DE3209386A1

DE3209386A1 - Einrichtung zum schutz wasserfuehrender kanaele, insbesondere rohrleitungen, gegen druckwellen

Info

Publication number: DE3209386A1
Application number: DE19823209386
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dipl.-Ing. 6050 Offenbach Herrmann
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-03-15
Filing date: 1982-03-15
Publication date: 1983-09-29
Also published as: DE3209386C2; CH659118A5

Description

Einrichtung zum Schutz wasserführender Kanäle, ins-
besondere Rohrleitungen. gegen Druckwellen Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Schutz wasserführender Kanäle gegen Druckwellen, insbesondere der Rohrleitungen von Kühiwasserversorgungen bei Kraftwerken. Explosionen unter Wasser haben - da das Wasser im wesentlichen inkompressibel ist - Druckwellen zur Folge, die die Wände von Kanälen und Rohrleitungen, welche mit dem Explosionsort hydraulisch kommunizieren, aber auch Teile im Innern des Kraftwerkes, beschädigen können. Zur Beherrschung und zum Abbau der aufgrund von tkiterwasserdetonationen entstehenden Druckwellen ist es durch die DE-OS 28 40 593 bekannt, eine Druckabbauksmmer im Zuge eines Kühlwasserkanals vorzusehen, in der sich mehrere zueinander parallele, mit elastischem Schaumstoff bez¢hichteto Platten befinden, deren Ebenen parallel zur Wasserströmungsrichtung angeordnet sind. Diese bekannte Druckabbauvorrichtung ist verhältnismäßig aufwendig, da sie besondere, in den Beton der Kühlkanäle einzuarbeitende Druckabbaukammern erfordert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine demgegenüber mindestens genauso wirksame Schutzeinrichtung zu schaffen, deren baulicher Aufwand Jedoch wesentlich reduziert ist und die geeignet sein soll, eine Nachrkistung bestehender Kühlwasserversorgungsanlagen von Kraftwerken mit vertretbarem Aufwand herbeizuführen.
Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe bei einer Einrichtung gemäß Gattungsbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß die Rohrleitungen zumindest auf Teilstücken ihrer Länge mit einem Dämpfungsfutter - unter Freilassung des erforderlichen Rohrdurchflußquerschnittes - ausgekleidet sind, bestehend aus a) in rohraxialer Richtung aneinandergereihten und an der Rohrinnenwand anliegenden ringförmigen Dämpfungsmateriallagen und b) einem Stützkäfig für die Dämpfungsmateriallagen, bestehend aus b1) flachkant zwischen den Lagen angeordneten Ringscheiben, die mit ihrem Außenumfang an der Rohrinnenwand anliegen, und b2) mit den Innenumfangszonen der Ringscheiben verbun denen Haltemitteln zur nachgiebigen Halterung der Dämpfungsmateriallagen in radialer Richtung und zur mindestens nachgiebigen Abstandshaltung der Ringscheiben zueinander.
In bevorzugter Ausführung sind die ringförmigen Dämpfungsmateriallagen die spiraligen Windungen eines am Innenumfang der Rohrleitung anliegenden, mit Dämpfungsmaterial gefüllten Schlauches und sind die Ringscheiben die flachkantgewickelten Wendeln einer Stützspirale für den Schlauch, die zwischen den Schlauchwindungen angeordnet sind und sich am Rohrinnenumfang abstützen, siehe im einzelnen Anspruch 2. Als Haltemittel haben sich gemäß Anspruch 3 Stützstreben als besonders vorteilhaft erwiesen, welche in rohraxialer Richtung in axial fluchtende Bohrungen der Ringsoheiben bzw. Stützspiralen-Wendeln eingefügt sind. Zu den weiteren Ausgestaltungen des Gegenstandes des Anspruchs 1 siehe die UÜteransprüche 4 bis 9.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind vor allem darin zu sehen, daß die Einrichtung in beliebige Rohre innen eingebaut werden kann, deren Durchmesser um den Platzbedarf der Einrichtung vergrößert wird. Damit kann auch in den meisten Fällen ohne bauliche Veränderung eint Kraftwerksanlage eine nachträgliche Ertüchtigung von unzureichend gegen Druckwellen geschützten Versorgungsteilen durchgeführt werden. Das Däm#fungsfutter besteht sozusagen aus einer Polsterschicht an der Innenwand des Rohres, welche im Ansprechfalle Abrieb, Walken infolge Pulsation und wechselndem statischen Vordruck unterworfen wird, und dem Stützkäfig als Platzhalter der Polsterschicht und als Walk- und Reibungskörper für diese, wobei die Wirkung der Ringscheiben bzw. Stützspiral-Wendeln insofern eine besondere ist, als die Polsterwindungen unter Einfluß der Druckwelle radial nach außen zurückweichen und dabei die Innenkanten der Ringscheiben bzw. Wendeln freigeben, an denen nun die Druckwellen wie an einer Blende gebeugt werden.
Im folgenden wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels die Erfindung noch näher erläutert. Darin zeigt in vereinfachter, teils schematischer Darstellung: Fig. 1 die Schutzeinrichtung innerhalb eines Rohrleitungsstückes im Schnitt, wobei der Polsterschlauch nur auf einem Teilstück dargestellt ist; Fig. 2 die Seitenansicht A aus Fig. 1 und Fig. 3 im Ausschnitt perspektivisch das Einfügen des Däxnpfungsfutters in ein Rohrleitungsstück.
Gemäß Fig. 1 ist in ein beliebiges Rohrleitungsstück, im folgenden als Druckrohr 1 bezeichnet, eine schraubenförnig gewundene Stützspirale 2 eingebaut, welche sich mit dem Außenumfang 2a ihrer flachkantgewickelten Wendeln 2.1 am Rohrinnenumfang li abstützt und einen durchgehenden kreisförmigen Innenquerschnitt Qi freiläßt. Im Grenzbereich zwischen der Stützspirale 2 und dem Innenquer- schnitt Qi werden in Rohrachsrichtung weisende Stützstreben 3 in die Stützspirale 2 eingebaut, urd zwar im dargestellten Ausführungsbeispiel in axial fluchtende Bohrungen 3.1 der Stützspirale 2 eingeschoben. Die Stützstreben 3 sind also im Bereich der Innenumfangszonen der Wendeln 2.1 angeordnet; sie dienen zum einen zur Stabilisierung der Stützspirale 2, d.h. zur mindestens nachgiebigen Abstandshaltung der Wendeln 2.1 zueinander.
Unter mindestens nachgiebig wird verstanden, daß zumindest eine reibschlüssige Verbindung zwischen den Stützstreben 3 und den Wendeln 2.1 besteht; die Verbindung könnte Jedoch auch mindestens in axialen Teilbereichen der Stützspirale 2 starr sein. Zum anderen verhindern die Stützstreben 3 ein Ablösen des im folgenden als Polsterschlauch bezeichneten, mit Dämpfungsmaterial gefüllten Schlauches 4, der zwischen die Wendel 2.1 der Stützspirale 2 spiralig eingefügt bzw. eingewunden ist und mit seinem Außenumfang an der Rohrinnenwand 1 i anliegt. Der Polsterschlauch 4 ist insbesondere ein innen gummierter Gewebeschlauch, z.B. Feuerwehrschlauch, welcher unter Vordruck mit elastischem Schaumstoff gefüllt ist, und dessen Lage zwischen der Rohrinnenwand li und den Stützstreben 3 der Stützspirale 2 in radialer Lage fixiert wird. In axialer Lage wird der Polsterschlauch 4 von den Wendeln 2.1 der Stützspirale 2 gehalten.
In Fig. 3 ist schematisch bei 6 der elastische, geschlossenporige Schaumstoff angedeutet, der insbesondere bei 1 bar eine Dichte von ca. 100 kg/m3 hat. Die Stützspirale 2 und die Stütz streben 3 bilden einen Stützkäfig für den Polsterschlauch 4. Die Bohrungen 3.1 zur Aufnahme der Stützstreben 3 sind vorzugsweise gleichmäßig über den Innenumfang der Wendeln 2.1 verteilt.
Bei der Montage kann der noch nicht mit Druckluft, aber bereits mit Schauflstoff gefüllte Polsterschlauch 4 auf den Stützkäfig 2, 3 aufgewickelt und die so gebildete Anordnung in das Druckrohr 1 geschoben werde##. Jetzt kann das eine Ende des Schlauches verschlossen und am anderen Ende ein Füllanschluß für ein inneres Luftpolster zwischen Schlauch und Schaumstoff angeschlossen werden.
Der Druckluft-Fülldruck für den Polsterschlauch 4 richtet sich nach dem Betriebsdruck des Druckrohres 1. Es ist auch möglich, so wie es Fig. 2 zeigt, das Druckrohr 1 am Anfang und am Ende mit je einem Schlauchstutzen 5a, 5e zu versehen, wobei der eine Schlauchstutzen 5e mit einem Blindflansch zum dichtenden Einspannen des betreffenden Schlauchendes versehen ist und der andere Stutzen 5a ebenfalls mit einem Schlaucheinspanndeckel versehen ist, jedoch zusätzlich mit einem Reifenventil 5 zur Wiederholungsprüfung und Dichtheitsmessung des Polsterschlauches 4.
Die Stützspirale 2 besteht zweckmäßig aus nicht rostendem korrosionsbeständigem Stahl, insbesondere aus der gleichen Stahllegierung wie das Druckrohr 1 bzw. die betreffende Rohrleitung. Die Länge der dargestellten Schutzeinrichtung kann je nach abzubauendem Druck und Einwirkdauer der Druckwellen das 3- bis 10-fache des hydraulischen Rohrdurchmessers betragen.
Läuft eine Druckwelle in ein gemäß Fig. 1 bis 3 mit Stützkäfig 2, 3 und Polsterschlauch 4 ausgestattetes Druckrohr 1 ein, so wird etwa zeitgleich mit dem örtlichen Auftreten des Druckes der Polsterschlauch 4 in Richtung Rohrinnenwand ii gepreßt und außerdem die Druckwelle an den dann freistehenden Wendelzonen der Stützspirale 2 wie bei einer Blende gebeugt. Beim ZurUckweichen des Polsterschlauches 4 bricht der örtliche Druck zusammen.
Die dabei entzogene Druckwellenenergie wird erst verzögert bei der RückNederung des Polsterschlauches der Druckwelle mitgeteilt. Auf diese Weise können durch Streckung des Druck-Zeit-Verlaufes der Druckwelle, durch die Verluste aufgrund innerer und äußerer Reibung im Wasser und Polsterschlauch 4 sowie durch die Beugungserscheinungen wesentliche Druckminderungen erreicht werden.
Unter "flachkant bzw. ~flachkantgewickelt" wird hier wie im vorstehenden verstanden, daß man bei Betrachtung des Ringsoheibenpaketes bzw. der spiraligen Windungen in Achs- bzw. Wickelachsrichtung auf eine der beiden großflächigen Ring- bzw. Windungsseiten sieht, wogegen die Mantelflächen (Innen- und Außenumfang) von relativ schmalen Streifen gebildet werden.
3 Figuren 9 Patentanspruche Leerseite

Claims

Patentansprllche 1. Binrichtung zum Schutz wasserführender Kanäle gegen Druckwellen, insbesondere der Rohrleitungen von Kühlwasserversorgungen beg Kraftwerken, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Rohrleitungen (1) zumindest auf Teil stücken ihrer Länge mit einem Därnpfungsfutter - unter Freilassung des erforderlichen Rohrdurchflußquerschnittes (Qi) - ausgekleidet sind, bestehend aus a) in rohraxialer Richtung aneinandergereihten und an der Rohrinnenwand anliegenden ringförmigen Däinpfungsmateriallagen (4) und b) einem Sttitzkä.fig (2, 3) für die Dämpfungsmateriallagen, bestehend aus bl) flachkant zwischen den Lagen angeordneten Ringscheiben (2.1), die mit ihrem Außenumfang (2a) an der Rohrinnenwand (1i) anliegen und b2) mit den Innenumfangszonen der Ringscheiben verbundenen Haltemitteln (3) zur nachgiebigen Halterung der Dämpfungsmateriallagen (4) in radialer Richtung und zur mindestens nachgiebigen Abstandshaltung der Ringscheiben (2.1) zueinander.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h -net durch a) einen in spiraligen Windungen (4.1) am Innenumfang (1i) der Rohrleitung (1) anliegenden, mit Dämpfungsmaterial (6) gefüllten Schlauch (4) als Dichtungsmateriallagen, b1) einer Stützspirale (2) für den Schlauch (4), die mit ihren flachkantgewickelten Wendeln (2.1) zwischen den Schlauchwindungen angeordnet ist und sich am Rohrinnenumfang (ii) abstützt, als Ringscheiben-Anordnung des Stützkäfigs (2, 3) und b2) mit den Innenumfangszonen der Stützspirale (2) verbundenen Haltemitteln (3) des Stüt-käfigs (2, 3).
3q Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Haltemittel aus Stützstreben (3) bestehen, welche in rohraxialer Richtung in axial fluchtende Bohrungen (3.1) der Ringscheiben bzw. Stützspiralen-Wendeln (2.1) eingefügt sind.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Bohrungen (3.1) gleichmäßig über den Innenumfang der Ringscheiben bzw. Stützspirale (2) verteilt sind.
5. Einrichtung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Schlauch (4) ein innen gummierter Gewebeschlauch ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Schlauch unter Vordruck mit elastischem Schaumstoff (6) gefüllt ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Schlauch (4) an seinen Enden abgedichtet und mindestens an einem Ende mit einem Reifenventil (5) zur Druckprüfung versehen ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Ringscheiben bzw.

die Stützspiralen (2) aus nicht rostendem, korrosionsbeständigem Stahl bestehen, insbesondere aus der gleichen Stahllegierung wie die sie umgebende Rohrleitung (1).
9. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ihre Länge in Rohrachsrichtung etwa das 3- bis 10-fache des hydraulischen Rohrdurchmessers beträgt.