit einem Windkessel 6 sichergestellt.
    [0013] In diesem System wird beim Ausfall der Umwälzpumpe 5 die beförderte Wassermenge mit dem Abklingen der Drehzahl der Umwälzpumpe 5 immer kleiner. Um den ständigen Druck im Punkt 1 aufrechterhalten zu können, wird aus dem Windkessel 6 bei diesem Punkt 1 Wasser eingelassen, um die sich vermindernden Menge der Wasserbeförderung zu kompensieren. Dadruch ändern sich der Volumenstrom undder Druck in der Vorlaufleitung 8 praktisch nicht, wahrend dessen in der Rücklaufleitung 9 dem Auslauf der Umwälzpumpe 5 entsprechend zuerst beim Punkt 4, dann mit einer Ausbreitungsgeschwindigkeit der Schallgeschwindigkeit auch in der Rücklaufleitung 9 in Richtung des Verbrauchers 7 der Volumenstrom kleiner und folglich der Druck grösser werden. Diese Wirkung mit Schallgeschwindigkeit wird im Punkt 1 mit ständigem Druck reflektiert und in Form eines Druckabfalles in Richtung des Verbrauchers 7, bzw. durch den Verbraucher 7 zum Punkt 4 geleitet. Da hiebei kein Mittel zur stufenweise Verzögerung der Wassersäule mit riesiger Bewegungsenergie vorhanden ist, bewegen sich die Druckspitzen der oben geschilderten Wirkung zwishcen keinen vernünftigen Grenzen. Es soll im Sinne der Erfindung eine Verzögerung der Verbreitung der obigen transienten Wirkung erreicht werden, womit die Druckspitzen zwischen vertretbaren Grenzen bleiben werden.
    [0014] Zur Veranschaulichung der Druckspitzen des in Fig. 1 gezeigten Sytems wird auf Fig. 2 Bezug genommen. Der ständige Druck des Punktes 2 von cca. 8,5 bar vergrössert sich auf cca. 16 bar nachder Störung, der Druck von cca. 6,6 bar vom Punkt 3 auf cca. 14,5 bar. Der Druck im Punkt 1 ist in dem beobachteten Zeitraum wegen des Windkessels 6 konstant geblieben.
    [0015] In Fig. 3 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäss weiterentwickelten Flüssigkeitsbefördersystems ebenfalls an dem Beispiel der Fernwärmeversorgung dargestellt. Das in Fig. 1 gezeigte System ist hiebei mit zwei Dämpferbehälter 10 und 11 ergänzt, die durch Rückschlagventile 12 und 13 beim Punkt 4 dem System angeschlossen sind. Diese Dämpferbehälter sind vor der Umwälzpumpe 5 eingeschaltet, sodass im Sinne der Erfindung die in ihnen vorhandenen erspanndrücke jeweils grösser sind, als der Betriebsdruck im Punkt 4 und zwar im Dampferbehälter 11 ist grösser, als im Behälter 10. Die in Serie geschalteten Dämpferbehälter 10 und 11 sind durch solche Rückschlagventile 12 und 13 von dem System abgetrennt, die einen Einlass der Flüssigkeit in die Behälter 10 und 11 ermöglichen, jedoch die Rückströmung verhindert wird.
    [0016] Wenn z. B. ein Ausfall der Umwälzpumpe 5 wie in dem Beispiel ven Fig. 1 auftritt, werden die dadurch entsteherden hydraulischen Druckwellen mit den DämpferbeäItern 10 und 11 absorbiert, sodass die Druckspitzen zwischen den zugelassenen Grenzen bleiben. Wenn nämlich der Druck grosser wird, als der Vorspanndruck im Behälter 10, wird die Flüssigkeit nicht weiter in Richtung der Umwälzpumpe 5 strömen, sondern durch das Rückschlagventil 12 in das Dämpferbenälter 10 hinein, bis der Druck pe im Inneren des Dämpferbehälters 10 grösser wird, als der Vorspanndruck in dem Dämpferbehälter 11. In diesem Augenblick beginnt die Flüssigkeit, durch das Rückschlagventil 13 auch ins Dämpferbehälter 12 hineinzuströmen, sodass die Druckwelle jetzt von den teiden Dämpferbehältern 10 und 11 aufgenomen wird.
    [0017] Das oben Gesagte wird durch das Druckdiagram von Fig. 4 veranschailicht. In diesem Beispiel ist der ständige Betriebsdruck des Befördersystems um 12 bar, der Vorspanndruck des Dämpferbehälters 10 ist auf 5 bar, der des Dämpferbehälters 11 auf 7 bar eingestellt, der Betriebsdruck im Punkt 4 ist 3 bar. Die Vorspanndrücke der Dämpferbehälter 10 und 11 sind also höher, als der Betriebsdruck des Anschlusspunktes 4. Nach dem Auftreten der Störung beginnt der Druck im Punkt 4 steil zu erhöhen, bis nach cca. 1,5 s der Vorspanndruck von 5 bar des Dämpferbehälteis 10 erreicht wird. Die Geschwindigkeit der Druckwelle wird danach abrupt kleiner. Der Vorspanndruck vom Dämpferbehälter 11 /7 bar/ wird nach cca. 12 s erreicht. Der Druck vom Punkt 4 steigt lasgsam bis dem ständigen Betriebsdruck von 12 bar, der cca. mit0,2 bar überschritten wird. anu Es ist klar zu erkennen, dass keine Schwingungen und extremen Druckspitzen vorhanden sind. Die Drücke in Punkten 2 und 3 werden auch mit weniger als 1 bar grösser, als der ständige Betriebsdruck.
    [0018] Wie früher erwähnt, wird in dem gezeigten Ausführungsbeispiel der Druck des Punktes 1 konstant gehalten, was in der Praxis als Druckhaltung im oberen Punkt genannt wird. Wenn es sich aber um eine Druckhaltung im unteren Punkt handelt, werden die Dämpferbehälter an der Druckseite der Umwälzpumpe 5, im Punkt 1 angeschlossen. In diesem Fall meldet sich die Störung als ein Druckabfall im Punkt 1, dessen Entstehung und Fortbewegungsgeschwindigkeit durch die Dämpferbehälter verzögert werden sollen. Zu diesem Zwecke werden die Rückschlagventile zwischen dem Punkt 1 und den in Serie geschalteten Dämpferbehältern umgekehrt wie vorher angeordnet, sodass eine Ausströmung aus den Behältern ermöglicht wird. Wenn also der Druck im Punkt 1 kleiner wird, als der Vorspanndruck in dem zum Punktinäher liegenden Dämpferbehälter, beginnt die Ausströmung aus diesem Behälter. Wenn der Druck im Punkt 1 auch den Vorspanndruck des zweiten Dämpferbehälters, der kleiner ist, als der Vorspanndruck des ersten Behälters, unterschreitet, beginnt die Ausströmung auch aus dem zweiten Dämpferbehälter. Das elastische Mittel, der Gas mit immer kleiner werdendem Druck verzögert die Verbreitungsgeschwindigkeit der Druckwelle, sodass die oben geschilderte Dämfungswirkung sich einsteht.
    [0019] Die Zahl der Dämpferbehälter 10 und 11 wird jeweils nach den Besonderheiten des Befördersystems bestimmt. In dem in den Figuren gezeigten Beispiel war es genügend, zwei Dämpferbehälter 10 und 11 anzuwenden, um die entstandenen Stosswellen zu absorbieren. Jedoch können noch weitere Dämpferbehälter in Serie nacheinander geschaltet werden, wenn es als notwendig erscheint.
    [0020] Im Sinne der Erfindung kann auch dafür Sorge getragen werden, dass die Ausgangsparameter der Dämpferbehälter 10, 11 nach einer abgelaufenen Störung, d. h. nach der Funktion der Dämpferbehälter 10, 11 wieder eingestellt werden. Dazu sollen die Vorspanndrücke und die Wasserpegel in den Dämpferbeháltern 10, 11 neuerlich eingeregelt werden. Zu diesem Zweck können Wasseranschlüsse, Druckluftanschlüsse, Bypass-Anschlüsse zu dem Befördersystem sowie geeignete Verschlussorgane vorgesehen sein. Diese Mittel können auch automatisch angetrieben werden, wobei die Rückstellung nach der Störung automatisch erfolgen kann. Der Entwurf und Anordnung solcher Mittel sind für den Fachmann eine Routinaufgäbe, sodass diese keine ausfürlichere Beschreibung benötigen.
    权利要求:
    ClaimsPatentansprüche
    1. Anordnung zur Dämpfung von Schwingungen in geschlossenen Flüssigkeitsbefördersystemen, worin eine Umwälzpumpe vorgesehen ist und mindestens an einer Stelle des Befördersystems der Druck zwischen vorbestimmten Grenzen gehalten wird, dadurch gekennzeichnet , dass mindestens ein, die Schwingungen aufnehmendes Dämpferbehälter (10, 11) durch ein Rückschlagwentil (12, 13) in das Befördersystem eingeschaltet ist, wobei in dem Dämpferbehälter (10, 11) ein Vorspanndruck vorhanden ist, der von dem Betriebsdruck des Anschlusspunktes unterscheidend ist.
    2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass mehrere Dämpferbehälter (-10, 11) vornanden sind, die in Reihe geschaltet sind und der Vorspanndruck jeweils desto grösser oder kleiner eingestellt ist, je ferner der Dämpferbehälter (10, 11) von cem Anschlusspunkt liegt.
    3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet dass die Dämpferbehälter (10, 11) in Strömungsrichtung gesehen vor der Umwälzpumpe (5) eingeschaltet sind und die Rückschlagventile (12, 13) Flüssigkeitseinlass in die Dämpferbehälter (10,
    11) ermöglichend angeordnet sind, wobei die Vorspanndrücke höher sind, als der Betriebsdruck des Anschlusspunktes (4).
    4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , dass die Dämpferbehälter (10, 11) in Strömungsrichtung gesehen nach der Umwälz pumpe (5) eingeschaltet sind und die Rückschlagventile Flüssigkeitsauslass aus den Dämpferbehältern ermöglichend angeordnet sind, wobei die Vorspanndrücke kleiner sind, als der Betriebsdruck des Anschlusspunktes.
    5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , dass die Dämpferbeälter (10, 11) mit Mitteln zur Zurückstellung der Ausgangsparameter nach einer Störung in dem Befördersystem versehen sind.
    6. Anordnung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Mittel als automatisch betriebene Mittel ausgebildet sind.
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1986-06-05| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): DE DK SE SU |
    1987-01-29| REF| Corresponds to|Ref document number: 3590605 Country of ref document: DE Date of ref document: 19870129 |
    1987-01-29| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 3590605 Country of ref document: DE |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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