DE2313483A1

DE2313483A1 - Schwingungsdaempfer, insbesondere zur sicherung von rohrleitungen gegen erdbeben

Info

Publication number: DE2313483A1
Application number: DE2313483A
Authority: DE
Inventors: Karl Alexander Dipl Ing Busch; Guenter Radermacher
Original assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Current assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Priority date: 1973-03-19
Filing date: 1973-03-19
Publication date: 1974-10-03
Also published as: FR2222578B1; US3938625A; FR2222578A1; GB1423965A; JPS49127221A

Description

IC. 3.1073 We/Di .24.218.9

Internationale Atomreaktorbau GmbH " 506 Bensberg

Schwingungsdämpfer, insbesondere zur Sicherung von Rohrleitungen gegen Erdbeben

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Dämpfung von stoßartigen Bewegungen von Gegenständen, die in diesen durch äußere, der Eigenfrequenz der Gegenstände entsprechende Schwingungen erregt werden, wobei Bewegungen z. B. infolge von Wärmedehnungen der Gegenstände nicht behindert werden, vermittels eines mit einem durch einen Kolben verdrängbaren Dämpfungsmittel gefüllten Zylinders. Bei Anlagen und Anlageteilen., beispielsweise bei Rohrleitungen, die stärkeren Temperaturschwankungen ausgesetzt sind, ist man bestrebt, mit einer möglichst geringen Zahl von Festpunkten auszukommen, um eine ungehinderte Wärmedehnung zu ermöglichen. Dies hat zur Folge, daß diese Strukturen sehr niedrige Eigenfrequenze.n aufweisen und daß bei von außen einwirkenden Beschleunigungen erhebliche Schwingungen und dadurch Überbeanspruchungen der Anlagenteile auftreten. Diese Beschleunigungen können bei landfesten Anlagen beispielsweise durch Erdbeben, bei auf Schiffen befindlichen auch durch den Seegang hervorgerufen werden.

Um insbesondere Rohrleitungssysteme gegen derartige stoßweise auftretenden Beschleunigungen zu schützen, wird beispielsweise in der · DT-OS 1 650 086 ein hydraulischer Stoßdämpfer vorgeschlagen. Derartige Vorrichtungen, die mit einem in einem Zylinder beweglichem Kolben arbeiten, weisen jedoch den Nachteil auf, daß die Durchführung des letzteren durch die Stopfbuchse leicht undicht werden .kann. Handelt es sich darum, Teile einer Kernenergieanlage gegen Erdbeben zu sichern, treten weitere Schwierigkeiten auf, die eine Verwendung einer hydraulischen Dämpfung völlig ausschließen, nämlich die mangelnde Strahlenbeständigkeit der geeigneten Hydraulik-Flüssigkeiten und die aus der Strahlenbelastung herrührende Schwierigkeit, solch eine

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hydraulische DämpfungGvorrichtung im erforderlichen Umfange zu warten.

Die Verwendung von visko-elastisehem Material, wie in der ÜT-ÖS 1 937 619 vorgeschlagen, scheidet wegen der mangelnden Temperaturbeständigkeit solcher Materialien für den vorliegenden Zweck ebenfalls aus. Rein mechanisch arbeitende Vorrichtungen, wie beispielsweise in der DT-OS 1 959 878 beschrieben, leiden unter der Anfälligkeit und Reibung dieser Mechanismen. D.arüberhinaus ist es auch bekannt, die zu schützenden Änlageteile durch zusätzlich angebrachte Massen derart zu verstimmen, daß diese Zusatzmassen durch Schwingungen, die über ca. 0,5 Hz liegen, nicht mehr erregt werden und so praktisch zusätzliche Festpunkte bilden. Dies bedingt jedoch einen erhöhten Aufwand, der "mit Rücksicht auf die gegebenen Platz- und Gewichtsverhältnisse nicht immer realisiert werden kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Schwingungsdämpfer, insbesondere für Rohrleitungen in Kernenergieanlagen, der diese gegen von außen auf die Anlage wirkende stoßartige Beschleunigungen, insbesondere Erdbeben schützt und dabei eine ungehinderte Wärmeausdehnung der Anlageteile gestattet. Darüberhinaus "soll die Vorrichtung möglichst einfach im Aufbau, temperaturunabhängig und wartungsfrei sein.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß als Dämpfungsmittel eine Vielzahl von rieselfähigen Körpern dient. Solche rieselfähigen Körper, in einem Zylinder enthalteji, der einen darin beweglichen Kolben aufweist, der mit dem zu schützendem Anlageteil verbunden ist, haben den Vorteil, daß sie langsamen Bewegungen des Kolbens, wie sie beispielsweise durch Wärmedehnung hervorgerufen werden, ohne weiteres folgen, sich bei plötzlichen, stoßartigen Bewegungen des Kolbens dagegen ineinander derart verkeilen, daß die Bewegung zum Stillstand kommt. Die Anforderungen an die Dichtigkeit des Kolbens gegenüber dem Zylinder und der Kolbenstange gegenüber der Zylinderstopfbuchse können dabei wesentlich herabgesetzt werden. '

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In spezieller Ausführung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß, die Dc'hnpfungskörper kugelförmig sind, so daß deren Rieselfähigkeit in jedem Falle gewährleistet ist.

Um ein gegenseitiges Verkeilen der Dämpfungskörper zu erleichtern, wird gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgeschlagen, daß der Querschnitt des Zylinders auf einem Teil seiner Länge, und zwar außerhalb des durch die Kolbe'nbeweg'ung bestrichenen Bereiches vermindert ist.

In besonderer Ausgestaltung dieses Erfindungsgedankes wird vorgeschlagen, daß die Verminderung des Querschnittes stufenlos erfolgt, daß der· Zylinder also innen etwa die Form einer Sanduhr aufweist. Durch geeignete Bemessung von Kolbenhub, Durchmesser der Dämpfungskörper, Einschnürung des Zylinders und des Winkels dieser Einschnürung zur Zylinderlängsachse kann der Punkt, an dem sich die Dämpfungskörper miteinander verkeilen und die Bewegung des Kolbens zum Stillstand bringen an jede Kolbengeschwindigkeit, und damit an jede Schwingungsfrequenz des zu schützenden Anlagenteils angepaßt werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Dämpfungskörper ganz oder teilweise aus einem Stoff mit selbstschmierenden Eigenschaften bestehen, so daß die Reibung und damit der Verschleiß der Dämpfungskörper untereinander.und gegenüber der Zylinderwand auf ein Mindestmaß reduziert werden.

In besonderer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß dieser Stoff Graphit ist.

Alternativ hierzu wird vorgeschlagen, daß dieser Stoff Metall mit darin dispergiertem Molybdändisulfid ist. Beide Stoffe zeichnen sich durch eine hohe Temperatur- und Strahlenbeständigkeit aus, so daß sie zum Einsatz in Kernenergieanlagen besonders geeignet sind.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird für eine Anlage mit einer Vielzahl der beschriebenen Vorrichtungen vorgeschlagen, daß die Vorrichtungftderart ober die Anlage verteilt sind, daß deren

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Teile bei wirksam gewordener .Dämpfung jeder für sich Eigenfrequenzen aufweisen» die wesentlich über der Frecjuenz der Erregerschwingung liegen. Hierdurch erhält man eine Anzahl von Schwingungssystemen mit höheren Eigenfrequenzen, in denen die zu schützenden Anlagenteile geringeren Beanspruchungen ausgesetzt sind.

Ein Ausführungsbexspiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigt

Figur 1 die Dämpfungsvorrichtung im Axiallängsschnitt und Figur 2 die Verwendung der Vorrichtung am Beispiel einer Rohrleitung.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einem Zylinder 1, der oben und unten mit Deckeln 2 bzw. 3 verschlossen ist, wobei letzterer eine- Durchführung für eine Kolbenstange 5 aufweist, die mit einem im Zylinder 1 beweglichen Kolben 4 verbunden ist. An ihrem anderen Ende ist die Kolbenstange 5 mit einem Hebel 6 verbunden , beispielsweise durch einen in einem Langloch geführten Stift. Der Hebel 6 ist um einen Festpunkt 7 drehbar, und weist an seinem anderen Ende ein Verbindungselement 8, beispielsweise ein Drahtseil auf, mit dem die Vorrichtung mit dem zu schützenden Anlagenteil verbunden ist.. Der Zylinder 1 wird durch eine Einschnürung in eine untere und obere Kammer 9 bzw. 10 geteilt und ist zum Teil mit kugelförmigen Dämpfungskörpern 11 gefüllt. Vermittels einer Konsole 12 kann die Vorrichtung an einer Wand oder dergleichen befestigt werden..

Wird die über das Übertragungsorgan 8 wirkende Kraft mit P bezeichnet, und die mögliche Auslenkung des Hebels 6 mit H, so kann in bekannter Weise unter Berücksichtigung der Länge der Hebelarme A und B der vom Kolben 4 auf die Dämpfungskörper 11 ausgeübte Druck berechnet werden. Durch geeignete Bemessung des Kolbendurchmessers D₁ und des Durchmessers D₂ des Zylinders 1 sowie des Winkels OC ist bei entsprechendem Durchmesser der Dämpfungskörper 11 sichergestellt, daß diese langsamen Bewegungen des Kolbens 4 folgen, indem sie beispielsweise bei einer Aufwärtsbewegung desselben (gestrichelt gezeichnet) aus der

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unteren Kammer 9 in die'öftere Kammer j.0 ausweichen· Bei einer stoßartigen Bewegung des Kolbens H dagegen verklemmen sich die ,Dämpfungskörper 11 untereinander und gegen die Wand des Zylinders 1 und verhindern dadurch eine weitere Bewegung des Kolbens H. Da der Winkel (J derart gewählt ist, daß die Dämpfungskörper 11 mit Sicherheit an der Wand des Zylinders 1 abgleiten, ist sichergestellt, daß sie bei einer Abwärtsbewegung des Kolbens von der oberen Kammer 10 zurück in.die untere Kammer 9 rieseln.

In der Figur 2 ist gezeigt, wie die erfindung-sgemäßen Vorrichtungen über Zugorgane 8, beispielsweise Drahtseile entweder direkt oder über Umlenkrollen 13 mit Befestigungen I^ verbunden werden. Diese sind drehbar an Schellen 15 befestigt, die durch Haltenocken 16 am Verrutschen auf einer Rohrleitung 17 gehindert werden. Die Rohrleitung 17, die zum Wärme- und/oder Strahlenschutz mit einer Ummantelung 18 versehen ist, kann sich, beispielsweise durch Wärme bedingt, ungehindert in allen Richtungen ausdehnen und wird gleichzeitig sicher gehalten. Wird die Rohrleitung beispielsweise durch ein Erdbeben in Schwingungen versetzt, bilden die Schellen 15 aufgrund der erfindungsgemäßen Wirkungsweise der Dämpfungsvorrichtung Festpunkte, so daß das Rohrleitungssystem in einzelne Schwingungssysterne mit höherer Eigenfrequenz unterteilt wird. Infolge des Vorhandenseins zweier in entgegengesetzten Richtungen wirksamer Dämpfungsvorrichtungen wird eine nahezu sofortige Unterdrückung der Schwingungen gewährleistet.

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Claims

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SCHUTZANSPROCHE- ·

[I J Vorrichtung zur Dämpfung von stoßartigen Bewegungen von Gegenständen, die in diesen durch äußere, der Eigenfrequenz"der Gegenstände entsprechende Schwingungen erregt werden, wobei Bewegungen infolge von Wärmedehnungen der Gegenstände nicht behindert' werden, vermittels eines mit einem durch einen Kolben verdrängbaren Dämpfungsmittel gefüllten Zylinders, 'dadurch gekennzeichnet, •daß als Dämpfungsmittel' eine Vielzahl von rieselfähigen Körpern (11) dient. -
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungskörper (11) kugelförmig sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Zylinders (1) auf einem Teil seiner Länge vermindert ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verminderung des Querschnittes stufenlos erfolgt»
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, - dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungskörper (11) ganz oder teilweise aus einem Stoff mit selbstschmierenden Eigenschaften bestehen.
6. Dämpfungskörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

• daß dieser Stoff Graphit ist.
7. Dämpfungskörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Stoff Metall mit darin dispergiertem Molybdändisulfid ist.

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Anlage mit einer Vielzahl von Vorrichtungen nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß die Vorrichtungen derart über die Anlage verteilt sind, daß deren Teile (17) bei wirksam gewordener Dämpfung jeder für sich Eigenfrequenzen aufweisen, die wesentlich Über der Frequenz der Erregerschwingung liegen.

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