DE2420571A1

DE2420571A1 - Vorrichtung zur sicherung von rohrleitungen gegen schwingungen, insbesondere gegen erdbeben

Info

Publication number: DE2420571A1
Application number: DE2420571A
Authority: DE
Inventors: Peter Ing Grad Albus
Original assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Current assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Priority date: 1974-04-27
Filing date: 1974-04-27
Publication date: 1975-11-06
Also published as: FR2269016A1; GB1489508A; FR2269016B1; US3991959A; DE2420571C2; JPS5925913B2; JPS50148929A

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 auszukommen_s 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 schützen_s daß man sie durch zusätzlich angebrachte Massen so verstimmt, daß diese Massen durch Schwingungenj, die über ca, O₀S Hz liegen, nicht mekr

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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£bau_s temperatur- und strahlenbeständig möglichst wartungsfrei sein.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen_s daß .die Rohrleitungen und Zusatzmassen an entgegengesetzten Armen eines sich im Gleichgewicht befindlichen Waagebalkens angebracht sind_s 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 sind_B mit a bzxtfo b_s und nimmt man ferner aa_P daß der Aufhängepunkt des Waagebalkens und die beiden fest eingespannten Endpunkte der Rohrleitung (d.h« das Widerlager der Feder_s 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 P_K die entsprechende _s an der Masse m über den Hebel b angreifende Kraft, mit P_Ni die Massenkraft aus M und mit ?_m die Massenkraft aus m sowie mit Pp die Federkraft, so gelten die dynamischen Gleichgewichtsbedingungen

^Pa ⁺	^PM	^{+ P}F	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.

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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-

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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

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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

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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

- 8 - 25.4.1974

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schutzansprüc'he

Vorrichtung 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.

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