DE10107947C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Pulsations- und Schwingungsdämpfung - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Pulsations- und SchwingungsdämpfungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Pulsations- und Schwingungsdämpfung in insbe
sondere für den Transport von gasförmigen Medien vorgesehenen Rohrleitungen, wobei
die den Medienstrom transportierende Rohrleitung mindestens eine abzweigende und in
Abstand wieder einmündende Nebenstromleitung aufweist, 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.
Darüber hinaus ist nach der DE 14 75 701 A1 ein Druckwellen-Interferenz-
Geräuschdämpfer bzw. nach der FR 602 160 eine Dämpfungsvorrichtung bekannt, die
jeweils eine von der Hauptleitung abzweigende und in diese wieder einmündende Neben
stromleitung aufweisen. Aufgrund der Anordnung der Nebenstromleitung und der Form
der Einmündung kann nur eine sehr geringe Teilmenge aus dem Hauptstrom abgezweigt
werden, wodurch im Ergebnis auch nur eine geringe Dämpfung erzielt wird.
Ebenso ermöglicht der in der DE 734 858 A beschriebene Schalldämpfer insbesondere für
Verbrennungsmaschinen mit mehreren jeweils hintereinander angeordneten Nebenstrom
leitungen in einer räumlich aufwendigen Bauweise nur die Abzweigungen geringer Teil
mengen und somit nur eine geringe Dämpfung.
Nach der DE 324 048 A wird zur Aufhebung von Stößen in Rohrleitungen fortbewegter
Gas- oder Flüssigkeitsströme eine Hauptleitung in mehrere in ihrer Fortbewegungsrichtung
gegeneinander verschobene, in der Länge und im Querschnitt unterschiedliche Teilströme
zerlegt. Abgesehen davon, dass eine Unterteilung von Haupt- und Nebenstromleitungen
nicht vorhanden ist, fehlt eine ausreichende Umlenkung der Nebenstromleitungen, wo
durch eine bessere Schalldämpfung erzielbar ist.
Nach einer japanischen Patentveröffentlichung 04125391 ist des weiteren ein Schalldämp
fer mit einer Bypassleitung bekannt, wobei in dem Bypass eine in Längsrichtung des By
pass verstellbare Resonanz-Platte angeordnet ist. Die Anordnung des Bypass und darüber
hinaus der Resonanz-Platte erlauben nur die Abzweigung eines sehr geringen Teilstromes
und somit auch nur eine geringe Dämpfung.
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
gemäß Patentanspruch 2 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 eine Ausführung, bei welcher die Nebenströme über einen Verdrängungs
körper verteilt weiden.
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 Haupt
strom 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.
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
A Hauptstrom
B Nebenstrom
Claims (15)
1. Verfahren zur Pulsations- und Schwingungsdämpfung in zum Transport von gas
förmigen Medien vorgesehenen Rohrleitungen, wobei die den Medienstrom trans
portierende Rohrleitung mindestens eine abzweigende und in Abstand wieder ein
mündende Nebenstromleitung aufweist, 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) ab geleitete Ne
benstromleitungen (2) in satellitenartig die Rohrleitung (1) umgebende Umlenksta
tionen (3) und von diesen umgelenkt, über Anschlussleitungen (4) dem Hauptstrom
(A) zugeführt werden.
2. Vorrichtung zur Pulsations- und Schwingungsdämpfung in insbesondere für den
Transport von gasförmigen Medien vorgesehenen Rohrleitungen, wobei die den
Medienstrom transportierende Rohrleitung mindestens eine abzweigende und in
Abstand wieder einmündende Nebenstromleitung aufweist, dadurch gekennzeich
net, dass innerhalb der Rohrleitung (1) zentral angeordnet mehrere, den Medien
strom in Haupt- (A) und Nebenströme (B) unterteilende Nebenstromleitungen (2)
vorgesehen sind, die in axialem Abstand mit satellitenartig die Rohrleitung (1) um
gebenden Umlenkstationen (3) verbunden sind, an deren Enden (5) die Nebenströ
me (B) um lenkbar sind, und an deren Anfang (6) Anschlussleitungen (4) zur axi
alen Zuführung der Nebenströme (B) in den verbleibenden Hauptstrom (A) vorge
sehen 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) führbar ist, wobei der Eintritt der Nebenstromleitung (2) 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.
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