DE10107947A1

DE10107947A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Pulsations- und Schwingungsdämpfung

Info

Publication number: DE10107947A1
Application number: DE2001107947
Authority: DE
Inventors: Hans Rattay; Wolfgang Mordhorst; Alfred Liebig
Original assignee: Individual
Current assignee: Mordhorst Wolfgang 46244 Bottrop De Liebig Alf
Priority date: 2001-02-20
Filing date: 2001-02-20
Publication date: 2002-09-05
Anticipated expiration: 2021-02-21
Also published as: DE10107947C2

Abstract

Durch Turbinen, Regler und z. B. Kolbenverdichter oder -pumpen werden vornehmlich in gastransportierenden Hochdruckrohrleitungen Pulsationen und Schwingungen hervorgerufen, die zur Beschädigung, Rissen bis letztlich zu Zerstörungen der Leitungen mit den entsprechenden Folgeschäden führen. DOLLAR A Zur Dämpfung von Pulsationen und Schwingungen wird der Strom eines Mediums in einen Haupt- (A) und mehrere Nebenströme (B) unterteilt, wobei die Nebenströme (B) über mehrere, aus dem Hauptstrom (A) abgeleitete Nebenstromleitungen (2) in satellitenartig die Rohrleitung (1) umgebende Umlenkstationen (3) und von diesen umgelenkt, über Anschlussleitungen (4) wieder dem Hauptstrom (A) zugeführt werden (Figur 1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Pulsations- und Schwingungsdämpfung in insbe sondere für den Transport von gasförmigen Medien vorgesehenen Rohrleitungen sowie die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Pulsationen und Schwingungen entstehen vornehmlich durch den Verdichter bzw. den An trieb von Verdichtern und werden mit der Strömung in Rohrleitungen eingebracht. Dies geschieht insbesondere auf der Druckseite von Turbinen, Verdichtern, Kolbenpumpen und nach Reglern. Diese Probleme betreffen Leitungen für den Transport von Flüssigkeiten und Gasen, sind aber auch bei gewissen Feststoffgemischen nicht auszuschließen. Gleichzeitig sind in nachteiliger Weise mit derartigen Pulsationen und Schwingungen erhebliche Geräu sche verbunden. Die wesentlichen Schwierigkeiten und Probleme, die durch unkontrol lierte Pulsationen und Schwingungen hervorgerufen werden, sind Risse und Zerstörungen von Halterungen und Befestigungen, so dass insgesamt die Standzeiten von beispielsweise für den Transport von Gas vorgesehenen Einrichtungen kurz bemessen sind und anderer seits der Wartungsaufwand sehr groß ist. Die Ausbildung und Auslegung von Rohrleitun gen nach dem Stand der Technik ist von den Investitionen her sehr aufwendig.

Um die angedeuteten Probleme und Schwierigkeiten zu mindern, wurden bereits Pulsati ons- und Schwingungsdämpfer vornehmlich in Gastransportleitungen eingesetzt, die aus mehreren in Abstand jeweils hintereinander angeordneten Lochblechen mit Zwischenlagen aus z. B. Stahlwolle bestanden. Dabei handelt es sich um räumlich und kostenmäßig sehr aufwendige Konstruktionen, wobei der gesamte Gasstrom gestaut und gegen die Loch blechkonstruktion gefahren wird. Es entstehen hohe Druckverluste für die von den Ver dichtern beispielsweise zusätzliche elektrische Leistungen erbracht werden müssen. Es entstehen überaus starke Kräfte und Strömungen in diesen Bereichen, wobei die Ge schwindigkeiten bis an die Schallgeschwindigkeit herangehen, wodurch wiederum erhebli che Geräusche entstehen, die zusätzlich Schalldämmungsmaßnahmen erforderlich machen. Reparaturen und Montagen sind in allen Bereichen nur schwer auszuführen und sind dar über hinaus äußerst arbeitsintensiv und kostenaufwendig.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu Dämpfung von Pulsationen und Schwingungen sowie die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, welches im wesentlichen die oben genannten Nachteile vermeidet und die eine einfache und wirtschaftliche Lösung darstellt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Strom eines Mediums in einen Haupt- und mehrere Nebenströme unterteilt wird, wobei die Nebenströme B über mehrere aus dem Hauptstrom A abgeleitete Nebenstromleitungen in satellitenartig die Rohrleitung umgebende Umlenkstationen und von diesen umgelenkt, über Anschlusslei tungen dem Hauptstrom zugeführt werden.

Des weiteren wird die Aufgabe durch die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gelöst.

Der besondere Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass die Aufteilung des Haupt stromes beispielsweise eines Gasstromes in einen verbleibenden Hauptstrom und mehrere Teilströme unterschiedliche Laufzeiten der Ströme ergeben, wodurch die Pulsationen und Schwingungen der Haupt- und Nebenströme gegeneinander wirken und sich damit verrin gern. Durch eine strömungsgünstige Gestaltung der Vorrichtung lassen sich die Druckver luste gewaltig verringern. Aufgrund des längeren Weges in den Nebenstromleitungen unter Beibehaltung des Querschnitts der den Hauptstrom transportierenden Gasleitung entsteht ein leichter Staudruck aufgrund der Strömungsgeschwindigkeit des Hauptstromes. Der nach der Aufteilung verbleibende Hauptstrom legt mit reduzierter Menge einen Weg von ca. zweimal den Rohrdurchmesser zurück (bei 2 m/sec und DN 500 ca. 1/2 sec). Die Ne benströme legen dagegen einen Weg von ca. viermal den Rohrdurchmesser zurück (bei 2 m/sec und DN 500 ca. 1 sec). Durch die unterschiedlichen Laufzeiten wird die Pulsation des Hauptstromes zeitversetzt zu den Pulsationen der Nebenströme gebracht.

Ebenso wie der Hauptstrom durch eine Dralleinrichtung in Rotation zu versetzen ist, kön nen die Nebenströme am Ende der Umlenkstation ebenfalls in Rotation versetzt werden, wobei die Rotation der Nebenströme durch die entsprechende Umlenkung um 180° eine der Rotation des Hauptstromes entgegengesetzte Rotation erhalten können. Die Drallein richtungen der Nebenströme können auch am Ende bzw. am Eintritt in den Hauptstrom angeordnet sein. Die gegensätzliche Rotation von Haupt- und Nebenströmen trägt in er heblichem Maße dazu bei, die Pulsationen aus dem Gasstrom zu dämpfen. Hinter den Ein trittsöffnungen für die Nebenstromleitungen entsteht im verbleibenden Hauptstrom ein Geschwindigkeitsverlust. Dennoch entsteht am Ende der Nebenstromleitung, also am Aus tritt aus den Leitungen, d. h. beim Wiedereintritt in den verbleibenden Hauptstrom, ein ge ringer Druck, der den Medienstrom aus den Nebenstromleitungen zusätzlich ansaugt. Die Größe und Anzahl der Nebenstromleitungen richtet sich nach den Bedingungen einer An lage. Bei Kolbenpumpen ist eine andere Konstruktion erforderlich als beispielsweise bei Gasturbinen.

In Abhängigkeit der Bauart und des zulässigen Druckverlustes kann der gesamte Gasstrom durch die Nebenstromleitungen geschickt werden. Vorteilhafterweise ist also der Bereich des nach der Aufteilung verbleibenden Hauptstromes durch eine Regulierungseinrichtung steuerbar ausgebildet. Um aufgrund der jeweiligen Wegunterschiede und unterschiedlichen Pulsationen eine bessere Anpassung, d. h. eine weitest gehende Verringerung der Pulsatio nen und Schwingungen zu erzielen, können die Nebenstromleitungen innerhalb und außer halb der Rohrleitung durch Verlängerbarkeit oder Einkürzbarkeit verstellbar ausgebildet werden. Ebenso kann zur Variierung des Staudruckes die Eintrittsöffnung bzw. die Ein trittsöffnungen der Nebenstromleitungen in der Größe verstellbar ausgebildet werden.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in einer Vorrichtung zur Pul sationsdämpfung zu sehen, die als Rohrabschnitt mit Flanschanschlüssen ausgebildet in der Lage ist, axiale Kräfte aus dem Innendruck des Rohrleitungssystems aufzunehmen und auszugleichen. Da eine derartige Vorrichtung durch eine Verstellbarkeit, beispielsweise durch Gewindestangen oder Schrauben in der Länge verstellbar gestaltet ist, kann ein schneller und einen erheblichen Aufwand einsparender Austausch vorgenommen werden. Durch die Aufnahme des Innendrucks der Kompensatoren entsteht ein weiterer ganz we sentlicher Vorteil bei Einsatz einer derartigen Vorrichtung zur Pulsations- und Schwin gungsdämpfung, und zwar kann eine solche Vorrichtung direkt an Gasturbinen, Reglern, Verdichter, etc. angeflanscht werden, wodurch derartige Anschlüsse an beispielsweise Tur binen vereinfacht werden. Die üblicherweise erforderlichen Fundamente und Befesti gungskonstruktionen können weitestgehend eingespart werden.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im nachfolgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Vorrichtung zur Pulsations- und Schwingungs dämpfung im Schnitt,

Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel im Schnitt in Verbindung mit Kompensa toren und

Fig. 3 reine Ausführung bei welche die Nebenströme über einen Verdrängungs körper verteilt werden.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist nur der Abschnitt einer Rohrleitung 1 beispielsweise zum Transport von Gas dargestellt, in welchem eine Vorrichtung zur Pulsa tions- und Schwingungsdämpfung angeordnet ist. Der in der linken Bildhälfte ankommen de Haupt- oder Förderstrom eines Mediums wird unterteilt in einen verbleibenden Hauptstrom A und mehrere Nebenströme B, wie sie mit entsprechenden Pfeilen über den ge samten Verlauf der Strömungen angedeutet sind. Über einen Strömungskörper 8 werden mehrere Nebenströme B und entsprechende Eintrittsöffnungen 7, die beispielsweise vergrößerbar ausgebildet sind, in Nebenstromleitungen 2 eingeleitet. Die Nebenstromlei tungen 2 werden über Umbiegungen nach außerhalb der Rohrleitung 1 in diese satelliten artig umgebende Umlenkstationen 3 geleitet. Am Ende 5 der Umlenkstationen 3 werden die Nebenströme umgelenkt und können dabei, wie dargestellt, über Dralleinrichtungen 11 mit einer gewünschten Rotation versehen werden. Am entgegengesetzten Ende 6 der Um lenkstationen 3 werden die Nebenströme B über Anschlussleitungen 4 in die Rohrleitung 1 zurückgeführt, um letztlich aus den axial zur Rohrleitung 1 endenden Anschlussleitungen 4 auszutreten, um sich mit dem verbleibenden Hauptstrom A wieder zu vereinigen. Die An schlussleitungen 4 können einen gleichbleibenden Querschnitt oder aber erweitert ausge bildet sein. Der Hauptstrom A, der nicht in Form von Nebenströmen B weitergeführt wird, kann mengenmäßig durch eine Regulierungsvorrichtung 9 gesteuert und durch eine Drall einrichtung 10 in eine Rotation gebracht werden. Die Rotationen des Hauptstromes A und der Nebenströme B sind im Bereich der Vereinigung gegenläufig ausgerichtet, um auf die se Weise in größerem Umfang Pulsationen und Schwingungen aufnehmen zu können. Um den Weg der Nebenströme B in Anpassung an eine Optimierung hinsichtlich der Dämp fung variieren zu können, sind die Eintrittsöffnungen 7 verstellbar, sowie die Längen der Nebenstromleitungen 2 als auch die der Umlenkstationen 3 verlängerbar oder verkürzbar ausgebildet. Die Regulierungseinrichtung 9 erlaubt es, den gesamten ankommenden Hauptstrom A eines Mediums nur in Nebenströme B aufzuteilen. Zum besseren Ein- und Ausbauen einer solchen Vorrichtung zur Pulsations- und Schwingungsdämpfung sollte ein derartiger Rohrabschnitt mit Flanschen 25 versehen sein.

In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, das beispielsweise zum besse ren Ein- und Ausbau in eine Rohrleitung 1 mit entsprechenden Flanschen 25 versehen ist. Der wesentliche Vorteil dieser Ausführung liegt in dem Einsatz von einem Hauptkompen sator 16 innerhalb der Rohrleitung 1 sowie satellitenartig in den Umlenkstationen 3 ange ordneten Nebenkompensatoren 17. Diese Vorrichtung kann direkt an Gasturbinen, Reglern, Verdichtern, etc. angeflanscht werden. Durch den Einbau von Kompensatoren 16, 17 wird der Innendruck einer Rohrleitung 1 soweit entlastet, dass der Anschluss an eine Turbine vereinfacht bzw. ermöglicht wird. Die den Rohrabschnitt 14 bildenden Leitungsabschnitte 22, 23 sind mittels des Hauptkompensators 16 in der Lage, gegeneinander axiale Bewe gungen durchzuführen. Zum Ausgleich von axialen Bewegungen sind in den Umlenkstati onen 3 ebenfalls Kompensatoren 17 angeordnet. Die Umlenkstationen 3 weisen in diesem Ausführungsbeispiel zwei durch Kompensatoren 17 miteinander verbundene Rohrab schnitte 21, 21' auf. Die im Rohrabschnitt 14 angeordneten Kompensatoren 16, 17 sind in einem gemeinsamen Gehäuse 15 untergebracht. Die Ringfläche 18 des Gehäuses 15 ist mit dem Leitungsabschnitt 22 fest verschweißt, wogegen die Ringfläche 19 auf der Oberfläche des Leitungsabschnittes 23 gleitend ausgebildet ist. Die mit der Ringfläche 19 die Umlenk station 3 begrenzenden Ringflächen 20 sind ebenfalls auf dem Leitungsabschnitt 23 fest verschweißt. Als Ausbau- und Einbauhilfe ist beispielsweise eine Schraube 24 vorgesehen, über welche der Hauptkompensator 16 zusammen bzw. auseinander zu verfahren ist.

Das in Fig. 3 angedeutete Ausführungsbeispiel weist für die Unterteilung des ankommen den Gasstromes in einen Hauptstrom A und mehrere Nebenströme B einen Verdrängungs körper 8 besonderer Bauweise auf. Über einen beispielsweise mit Schaufeln 26 bestückba ren Verdrängungskörper 8 wird beispielsweise eine 45°-Umlenkung des Gasstromes er wirkt, wobei sich durch die Umlenkung eine Aufteilung in Hauptstrom A und Nebenströ me B ergibt. Der Eintritt der Nebenströme B in die Nebenstromleitungen 2 kann in radialer oder auch in tangentialer Form erfolgen.

Bezugszeichenliste

1

Rohrleitung

2

Nebenstromleitung

3

Umlenkstation

4

Anschlussleitung

5

Ende der Umlenkstation

6

Anfang der Umlenkstation

7

Eintrittsöffnung Nebenstromleitung

8

Strömungskörper

9

Regulierungseinrichtung des Hauptstromes

10

Dralleinrichtung Hauptstrom

11

Dralleinrichtung Nebenstrom

12

Eintritt der Nebenstromleitung in die Rohrleitung

13

Austritt aus der Nebenstromleitung

14

Rohrabschnitt

15

Gehäuse

16

Hauptkompensator

17

Nebenkompensator

18

Ringfläche (fest verbunden)

19

Ringfläche (gleitend)

20

Ringfläche (Umlenkstation festst.)

21

,

21

' Rohrabschnitte (Umlenkstation

22

,

23

Leitungsabschnitte (Rohrabschnitt mit Gehäuse)

24

Verstelleinrichtung

25

Flanschen

26

Schaufeln
A Hauptstrom
B Nebenstrom

Claims

1. Verfahren zur Pulsations- und Schwingungsdämpfung in zum Transport von gas förmigen Medien vorgesehenen Rohrleitungen, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom eines Mediums in einen Haupt- (A) und mehrere Nebenströme (B) unterteilt wird, wobei die Nebenströme (B) über mehrere aus dem Hauptstrom (A) abgeleitete Nebenstromleitungen (2) in satellitenartig die Rohrleitung (1) umgebende Umlenk stationen (3) und von diesen umgelenkt, über Anschlussleitungen (4) dem Haupt strom (A) zugeführt werden.

2. Vorrichtung zur Pulsations- und Schwingungsdämpfung in insbesondere für den Transport von gasförmigen Medien vorgesehenen Rohrleitungen, dadurch ge kennzeichnet, dass innerhalb der Rohrleitung (1) zentral angeordnet mehrere, den Medienstrom in Haupt- (A) und Nebenströme (B) unterteilende Nebenstromleitun gen (2) vorgesehen sind, die in axialem Abstand mit satellitenartig die Rohrleitung (1) umgebenden Umlenkstationen (3) verbunden sind, an deren Enden (5) die Ne benströme (B) umgelenkt werden, und an deren Anfang (6) Anschlussleitungen (4) zur axialen Zuführung der Nebenströme (B) in den verbleibenden Hauptstrom (A) vorgesehen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zentral zwischen den Eintrittsöffnungen (7) der Nebenstromleitungen (2) ein Strömungskörper (8) und in den für den Hauptstrom (A) verbleibenden, ringartigen äußeren Querschnitt der Rohrleitung (1) eine die Menge des Hauptstromes (A) regulierende Einrichtung (9) vorgesehen sind.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem die Eintrittsöffnungen (7) der Nebenstromleitungen (2) umgebenden, ringförmigen Querschnitt der Rohrleitung (1) eine verstellbare Dralleinrichtung (10) vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nebenstromlei tungen (2) über Verkürzungen und Verlängerungen verstellbar ausgebildet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nebenstromlei tungen (2) mit gegenüber dem Leitungsquerschnitt vergrößerter Eintrittsöffnungen (7) versehbar sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die die Neben stromleitungen (2) außerhalb der Rohrleitung (1) mindestens teilweise umgebenden Umlenkeinrichtungen (3) in der Länge verstellbar ausgebildet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Ende (5) einer Nebenstromleitung (2) und dem für den umzuleitenden Nebenstrom (B) verbleibenden Ringraum eine Dralleinrichtung (11) vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dralleinrichtung (11) verstellbar ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der am Ende (5) einer Umlenkstation (3) umgelenkte und im Ringraum geführte Nebenstrom (B) ü ber eine Anschlussleitung (4) am Anfang (6) einer Umlenkstation (3) in den Haupt strom (A) geführt wird, wobei der Eintritt des Nebenstroms (B) in die Anschluss leitung (4) in radialer Richtung und der Austritt aus der Anschlussleitung (4) in axi aler Richtung vorgesehen ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Aufnahme der innerhalb einer Rohrleitung (1) angeordneten Einrichtung zur Unterteilung des Me dienstromes in Haupt- und Nebenströme (A, B) ein in die Rohrleitung (1) ein- und ausbaubarer und mit der Rohrleitung (1) beispielsweise über Flanschen (25) ver bindbarer Rohrabschnitt (14) vorgesehen ist, der mit einem, die satellitenartigen Umlenkeinrichtungen (3) aufnehmenden Gehäuse (15) versehen ist, wobei in der Rohrleitung (1) innerhalb des Gehäuses (15) ein Hauptkompensator (16) vorgese hen ist, und die Umlenkeinrichtungen (3) mit Nebenkompensatoren (17) versehen sind, und dass zur Aufnahme von axialen Bewegungen der Haupt- und Nebenkom pensatoren (16, 17), die mit den Umlenkeinrichtungen (3) verbundene Ringfläche (19) des Gehäuses (15) als auf dem Rohrabschnitt (14) gleitendes Lager ausgebildet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die der als Gleitla ger ausgebildeten Ringfläche (19) des Gehäuses (15) gegenüberliegende Ringfläche (18) durch Verschweißen fest mit dem Leitungsteil (22) des Rohrabschnitts (14) verbunden ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der als Kompen satorbalg ausgebildete Hauptkompensator (16) innerhalb des Gehäuses (15) der Ringfläche (18) nachgeordnet, endseitig mit den Leitungsteilen (22, 23) ver schweißt ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Nebenkompen satoren (12) als Kompensatorbälge ausgebildet sind und endseitig jeweils mit den Rohrabschnitten (21, 21') innerhalb der Umlenkstationen (3) verschweißt sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die innerhalb des Gehäuses (15) über Haupt- und Nebenkompensatoren (16, 17) axial verstellbaren und den Rohrabschnitt (14) bildenden Leitungsteile (22, 23) über Verstelleinrich tungen (24), beispielsweise Schrauben und Spindeln, in axialer Richtung verstellbar ausgebildet sind.