DE3214687A1 - Vorrichtung zur abgefederten halterung von rohrleitungen u.dgl. - Google Patents

Description

• Vorrichtung zur abgefederten Halterung
• von Rohrleitungen u. dgl.
• 9 Seiten Beschreibung mit 9 Patentansprüchen Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur abgefederten Halterung von Rohrleitungen und dergleichen mittels Schraubendruckfedern. Diese Vorrichtung soll gleichzeitig zulässige Bewegungen aufnehmen und gegen unzulässige Bewegungen schützen Zulässige Bewegungen treten z. B. aufgrund von Wärmedehnungen der Rohrleitungen auf Die Verformungsgeschwindigkeit ist dabei im allgemeinen quasistatisch.
• Unzulässige Bewegungen sind die Folge von Betriebsschwingungen oder Störfallschwingungen. Die meist periodischen Betriebsschwingungen kommen aus dem Betrieb der Anlage durch z. B. Pumpenerregung und sind daher kaum vermeidbar.
• Störfallschwingungen werden von Schockbelastungen an der Rohrleitung verursacht. Schockbelastungen können aus Störfällen beim Betrieb der Anlage, beispielsweise Druckstoß, oder durch äußere Anregung wie z. Bo Erdbeben, Flugzeugabsturz resultieren. Der Frequenzbereich der Störfallschwingungen liegt meist über 0,5 Hz.
• Zulässige Rohrleitungsbewegungen dürfen nicht behindert werden. Zur Aufnahme des anteiligen Rohrleitungsgewichtes im Aufhängepunkt und zum Folgen der Rohrleitungsbewegungen werden derzeit Federhänger, Federstützen und Konstanthänger eingesetzt, wie es von B. Kempkes "Konstant- und Federhänger, VGB-Kraftwerkstechnik, Heft 11, November 1978, Seiten 813 bis 818 beschri ben ist, Die wegabhängige Tragkraft der Federhänger und Federstützen kommt aus der Rückstellkraft einer eingebauten, linear elastischen Schraubendruckfeder Die nahezu wegunabhängige Tragkraft der Konstanthänger beruht auf dem Momentengleichgewicht an einem von einer Schraubendruckfeder gehaltenen Hebel oder aus dem Kräftegleichgewicht zwischen einer oder mehreren Trag- und Ausgleichsfedern oder aus dem Kräftegleichgewicht zwischen einer oder mehreren Trag- und Ausgleichsfedern mit zusätzlichen Korrektur-Kurvenscheiben. Die Hebelsysteme sind dafür so gestaltet, daß sie die linear elastische Rückstellkraft der Feder aufgrund bestimmter Winkelverhältnisse zu einer fast konstanten Haltekraft übersetzen. Konstanthänger mit mehreren Federn erreichen die nahezu wegunabhängige Tragkraft, indem der lineare Kraftanstieg durch Zusatzfedern direkt oder über Kurvenmechanismen ausgeglichen wird. Unzulässige Rohrleitungsbewegungen werden derzeit durch Stoßbremsen begrenzt. Stoßbremsen können von mechanischen oder hydraulischen Arbeitsprinzipien ausgehen (siehe M. Kluge, Mechanische und hydraulische Stoßbremsen", VGB-Kraftwerkstechnik, Heft 8, August 1980, Seiten 622 bis 628). Aufgrund ihres physikalischen Prinzips benötigen Stoßbremsen nach Überschreiten einer Losbrechkraft eine Mindest-Ansprech-Verschiebungsgeschwindigkeit oder -Beschleunigung, um danach eine feste Verbindung zwischen Rohrleitung und Umgebung herzustellen. Stoßbremsen besitzen vor dem Ansprechen keine nennenswerte Dämpfung, und nach dem Ansprechen sind sie als sehr steife Feder anzusetzen.
• Es sind auch bereits viskoelastische Schwingungsdämpfer, die auch kurz als Rohrleitungsdämpfer bezeichnet werden, vorgeschlagen worden (Patentanmeldung P 31 46 297.9), deren Wirkung auf rheologischen Vorgängen in einer viskoelastischen Masse, dem Dämpfungsmedium, beruht. Sie bestehen aus einem Dämpfergehäuse, in dem sich das Dämpfungsmedium befindet, in welches wiederum der Dämpferstempel getaucht ist.
• Wegen der Frequenz- und Verformungsgeschwindigkeitsabhängigkeit der Dämpfungskraft entwickeln dergleichen Rohrleitungsdämpfer die folgenden Eigenschaften: - Haltekräfte bei Schockbelastung, - Dämpfen von Betriebsschwingungen, - kleinste Rückstellkräfte bei langsamen Bewegungen, - keine Übertragung von statischen Kräften.
• Auf die oben beschriebene Weise kann ein Rohrleitungsdämpfer zwar zusätzliche Dämpfung in das schwingungsfähige Rohrleitungssystem einbringen, jedoch nicht das anteilige Rohrleitungsgewicht im Unterstützungspunkt tragen, und zwar weder für hängende noch für abgestützte Lasten.
• Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Halterung von Rohrleitungen und der gleichzeitigen Dämpfung von Rohrleitungsschwingungen zu schaffen, die die Eigenschaften der Federhänger und Federstützen oder Konstanthänger mit denen des Rohrleitungsdämpfers vereint.
• Diese Aufgabe wird bei der eingangs erwähnten Vorrichtung mit der im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen Erfindung gelöst.
• Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
• Die Erfindung läßt sich vorteilhaft sowohl bei wegabhängiger Trag- bzw. Stützkraft als auch bei nahezu wegunabhängiger Tragkraft verwenden.
• Der Gegenstand der Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise dargestellt und wird nachstehend ausführlich erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine dämpfende Vorrichtung mit wegabhängiger Tragkraft; Fig. 2 eine Abwandlung der Vorrichtung nach Fig. 1; Fig. 3 eine dämpfende Vorrichtung mit wegabhängiger Stützkraft; Fig. 4 eine dämpfende Vorrichtung mit nahezu wegunabhängiger Tragkraft aufgrund eines Hebelsystems; Fig. 5 eine dämpfende Vorrichtung mit nahezu wegunabhängiger Tragkraft aufgrund eines Korrektur-Federsystems.
• Bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung ist eine Tragkonstruktion 1 mit einer Rohrleitung 2 verbunden. Das Gewicht der Rohrleitung wird dabei über eine Schelle 3, eine Lasche 4, einen Gewindebügel 5, eine Gewindestange 6, ein Spannschloß 7 und eine weitere Gewindestange 8 auf einen Federteller 9 in der Vorrichtung übertragen. Der Federteller 9 stützt sich auf einer Schraubendruckfeder 10 ab, die die Anhängelast über ein Gehäuse 11 in die Tragkonstruktion 1 einleitet. Der Federteller 9 kann je nach der geforderten Tragkraft 1 in einem Arbeitsbereich 12 der Feder 10 in geeigneter Weise stufenlos oder gestuft voreingestellt und blockiert werden.
• Die Dämpfungswirkung der Vorrichtung beruht auf rheologischen Vorgängen in einer viskoelastischen Masse, dem in einem Dämpfertopf befindlichen Dämpfungsmedium 13. Das Dämpfungselement der Vorrichtung ist mit einem in das Dämpfungsmedium 13 getauchten Dämpferstempel 14 ohne weitere zu justierende Teile unkompliziert aufgebaut Der Dämpferstempel 14 ist mit dem Federteller 9 lösbar oder unlösbar verbunden Er befindet sich innerhalb der Feder 10, kann aber auch außerhalb derselben angeordnet sein. Das Dämpfungsmedium 13 ist ein viskoelastischer Stoff, der aus Bitumina oder Silikonöl bestehen kann.
• Das Gehäuse 11 dient als Dämpfertopf, in dem sich das Dämpfungsmedium befindet. Mit auf den Anwendungsfall hin abgestimmten Scher- und Verdrängungsflächen des Dämpferstempels 14 erhält man eine hauptsächlich vertikale, geschwindigkeitsproportionale Dämpfungskraft. Da sich der Dämpferstempel 14 immer mit dem Dämpfungsmedium 13 in Eingriff befindet, kann die Dämpfung ohne Totzeit ansprechen.
• Wegen der wegproportionalen oder über den Weg nahezu konstanten Tragkraft und der geschwindigkeitsproportionalen Dämpfungskraft entwickelt die neue Vorrichtung die folgenden Eigenschaften: - Aufnahme der statischen Lasten für unterschiedliche Betriebsfälle wie Warm- und Kaltlast; - Einstellbarkeit der Traglast; - Kleinste Rückstellkräfte bei langsamen Bewegungen; - Dämpfen von Betriebs- und Störfallschwingungen.
• Die abgewandelte Vorrichtung nach Fig. 2 nutzt zur übers tragung des Gewichts der Rohrleitung 2 auf die Tragkonstruktion 1 die gleichen Elemente 3 bis 11 wie die Vorrichtung nach Fig. 1. Bei dieser Ausführung der Vorrichtung wird der Dämpfertopf zur Aufnahme des Dämpfungsmediums 13 jedoch mit dem Federteller 9 gebildet. Der in das Dämpfungsmedium 13 getauchte Dämpferstempel 14 ist dann mit einem Gehäusedeckel 15 verbunden, wobei diese Verbindung lösbar oder unlösbar sein kann.
• Bei der Vorrichtung nach Fig. 3 ist eine wegproportionale Stützkraft zu übertragen. Dabei wird das Gewicht der Rohrleitung 2 über Gleitlager 16 auf einen mit Hilfe einer Spindel 17 höhenverstellbaren Auflageteller 18 aufgebracht und weiter bis zum Federteller 9 übertragen. Der Federteller 9 stützt sich wiederum auf einer Schraubendruckfeder 10 ab und kann durch geeignete Einrichtungen stufenlos oder gestuft auf eine geforderte Tragkraft voreingestellt und blockiert werden. Der Dämpfungsteil der Vorrichtung wird wiederum von dem in das Dämpfungsmedium 13 getauchten Dämpferstempel 14 gebildet. Das Gehäuse 11 der Vorrichtung dient gleichzeitig als Dämpfertopf zur Aufnahme des Dämpfungsmediums 13.
• Die Vorrichtung mit fast wegunabhängiger Tragkraft infolge eines geeigneten Hebel systems nach Fig. 4 trägt das Gewicht der Rohrleitung 1 durch das Momentengleichgewicht am Hebel 19 zur Haltefeder 10. Die gesamte Vorrichtung wird dann mit der Tragkonstruktion 1 verbunden. Der Dämpfungsteil der Vorrichtung ist an dem bewegten Teil des Konstanthängers, der durch den Hebel 19 gegeben ist, angebracht. Teile des Hebels 19 können dabei als Dämpfertopf zur Aufnahme des Dämpfungsmediums 13, in das der Dämpferstempel 14 getaucht ist, ausgeführt werden.
• Die Vorrichtung nach Fig. 5 mit über den Weg nahezu gleichbleibender Tragkraft infolge von an den Tragfedern 10 direkt oder über Kurvenscheiben angreifenden Korrekturfedern 20 verbindet wiederum die Rohrleitung 1 mit der Tragkonstruktion 2. Der Dämpfungsteil kann hierbei z. B. dergestalt ausgeführt werden, daß der Dämpferstempel 14 mit dem Federteller 9 lösbar oder unlösbar verbunden wird und das Dämpfergehäuse zur Verfüllung des Dämpfungsmediums 13 ein Teil des Gehäuses ist.
• Für große Rohrleitungssysteme, wie sie z. B. in Kraftwerken und chemischen Anlagen vorkommen, werden zur Zeit nur geringe Dämpfungen von ungefähr 2 % angesetzt.
• In den schwach gedämpften Schwingungssystemen treten große Rohrleitungsausschläge aus Resonanzen bei Betriebsschwingungen oder resonanzartigem Aufschaukeln im Störfall auf.
• Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die Gesamtdämpfung des Systems auf Werte von 15 % und mehr erhöht werden. Dieses gilt nicht allein für die vertikale Wirkrichtung der Aufhängung, sondern aufgrund der Kupplung der Bewegungsfreiheitsgrade des Rohrleitungssystems auch für alle anderen Richtungen.
• Bei der Verwendung der neuen Vorrichtung mit wegabhängiger oder nahezu wegunabhängiger Tragkraft und zusätzlicher Dämpfungskraft ergibt sich der hohe wirtschaftliche Nutzen aus der Tatsache, daß an den mit derartigen Tragkraft-Dämpfungskraft-Elementen aufgehängten Rohrleitungssystemen die Auslenkungen aus Betriebs- und Störfallschwingungen stark reduziert werden und die Rohrleitung daraufhin mit geringerem Materialeinsatz und sicherer dimensioniert werden kann.

Claims (9)

1. Patentansprüche Vorrichtung zur abgefederten Halterung von Rohrleitungen u. dgl. mittels Schraubendruckfedern, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zwecks Dämpfung unzulässiger Rohrleitungsschwingungen zur Erzeugung einer geschwindigkeitsproportionalen Dämpfungskraft ein in ein in einem Dämpfertopf befindliches Dämpfungsmedium (13) getauchter Dämpferstempel (14) vorgesehen ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß Dämpfungsmedium (13) und Dämpferstempel (14) mit einer zur Trag- bzw. Stützkraftübertragung dienenden Schraubenfeder (10) im gleichen Gehäuse (11) angeordnet sind.
3. 3. Vorrichtung 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 der Dämpfertopf Teil des Gehäuses (11) ist.
4. 4. Vorrichtung 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 8 daß der Dämpferstempel (14) Teil des Gehäuses (11) ist.
5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß Dämpfertopf und Dämpferstempel (14) mit dem Gehäuse verbunden sind.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Schraubendruckfeder (10) zwischen einem Boden des Gehäuses (11) und einem im Gehäuse bewegbaren Federteller (9) angeordnet ist.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Dämpferstempel (14) mit dem Federteller (9) verbunden ist.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Dämpferstempel (14) mit einem Deckel (15) des Gehäuses (11) verbunden ist.
9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Dämpfungsmedien (13) aus Bitumina oder aus Silikonöl bestehen.