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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abbau von Schwingungen in Rohrleitungen mit einem federnd nachgiebigen Teil.
Schwingungen dieser Art entstehen durch statische oder dynamische Drücke und auch durch
Körperschall in den Rohrleitungen. Bei Rohren oder Rohrleitungen, die leer sind oder die mit Was- ser, Luft, Öl, Gasen, Dämpfen sowie Festkörpergranulaten und deren Mischungen gefüllt sind, unter- liegen die ausgeübten mechanischen Kräfte Temperaturschwankungen. Bereits ein leeres Rohr muss bei Temperaturänderungen thermisch bedingte Kräfte aufnehmen, die üblicherweise durch besondere
Konstruktionen oder Kompensatoren abgebaut werden.
Wenn das Rohr mit einem Medium gefüllt ist, das einen sich von dem des Rohres abweichen- den Temperatur-Koeffizienten besitzt, ergeben sich zusätzliche Kräfte, die von der Differenz der thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Rohres und dessen Füllung sowie von Temperaturschwan- kungen bzw. einem Temperaturhub abhängen.
Körperschall wird in Rohren und Rohrleitungen sowohl über die Rohrwand als auch über das darin befindliche gegebenenfalls strömende Medium übertragen. Zur Vermeidung einer Schallübertra- gung in Längsrichtung der Rohre werden im wesentlichen starre Kompensatoren verwendet, wobei diese nur bezüglich einer Schallübertragung bei leeren Rohren wirksam sind, d. h. bei einer Schall- übertragung, die überwiegend über die Rohrwand erfolgt.
Aus der US-PS Nr. 4, 186, 475 ist eine Vorrichtung der eingangs genannten Art als Gegenmassnah- me gegen"Klopfen"in Wasserleitungen, das durch Druckstösse verursacht ist, bekanntgeworden.
In einem in den Verlauf der Rohrleitung einzubauenden besonderen Gehäuse befindet sich ein Hohl- raum mit deutlich grösserem Innendurchmesser als der Strömungsdurchmesser der an Schrauböffnun- gen anzuflanschenden Rohrleitung. Nach innen ist der Hohlraum durch eine rohrförmige elastische
Membran od. dgl. dicht abgeschlossen, an deren Innenseite wieder eine Öffnungen aufweisende kür- zere Rohrleitung anliegt. Auf die Aussenseite des elastischen Rohres wird Druck über ein in den Hohlraum eingefülltes Gas ausgeübt.
Durch Druckstösse in der an das Gehäuse angeschlossenen Rohrleitung wird die Membran gegen den Druck des Gases im Hohlraum in diesen gedrückt. Offensichtlich ist die bekannte Vorrichtung sehr aufwendig und daher auch nicht an einer beliebigen Stelle der Rohrleitung anwendbar. Insbesondere dürfte es nicht möglich sein, sowohl statische oder dynamische Drücke in Rohrleitungen als auch Körperschall in Rohrleitungen zu dämpfen und darüber hinaus auch einen Ausgleich thermischer Ausdehnungen des Rohres und davon verschiedene thermische Ausdehnungen des Mediums im Rohr zu erreichen.
Die DE-OS 2849926 zeigt weiter eine Vorrichtung zur Dämpfung von Flüssigkeitsschwingungen, die nur bei in einer bestimmten Strömungsrichtung strömenden Medien anwendbar ist. Im Verlauf einer Rohrleitung wird ein Gehäuse angeordnet, das offensichtlich erheblich grösseren Durchmesser als die Rohrleitung aufweisen muss und daher nicht mehr als Teil der Rohrleitung angesehen werden kann. Das strömende Medium wirkt gegen eine Membran, die unter Federbelastung einer Feder steht und die elastische Ränder aufweist, die radial ausserhalb des Bereiches der Rohrleitung liegen. Das Medium strömt im Normalzustand durch radiale Öffnungen im Zufuhrrohrstutzen ohne direkte Wirkung auf die Membran, wobei lediglich auf deren Rand derart eingewirkt wird, dass das Medium zur Ausgangsöffnung an der Membran vorbeiströmen kann.
Bei höheren Drücken wird die Membran entgegen der Federkraft von den Einlassrohrstutzen abgehoben, derart, dass grössere Flüssigkeitsmengen an der Membran vorbei zum Auslassrohrstutzen strömen können. Auch hier liegt eine offensichtlich komplizierte Konstruktion vor, die nicht in allen Fällen anwendbar ist und die auch nicht an jeder Stelle der Rohrleitung angewendet werden kann.
Im besonderen ist zu beachten, dass bei dieser bekannten Einrichtung die Stösse nur gedämpft, aber an sich weitergegeben werden. Die Membran kann nur bremsend wirken, aber nicht ausgleichen. Ein etwaiger Stoss, der auf die Membran wirkt und diese abhebt, wird nämlich von dieser Membran an die in Fliessrichtung hinter der Membran befindlichen Flüssigkeit, wenn auch in geringerem Masse, weitergegeben. Die Membran kann daher nicht als elastisch im Sinne der Erfindung angesehen werden.
Es ist ferner zu erwähnen, dass die FR-PS Nr. 2. 301. 760 eine teleskopische Rohrverlängerung mit vorgefertigten Einstülpungen zeigt, durch die jedoch eine Druckwellen- oder Schallwellenabsorp-
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tion weder beabsichtigt noch erreicht wird.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art, derart auszubilden, dass statische und dynamische Drücke in Rohrleitungen abgebaut und insbesondere der Körperschall in den Rohrleitungen gedämpft wird.
Dabei soll die Vorrichtung an jeder beliebigen Stelle der Rohrleitung angewendet werden können.
Die Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass der federnd nachgiebige Innen- teil im Inneren der Rohrleitung vorgesehen ist, wobei der Innenteil durch einen oder mehrere nicht durchströmbare (n), atmende (n) Körper innerhalb des Rohres gebildet ist bzw. wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Vorrichtung sind in den Unteransprüchen gekennzeich- net.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist an jeder beliebigen Stelle der Rohrleitung anwendbar, insbesondere deshalb, weil sie von der Rohrleitung selbst Gebrauch macht und/oder im Verlauf der
Rohrleitung besondere Innenteile eingefüllt enthält, ohne die Rohrleitung konstruktiv ändern zu müssen. Es sind daher auch Rohrleitungen bzw. Rohrleitungsteile verwendbar, wie übliche Kompen- satoren od. dgl., wie sie im Verlauf von Rohrleitungen üblich sind.
Durch die erfindungsgemässe Vorrichtung werden im Verlauf der Rohrleitung auftretende Druck- stösse "geschluckt". Die elastische Verformung des oder der Innenteile (s) nimmt die ankommenden
Druckstösse in sich auf, so dass nach diesen Innenteilen ein ruhiger und ausgeglichener Medien- strom weiterfliesst. Es ist zu erwähnen, dass die Wirkung der erfindungsgemässen Vorrichtung noch verbessert wird, wenn auch ein atmend ausgebildeter Aussenteil vorgesehen ist.
Durch die erfindungsgemässe Vorrichtung wird nicht nur die erwünschte Körperschalldämmung, sondern auch ein Ausgleich der thermischen Ausdehnung des Rohres und der davon verschiedenen thermischen Ausdehnung des Mediums erreicht.
Die Erfindung wird an Hand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen die Fig. l und 2 Ausführungsbeispiele atmender Aussenteile, die Fig. 3 bis 7, Ausführungsbeispiele atmender Innenteile und Fig. 8 Beispiele zur Optimierung der mit der Erfindung erreichten Erhöhung der Längsschalldämmung.
Zum Abbau statischer und dynamischer Kräfte in Rohren werden häufig sogenannte Kompensatoren im Verlauf der Rohrleitung eingebaut, die eine gewisse axiale Beweglichkeit ermöglichen. Derartige Kompensatoren, die als Wellschlauch oder als Faltenbalg ausgebildet sein können, erlauben eine Schalldämmung der Schallübertragung über die Rohrleitungen, wenn diese so ausgebildet und angeordnet sind, dass durch Volumenstösse der Flüssigkeit, die vom Kompensator aufgenommen werden, die Weiterleitung des Schalles nicht nur über das Rohr, sondern auch über das Medium im Rohr verhindert wird. Dazu ist es bekannt, nur eine Seite des Kompensators fest einzubauen und die andere Seite axial beweglich zu haltern und die radial bewegliche Seite des Kompensators so auszubilden, dass sie keine Federkonstante aufweist (vgl. HLH, Bd. 28, [Dezember 1977], Nr. 12, Z. 449 bis 454).
In der Praxis treten auch bei solchen optimal angeordneten Kompensatoren Schall- übertragungen auf. Es hat sich gezeigt, dass diese Schallübertragungen darauf beruhen, dass das Rohr und das Medium im Rohr nur unzureichendes Aufnahmevermögen der für den Schall ursächlichen Kräfte besitzen.
Die Erfindung ermöglicht nun eine optimale Schalldämmung auch bei diesen in der Praxis häufig auftretenden Fällen, u. zw. dadurch, dass ein Innenteil gegebenenfalls auch ein Aussenteil des Rohres federnd nachgiebig kurz atmend, ausgebildet ist. Insbesondere wenn sowohl Aussenteil als auch Innenteil in dieser Weise ausgebildet sind, ist nicht nur die Körperschalldämmung optimal, sondern können auch die statischen und dynamischen Kräfte im Rohr abgebaut werden.
Bei den in den Fig. l bis 7 dargestellten Ausführungsbeispielen ist durch dicke Strichlinien jeweils der Zustand der Atmung angedeutet, der beim jeweils dargestellten Ausführungsbeispiel erreichbar ist.
Die Fig. 1 und 2 zeigen jeweils Wellrohr-Kompensatoren, die sich von den bisher üblichen lediglich axial dehnungsfähigen Kompensatoren wesentlich unterscheiden.
Bei dem in Fig. l dargestellten Wellrohr-Kompensator --1-- ist dieser auch in radialer Richtung nachgiebig ausgebildet, derart, dass sich durch Mediendruckimpulse oder Volumen stösse das
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sich im Kompensator-l-befindliche Volumen des Mediums ändert. Dabei wirkt als Gegenkraft ein in ein Tal des Kompensators-l-eingelegter federelastischer Ring --2-- in Richtung auf Wiederherstellung der Ausgangslage des Wellrohr-Kompensators-l-.
Beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2 besitzt das Tal des Wellrohr-Kompensators-3-- eine i axiale Ausdehnung und wird die Gegenkraft durch einen federelastischen Gürtel --4-- ausgeübt, der in dieses Tal eingelegt ist.
Selbstverständlich können auch mehrere Ringe-2-- und/oder mehrere Gürtel --4-- vorgesehen sein, insbesondere, wenn der Wellorhr-Kompensator --1-- mehrers Täler aufweist. Schliesslich kann die erforderliche Gegenkraft auch durch die Eigenelastizität des Wellrohr-Kompensators --1-- ausgeI übt werden. Für den Innenteil sind verschiedene Ausführungsformen möglich. In Fig. 3 ist im
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Richtung federnd kompressibel ist. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich im Inneren dieses kompensators --11-- eine Feder --12--, die vorzugsweise eine Stahlfeder ist, jedoch auch durch eine Gasfeder od. dgl. gebildet sein kann. Der Kompensator --11-- kann auch mit einem gummielastischen Material gefüllt sein.
Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem sich im Rohr - mehrere nichtdurchströmte atmende Körper --13 bzw. 14-- unterschiedlicher geometrischer Ausbildung befinden, die hier durch durchströmbare Siebe -15-- auf einen bestimmten Rohrabschnitt beschränkt sind.
Die Körper -13-- bestehen dabei aus einem nichtdurchströmbaren weichelastischen Material wie aus geschlossene Poren aufweisenden Schaumgummi od. dgl. Die Körper --14-- bestehen nach Art eines Ballons aus einer nichtdurchströmbaren Hülle, die mit einem kompressiblem, eine Federkraft ausübenden Medium wie Luft oder einem andern Gas gefüllt sind. Die Körper-13, 14- werden durch den Druck des strömenden Mediums zusammengedrückt, wodurch Platz für nachströmendes Medium geschaffen wird. Bei Temperaturänderungen strömt dieses statisch nach, während es bei Schallübertragung über das Medium stossartig nachströmt. Insbesondere diese Druckstösse werden von den Körpern-13, 14- elastisch aufgefangen.
Die Körperform ist vorzugsweise so, dass minimaler Strömungswiderstand entsteht.
Die gleiche Wirkung kann auch bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel erreicht
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einem geschlossene Poren aufweisenden Werkstoff wie Schaumgummi, aber auch aus einem gasgefüllten undurchlässigen Ballon bestehen.
Fig. 6 zeigt den erfindungsgemässen Innenteil bei einem Kugelkompensator-18-. Der Innenteil besteht statt aus einem zwar biegeelastischen, jedoch nicht nennenswert dehnbaren Material wie bei herkömmlichen Kugelkompensatoren aus einem ringförmigen Körper --19-- aus dem gleichen federnd elastischen. Werkstoff, wie bei den Körpern --13, 14, 16-.
Fig. 7 zeigt den gleichen ringförmigen Körper, der in den Ausnehmungen (Wellenberge) eines biegsamen, jedoch nicht atmenden Wellrohres --20-- eingelegt ist. Wie in Fig. 7 dargestellt, können mehrere derartige ringförmige Körper-19-im Verlauf eines Wellrohres --20-- vorgesehen sein.
Die verschiedenen Ausführungsformen von Innen- und Aussenteil können in beliebiger Variation miteinander kombiniert werden. Wesentlich ist die Atmungsfähigkeit zur sowohl Aufnahme der statischen und dynamischen Kräfte als auch zur Schalldämmung der Schallübertragung über die Rohrwandung und über das Medium im Rohr.
Zur Optimierung, d. h. zur Erhöhung der Längsschalldämmung, können am Innenteil gegebenenfalls auch am Aussenteil die in Fig. 8 dargestellten an sich bekannten Schalldämmungsmassnahmen zusätzlich angeordnet sein. Fig. 8a zeigt eine Sperrmasse, die eine Impedanz zur Fehlanpassung erreicht. Fig. 8b zeigt einen Entdröhnungsbelag. Beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2 kann der Gürtel --4- selbst entweder selbst aus Sperrmasse bestehen oder eine solche tragen bzw. kann der Gürtel --4-- gleichzeitig ein Entdröhnungsbelag sein oder kann ein solcher auf dem Gürtel --4-- oder zwischen Gürtel --4-- und Kompensator --3-- vorgesehen sein.
Gemäss Fig.8c können im Verlauf des Rohres elastische Stossstellen aus Gummi od. dgl. vorgesehen sein, die eine hohe Stossstellen-
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dämpfung erreichen. Dies kann beispielsweise auch dadurch erreicht werden, dass der Gürtel --4-- in axialer Richtung unterteilt ist. Zur Erhöhung der Schallreflektionen können wie gemäss Fig. 8d Faltungen, auch Mehrfachfaltungen, in axialer Richtung vorgesehen sein. Schliesslich kann gemäss Fig. 8e ein mehrschichtiges Material oder ein Gemisch aus Materialien unterschiedlicher physikalischer Eigenschaften wie Schallschluckgrad, Elastizität, Verlustfaktor od. dgl. zur Erhöhung der Ausbreitungsverluste verwendet werden.
Diese zusätzlichen Massnahmen sind nicht nur bei dem im wesentlichen zylindrischen Gürtel-4-gemäss Fig. 2, sondern allgemein auch bei den Innenteilen, wie beispielsweise dem Körper --16-- oder dem Innenkompensator --11-- anwendbar. Beispielsweise kann ein Belag gemäss den Fig. 8a und 8b bei einem Innenteil eine bestimmte Eigenfrequenz entweder erreichen oder verhindern.
Die Innenteile, insbesondere die Körper-13, 14 und 16-weisen noch einen zusätzlichen Vorteil gegenüber dem Aussenteil auf, da sie nämlich durch Überdruck nicht zerstört werden können,
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reicht werden.
Es sei erwähnt, dass den/die Innenteile (n) gegebenenfalls auch den/die Aussenteile (n) aufweisende Rohrabschnitte vorgefertigt ausgebildet und mittels Flanschen an die übrigen Rohrleitungen angeschlossen werden können.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zum Abbau von Schwingungen in Rohrleitungen mit einem federnd nachgiebigen Teil, dadurch gekennzeichnet, dass der federnd nachgiebige Teil (11, 13, 14, 16, 19) im Inneren der Rohrleitung (10, 20) vorgesehen ist, wobei der Innenteil (11, 13, 14, 16, 19) durch einen oder mehrere nichtdurchströmbare (n), atmende (n) Körper innerhalb des Rohres (10, 20) gebildet ist bzw. wird.