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Rohrleitung
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Die Erfindung betrifft eine Rohrleitung mit wenigstens zwei aneinandergereihten
und durch eine Rund-Schweißnaht miteinander verbundenen Rohrteilen.
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Beim Einsatz einer Rohrleitung dieser Art für den Transport eines
Mediums unter hohem Druck und mit hoher Temperatur können an der Schweißnaht bzw.
im Schweißnahtbereich Risse auftreten, die zu einem vollständigen Abreißen der Rohre
führen. Dies-trifft hauptsachlich dann zu, wenn die beiden zur Rohrleitung verschweißten
Rohrteile aus verschiedenen Werkstoffen, z. B. verschiedenen Stahlsorten, bestehen.
Das bei Rohrbrüchen austretende Medium übt erhebliche Kräfte auf die Rohrleitung
aus, die zu einem Ausschlagen der Rohrleitung und somit zu einer Gefährdung benachbarter
Bauteile führen können.
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Bei hochenergetischen Rohrleitungen, die in Kernreaktoranlagen eingesetzt
werden, ist bekannt, die Rohrleitung mit einer Fangvorrichtung zu versehen. Diese
Fangvorrichtung
begrenzt den Ausschlag der Rohrleitung im Falle
eines Rohrbruches und leitet die beim Austreten des Mediums auftretenden Kräfte
in das Bauwerk oder in ein Fundament ab. Nachteilig ist hierbei, daß die Fangvorrichtung
sowie deren Befestigung erheblichen Belastungen ausgesetzt sind und daher entsprechend
stabil ausgeführt sein müssen. Ein wesentlicher weiterer Nachteil ist jedoch darin
zu sehen, daß die bekannte Fangvorrichtung erst dann wirksam wird, wenn im Falle
eines Bruches die Rohrleitung bereits beschleunigt wurde.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Rohrleitung der
eingangs genannten Art anzugeben, deren Schweißnaht bzw. Schweißnahtbereich auf
einfache und daher kostengünstige Weise gegen die Auswirkungen von Rohrbrüchen weitgehend
geschützt ist wobei eine leichte Zugänglichkeit der Schweißnaht zu Prüfzwecken gegeben
sein soll.
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Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß die Schweißnaht
bzw. der Schweißnahtbereich mit in Längsrichtung der Rohrleitung verlaufenden Zugankern
überbrückt ist, die jeweils vor und nach der Schweißnaht an jeweils einem der Rohrteile
lösbar festgelegt sind.
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Durch die Zuganker wird zunächst einmal der Schweißnahtbereich bezüglich
der in Längsrichtung der Rohrleitung wirkenden Kräfte entlastet, so daß die Gefahr
von Rohrbrüchen oder Rohrrissen vermindert ist. Darüber hinaus steht weiter der
Vorteil, daß, wenn dennoch ein Rohrriß oder Rohrbruch auftreten sollte, durch die
Zuganker keine nennenswerte Bruchöffnung und damit nur kleine Strahl-Reaktionskräfte
entstehen können. Weiterhin wird ein Ausschlagen der Rohrteile verhindert, da die
aus dem Medium entstehenden Reaktionskräfte nach wie vor in einem inneren Gleichgewicht
gehalten sind. Es wirken daher keine zusätzlichen Kräfte auf die Halte-
rungen
der Rohrleitung, besondere Fangvorrichtung erübrigen sich. Auch wird durch die Zuganker
die Ausbildung einer Bruchöffnung mit dem vollen Querschnitt der Rohrleitung verhindert,
so daR die beim Bruch auftretende Reaktionskraft höchstens ein Wert erreichen kann,
der durch den Innendruck multipliziert mit der lichten Querschnittsfläche des Rohres
gegeben ist. Eine dynamische Überhöhung der Reaktionskräfte tritt hierbei praktisch
nicht auf. Schließlich kann durch die lösbare Festlegung der Zuganker an den Rohrteilen
der Schweißnahtbereich zu Prüfzwecken sehr leicht freigelegt werden.
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Eine Weiterbildung der Erfindung kann darin bestehen, daß die Zuganker
gleichmäßig am Umfang der Rohrleitung verteilt und mit Abstand zur Rohrleitung angeordnet
sind. Hierbei weisen die Zuganker untereinander vorteilhaft gleichen wirksamen Querschnitt
auf.
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Ein besonders einfacher Aufbau ergibt sich dann, wenn vorteilhaft
die Zuganker aus Schrauben bestehen, die durch Flansche an den Rohrteilen festgelegt
sind. Die Flansche können hierbei mit der Rohrleitung verschweißt sein, besonders
empfehlenswert ist es jedoch, die Flansche als lose Flansche auszubilden, die sich
an peripheren Vorsprüngen oder Wülsten der Rohrleitung abstützen.
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Um das Aufbringen der Flansche und deren Austausch zu vereinfachen,
empfiehlt es sich, die Flansche jeweils aus mehreren Segmenten zusammenzusetzen
und vorzugsweise durch auf den Schrauben angeordnete Muttern zu verbinden.
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Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist darin zu
sehen, daß die Zuganker mit einer Vorspannung
versehen sind. Hierdurch
wird eine besonders gute Entlastung der Schweißnaht bzw. des Schweißnahtbereichs
erzielt und der Ausbildung von Rohrbrüchen oder Rohrrissen verstärkt entgegengewirkt.
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Da eine Gefährdung des Schweißnahtbereichs meist nur unter Betriebsbedingungen
gegeben ist, empfiehlt es sich in vielen Fällen, daß die Zuganker aus einem solchen
Werkstoff bestehen, und/oder eine solche wirksame Länge aufweisen, daß sich bei
Betriebstemperatur der Rohrleitung die gewünschte Vorspannung infolge von thermischen
Ausdehungsdifferenzen zwischen Zuganker und überbrückten Rohrbereich selbsttätig
einstellt.
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Für eine zumindest ausreichende Sicherung des Schweißnahtbereiches
ist vorteilhaft die Summe der wirksamen Zuganker-Querschnitte für die Aufnahme der
in der Rohrleitung in Längsrichtung auftretenden Kräfte, vorzugsweise des 1,5-fachen
dieser Kräfte, ausgelegt.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der folgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den schematischen Zeichnungen
hervor.
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Hierbei zeigen: Fig. 1 den Verbindungsbereich zweier Rohrteile einer
Rohrleitung im vertikalen Längsschnitt, Fig. 2 eine Ausführungsvariante des Gegenstands
der Fig. 1 im vertikalen Längsschnitt, wobei nur eine Hälfte der Rohrleitung dargestellt
ist, Fig. 3 die Ansicht eines Flansches, der aus mehreren Segmenten zusammengesetzt
ist, Fig. 4 einen Schnitt durch den Gegenstand der Fig. 3 gemäß der Schnittlinie
IV-IV und Fig. 5 den vertikalen Längsschnitt einer Rohrleitung mit geteiltem Flansch
entsprechend dem Gegen-
stand der Fig. 3.
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Gemäß Fig. 1 setzt sich die Rohrleitung 10 aus einem Rohrteil 12 und
einem weiteren Rohrteil 14 zusammen. Die Rohrteile 12 und 14 fluchten miteinander
und sind durch eine Rund-Schweißnaht 16 miteinander verbunden. Da die Rohrteile
12 und 14 aus unterschiedlichen Stahlsorten bestehen, wird die Schweißnaht 16 bzw.
der Schweißnaht-Bereich 18, der sich unmittelbar an die Schweißnaht 16 anschließt,
als besonders bruch- oder rißanfällig angesehen. Dies trifft insbesondere dann zu,
wenn die Rohrleitung 12 für den Transport eines Mediums mit hohem Druck und hoher
Temperatur eingesetzt wird, wie z. B.
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für den Frischdampftransport in Kernreaktoranlagen. ' Die Schweißnaht
16 bzw. der Bereich 18 ist daher mit einer Bruchsicherung versehen. Diese besteht
aus Zugankern 20 in Form von Schrauben 22, welche die Schweißnaht 16 bzw.
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den Bereich 18 überbrücken und an dem Rohrteil 12 sowie an dem weiteren
Rohrteil 14 lösbar festgelegt sind. Die Schrauben 22 sind vorzugsweise als Dehnschrauben
ausgebildet.
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Es ist eine Vielzahl von Zugankern 20 vorgesehen, die in Längsrichtung
der Rohrleitung 12 verlaufen, mit Abstand zu dieser angeordnet und gleichmäßig am
Umfang der Rohrleitung 12 verteilt vorgesehen sind. Das eine Ende jedes Zugankers
20 ist am Rohrteil 12, das andere Ende am Rohrteil 14 der Rohrleitung 10 festgelegt.
Hierzu sind lose Flansche 24, 26 vorgesehen, die im oberen Bereich der Fig. 1 geschnitten,
im unteren Bereich dagegen in Ansicht dargestellt sind. Die Flansche 24, 26 sind
auf der Rohrleitung 10 geführt und stützen sich in axialer Richtung an Wülsten 28,
30 ab. Diese springen aus der Peripherie der Rohrleitung 10 hervor und haben jeweils
einen trapeiförmigen Querschnitt. An den Berührungsstellen der Flansche 24, 26 mit
den Wülsten 28, 30
weisen die Flansche jeweils eine Abschrägung
32 auf, die auf das Profil der Wülste abgestimmt ist. Der Abstand zwischen den Wülsten
28 und 30 ist so gewählt, daß die Schweißnaht 16 bzw. der Bereich 18 mit den für
die tÇberprüfung der Schweißnaht erforderlichen Geräten zugEnglich ist.
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Wie weiter aus Fig. 1 zu ersehen ist, sind die Flansche 24 und 26
durch die Schrauben 22 welche in Bohrungen durch den Flansch geführt sind, gegeneinander
verspannt.
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Hierdurch ist die Schweißnaht 16 bzw. der Bereich 18 entlastet, so
daß die Gefahr eines Rohrrisses oder Rohrbruches vermindert ist. Sollte dennoch
ein Bruch oder Riß der Schweißnaht 16 oder des Bereichs 18 auftreten, so werden
die Rohrteile 12 und 14 durch die Zuganker 20 in einer Linie gehalten, so daß die
Gefahr eines Rohrausschlages nicht besteht. Darüber hinaus wird durch die Zuganker
die Ausbildung eines weit klaffenden Risses oder Spaltes im Bruchfalle vermieden,
der Austritt des Mediums aus dem Rohr eingeschränkt bei gleichzeitiger Begrenzung
der hierbei auftretenden Reaktionskräfte. Für eine ausreichende Absicherung genügt
es, wenn die Summe der wirksamen Zuganker-Querschnitte für die Aufnahme der in der
Rohrleitung während des Betriebs in Längsrichtung auftretenden Kräfte ausgelegt
ist. Eine besonders hohe Sicherheit wird erreicht, wenn die Zuganker für die Aufnahme
des 1,5-fachen der Rohrkräfte ausgelegt sind.
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Zur Verhinderung von Brüchen oder Rissen ist es von besonderer Bedeutung,
daß die beiden Flansche 24 und 26 gegeneinander verspannt sind. Dies geschieht durch
eine Vorspannung, die auf die Zuganker 20 aufgebracht wird.
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Hierbei kann so vorgegangen werden, daß die Schrauben 22 bei Umgebungstemperatur
der Rohrleitung 12 durch Anziehen der Muttern, z. B. mit Hilfe eines Drehmomentensehlüssels,
vorgespannt werden.
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Da jedoch eine Absicherung der Schweißnaht 16 bzw. des Bereiches 18
nur während des Betriebs erforderlich ist, kann das thermische Ausdehnungsverhalten
von Rohrleitung und Zuganker 20 zur Ausbildung der Vorspannung herangezogen werden.
Hierzu müssen die Zuganker 20 aus einem Werkstoff bestehen, dessen thermische Längenausdehnung
gegenüber der Rohrleitung 10 so ist, daß sich während des Betriebs die gewünschte
Vorspannung in den Zugankern 20 temperaturbedingt einstellt. Obwohl die Rohrleitung
10 samt der Zuganker 20 sich innerhalb einer in Fig. 1 nicht dargestellten Wärmeisolierung
befinden, muß hierbei beachtet werden, daß die Temperatur der Zuganker 20 infolge
des sich nach außen einstellenden Temperaturgefälles geringer ist als die Temperatur
der Rohrleitung 10.
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Sollte sich im vorbesprochenen Falle eine Länge der Zuganker 20 ergeben,
die größer als der axiale Abstand der Flansche 24 und 26 ist, so kann eine Ausführungsform
gemäß Fig. 2 gewählt werden. Hier ist zwischen den Flansch 24 und die Mutter 32
eine steife Hülse 36 eingefügt. Hierdurch ist die wirksame Länge des Zugankers 20
auf einfache Weise vergrößert und eine Anpassung des Ausdehungsverhaltens des Zugankers
20 an das der Rohrleitung 10 bei vorgegebenen axialen Abstand der Flansche 24 und
26 ermöglicht.
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In den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 1 und 2 sind die Flansche
24 und 26 einteilig ausgebildet. Für das Aufbringen dieser Flansche auf die Rohrleitung
ist es in den meisten Fällen günstiger, diese Flansche aus einzelnen ringförmigen
Flansch-Segmenten zusammenzusetzen wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Der Flansch 38
besteht hier aus vier Segmenten 40, 42, 44, 46, die untereinander gleich sind und
jeweils eine solche Größe aufweisen, daß
zwei zusammengesetzte
Segmente die gewünschte Flanschgröße ergeben.
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In Fig. 3 sind die Segmente 40 und 42 durch die Segmente 44 und 46
miteinander verbunden. Die Segmente 44 und 46 sind hierbei von den Segmenten 40
und 42 verdeckt. Die Anordnung ist hierbei so getroffen, daß die Segmente 40 und
42 im Bereich der Trennfuge 48 durch das darunter liegende Segment 44 miteinander
verbunden sind, wogegen die Segmente 40 und 42 im Bereich der Trennfuge 50 durch
das ebenfalls darunter liegende Segment 46 miteinander in Verbindung stehen. Die
Trennfugen 52 und 54 der darunter liegenden Segmente 44 und 46 sind in Fig. 3 gestrichelt
dargestellt. Schließlich sind in Fig. 3 noch die Bohrungen 56 für die Aufnahme der
Zuganker 20 zu erkennen.
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Fig. 4 zeigt einen Schnitt gemäß der Schnittlinie IV-IV durch den
Gegenstand der Fig. 3. Man erkennt hier deutlich die aufeinander liegenden Segmente
42, 44 und 46.
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Zur Verbindung dieser Segmente können in den Figuren nicht dargestellte
Schrauben in den Bereichen zwischen den Bohrungen 56 vorgesehen sein. Einfacher
ist jedoch die in>Fig. 5 dargestellte Verbindungsart.
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Fig. 5 zeigt die Überbrückung von Rohrteilen 12 und 14, wobei die
Zuganker 20 bzw. Dehnschrauben 34 an Flanschen 38 festgelegt sind, die entsprechend
Fig. 3 aufgebaut sind. Zur Verbindung der einzelnen aufeinander liegenden Segmente
40, 44 dienen hier die Zuganker 20 bzw. Dehnschrauben 34. Hierzu ist das Gewinde
der Zuganker 20 jeweils so lang ausgebildet, daß eine Gegenmutter 62 aufgebracht
werden kann, die zwischen sich und der Zuganker-Mutter 61 die Segmente 44, 40 einklemmt
und somit verbindet.
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