DE3236456C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Dämpfungsträger gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein derartiger Dämpfungsträger wird in der französischen Patentschrift 15 48 501 beschrieben. Er besteht aus einer ortsfesten Bodenplatte mit einer planen Fläche, auf der ein planes Verschiebeelement aus plastischem, gleitfähigem Werkstoff angeordnet ist. Eine Rohrleitung ist über eine Trägereinrichtung auf dem Verschiebeelement befestigt. Die Bodenplatte weist seitlich hochgezogene Ränder auf, die zur Führung des Verschiebeelements dienen. Reaktivbewegungen zwischen Verschiebeelement und Bodenplatte werden durch mechanische Reibung gedämpft.

Zur Schwingungsdämpfung von Rohrleitungen sind weiterhin allgemein üblich:
(1) Federn enthaltende schwingungsfeste Vorrichtungen (2) hydraulische schwingungsfeste Vorrichtungen (zum Beispiel Öldämpfer). Die Federn enthaltenden schwingungsfesten Vorrichtungen (1) der vorgenannten Art haben insoweit Vorteile als ihr Aufbau relativ einfach ist. Die charakteristische Frequenz des gesamten Leitungssystems kann leicht verändert werden, um eine von der Länge oder ähnlichen Quellen herrührende Resonanzfrequenz zu vermeiden. Nachteile bestehen insoweit, als die Ausdehnung der Leitung infolge thermischer Ausdehnung unzureichend beherrscht wird. Eine weitere Beschränkung bei Systemen mit großer Kapazität hat ihre Ursache in der Herstellung der Federn oder ähnlichem. Die obengenannte hydraulische schwingungssichere Vorrichtung (2) hat die folgenden Vorteile: Dadurch, daß die Resonanzfrequenz wirkungsvoll verringert werden kann, kann die Vorrichtung der Ausdehnung der Leitungen ohne Beschränkung folgen und Systeme mit großer Kapazität können relativ frei gestaltet werden. Die Vorrichtung ist aber hinsichtlich ihrer Wirkung gegenüber der Amplitude von kleinen Schwingungen oder Schwingungen hoher Frequenz nachteilig, wodurch Verschlüsse immer einem inneren Druck ausgesetzt sind und leicht Schaden nehmen.

In der japanischen Patentschrift Nr. 51-47 903 der Firma Hitachi Ltd. wird eine Technik beschrieben, bei der die Schwingung der Leitung in Bewegung von wärmebeständigen Partikelchen wie Sand durch ein bewegliches Teil umgesetzt wird und so Schwingungen in radialer und axialer Richtung der Leitungen durch Reibung zwischen diesen wärmebeständigen Partikelchen verhindert werden. Mit dieser herkömmlichen Technik ist es möglich, multidirektionale Schwingungen zu verhindern und damit eine wärmebeständige schwingungssichere Vorrichtung geringer Größe für Leitungen zu erzeugen. Hinsichtlich der Absorption von Schwingungen ist diese herkömmliche Vorrichtung ungünstig, da die Reibung zwischen den Partikelchen ausgenutzt wird. Insbesondere hinsichtlich feiner Schwingungen ist der Absorptionsfaktor gering, womit es zu Resonanzphänomenen kommen kann. Auch bei großen Schwingungen kann es infolge der großen Reibung unerwünschterweise zu Schocks kommen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Dämpfungsträger der eingangs genannten Art bereitzustellen, der Schwingungen unabhängig von ihrer Stärke weich dämpfen kann und dabei keinen unangemessenen inneren Druck erzeugt.

Diese Aufgabe wird bei einem Dämpfungsträger der eingangs genannten Art gemäß dem kennzeichnenden Teil des 1. Patentanspruches gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Der Dämpfungsträger hat die folgenden vorteilhaften Wirkungen:

• (1) Das vorliegende System ist einfach im Aufbau und kann deswegen mit weniger Kosten hergestellt werden, wobei es trotz des einfachen Aufbaus ausgezeichnete Dämpfungseigenschaften aufweist.
• (2) Das vorliegende System wirkt nicht nur in eine Richtung, die einer besonderen Bewegungsrichtung entspricht, weswegen die Gestaltung der Leitungsträgervorrichtung frei ist.
• (3) Unabhängig von ihrer Geschwindigkeit und ihrer Amplitude werden auf das System übertragene Schwingungen weich gedämpft. Je größer die Geschwindigkeit ist, desto größer ist der erzeugte Widerstand, wobei eine Auslenkung sofort unterbunden wird. Da insbesondere auch feine Schwingungen früh absorbiert werden, sogar wenn diese Schwingungen (Resonanzschwingungen) sind, die der charakteristischen Frequenz entsprechen, kann die davon ausgehende Wirkung vermindert werden.
• (4) Da sich der Druck in dem viskosen Fluid nicht erhöht, sogar wenn in dem viskosen Fluid Widerstand hervorgerufen wird, braucht keine Verschlußvorrichtung, wie sie bei konventionellen Öldämpfern notwendig ist, vorgesehen werden. Damit kann auch keine Beeinträchtigung der Funktion aus einer Beschädigung dieser Vorrichtungen auftreten.
• (5) Eine geringe Veränderung der Ausdehnung der Leitung, die ihre Ursache in der Wärmeausdehnung hat, kann in einem beweglichen Bereich absorbiert werden, womit das System ohne Beschränkung der Ausdehnung der Leitung folgen kann.
• (6) Der Einbau des vorliegenden Systems am Ort der Leitung kann leicht bewerkstelligt werden, ebenso seine horizontale Ausrichtung.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden beispielsweise und anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Explosionsdarstellung einer vorteilhaften Ausgestaltung eines Dämpfungsträgers für ein Leitungssystem gemäß der Erfindung, und

Fig. 2 einen Längsschnitt eines wesentlichen Teiles der Vorrichtung in axialer Richtung der Leitung gesehen.

Gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Figuren bezeichnen die gleichen Elemente. Eine ortsfeste Bodenplatte 1 besteht aus einer festen flachen Platte 11 und einem zylindrischen Element 12, das auf dem zentralen Teil dieser festen Bodenplatte ausladend befestigt ist. Die Oberfläche dieser festen flachen Platte 11 und die innere Wandfläche zylindrischen Elements 12 bilden eine Ausnehmung 1A. Das Bezugszeichen 13 bezeichnet Befestigungsöffnungen. Die ortsfeste Bodenplatte 1 wird dadurch befestigt, daß man Befestigungsbolzen durch ein Gehäusebett B in diese Befestigungsöffnung 13 einführt und über Befestigungsmuttern festzieht oder, daß man direkt die ortsfeste Grundplatte mit dem Gehäusebett B verschweißt ohne dabei Befestigungslöcher 13 vorzusehen.

Ein Verschiebeelement 2 besteht aus einem unteren Teil 21, nämlich einem scheibenförmigen zylindrischen Element mit einem großen Durchmesser und einem oberen Teil 22 mit kleinem Durchmesser. Das Bezugszeichen 23 bezeichnet Bolzenlöcher, die in den oberen Teil 22 des Verschiebeelementes angeordnet sind.

Das Bezugszeichen 3 bezeichnet eine Trägereinrichtung mit vertikalen Wandplatten 32, 33 und einer zentralen Verbindungsplatte 34, die auf der Oberfläche einer ebenen Platte 31 zusammen angeordnet sind. Die ebene Platte 31 ist im wesentlichen quadratisch und entspricht etwa der Größe des unteren Teils 21 des Verschiebeelements. Die senkrechten Wandplatten 32, 33 haben Ausnehmungen, die kreisförmig ausgebildet sind und auf denen über Befestigungsmittel, wie z. B. durch Schweißen, eine Leitung P befestigt wird. Das Bezugszeichen 35 bezeichnet Bolzenlöcher, die in der ebenen Platte 31 eingebracht sind und die entsprechend den Bolzenlöchern 23 dieser beweglichen Scheibe angeordnet sind.

Die ortsfeste Grundplatte 1, das Verschiebeelement 2 und die Trägereinrichtung 3 werden im allgemeinen aus Stahl hergestellt, jedoch sind auch andere Materialien mit einer Stahl entsprechenden Zähigkeit anwendbar. Üblicherweise wird die ortsfeste Bodenplatte 1 und das Verschiebeelement 2 über Schweißen verbunden, sie können jedoch auch vollständig aus Guß bestehen.

Die Hauptelemente der vorliegenden Erfindung bestehen aus der Anordnung und der Ausgestaltung der ortsfesten Bodenplatte 1 und dem Verschiebeelement 2, die im Detail in der Fig. 2 dargestellt sind. Abstandhalter 4 sind auf der unteren planen Fläche des Verschiebeelements 2 angeordnet. Die Abstandhalter dienen dabei als abstandhaltende Elemente, die die untere plane Fläche des Verschiebeelementes 2 in einem vorgegebenen Abstand zur Grundfläche der Ausnehmung 1A auf der ortsfesten Bodenplatte 1 halten.

Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Abstandhalter 4 in einer Zahl (mindestens 3, normalerweise 4), die ein selbständiges Stehen des Verschiebelementes 2 erlauben, in dem Verschiebeelement 2 so eingebettet, daß sie aus der unteren Außenfläche hervorragen. Die Abstandhalter bestehen aus einem Material (normalerweise Metall, bevorzugt jedoch hochfestes Messing), das nicht verschlissen werden kann, wenn die Abstandhalter in Gleitkontakt mit der Oberfläche der festen flachen Platte 11 kommen, wobei sie aus der unteren planen Fläche des Verschiebeelementes ca. 0,5 bis 1,0 mm hervorragen. Der Außendurchmesser d des unteren Teiles 21 des Verschiebeelementes ist kleiner als der Innendurchmesser D des zylindrischen Elementes 12 der ortsfesten Bodenplatte, wobei beide Elemente 21 und 12 infolge des Unterschiedes zwischen diesen Durchmessern einen Fugenteil bilden. Die Durchmesser d und D werden entsprechend bemessen.

Durch Anordnung des Verschiebeelementes 2 innerhalb des zylindrischen Elementes 12 auf der ortsfesten Bodenplatte 1 wird eine Spalte 5 in Abhängigkeit vom Überstand der Abstandhalter 4 zwischen der unteren planen Fläche des Verschiebeelementes 2 und der Oberfläche der festen flachen Platte 11 erzeugt. Zwischen den Seiten des Verschiebeelementes 2 und der Innenseite des zylindrischen Elementes 12 der ortsfesten Bodenplatte 1 wird durch die unterschiedlichen Durchmesser in horizontaler Richtung über die gesamte Fläche ein Bewegungsbereich bestimmt.

Das Bezugszeichen 6 bezeichnet ein viskoses Fluid, das bis zur Schulterhöhe des unteren Teiles 21 des Verschiebeelementes in das zylindrische Element 12 eingefüllt wird, wobei das viskose Fluid sich in den Spaltenbereich 5 ergießt. Das verwendete viskose Fluid 6 kann neben normalem viskosem Material auch aus viskosem Material von hoher Viskosität (z. B. hochmolekularem viskosem Material wie Polyisobutylen, Polypropylen, Polybuten, Dimethylpolysiloxan oder Asphalt etc.) bestehen, um damit die später beschriebene Dämpfungswirkung zu erhöhen.

Das Bezugszeichen 7 bezeichnet eine balgartige, staubdichte Abdeckung, die über das zylindrische Element 12 und dem oberen Teil 22 des Verschiebeelementes 2 angeordnet ist, um das Eindringen von Staub oder ähnlichem von außen in das viskose Fluid 6 zu verhindern.

Das Bezugszeichen 8 bezeichnet Befestigungsmittel für die ortsfeste Bodenplatte 1, wobei 81 einen Befestigungsbolzen und 82 eine Mutter bezeichnen. In der Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 9 einen Bolzen, der über ein Gewinde in ein Bolzenloch 35 der Trägereinrichtung 3 und in ein Bolzenloch 23 im oberen Teil 22 des Verschiebeelementes 2 eingreift, um das Verschiebeelement 2 mit der Trägereinrichtung 3 zu verbinden.

Die Trägereinrichtung S für das Leitungssystem wird in der nachfolgend beschriebenen Weise zusammengesetzt und eingebaut und die Leitung P darauf befestigt.

Eine vorbestimmte Menge von viskosem Fluid 6 wird in das zylindrische Element 12 auf der ortsfesten Bodenplatte 1 eingefüllt und dann das Verschiebeelement 2 mit den Abstandhaltern 4 in das zylindrische Element 12 gebracht und langsam in das viskose Fluid 6 abgesenkt. Das viskose Fluid wird dabei in ausreichender Menge dem Spaltenbereich 5 zugeführt, so daß keine Blasen oder ähnliches sich darin ausbilden können, so daß das Verschiebeelement 2 auf der festen flachen Platte 11 aufsitzt.

Danach wird eine staubfeste Abdeckung 7 zwischen dem oberen Teil 22 des Verschiebeelementes und dem zylindrischen Element angeordnet, und danach wird die Trägereinrichtung 3 auf dem Verschiebeelement 2 vollständig über die Bolzen 9 und den mit 23 und 35 bezeichneten Bolzenlöchern befestigt.

Der so zusmmengebaute Leitungsträgerteil S wird auf dem Gehäusebett B (oder Fundament) entsprechend der Lage der Leitung angeordnet, und über das Befestigungsloch 13 der ortsfesten Bodenplatte 1 wird der im Gehäusebett B angeordnete Befestigungsbolzen 81 eingeführt und dann die Mutter 82 festgezogen. Dann wird die Leitung P auf die Trägereinrichtung 3 der Leitungsstütze S angeordnet und dann die senkrechte Wandplatten 32, 33 und die Leitung P befestigt.

Der vorstehend beschriebene Einbau kann leicht durchgeführt werden und hat die folgenden Vorteile: Sogar wenn beim Einbau das Gehäusebett und die Leitung P zueinander geringfügig verschoben sind, wird eine derartige Relativverschiebung im Rahmen des Bewegungsbereiches zwischen dem unteren Teil 21 des Verschiebeelementes und dem zylindrischen Element 12 der festen Bodenplatte ausgeglichen und so eine leichte Einstellung ermöglicht. Beim Zusammenbau und Einbau der Leitungsträgereinrichtung S kann auch so vorgegangen werden, daß zunächst die ortsfeste Bodenplatte 1 auf dem Gehäusebett B über die Befestigungsbolzen 81 befestigt wird und dann sukzessive das Verschiebelement 2 und die Trägereinrichtung 3 auf der ortsfesten Bodenplatte 1 befestigt werden.

Im folgenden wird die Wirkung einer Auslenkung (Schwingung oder Bewegung) der Leitung P auf die vorher beschriebene Leitungsträgervorrichtung S beschrieben.

Unter der Annahme, daß die Leitung P über eine Kraft in Richtung A (Fig. 2) ausgelenkt wird, wird sowohl die Trägereinrichtung 3 als auch das Verschiebeelement 2, die mit der Leitung P verbunden sind, in Richtung A bewegt, da sie über die Abstandhalter 4 auf der ortsfesten Bodenplatte 1 gleitend aufsitzen. Das bedeutet, das Verschiebeelement 2 und die ortsfeste Bodenplatte 1 werden relativ zueinander mit der Geschwindigkeit v verschoben. Da jedoch der Spaltenbereich 5 zwischen der unteren planen Fläche des Verschiebeelementes 2 und der Oberfläche der festen flachen Platte 11 mit viskosem Fluid 6 aufgefüllt ist, wird ein viskoser Scherwiderstand ausgeübt. Daraus folgt: Die Widerstandskraft F durch den viskosen Scherwiderstand ist allgemein proportional dem Koeffizienten der Viskosität µ des viskosen Materials, der Fläche S der zwei Oberflächen, die die Relativbewegung durch das viskose Material bewirken und der relativen Geschwindigkeit v zueinander und umgekehrt proportional der Spalthöhe h zwischen den zwei Oberflächen. Deswegen wirkt die Widerstandskraft so, daß sie die Bewegung des Verschiebeelementes 2 zu stoppen sucht und damit die Leitung P entsprechend den verschiedenen Ausführungen der unteren planen Fläche des Verschiebeelementes 2 und der Oberfläche der festen flachen Platte 11 dämpft. Daraus folgt: Wenn man den Spalt 5 extrem eng macht und die Fläche zwischen den beiden planen Flächen so ausgestaltet, daß der untere Teil 21 des Verschiebeelementes so groß wie möglich ist, nimmt die Widerstandskraft F im Verhältnis zur Geschwindigkeit zu, wodurch wiederum das Verschiebeelement 2 und die damit verbundene Leitung P im Bewegungsfall sofort gestoppt wird.

Dieses Verhalten wird noch wirkungsvoller, wenn man ein hochmolekulares viskoses Material von hoher Viskosität verwendet, z. B. viskoses Fluid 6. Dieses vikose Material hat eine Nicht-Newtonsche-Flußcharakteristik, was einer simultativen plastischen Flußcharakteristik entspricht (darunter versteht man ein Phänomen, bei dem die Zunahme der Geschwindigkeit des Fluids ein Wechsel von hoher Viskosität zu niederer Viskosität zur Bewirkung eines leichteren Flusses stattfindet und der Grad der Zunahme der Widerstandskraft abnimmt. Die Widerstandsgeschwindigkeit ist ungefähr proportional dem halben Quadrat der Geschwindigkeit). Das Auftreten der Widerstandskraft ist konstant unabhängig von der Amplitude der Auslenkung und der Frequenz, wenn die Geschwindigkeit die gleiche ist.

Bei gleicher Geschwindigkeit zeigt diese Widerstandskraft einen Anstieg entsprechend einer Rechteckwelle, weswegen sie gegenüber Schwingungen außerordentlich sensitiv ist und damit eine ausgezeichnete und schnelle Reaktion bewirkt.

Als Folge davon wird die Bewegung der Leitung P schnell gedämpft, und keine Wirkungen, die sich nachteilig auf die Einzelelemente der Trägereinrichtung auswirken könnten, treten auf.

Ist beispielsweise der Außendurchmesser d des Verschiebeelementes 2320 mm, der innere Durchmesser D des Elementes 12 450 mm und die senkrechte Reaktionskraft auf den Träger S 2 t, so ist es mit der dargestellten Ausführungsform möglich, z. B. einen Dämpfungskoeffizienten C mit 326 kg × sec/cm zu erreichen.

Bei der Erfindung sind Abweichungen von dem dargestellten Ausführungsbeispiel möglich.

Zum Beispiel kann anstelle der zylindrischen Form des Elementes 12 bei der vorliegenden Ausführungsform auch eine quadratische Form verwendet werden. In diesem Fall muß das Verschiebeelement 2 innerhalb dieser quadratischen Seitenwände frei bewegbar sein und dabei einen Bewegungsraum zur Verfügung haben. Weiterhin kann das Verschiebeelement auch quadratisch ausgebildet sein. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Bewegung des Verschiebeelementes 2 in horizontaler Richtung in jeder Richtung möglich, diese Bewegung kann aber auch auf eine Bewegungsrichtung beschränkt sein.

Beim vorstehenden Ausführungsbeispiel besteht das Verschiebeelement 2 aus der unteren Teilscheibe 21 mit großem Durchmesser und der oberen Teilscheibe 22 mit kleinem Durchmesser, und zwar deswegen, weil man den oberen Teil des Trägers so leicht als möglich machen will und damit man die staubdichte Abdeckung 7 leicht montieren kann. Das Verschiebeelement kann aber auch aus Einzelscheiben gleichen Durchmessers zusammengesetzt sein.

Wenn die Leitung P eine Wärme- oder Kälteleitung ist (z. B. eine Leitung zum Transport flüssigen Naturgases, eine Dampfleitung etc.), kann zwischen dem Verschiebeelement 2 und der Trägereinrichtung 3 eine Wärmeisolierplatte angeordnet sein. Sie verhindert, daß die Charakteristika des viskosen Fluids 6 dadurch beeinträchtigt werden, daß Wärme aus der Leitung P abfließt oder auf die Leitung übertragen wird. Gestaltet man weiterhin diese wärmeisolierende Platte aus elastischem Material oder verwendet man anstelle der wärmeisolierenden Platte eine Gummiplatte, so kann man noch Torsionsauslenkungen oder senkrechte Schwingungen der Leitung P wegdämpfen.

Claims (7)

1. Dämpfungsträger mit einer ortsfesten Bodenplatte (1), einem auf der Bodenplatte (1) auf einer planen Fläche verschieblich geführten, planen Verschiebeelement (2) und einer mit dem Verschiebeelement (2) verbundenen Trägereinrichtung (3) zur Aufnahme der zu dämpfenden Elemente (P), insbesondere Rohrleitungen, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschiebeelement (2) in einer Ausnehmung (1A) auf der Bodenplatte (1) in einem durch Abstandselemente (4) vorgegebenen, einen engen Spalt (5) bildenden Abstand zur planen Fläche angeordnet ist und die Ausnehmung (1A) den Spalt (5) füllendes viskoses Material (6) aufweist, wobei der Abstand im Spalt (5) und die Viskosität des Materials derart gewählt ist, daß die Scherwiderstandskraft des viskosen Materials im Spalt (5) die horizontale Relativbewegung zwischen Verschiebeelement (2) und Bodenplatte (1) dämpft.

2. Dämpfungsträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschiebeelement (2) ein scheibenförmiges Element (21) aufweist, das in der zylindrisch ausgebildeten Ausnehmung (1A) angeordnet ist.

3. Dämpfungsträger nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandselemente (4) auf dem planen Verschiebeelement (2) angeordnet sind.

4. Dämpfungsträger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandselemente (4) aus hochfestem Messing bestehen.

5. Dämpfungsträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das viskose Material (6) ein viskoses Fluid mit hoher Viskosität ist.

6. Dämpfungsträger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägereinrichtung (3) auf dem Verschiebeelement (2) über ein wärmeisolierendes Material isoliert angeordnet ist.

7. Dämpfungsträger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeisolierende Material aus einer Platte aus elastischem Dämpfungsmaterial besteht.