DE2420571A1 - Vorrichtung zur sicherung von rohrleitungen gegen schwingungen, insbesondere gegen erdbeben - Google Patents
Vorrichtung zur sicherung von rohrleitungen gegen schwingungen, insbesondere gegen erdbebenInfo
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Description
25.4.1974 We/Di 24.261.4
INTERATOM
Internationale Atomreaktorbau GmbH
506 Bensberg
Vorrichtung zur Sicherung von Rohrleitungen gegen Schwingungen, insbesondere gegen Erdbeben
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Sicherung von Rohrleitungen gegen Schwingungen,
die in ihnen durch von außen aufgezwungene Bewegungen erregt werden vermittels .an ihnen angebrachter Zusatzmassen,.
Bei Rohrleitungen und anderen ähnlich geformten Anlageteilen, die stärkeren Temperaturschwan=-
klingen ausgesetzt sind, ist man bestrebt, mit ©iner
möglichst geringen Zahl von Festpunkten auszukommens
um eine ungehinderte ftä Tine dehnung zu ermöglichen» Dies
hat zur Folge, daß diese Strukturen sear niedrige Eigenfrequenzen
aufweisen und daß bei von außen einwirkenden -Beschleunigungen erhebliche Schwingungen-und dadurch Oberbeanspruchungen
der Rohrleitungen auftreten können«. Bies<?
Beschleunigungen können bei landfesten Anlagen beispielsweise durch Erdbeben, bei auf Schiffen befindlichen auch
durch den Seegang hervorgerufen werden«,
An sich ist es bekannt» Anlageteile dadurch gegen Schwingungen
zu schützens daß man sie durch zusätzlich angebrachte
Massen so verstimmt, daß diese Massen durch
Schwingungenj, die über ca, O0S Hz liegen, nicht mekr
— 9 =>
5ÖS84S/0601
erregt werden und so praktisch zusätzliche Festpunkte bilden. Bei größeren Abmessungen der zu schützenden
Rohrleitungen usw. fallen diese Massen jedoch so groß aus9 daß sie mit Rücksicht auf die gegebenen Platz- und
Gewichtsverhältnisse nicht immer realisiert werden können.
>e der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung
zur Sicherung von Rohrleitungen, insbesondere in Kernenergieaiilagen$
die die Rohrleitungen gegen von außen auf sie wirkende stoßartige-Beschleunigungen;, insbesondere
Erdbeben schützt» Barüberhinaus.soll die Vorrichtung möglichst
klein im Au£baus temperatur- und strahlenbeständig
möglichst wartungsfrei sein.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagens daß .die Rohrleitungen
und Zusatzmassen an entgegengesetzten Armen eines sich im Gleichgewicht befindlichen Waagebalkens
angebracht sinds der gelenkig in einem Festpunkt gelagert
ist» Eine längere, an ihren Enden fest eingespannte Rohrleitung kann physikalisch mit Rücksicht auf ihre Elastizität
als eine abgefedert gelagerte Masse M betrachtet werden. Bezeichnet man.die vorgeschlagene Zusatzmasse mit
se und die Länge der Arme" des Waagebalkens 9 an dem diese
Masseln aufgehängt sindB mit a bzxtfo bs und nimmt man ferner
aaP daß der Aufhängepunkt des Waagebalkens und die beiden fest
eingespannten Endpunkte der Rohrleitung (d.h« das
Widerlager der Feders auf der die Masse M ruht) in gleicher
Richtung und um die gleich© Strecke f verschoben werden9 so
wird die Masse M um die Strecke X11 und die Masse m um die
Strecke x2 ausgelenktj, wobei sich der Waagebalken um seine
Aufhängung.dreht. Es gilt dann der kinematische Zusammen-
-/ k * a + b · f m
'Ί * a a ■ · UJ
Bezeichnet man ferner rait P die an der Masse M über
den Hebel a angreifende Kraft, mit PK die entsprechende s
an der Masse m über den Hebel b angreifende Kraft, mit
PNi die Massenkraft aus M und mit ?m die Massenkraft aus
m sowie mit Pp die Federkraft, so gelten die dynamischen
Gleichgewichtsbedingungen
Pa + | PM | + PF | 1 | b |
Pb * | V | ■° | 2 | |
Pa · | a = | Pb ' | (X1 - | |
V | -at | f | ||
P m = | «β -mx |
|||
Pp - | -k |
(4) (5) (6) (7)
wobei k die Federkonstante bedeutet, Daraus ergibt sich die Absolutbewegung zu
~(M+(—) in) X1 - kx1 = -kf - —
. — . mf (8)
oder für die Relativverschiebung r1 = X1 - f
(M+(|)2m) T1 + IcX1 = (| m - M) f (9)
Wenn, wie oben vorausgesetzt, der Waagebalken im Gleichgewicht, d.h.
bm - aM
ist, ergibt sich trotz der Bewegung f keine Relativverschiebung
der einzelnen Teile des Systems zueinander.
- 4 _
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Ferner ist daraus ersichtlich, daß die Zusatzmasse m
mit dem Quadrat des Hebelverhälthisses — multipliziert in die Gleichung eingeht und die gewünschte Verstimmung
bewirkt. Daraus folgt, daß bei einem möglichst groß gewählten Verhältnis der Längen der beiden Hebelarme
zueinander nur eine verhältnismäßig geringe Zusatzmasse erforderlich ist. Zusätzlich wird die von '
außen aufgebrachte Störung linear zum Hebel- und Massenverhältnis abgemildert.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die im vorhergehenden beschriebene Vorrichtung so auszugestalten,
daß eine ungehinderte Wärmedehnung der Rohrleitung möglich ist. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst,
daß die Rohrleitung und die Zusatzmasse auf dem Waagebalken
verschieblich angeordnet sind. Die Rohrleitung kann demgemäß ungehindert ihre Lage zum Waagesystem ändern,
und das erforderliche Gleichgewicht kann durch entsprechende Verschiebung der Zusatzmasse wieder hergestellt
werden. Auch ist dies Merkmal dann von Vorteil, wenn infolge von Umbauten das Gewicht und/oder die Eigenfrequenz
der Rohrleitung verändert wurden und demgemäß eine Neuabstimmung des Systems, gegebenenfalls unter
Änderung der Zusatzmasse erfolgen muß.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Rohrleitung
und die Zusatzmasse mittels eines Getriebes zwangsläufig in einander entgegengesetzter Richtung verschieblich
auf dem Waagebalken angebracht. Verschiebt sich infolge von Wärmedehnung die Rohrleitung im Waagesystem, ist es sicher
vorteilhaft, wenn die notwendige entsprechende Verschiebung der Zusatzmasse selbsttätig erfolgt. Da es wie oben angegeben
von Vorteil ist, wenn die beiden Hebelarme stark unterschiedliche Längen aufweisen, wird gemäß einem vreiteren Merk-
- 5 509845/0601
mal der Erfindung vorgeschlagen, daß das Übersetzungsverhältnis des Getriebes dem Verhältnis der Massen der
Rohrleitung und der Zusatzmasse proportional ist.
In spezieller Ausgestaltung dieses Erfindungsgedankens wird vorgeschlagen, daß die Rohrleitung und die Zusatzinasse
gelenkig an entgegengesetzten Enden eines am Waage-, balken drehbar angeordneten Hebels befestigt sind, wobei
sich das geforderte Übersetzungsverhältnis in einfacher Weise durch unterschiedliche Länge der Hebelarme festlegen
läßt. Ein Verschieben der Rohrleitung in der einen Richtung lenkt den Hebel derart aus, daß die Zusatzmasse
zwangsläufig eine Bewegung in der entgegengesetzten Richtung macht, sodaß der Gleichgewichtszustand des Waagesystems
zu jedem Zeitpunkt gewahrt bleibt. Die vorgeschlagene
Ausführungsform hat den Vorteil großer Einfachheit
und Zuverlässigkeit gegenüber anderen an sich denkbaren Konstruktionen, beispielsweise gegenüber derjenigen, bei
der die Rohrleitung und die Zusatzmasse mit je einer Zahnstange versehen sind, die mit je einem am Waagebalken drehbar
befestigten Ritzel kämmen, wobei die beiden Ritzel starr miteinander verbunden sind und das Übersetzungsverhältnis
des Getriebes in bekannter Weise durch den unterschiedlichen Durchmesser der Ritzel gegeben ist.
Bei sehr langen Rohrleitungen ist es vorteilhaft, mehrere der beschriebenen Vorrichtungen zu verwenden und diese so
über die Leitung zu verteilen, daß diese in einzelne Teile getrennt wird, deren jeder für sich Eigenfrequenzen aufweist,
die wesentlich über der Frequenz der Erregerschwin·*
gung liegen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
dargestellt, und zwar zeigt
- 6 50 9 8 45/0601
Figur 1 perspektivisch eine vereinfachte Darstellung einer mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung versehenen
Anlage und
Figur 2 in vergrößertem Maßstab eine Ansicht der Vorrichtung
selbst.
Nicht näher beschriebene auf einer Fundamentplatte 1 befestigte Anlageteile 3 und 4 beliebiger Art sind durch
eine Rohrleitung 2 verbunden, die durch ihre Form eine ungehinderte Wärmedehnung zuläßt. Gerät die Fundamentplatte 1 in Schwingungen, beispielsweise infolge eines Erdbebens,
werden in der Rohrleitung 2 ebenfalls Schwingungen erregt, x^obei angenommen werden muß, daß diese Schwingungen
infolge der Länge der Rohrleitung 2 eine Amplitude aufweisen werden, die mit hoher Wahrscheinlichkeit zum Bruch
der Rohrleitung führen wird. Befinden sich in der Rohrleitung 2 gefährliche Medien, beispielsweise radioaktive oder
chemisch aggressive Stoffe, muß ein ohnehin unerwünschter
Bruch der Rohrleitung mit Rücksicht auf die in diesem Falle besonders gefährlichen Folgen erst recht unter allen
Umständen vermieden werden. Wird die Rohrleitung 2 an zusätzlichen Stellen fest eingespannt, besteht wiederum die
Gefahr, daß sie infolge der dann behinderten Wärmedehnung unzulässig hohen Spannungen ausgesetzt wird. Zusätzliche
Festpunkte, durch die die Rohrleitung sdwingungstechnisch
in einzelne Teile mit hoher Eigenfrequenz zerlegt wird, d.h. mit einer solchen Eigenfrequenz, die wesentlich über
derjenigen der zu erwartenden Erregerschwingung liegt, lassen sich ohne Behinderung der Wärmedehnung durch den Einsatz
einer oder mehrerer der in der Figur 2 dargestellten Vorrichtungen schaffen.
Auf der Fundamentplatte 1 ist ein einen Festpunkt bildender Ständer 5 angebracht, auf dem beispielsweise
vermittels eines Kugelgelenkes 10 ein Waagebalken 7
509 8 4 57/ Ö6 0 1
allseitig dreh- und schwenkbar befestigt ist. Dieser Waagebalken 7 ist in Form und Abmessungen so gewählt,
daß er eine ausreichende Steifigkeit besitzt, um selbst
keine nennenswerten Schwingungen auszuführen, wenn die Fundanientp latte 1 in solche gerät. Am einen Ende des
Waagebalkens 7 ist die Rohrleitung 2 angeordnet, und zwar drehbar um ein Spurlager 11 in bezug auf einen Stützköfper
6, der seinerseits wie hier gezeigt in einer Gabel des Waagebalkens 7 oder auf andere geeignete Weise gegenüber
,diesem verschieblich angeordnet ist. Am anderen Ende des Waagebalkens 7 ist eine Zusatzmasse 8 als Gegengewicht angebracht,
die durch Rollen 12 geführt auf dem Waagebalken 7 verschoben werden kann. Der Abstand des Stützkörpers 6
und der Zusatzmasse 8 vom Lager 10 ist so gewählt, daß sich der Waagebalken 7 im Gleichgewicht befindet. Die Rohrleitung
2 vermag Wärmedehnungen ohne weiteres zu folgen, und zwar in y- und z-Richtung (siehe Figur 1) αμΓΰΙι Drehung
un das Spurlager 11 bzw. das Kugelgelenk 10, und in x-Richtung
dadurch, daß sich der Stützkörper 6 in der Gabel des Waagebalkens verschiebt. Im letzteren Falle gerät das Waagesystem
außer Gleichgewicht, wenn die Zusatzmasse 8 nicht gleichzeitig um eine entsprechende Strecke verschoben wird,
und ZAvar jeweils entgegengesetzt zur Bewegung des Stützkörpers
6. Dies geschieht selbsttätig dadurch, daß zwei gelenkig am Stützkörper 6'bzw. an der Zusatzmasse 8 befestigte
Stangen 9 vorhanden sind, die ebenfalls gelenkig an den Enden eines Hebels 13 befestigt sind. Dieser Hebel ist in
einem Lager 14 drehbar am Waagebalken 7 befestigt und die
Länge seiner Arme ist so bemessen, daß eine Verschiebung des Stützkörpers 6 um ein bestimmtes Maß über die zugehörige
Stange 9 den Hebel 13 derart verdreht, daß über die andere Stange 9 die Däiapfungsmasse 8 so verschoben wird, daß das
Gleichgewicht des Waagebalkens 7 erhalten bleibt.
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Claims (5)
- - 8 - 25.4.1974We/Di 24.261.4schutzansprüc'heVorrichtung zur Sicherung von Rohrleitungen gegen Schwingungen, die in ihnen durch von außen aufgezwungene Bewegungen erregt werden vermittels an ihnen angebrachter Zusatzmassen, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitungen (2) und die Zusatzmassen (8) an entgegengesetzten Armen eines sich im Gleichgewicht befindlichen Waagebalkens (7) angebracht sind, der gelenkig in einem Festpunkt (10) gelagert ist.
- 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitung (2) und die Zusatzmasse (8) auf dem Waagebalken (7) verschieblieh angeordnet sind.
- 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitung (2) und die Zusatzmasse (8) mittels eines Getriebes (9, 14) zwangsläufig in einander entgegengesetzter Richtung verschieblich sind.
- 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Übersetzungsverhältnis des Getriebes (9, 14) dem Verhältnis der Massen der Rohrleitung (2) und der Zusatzmasse (8) proportional ist.
- 5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitung (2) und die Zusatzmasse (8) gelenkig an entgegengesetzten Enden eines am Waagebalken (7) drehbar angeordneten Hebels (14) befestigt sind.509845/0601
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ID=5914187
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