DE10249739B4

DE10249739B4 - Kompensator für axialen Längenausgleich

Info

Publication number: DE10249739B4
Application number: DE2002149739
Authority: DE
Inventors: Alfred Liebig
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-10-25
Filing date: 2002-10-25
Publication date: 2004-11-11
Anticipated expiration: 2022-10-26
Also published as: DE10249739A1

Abstract

Axial-Kompensator für zum Transport von gasförmigen oder flüssige Medien vorgesehene, insbesondere vertikal, beispielsweise in Schächten verlaufende Rohrleitungen, der im wesentlichen aus einem zwischen zwei Rohrleitungsenden angeordneten, als Kompensatorbalg ausgebildeter Hauptkompensator und mindestens zwei mit dem Druckmedium über Nebenleitungen verbundenen und außerhalb der Rohrleitung angeordneten, ebenfalls als Kompensatorbälge ausgebildeten Nebenkompensatoren besteht, wobei das Druckmedium nach Durchströmen der Nebenleitungen wieder der Hauptleitung zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der an den Enden mit gegeneinander verschiebbaren Führungen (8, 9) verbundene und die Hauptleitung (5) ringartig umgebende und mit dem Transportmedium über einen ringartigen Zugang (9) verbundene Hauptkompensator (4) und die an den Enden der aus der Hauptleitung (5) abzweigenden und parallel zurück zur Hauptleitung (5) verlaufenden Nebenleitungen (11) in einem zum Transportmedium mit Zugängen (12) versehenen Gehäuse (13) angeordneten und ebenfalls mit zwei gegeneinander verschiebbaren Führungen (14, 15) verbundenen Nebenkompensatoren (6) als außenbelastete Kompensatorbälge ausgebildet sind, wobei die Nebenleitungen (11) als Gleitflächen für das...

Description

Die Erfindung betrifft einen Axial-Kompensator für zum Transport von gasförmigen oder flüssige Medien vorgesehene, insbesondere vertikal, beispielsweise in Schächten verlaufende Rohrleitungen, der im wesentlichen aus einem zwischen zwei Rohrleitungsenden angeordneten, als Kompensatorbalg ausgebildeter Hauptkompensator und mindestens zwei mit dem Druckmedium über Nebenleitungen verbundenen und außerhalb der Rohrleitung angeordneten, ebenfalls als Kompensatorbälge ausgebildeten Nebenkompensatoren besteht, wobei das Druckmedium nach Durchströmen der Nebenleitungen wieder der Hauptleitung zugeführt wird.

In Rohrleitungen, insbesondere zum Transport von gasförmigen oder flüssigen Medien treten beispielsweise durch Temperaturwechsel, Drücke oder Erdbewegungen bedingt vornehmlich axiale Längungen oder Dehnungen auf. Um derartige Längen- oder Dehnungsausgleiche zu berücksichtigen, werden, soweit es Drücke bzw. Leitungen zulassen, Kompensatoren verschiedenster Bauart in die entsprechenden Rohrleitungen eingebaut. Durch den Einbau von Kompensatoren werden starke axiale Kräfte abgebaut, die ansonsten in mit großem Aufwand herstellbaren Festlagern aufgenommen werden müssen. Besonders große Probleme treten bei nicht horizontal verlegten, insbesondere senkrecht in Schächten verlaufenden Leitungen, beispielsweise zum Transport von Kühlmitteln für große Teufen auf. Derartige Rohrleitungen werden im Schacht hängend nur in Führungslagern geführt angeordnet. Das Gewicht der gefüllten Rohrleitungen in Verbindung mit der entsprechenden geodätischen Tiefenstufe verursachen bei einer Teufe von z. B. 1400 m eine Längung der Rohrleitung um ca. 500 mm. Da die Schachtleitung am unteren Ende üblicherweise über einen Rohrbogen in eine Streckenleitung übergeht, entstehen in dieser durch Aufnahme der Längung Spannungen und Belastungen, die zu Beschädigungen und Brüchen der Rohrleitungen führen können. Festpunkte, die derartige Kräfte aufnehmen können, sind aus räumlichen Gründen im Schacht nicht einzubauen. Die maximale Belastung in einer Schachtleitung, die beim Füllen oder Inbetriebnahme auftritt, verringert sich auf ungefähr die Hälfte der Längung während des laufenden Betriebes. Diese Längenprobleme müssen in irgendeiner Form übernommen und ausgeglichen werden. Es müssen Festpunkte vorgesehen werden; welche die Reaktionskräfte aus dem Kompensator übernehmen. Kompensatoren, insbesondere Axial-Kompensatoren für Rohrleitungen mit hohen Drücken und entsprechend großen Kräften sind bekannt. So ist in der DE 196 10 151 C1 ein Axial-Kompensator beschrieben, der innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses einen Haupt- und die Rohrleitung satellitenartig umgebende Nebenkompensatoren aufweist. Die Reaktionskräfte des Haupt und der Nebenkompensatoren wirken gegeneinander und gleichen sich aus.

Ein wesentlicher Nachteil des bekannten Kompensators ist darin zu sehen, dass in den Nebenkompensatoren kein Durchfluss vorhanden und somit keinerlei Schutz gegen Verschmutzungen im Transportmedium gegeben ist. Partikel aus dem Transportmedium setzen sich in den Wellen der Kompensatorbälge ab und stören in nachteiliger Weise die geforderte Beweglichkeit des Kompensators. Des weiteren verzögert der geringe Strömungszufluss in die Nebenkompensatoren die Wirkung der Reaktionskräfte. Ein weiterer schwerwiegender Nachteil ist darin begründet, dass die Kompensatorbälge innendrückbelastet sind und keine Wegbegrenzung für die Auslängung der Bälge vorgesehen ist. Der Innendruck schränkt die sogenannte Säulenstabilität ein, was insbesondere bei fehlender Wegbegrenzung zum Ausknicken der Kompensatorbälge führen kann. Darüber hinaus kommen die Kompensatorbälge, insbesondere der Hauptkompensator bei der sogenannten Innendruckbelastung direkt mit der Strömung des Druckmediums in Berührung, wodurch Verwirbelung und somit Druckverluste entstehen.

Des weiteren ist nach der DE 101 07 947 A1 ein Axial-Kompensator bekannt, der ebenfalls in einem gemeinsamen Gehäuse einen Haupt- und diesen satellitenartig umgebend mehrere Nebenkompensatoren aufweist. Dabei sind die Nebenkompensatoren derartig gestaltet, dass das in die Nebenkompensatoren eingeleitete Medium in die Hauptleitung zurückgeführt wird. Hierdurch soll und wird eine Dämpfung von Pulsationen und Schwin gungen in der Rohrleitung erzielt. Auch bei dieser Vorrichtung tritt der Nachteil auf, dass die Nebenkompensatoren zwar eine Durchströmung des Mediums gewährleisten, dass sie jedoch ebenfalls innendruckbelastet ausgebildet sind.

Darüber hinaus sind verschiedene Kompensatorkonstruktionen bekannt, die vornehmlich für geringe Drücke geeignet Haupt- und Nebenkompensatoren aufweisen, die keine Durchströmung des Mediums erlauben und innendruckbelastet ausgebildet sind, wie sie beispielsweise in den Druckschriften DE 21 55 981 A1 , DE 901 608 A und DE 838 672 A beschrieben sind.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Axial-Kompensator zu schaffen, der bei Vermeidung der genannten Nachteile und bei Bildung einer einfachen Konstruktion geeignet ist, die Kräfte aus dem Innendruck einer Rohrleitung aufzunehmen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der an den Enden mit gegeneinander verschiebbaren Führungen verbundene und die Hauptleitung ringartig umgebende und mit dem Transportmedium über einen ringartigen Zugang verbundene Hauptkompensator und die an den Enden der aus der Hauptleitung abzweigenden und parallel zurück zur Hauptleitung verlaufenden Nebenleitungen in einem zum Transportmedium mit Zugängen versehenen Gehäuse angeordneten und ebenfalls mit zwei gegeneinander verschiebbaren Führungen verbundenen Nebenkompensatoren als außenbelastete Kompensatorbälge ausgebildet sind, wobei die Nebenleitungen als Gleitflächen für das Gehäuse vorgesehen sind und die auf den Nebenleitungen gleitenden Ringflächen des Gehäuses mit einer Führung des Hauptkompensators und einer Führung eines Nebenkompensators verbunden sind.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Axial-Kompensators erlaubt es unter der Berücksichtigung, dass die wirksamen Querschnitte der Nebenkompensatoren dem Querschnitt des Hauptkompensators und ebenfalls die Leitungsquerschnitte von Haupt- und Nebenleitungen einander entsprechen, dass ein schneller Strömungsausgleich und Druckausgleich stattfinden kann und die Kompensatorbälge schneller und besser durchspült werden. Der doppelte Leitungsquerschnitt ermöglicht eine wirkungsvolle Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit, wodurch die Möglichkeit gegeben ist, Rohrleitungen mit geringerem Querschnitt als eine leichtere und kostengünstigere Konstruktion vorzusehen. Darüber hinaus gewährleisten die außendruckbelasteten Kompensatoren eine größere Säulenstabilität, wodurch ein Ausknicken verhindert und die Einsatz- oder Lebensdauer in wirtschaftlicher Weise erhöht wird. Die einander überlappenden Führungen schützen in einfacher Weise eine zu große Bewegung der Kompensatorbälge vor einer möglichen Zerstörung.

Dabei begrenzen die den Hauptkompensator umgebenden Führungen den Axial-Kompensator beim Auseinander- und Zusammenschieben ebenso wie die Führungen an den Nebenkompensatoren. Es entstehen weiterhin an den außendruckbelasteten Kompensatoren keine einen Druckverlust verursachende Verwirbelungen, weil die Kompensatoren nicht unmittelbar der Strömung ausgesetzt sind. Für den Einbau beispielsweise am unteren Ende einer Schachtleitung wird der Axial-Kompensator mit Hilfe eines Druckstempels oder einer Pumpe vorgespannt und die Enden der Konstruktion werden mit dem Leitungsenden verschweißt. Auf diese Weise kann der nachfolgende Rohrbogen bzw. die weiterführende horizontale Rohrleitung in ihrer Lage verbleiben ohne zusätzliche Spannungen aufzunehmen.

Im Rahmen der Erfindung ist es vorstellbar, den erfindungsgemäßen Axial-Kompensator bei Bedarf größerer Längungen so zu gestalten, dass der Hauptkompensator und ebenso die Nebenkompensatoren in eine Vielzahl von untereinander angeordneten Kompensatorbälgen mit jeweils entsprechenden einander überlappenden Führungen unterteilt ausgebildet sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand einer schematisierten Schnittzeichnung durch einen Axial-Kompensator dargestellt und wird im nachfolgenden näher erläutert.
Der als Ausführungsbeispiel in der Zeichnung wiedergegebene Axial-Kompensator ist zwischen zwei Rohrleitungsenden 2, 3 einer vertikalen Rohrleitung, beispielsweise einer in einem Schacht verlaufenden Rohrleitung zum Transport von Kühlmedium angeordnet. In einer derartigen Rohrleitung, die nur mit Führungslagern versehen über eine Schachtteufe von beispielsweise 1400 m in einem Schacht hängt, treten durch die Wassersäule und das Gewicht der Leitung Längungen auf, die zur Vermeidung von Folgeschäden für die nachfolgende Streckenleitung ausgeglichen werden müssen.
Der Axial-Kompensator 1 weist mehrere Abzweigungen 10 auf, die in rohrstutzenartige und parallel zur Hauptleitung 5 führende Nebenleitungen 11 übergehen. Die Nebenleitungen 11 enden in einem die Hauptleitung 5 ringartig umgebenden Gehäuse 13, das durch eine Ringfläche 19 und eine die Nebenleitung 11 umgebende Ringfläche 16 begrenzt wird. Die Nebenleitungen 11 sind gegenüber der Ringfläche 16 als Gleitflächen ausgebildet. Die Hauptleitung 5 wird von einem als Kompensatorbalg ausgebildeten Hauptkompensator 4 ringartig umgeben, dessen Ende jeweils mit einer Führung 7 und einer Führung 8 durch Verschweißen fest verbunden sind. Während eine Führung 7 mit einem Ringelement einer statischen Scheibe 21 verbunden ist, ist die Führung 8 mit der das Gehäuse 13 begrenzenden Ringfläche 16 verbunden. Das Druckmedium innerhalb der Hauptleitung 5 belastet den Hauptkompensator 4 durch den die Hauptleitung 5 voneinander trennenden ringförmigen Zugang 9 von außen. Die Führungen 7, 8, die einander eine Überlappung 17 aufweisen, die gleichzeitig eine Wegbegrenzung für die Auslängung des Hauptkompensators 4 bilden, schützen den Kompensatorbalg vor dem Ausknicken. Die in dem gemeinsamen Gehäuse 13 endenden Nebenleitungen 11 weisen am Ende einen Ringflansch 23 auf. Die Nebenkompensatoren 6 sind mit einander überlappenden Führungen 14, 15 verschweißt, die wiederum an den Ringflansch 13 bzw. an der Ringfläche 16 befestigt sind. Die Überlappung 18 zwischen den Führungen 14, 15 entspricht wiederum der Überlappung 17 an den Führungen 7, 8 des Hauptkompensators 4 und bildet ebenso eine Wegbegrenzung. Die Nebenkompensatoren 6 werden durch das Druckmedium, das durch die Nebenleitungen 11 und die Zugänge 12 in das Gehäuse 13 einströmt wie der Hauptkompensator 4 von außen belastet. Wie weiterhin in der Zeichnung angedeutet, können in die Nebenleitungen 11 an deren Enden eingreifende Führungselemente 22 vorgesehen sind. Die Funktion eines Axial-Kompensators 1 beinhaltet eine Abstimmung des Haupt- und der Nebenkompensatoren 4 und 6 aufeinander, so dass durch das Entgegenwirken der Kompensatoren eine Überbelastung vermieden wird.

1: Axial-Kompensator
2: Rohrleitungsende
3: Rohrleitungsende
4: Hauptkompensator
5: Hauptleitung
6: Nebenkompensator
7: Führung
8: Führung
9: Zugang
10: Abzweigung
11: Nebenleitung
12: Zugang
13: Gehäuse
14: Führung
15: Führung
16: Ringfläche
17: Überlappung
18: Überlappung
19: Ringfläche
20: Innenraum
21: statische Scheibe
22: Führungselement
23: Ringflansch

Claims

Axial-Kompensator für zum Transport von gasförmigen oder flüssige Medien vorgesehene, insbesondere vertikal, beispielsweise in Schächten verlaufende Rohrleitungen, der im wesentlichen aus einem zwischen zwei Rohrleitungsenden angeordneten, als Kompensatorbalg ausgebildeter Hauptkompensator und mindestens zwei mit dem Druckmedium über Nebenleitungen verbundenen und außerhalb der Rohrleitung angeordneten, ebenfalls als Kompensatorbälge ausgebildeten Nebenkompensatoren besteht, wobei das Druckmedium nach Durchströmen der Nebenleitungen wieder der Hauptleitung zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der an den Enden mit gegeneinander verschiebbaren Führungen (8, 9) verbundene und die Hauptleitung (5) ringartig umgebende und mit dem Transportmedium über einen ringartigen Zugang (9) verbundene Hauptkompensator (4) und die an den Enden der aus der Hauptleitung (5) abzweigenden und parallel zurück zur Hauptleitung (5) verlaufenden Nebenleitungen (11) in einem zum Transportmedium mit Zugängen (12) versehenen Gehäuse (13) angeordneten und ebenfalls mit zwei gegeneinander verschiebbaren Führungen (14, 15) verbundenen Nebenkompensatoren (6) als außenbelastete Kompensatorbälge ausgebildet sind, wobei die Nebenleitungen (11) als Gleitflächen für das Gehäuse (13) vorgesehen sind, und die auf den Nebenleitungen (11) gleitenden Ringflächen (16) des Gehäuses (13) mit einer Führung (8) des Hauptkompensators (4) und einer Führung (14) eines Nebenkompensators (6) verbunden sind.
Axial-Kompensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wirksamen Querschnitte der Nebenkompensatoren (6) dem Querschnitt des Hauptkompensators (4) entsprechen.
Axial-Kompensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mit den Kompensatorenenden verbundenen Führungen (7, 8; 14, 15) einander überlappend ausgebildet sind, wobei die Länge der Überlappungen (17, 18) eine Wegbegrenzung bilden.
Axial-Kompensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Aufnahme eines erhöhten Längenausgleiches innerhalb einer Rohrleitung der Haupt- und die Nebenkompensatoren (4, 6) in eine Vielzahl von hintereinander angeordneter Kompensatorbälgen mit entsprechenden einander überlappenden Führungen unterteilt werden.
Axial-Kompensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das die Enden der Nebenleitungen (11) aufnehmende Gehäuse (13) ringartig die Hauptleitung (5) umgebend ausgebildet und über Ringflächen (19) mit der Hauptleitung (5) fest verbunden ist.
Axial-Kompensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum (20) des die außendruckbelasteten Nebenkompensatoren (6) aufnehmenden Gehäuses (13) über die Nebenleitungen (11) und zusätzlichen Zugänge (12) mit dem Druckmedium verbunden ist.
Axial-Kompensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der das Gehäuse (13) begrenzenden Ringfläche (19) in die Nebenleitungen (11) eingreifende Führungselemente (22) vorsehbar sind.
Axial-Kompensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Hauptleitung (5) diese umgebend und die Nebenleitungen (11) einbeziehend ein einen Festpunkt bildende statische Scheibe (21) vorgesehen ist.