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Vorrichtung zum Schutz von Flüssigkeitsleitungen gegen Detonationen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schutz von Flüssigkeitsleitungen, insbesondere
zu und von Hochsicherheitsbereichen führenden Zu- und Abwasserleitungen, gegen Detonationen
und detonationsähnliche Druckstöße.
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Der Schutz von Hochsichereitsbereichen, beispielsweise Kernkraftwerken,
militärischen Befehlszentralen und dergleichen gegen terroristische und militärische
Angriffe bereitet insbesondere bei den Versorgungsleitungen be trächtliche Schwierigkeiten.
Flüssigkeitsleitungen, die zur Ver- und Entsorgung der zu schützenden Bereiche in
der Regel unumgänglich sind, stellen besonders gefährdete Schwachpunkte dar, weil
Druckstöße in Flüssigkeitsleitungen chne starke Absch;ächung weitergeleitet werden
und bei entsprechender Intensität, beispielsweise verursacht durch das Zünden von
Sprengkörpern, Brandsätzen usw., schwere Zerstörungen in den Versorgungseinrichtungen
des zu schützenden Bereichs verursuchen können. Detonationsähnliche Druckwellen
können sclion durch terroristische Brandsätze nach Art von sc.
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Molotow-Cocktails hervorgerufen werden, oder auch einfach durch das
Einleiten und anschließende Zünden von explosiven oder
brennbaren
Flüssigkeiten in Flüssigkeits-Zuleitungen Die vorliegende Erfindung geht von der
Aufgabe aus, eine Vorrichtung zum Schutz von Flüssigkeitsleitungen gegen Detonationen
zu schaffen, die einfach und hochwirksam ist und auch in bereits bestehende Leitungssysteme
leicht eingebaut werden kann.
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Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst mit einer Vorrichtung
der eingangs angegebenen Art, die gekennzeichnet ist durch einen Leitungsabschnitt,
der ein Tragrohr und auf der Innenseite des Rohres eine Dämpfungsschicht mit einer
mit der Flüssigkeit in Kontakt stehenden flüssigkeitsdichten Schicht aus weichem
Kunststoff und einer zwischen dem Rohr-und der Deckschicht liegenden, mit der Deckschicht
dicht verbundenen Polsterschicht aus geschlossenzelligem elastischem Schaumstoff
aufweist. Es hat sich gezeigt, daß mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung in den
allermeisten Fällen ein Abbau von Detonations-Druckstößn bis auf Restwerte von beispielsweise
nur 2 % erzielt werden kann, wobei es sehr leicht möglich ist, die im Einzelfall
erforderlichen Parameter der Vorrichtung, insbesondere Länge und Dicke der Dämpfungsschicht,
durch Versuch zu ermitteln. Wegen der Einfachheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist ein nachträglicher Einbau sehr leicht möglich, beispielsweise dadurch, daß in
ein bereits vorhandenes Leitungsrohr ein in dieses mit enger Toleranz passendes
Tragrohr mit darauf angebrachter Dämpfungsschicht eingebaut wird.
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Um die Bildung von Wirbeln und Refle xionszonen zu vermeiden, ist
es zweckmäßig, daß der Innendurchmesser der Deckschicht im wesentlichen gleich dem
Innendurchmesser der an den Leitungsabschnitt anschließenden weiteren Abschnitte
der Flüssigkeitsleitung ist. Es ergibt sich dann ein durchgehend gleicher Strömungsquerschnitt.
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Im allgemeinen erhält man eine ausreichende Schutzwirkung, wenn die
Dämpfungsschicht eine axiale Länge hat, die etwa 3-6 anal so groß ist wie der Innendurchmesser
der Deckschicht.
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In den meisten Fällen genügt es, wenn die Deckschicht etwa 3-8 mm
und die Polsterschicht etwa 10-200 mn dick ist, wobei sich die Dicke der Polsterschicht
naturgemä# im wesentlichen nach dem Rohrdurchmesser zu richten hat.
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Die erfindungsgemä#e Vorrichtung kann leicht so ausgebildet werden,
daß das Tragrohr einen Abschnitt der Flüssigkeitsleitung bildet. Das ist insbesondere
dann zweckmäßig, wenn beim nachträglichon Einbau der Vorrichtung kein Platz für
grö#ere radiale Abmessungen zur Verfügung steht. In diesem Fall ist es besonders
zweckmäßig, wenn die Dämpfungsschicht an ihren axiale.
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Enden dicht anschließende Endabschnittemit verlaufender Dicke aufweist.
Dadurch wird erreicht, daß die durch die Dicke der L)ämpfungssch;i cht bedingte
Einengung des Strömungsquerschnitts nicht zu übermäßigen Turbulenzen führt. Diese
Ausbildung ist auch dann zweckmä#ig, wenn die erfindungsgemä#e Vorrichtung aus einem
in ein bereits bestehendes Rohrleitungssystem eingesetzten Tragrohr mit Dämpfungsschicht
besteht. Oft wird es auch mög].ich sein, die erfindungsgemäße Vorrichtung als gesondertes
Bauteil in die F'lüssigkeitsleitung einzufügen. Wenn genügend Platz zur Verfügung
steht, kann d:ie erfindungsgemäße Vorrichtung auch im Durchmesser größer ausgeführt
werden als die anschließendnn Abschnitte der Flüssigkeitsleitung. In diesem Fall
wird man naturgemäß die Abmessungen so wählen, daß der Innendurchmesser der Dämpfungsschicht
gleich dem Innendurchmesser der anschlie#enden Abschnitte der Flüssigkeitsleitung
ist. Eine baulich besonders vorteilhafte Ausführungsform, die an Flanschen der übrigen
Abschnitte der Flüssigkeitsieitung bequem angesetzt werden kann, ist dadurch gekennzeichnet,
daß der mit der Dämpfungsschicht versehene Leitungsabschnitt an jedem Ende ein an
den benachbarten weiteren Abschnitt der Flüs:igkeitsleitung anschließbares und den
gleichen Innendurchmesser wie dieser weitere Abschnitt aufweisendes Flanschrohr
und zwischen den Flansehrohren ein mit groBerem Durchmesser ausgeführtes Tragrohr
mit der Dämpfungsschicht aufweist. Dabei ist es zweckmäßig, die Enden der Dämpfungsschicht
an inneren Endfianschen der Flanschrohre abzudichten, damit nicht Flüssigkeit radial
in den Spalt zwischen dem Flansch und der
Stirnfläche der Dämpfungsschicht
eindringen und Störungen, z.1-3. ein allmähliches Ablösen der Dämpfungsschicht,
hervorrufen kann.
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Die Deckschicht hat die Aufgabe, auftretende Druckstöße gleichmäßig
auf die darunterliegende Polsterschicht zu verteilen und Schutz gegen Abrasion durch
in der Flüssigkeit mitgeführte Teilchen, beispielsweise Sand, zu bieten. Erfahrungsgemäß
ist der Schutz gegen abradierende Bestandteile der Flüssigkeit besonders groß, wenn
die Deckschicht weich und glatt und vorzug weise elastomer ist. Entsprechende Kunststoffe
stehen in großer Auswahl zur Verfügung. Besonders günstige Ergebnisse erhalt man,
wenn der Kunststoff eine Shore-Härte von etwa 50 hat.
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Die Deckschicht soll aber ferner auch eine ausreichende Festigkeit
gegen zerreißen wirkende Kräfte haben. Auch dabei ist bei der Auswahl des Kunststoffs
für die Deckschicht Rücksicht zu nehmen. Eine besonders widerstandsfähige Deckschicht
erhält man, wenn sie eine Faserverstärkung aus eingebetteten elastische Fasern,
wie Glasfasern aufweist. Besonders zweckmäßig ist die Einbringung der Faserverstär}ung
in Form wenigstens einer Glasfasermatte oder wenigstens eines Glasfaservlieses.
Die Verarbeitung derartiger Matten und Vliese ist in den Fachkreisen allgemein bekannt.
Damit die Verstärkungsfasern nicht die Glattheit der Deckschicht beeinträchtigen,
ist es zweckmäßig, wenn die Deckschicht eine glatte Außenlage und eine damit verbundene,
mit der eingebetteten Faserverstärkung versehene Innen lage aufweist.
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Die Polsterschicht kann im einfachsten Fall aus einer in das Tragrohr
eingelegten und mit dem Tragrohr verklebten Matte bestehen, die entlang einer dichten
Längsnaht in sich zu einer rohrförmigen Einlage verbunden ist. Es ist aber natürlich
auch möglich, die Polsterschicht aus einer nahtlos auf die Innenfläche des Tragrohres
fgebrachten Schaummasse an Ort und Stelle herzustellen. Bei Verwendung der beschriebenen
Naht ist auf eine ausreichende Festigkeit und Glätte der Naht zu aclaten; vorzugsweise
ist deshalb die Naht durch. Schweißen
oder Vergießen mit einer
Gießmasse hergestellt; bei sorgfältiger Ausführung kann auch ein einfaches Verkleben
unter Umständen genügen. in jedem Fall ist es zweckmäßig, daß die Dämpfungsschicht
dicht mit dem Tragrohr oder einem in dieses eingelegten Zwischenrohr verbunden ist.
Dadurch wird verhindert, daß sich Flüssigkeit zwischen die Dämpfungsschicht und
das Tragrchr bzw. das Zwischenrohr hineinbewegt und möglicherweise zu einer störenden
Ablösung der Dämpfungsschicht führt. Im allgemeinen wird es genügen, wenn die Dämpfungsschicht
mit dem Tragrohr bzw. dem Zwischenrohr verklebt ist. Im Fall eines aus Kunststoff
bestehenden Tragrohres oder Zwischenrohres wird oft auch ein Verschweißen möglich
sein, dieses ist wegen der damit erzielbaren höheren Verbindungsfestigkeit dann
vorzuziehen.
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Die Polsterschicht besteht aus geschlossenzelligem Kunststoffschaum,
beispielsweise aus Polyvinylchlorid, Polyurethan, Polyethylen, Ethylenvinylacetat
oder anderen brauchbaren Kunststoffen oder Gemischen davon. Die Polsterschicht ist
dicht mit der Deckschicht zu verkleben, um ein Eindringen von Flüssigkeit und ein
Ablösen der Deckschicht von vornherein zu verhindern.
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Mit geschlossenzelligen Polsterschichten der beschriebenen Art können
sehr hohe Drücke und Druckstöße aufgenotren werden, und auch hohe Druckstöße führen
nicht zu einer merklichen bleibenden Verformung, so daß die Vorrichtung nach dem
Auftreten von Druckstößen weiter verwendet werden kann, falls nicht andere Schäden
und Zerstörungen eingetreten sind. Dabei ist zu beachten, daß selbst bei sehr schweren
Detonationen der mit der erfindungsgelllanen Vorrichtung erzielte Schutz so weit
gehen kann, daß zwar das LeitungssysterL1 und ggf. daran angeschlossene Versorgungseinrichtungen,
beispielsweise Pumpen, zerstört werden können, weiterreichende Schäden innernalb
des geschützten Bereichs jedoch vermieden werden.
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Eine bL-auchbare Polsterschicht kann folgende Daten aufweisen:
Rohdichte
ca. 100 kg/m' Zugfestigkeit nach DIN 53571 ca. 6,0 kp/cm2 Bruchdehnung nach DIN
53571 75 % Weiterreißwiderstand nach DIN 53575 0,8 kp/cm.
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Shore-Härte nach DIN 53577 bei 20 % Verformung 0,29 kp/cm2 bei 40
% Verformung 0,82 kp/cm2 bei 60 % Verformung 2,02 kp/cm2 Druckverformungsrest nach
DIN 53572 (in der Fassung vom August 1965) 22 h bei 70 °C 32 % 70 h bei 21 °C 43
% Stoßeiastizität nach DIN 53573 36 % Wasserdampfdiffusion 5,7 g/m2 24 h Mit diesen
Eigenschaften sind insbesondere Schäume aus Polyvinylchlorid und Polyethylen im
Handel erhältlich, beispielweise in Tafeln von etwa 1-1,5 m2 bei Dicken bis zu 80
1. Derartige geschlossenzellige Weichschäume können mit Heizkeil oder Hochfrequenz
geschweißt werden. Auch ein Kleben ist möglich, wobei lösungsmittelarme Kleber zu
bevorzugen sind, um ein Wandern von Weichmacher auszusch].ießen. Die mechanische
Verarbeitung kann durch Schneiden und Stanzen erfolgen. Die Massen sind etwa im
Temperaturbereich von -40 0C bis +100 °C verwendbar, alterungsbestandig, tropenfest,
nicht verrottend, beständig gegen Seewasser, Benzine, Öle, Fette, verdünnte Säuren
und Laugen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann somit in einem sehr weiten Bereich
von Anwendungsfällen eingesetzt werden.
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Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung
nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet,
daß man auf die erforderliche falls vorher gereinigte und ggf. aufgerauh.e Innenfläche
des Tragrohres oder eines in dieses eingefügten Zwischenrohres eine Klebstoffschicht
aufträgt, dann eine entsprechend dem Innenumfang des Rohres bemessene Matte aus
elastischem geschlossenzelligem Schaumstoff auf die Klebstoffschicht einlegt,
wobei
man erforderlichenfalls vorher die Stoßkanten der Matte zum Verbinden vorbereitet,
insbesondere durch Auftraten einer Klebstoffsclaichtt dann die Stoßkanten miteinander
dicht verbindet, insbesondere durch Verschweißen oder Verklebten und vorzugsweise
unter Verwendung einer Uberlappung angefaster Bereiche, und dann die Klebstoffschicht
aufträgt, wobei ggf. auch noch eine zusätzliche weitere Schicht aufgetragen wird,
um eine Deckschicht höherer Dicke zu erhalten. Das beschriebene Verfahren ist sehr
einfach und kann sowohl bei der Vor fertigung erfindungsgemäßer Vorrichtungen als
auch bei der Herstellung' erfindungsgemäßer Vorrichtungen an Ort und Stelle in einem
bereits vorhandenen Rohrleitungssystem leicht angewandt werden, ohne daß es großer
handwerklicher Geschicklichkeit bedarf. Der Ausdruck "Klebstoffschicht" soll hier
allgemein auch für Gießmassen gelten. Auch die Herstellung einer faserverstärkten
Deckschicht ist in der beschriebenen Weise leicht möglich, und zwar dadurch, daß
man eine Glasfasermatte in eine aufgetragene Schicht einer Gießmasse (eines Klebstoffes)
vorzugsweise überlappend einlegt und dann eine weitere Schicht Gießmasse aufträgt.
Durch Wiederholen dicser Schritte kann eine Deckschicht mit mehreren Lagen Fasern
hergestellt werden.
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Insbesondere für die industrielle Vorfertigung der erfindungsgemäß
Vorrichtung eignet sich ein Herstellungsverfahren, das dadurch gekennzeichnet ist,
daß man auf die erforderlichenfalls vorher gereinigte und ggf. aufgerauhte Innenfläche
des Tragrohres oder eines in dieses eingefügten Zwischenrohres eine Klebstoffschicht
auf trägt und dann einen entsprechend dem Innenumfang des Rohres bemessenen vorgefertigten
Formkörper, bestehend aus der Polsterschicht und der Deckschicht,auf die Klebstoffschicht
einlegt. Dieses Verfahren ist sehr einfach und kann leicht von angelernten Kräften
ausgeführt werden. Als Formkörper kann man auch einfach eine Matte verwenden und
in dem Tragrohr die Stoßkanten der Matte miteinander dicht verbinden, insbesondere
durch Schweißen oder Vergießen. Bei diesem Verfahren kann man sich leicht die Formkörper
je nach dem Durchmesser des vorhandenen Tragrohres passend zuschneiden. Falls bei
den auf diese Weise hergestellten Vorrichtungen die axialen Enden der Därnpfungsschicht
frei in der Strömung stehen, ist cs zweckmäßig, an die axialen Enden der
Matte
Endabschnitte mit verlaufender Dicke mit Gießmasse anzufügen Statt dessen kann man
natürlich auch eine Matte verwenden, die bereits axiale Endabschnitte mit verlaufender
Dicke aufweist.
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Wie schon weitcr oben ausgeführt wurde, werden im Rahmen der vorliegenden
Beschreibung die Ausdrücke "Gießmasse" und "Klebstoff im gleichen Sinne verwendet;
in vielen Fällen kann man Polyurethan Massen zum Gießen und Kleben verwenden. Bei
den beschriebenen Herstellungsschritten empfiehlt es sich, die Gießmasse vor dem
Ausführen des nächsten Arbeitsschrittes angelieren zu lassen, damit die einzelnen
Schicht nicht ineinander verlaufen; dies ist besonders von Bedeutung bei dem Einlegen
von Matten und Vliesen.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in
Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben.
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Die Fig. 1 bis 3 zeigen in schematischen Axialschnitt-Darstellungen
verschiedene Ausführungsformen erfindungsgemäßer Vorrichtungen.
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Fig. 1 zeigt zwei Abschnitte 1 und 3 einer Flüssigkeitsleitung 5,
die mit Edflanschen 7 bzw. 9 versehen sind. Zwischen die Abschnitte ist eine Schutzvorrichtung
11 in Form eines gesonderten Bauteils eingefügt. Die Schutzvorrichtung besteht aus
einem Tragrohr 13, das einen größeren Durchmesser als die anschließenden Leitungsabschnitte
1 und 3 hat, einer auf die Innenseite des Tragrohres aufgebrachten Dämpfungsschicht
15 und an den Enden des Tragrohres 13 befindlichen Flanschrohren 17 und 19, die
den gleichen Durchmesser haben wie die anschließenden Abschnitte 1 und 3 der Flüssigkeitsieitung
5 und Flanschen 21 bzw. 23 aufweisen, die zu den Flanschen 7 bzw. 9 passen. In Fig.
1 ist angedeutet, daß die Flanschen durch Schrauben, z.B. 25, miteinander verbunden
sind.
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Die Därnpfungsschicht 15 füllt den von dem Flanschrohr 13 umgrenzten
Ringraum vergrößerten Durchmessers aus und besteht aus einer auf die Innenseite
des Tragrohres 13 mittels einer Klebstoffschicht 27 befestigten Polsterschicht 29
aus geschlossenzelligem Kunststoff und einer darauf mit einer weiteren Klebstoffschicht
31 dicht aufgeklebten Deckschicht 33 aus weichem elastomerem Polyurethan-Kunststoff
mit einer eingelegten Verstärkung 35 aus einer Lage Glasfaservlies. Die axialen
Enden der Dämpfungsschicht 15 sind dicht mit inneren Flanschen 37 bzw. 39 der Vorrichtung
verbunden. Dies kann beispielsweise durch vorheriges Auftragen einer Klebstoffschicht
erzielt werden. Man erkennt aus Fig. 1 ohne weiteres, daß die dargestellte Vorrichtung
auch da¢ursa einfach hergestellt werden kann, daß man in den von den inneren Flanschen
37 und 39 und dem Tragrohr 13 gebildeten Axialraum eine native Schaummasse einfüllt
und nach dem Erhärten der Schaummasse die Deckschicht 33 lagenweisc aufbringt, wobei
auch die Verstärkung 35 eingearbeitet werden kann. Dadurch kann ein fugenlos dichtes
Einsetzen der Dämpfungsschicht 15 in sehr einfacher Weise erzielt werden, und man
erhält einen Strömungsdurchgang von
gleichem Querschnitt wie in
den anschließenden Leitungsabschnitten 1 und 3.
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Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung, die dadurch hergestellt wurden, daß
in eine vorhandene Flüssigkeitsleitung von einem Flanschende 221 aus eine Dämpfungsschicht
eingebracht wurde. Die Flüssigkeitsleitung wirkt dann selbst als Tragrohr 213. Die
dargestellte Ausführung ist dadurch entstanden, daß zunächst die Innenfläche des
Tragrohres 230 gereinigt und aufgerauht und dann mit mehreren Lagen nativer Schaummasse
rundum bestrichen wurde, so daß sich die dargestellte Polsterschicht 229 ergab.
Diese wurde durch rundum erfolgtes Aufstreichen von Gießmasse mit einer Deckschicht
233 versehen, wobei an den axialen Enden die Deckschicht min Endabschnitten 41 verlaufender
Dicke ausgeführt wurde.
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Fig. 3 zeigt einen ähnlichen Aufbau wie Fig. 2, nur ist dort die Vorrichtung
auf einem Zwischenrohr 43 aufgebaut, die stramm in die Flüssigkeitsleitung 305 paßt.
Auf der Innenseite des Zwischenraumes sind wieder eine Polsterschicht 329 und eine
Deckschicht 333 durch Auftragen und Aushärten hergestellt worden.
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