DE3209386C2

DE3209386C2 - Einrichtung zum Schutz wasserführender Rohrleitungen gegen Druckwellen

Info

Publication number: DE3209386C2
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: 1986-07-31
Also published as: DE3209386A1; CH659118A5

Abstract

Bei einer Einrichtung zum Schutz wasserführender Kanäle gegen Druckwellen, insbesondere der Rohrleitungen (1) von Kühlwasserversorgungen bei Kraftwerken, sind die Rohrleitungen zummindest auf Teilstücken ihrer Länge mit einem Dämpfungsfutter - unter Freilassung des erforderlichen Rohrdurchflußquerschnittes (Qi) - ausgekleidet. Dieses besteht aus in rohraxialer Richtung aneinandergereihten und an der Rohrinnenwand (1i) anliegenden ringförmigen Dämpfungsmateriallagen (4) und einem Stützkäfig (2, 3) für die Dämpfungsmateriallagen (4). Der Stützkäfig setzt sich zusammen aus flachkant zwischen den Lagen (4) angeordneten Ringscheiben (2.1), die mit ihrem Außenumfang (2a) an der Rohrinnenwand (1i) anliegen, und mit den Innenumfangszonen der Ringscheiben verbundenen Haltemitteln (3), insbesondere axiale Stützstreben, zur nachgiebigen Halterung der Dämp fungsmateriallagen (4) in radialer Richtung und zur mindestens nachgiebigen Abstandshaltung der Ringscheiben (2.1) zueinander. Die Dämpfungsmateriallagen sind insbesondere gebildet durch einen in spiraligen Windungen am Innenumfang der Rohrleitung (1) anliegenden, mit Dämpfungsmaterial (6) gefüllten Schlauch, und die Ringscheiben durch eine Stützspirale (2) für den Schlauch (4), die mit ihren flachkantgewickelten Wendeln (2.1) zwischen den Schlauchwindungen (4.1) angeordnet ist und sich am Rohrinnenumfang (1i) abstützt.

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet des Bautenschutzes und ist bei der Sicherung von wasserführenden Anlagen gegen Druckwellen anzuwenden,
öffentliche und auch private Bauten sind zunehmend

■ gegen Gewalteinwirkung Dritter zu schützen. Entsprechende Schutzmaßnahmen sind beispielsweise bei Kernkraftwerken zu treffen. Bestimmte Versorgungsleitungen eines solchen Kraftwerkes verlaufen auch außerhalb des äußeren Sicherheitsbereiches der Anlage, beispielsweise außerhalb des das jeweilige Areal einschließenden Sicherheitszaunes. Solche Versorgungskanäle sind u. a. Kanäle für den Zu- und Ablauf von Kühlwasser, welches für das Not- und Nebenkühlwassersystem benötigt wird. Kommt es im Bereich eines Wasserzulaufkanals zu einer explosiven Einwirkung, bcispielsweise zu einer Unterwasserdetonation, so kann die daraus resultierende Druckwelle in das Kühlsystem eindringen und in der Kühlkette Zerstörungen hervorrufen.

Zum Schutz von wasserführenden Bauwerken gegen Druckwellen im Wasserzulauf ist bereits eine Einrichtung bekannt, die aus einem in den Wasserzulaufkanal integrierten kammartigen Bauwerk besteht, in dem plattenförmige, parallel zur Strömungsrichtung des Kühlwassers ausgerichtete Dämpfungskörper angeordnet sind (DE-OS 28 40 593). Diese bekannte Druckabbauvorrichtung ist verhältnismäßig aufwendig, da sie besondere, in den Beton der Kühlkanäle einzuarbeitende Druckabbaukammern erfordert.
Zum Transport von heißen oder gekühlten Flüssigkeiten oder Gasen sind an sich Rohrleitungen bekannt, die aus zwei konzentrisch und mit Abstand zueinander angeordneten Rohren bestehen. Durch die Strömung der Flüssigkeit oder des Gases kann das innere Rohr zu Longitudinalschwingungen angeregt werden. Um solehe Schwingungen zu unterdrücken ist es bekannt, /wischen den beiden Rohren ein Dämpfungsmaterial aus beispielsweise thixotropem Material anzuordnen (US-PS 36 98 440).

Schließlich ist es auch bekannt, Druckstöße in Rohrleitungen, wie sie durch den unregelmäßigen Gang von Fördereinrichtungen entstehen, durch Einfügung von elastischen Rohrstücken zu dämpfen. Dabei sind diese elastischen Rohrstücke dergestalt von einem Behälter umgeben, daß zwischen dem elastischen Rohrstück und der Behälterwand ein gasgefüllter Druckraum entsteht (AT-PS 1 88 840).

Ausgehend von einer wasserführenden Rohrleitung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, zum Schutz

so der Rohrleitung gegen Druckwellen eine Dämpfungsschicht zu schaffen, die auch nachträglich in bereits montierte Rohrleitungen, insbesondere in Kühlwasserversorgungsanlagen von Kraftwerken, eingebaut werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die Auskleidung aus in rohraxialer Richtung aneinandergereihten, an der Rohrinnenwand anliegenden Dämpfungsmateriallagen und einem Stützkäfig für die Dämpfungsmateriallagen besteht, wobei der Stützkäfig aus flachkant senkrecht zur Rohrwand ausgerichteten, zwischen den Lagen angeordneten, mit ihrem Außenumfang an der Rohrinnenwand anliegenden Ringscheiben und mit den Inncnumlangszonen der Ringscheiben verbundenen Haltemitteln zur nachgicbi-

b5 gen radialen Halterung der Dämpfungsmateriallugcn und zur nachgiebigen Abstandshaltung der Ringscheiben zueinander besteht.

In bevorzugter Ausführung sind die ringförmigen

Dämpfungsmateriallagen die spiraligen Windungen eines am Innenumfang der Rohrleitung anliegenden, mit Dämprungsmaterial gefüllten Schlauches und sind die Ringscheiben die flachkantgewickelten Wendeln einer Stüt/spiralc für den Schlauch, die zwischen den Schlauchwir.dungen angeordnet sind und sich am Rohrinnenuitifang abstützen. Als Haltemittel haben sich Stützsireben als besonders vorteilhaft erwiesen, welche in rohraxialer Richtung in axial fluchtende Bohrungen der Ringscheiben bzw. Slützspiralen-Wendeln eingefügt sind. Zu den weiteren Ausgestaltungen des Gegenstandes des Anspruchs 1 siehe die Unteransprüche 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 ~>hne bauliche Veränderung einer Kraftwerksanlage eine nachträgliche Ertüchtigung von unzureichend gegen Druckwellen geschützten Versorgungsteilen durchgeführt werden. Das Dämpfungsfutter 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-Wendcln 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

F i g. 1 die Schutzeinrichtung innerhalb eines Rohrleilungsstückes im Schnitt, wobei der Polsterschlauch nur auf einem Teilstück dargestellt ist;

F i g. 2 die Seitenansicht A aus F i g. 1 und

I- i g. 3 im Ausschnitt perspektivisch das Einfügen des Dämpfungsfutters in ein Rohrleitungsstück.

Gemäß F i g. 1 ist in ein beliebiges Rohrleitungsstück, im folgenden als Druckrohr 1 bezeichnet, eine schraubenförmig gewundene Stützspirale 2 eingebaut, welche sich mit dem Außenumfang 2a ihrer flachkantgewickellen Wendeln 2.1 am Rohrinnenumfang 1/abstützt und einen durchgehenden kreisförmigen Innenquerschnitt Qifreiläßt. Im Grenzbereich zwischen der Stützspirale 2 und dem Innenquerschnitt Qi'werden in Rohrachsrichliing weisende Stützstreben 3 in die Stützspirale 2 eingebaut, und 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/ anliegt. Der Polsterschlauch 4 ist insbesondere ein innen gummierter Gewebeschlauch, z. B. Feuerwehrschlauch, welcher unter Vordruck mil elastischem Schaumstoff gefüllt ist. und dessen Lage zwischen der Rohrinnenwand 1/ und den Stützstreben 3 der Stützspirale 2 in radialer Lage fixiert wird. In axialer Lage wird der Pol.nerschlauch 4 von den Wendeln 2.1 der Stützspirale 2 gehalten.

In F i g. 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 Stützstreben 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 Schaumstoff gefüllte Polsterschlauch 4 auf den Stützkäfig 2,3 aufgewickelt und die so gebildete Anordnung in das Druckrohr 1 geschoben werden. 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 F i g. 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 10fache des hydraulischen Rohrdurchmessers betragen.

Läuft eine Druckwelle in ein gemäß F i g. 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 1/gepreßt und außerdem die Druckwelle an den dann freistehenden Wendelzonen der Stützspirale 2 wie bei einer Blende gebeugt. Beim Zurückweichen des Polsterschlauches 4 bricht der örtliehe Druck zusammen. Die dabei entzogene Druckwellenenergie wird erst verzögert bei der Rückfederung 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. »flachkantgewickeltc wird hier wie im vorstehenden verstanden, daß man bei Betrachtung des Ringscheibenpaketes 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Schutz wasserführender Rohrleitungen gegen Druckwellen mit einer auf Teilstükken der Rohrleitung angeordneten, im Bereich der Rohrwandung vorgesehenen, den erforderlichen Rohrdurchflußquerschnitt freilassenden ringförmigen, dämpfenden Auskleidung, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidung aus in rohraxialer Richtung aneinandergereihten, an der Rohrinnenwand anliegenden Dämpfungsmateriallagen (4) und einem Stützkäfig (2, 3) für die Dämpfungsmateriallagen besteht, wobei der Stützkäfig aus flachkant, senkrecht zur Rohrwand ausgerichteten, zwischen den Lagen angeordneten, mit ihrem Außenumfar.g (2a) an der Rohrinnenwand (M) anliegenden Ringscheiben (2.1) und mit den Innenumfangszonen der Ringscheiben verbundenen Haltemitteln (3) zur nachgiebigen radialen Halterung der Dämpfungsmateriallagen (4) und zur nachgiebigen Abstandshaltung der Ringscheiben (2.1) zueinander besteht.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen in spiraligen Windungen (4.1) am Innenumfang (M) der Rohrleitung (1) anliegenden, mit Dämpfungsmaterial (6) gefüllten Schlauch (4) als Dichtungsmateriallagen, einer Stützspirale (2) für den Schlauch (4), die mit ihren flachkantgewickelten Wendeln (2.1) zwischen den Schlauchwindungen angeordnet ist und sich am Rohrinnenumfang (M) abstützt, als Ringscheiben-Anordnung des Stützkäfigs (2, 3) und mit den Innenumfangszonen der Stützspirale (2) verbundenen Haltemitteln (3) des Stützkäfigs (2,3).

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, 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, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (3.1) gleichmäßig über den Innenumfang der Ringscheiben bzw. Stützspirale (2) verteilt sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlauch (4) ein innen gummierter Gewebeschlauch ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlauch unter Vordruck mit elastischem Schaumstoff (6) gefüllt ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, 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, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringscheiben bzw. die Stützspiralen (2) aus nicht rostendem, korrosionsbeständigem Stahl bestehen, insbesondere aus der gleichen Stahllegierung wie die sie umgebende Rohrleitung^).

9. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Länge in Rohrachsrichtung etwa das 3- bis 1 Ofache des hydraulischen Rohrdurchmessers beträgt.