DE3421095A1

DE3421095A1 - Daempfungshalterung, insbesondere fuer rohrleitungen grossen durchmessers und geringer wanddicke, die hohen temperaturen und statischen bzw. dynamischen belastungen ausgesetzt sind

Info

Publication number: DE3421095A1
Application number: DE19843421095
Authority: DE
Inventors: Renato Genua Bianchi
Original assignee: NIRA SpA; Nira SpA Genua
Current assignee: Ansaldo SpA
Priority date: 1983-06-17
Filing date: 1984-06-06
Publication date: 1985-01-17
Also published as: FR2547642B1; IT8312551A0; FR2547642A1; IT8312551A1; IT1171182B; DE3421095C2

Description

!LEINWEBER &

ZIMIMTERMANN

PATENTANWÄLTE

european patent attorneys

Dipl.-lng. H. Leinweber (1930-76) Dipl.-lng. Heinz Zimmermann Dipl.-lng. A. Gf. ν. Wengersky Dipl.-Phys. Dr. Jürgen Kraus

Rosental 7, D-8000 München 2 2. Aufgang (Kustermann-Passage) Telefon (089) 2 60 39 89 Telex 52 8191 lepatd Telegr.-Adr. Leinpat München

den 6. Juni 1983

Unser Zeichen Z X ΐ

NIRA S.p.A.
Genua (Italien)

Dämpf ungsha lterting, insbesondere für
Rohrleitungen großen Durchmessers und
geringer wanddicke, die hohen Temperaturen
und statischen bzw. dynamischen
Belastungen ausgesetzt sind

Gegenstand der Erfindung ist eine DämpfungshaIterung, die besonders zum Einsatz in einen großen Durchmesser und

y.

geringe Wanddicke aufweisenden Rohrleitungen geeignet ist, die hohen Temperaturbeanspruchungen ausgesetzt sind, wie es besonders in mit flüssigen Natrium betriebenen schnellen Kernanlagen der Fall ist.

Die erfindungsgemäße Halterung ist vornehmlich ringförmig in Verbindung mit einem steifen Bund ausgebildet und kann sowohl bei Vorliegen von statischen Belastungen (z.B. als Abstützung der Rohrleitungen selbst sowie der darin enthaltenen Stoffe), sowie bei Vorliegen von dynamischen Belastungen (z.B. zum Abfangen der Auswirkungen eines Erdbebens) verwendet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dämpfungshalterung zu schaffen, die ohne jeden Schaden für die Rohrleitung imstande sein soll, jegliche sich auf die betreffende Rohrleitung auswirkende dynamische Kraft aufzunehmen. Ferner soll die Halterung den durch zeitweilige Erscheinungen bedingten Warmeausdehnungen der Rohrleitung, ohne gefährliche Beanspruchungen zu erzeugen, standhalten können.

Die steifen Standardbunde erlauben keine freie Ausdehnung, wie sie bei den zeitweiligen Wärmebelastungen - z.B. beim Start der Anlage - hervorgerufen wird.

Es wurde versucht, diesen Nachteil in bereits bekannter Weise durch eine bogenförmige Halterung an Stelle des Bundes zu beheben. Diese sich in einem Bogen von 120 erstreckende Halterung sollte zur normalen Abstützung des Rohreigengewichtes und des im Rohr enthaltenen Stoffes dienen. Durch eine derartige Lösung kann sich zwar die Rohrleitung bei einem Wärmeschock ausdehnen, aber die Konzentration der Druckkraft auf einen ziemlich kleinen Kreisbogen (etwa 120°) verringert wesentlich die Biegefestigkeit der Rohrleitung

selbst. Außerdem eignet sich eine solche Lösung nicht zur Aufnahme von Erdbebenbelastungen.

Eine weitere bereits bekannte Lösung sieht den Einsatz eines steifen Bundes mit größerem Innendurchmesser als der Außendurchmesser der Rohrleitung vor, so daß zwischen Bund und Rohrleitung ein ringförmiger Zwischenraum gebildet wird, in welchem die elastischen Abstützmittel Platz finden. Bei dieser Ausführung bekannter Art sind an der Außenfläche des Rohres Metallstege angeschweißt und zwischen jedem einzelnen Steg und der Innenseite des Bundes ist eine Lamellenfeder angeordnet, wodurch eine elastische Abstützung des Rohres möglich wird. Unter der Wirkung von zeitweiligen Wärmebelastungen kann sich das Rohr ausdehnen und die zufolge der Gewichtsbelastung und der seismischen Beanspruchungen auftretende Drucklast wird in der Rohrüicke als Querkraft verteilt.

Ein Nachteil dieser bekannten Lösung ist aber darin zu sehen, daß die erwähnten Stege auf dem Rohr angeschweißt sein müssen, was eine besondere Bearbeitung der Außenfläche zur Anbringung der Stege erfordert, die unvermeidbar Spannungskonzentrationen in den Rohren induzieren.

Bei einer weiteren Lösung ist dagegen ein aus zwei Halbschalen gebildeter Bund vorgesehen, wobei die Flansche der Halbschalen mittels Bolzen und zwischengelegten Tellerfedern zusammengehalten sind; außerdem ist zwischen Bund und Rohr eine aus einer Kunststoffschicht und einem Drahtgeflecht gebildete Wärmedämmschicht vorgesehen.

Es handelt sich hierbei um eine verhältnismäßig einfache Lösung, die dank der Tellerfeder eine freie Ausdehnung des Rohres gestattet. Der Schwachpunkt ist hier aber darin zu sehen, daß die zwischen Bund und Außenfläche vorgesehene Wärmeisolierung gegen Brüche und Risse anfällig ist.

Gemäß der Erfindung ist ein steifer, das Rohr umgebender Bund vorgesehen, dessen Innendurchmesser größer ist als der Außendurchmesser des Rohres. Zwar sind auch hier Dämpfungsmittel zwischen Rohr und Bund vorgesehen, doch ist es - abweichend vom Fall der oben erwähnten Lösung - nicht erforderlich, auf der Außenfläche des Rohres verankerungselemente vorzusehen. Außerdem sind die erfindungsgemäßen zwischen Rohr und Bund eingelegten Dämpfungshalterungen sehr einfach und äußerst wirtschaftlich herstellbar und sie erlauben die in den Rohrleitungen induzierten Schwingungen zu dämpfen, indem die kinematische Kraft in elastische Verformungskraft und Reibungsarbeit umwandelt wird.

Zusammenfassend ist die erfindungsgemäße Halterung zur Erfüllung folgender Funktionen geeignet:

a) sie ermöglicht eine diametrale Ausdehnung des Rohres bei zeitweiligen Temperaturspitzen,

b) sie übt einen gewissen Zwang auf die Rohrleitung zufolge der Wirkung des elastischen Elementes aus, so daß sich die durch das Eigengewicht oder ein Erdbeben entstandene Druckbelastung auf einem Kreisbogen abstützt,

c) die in der Rohrleitung induzierten Schwingungen werden gedämpft, wobei die kinetische Energie in elastische Verformungsenergxe und Reibungsarbeit umgewandelt wird.

In diesem Zusammenhang muß darauf hingewiesen werden, daß durch keine der oben aufgezählten bereits bekannten Vorrichtungen der unter Punkt c) aufgeführte Vorteil erzielt wird.

η-

Die einfachste Ausführungsform der Erfindung sieht eine aus zwei gegenseitig verschiebbaren Teilen gebildete Schachtel aus Inoxstahl vor, die die flachen, bzw. gewellten, abwechselnd aufeinander gelegten Metallfolien enthält.

Durch die elastische Verformung dieser Folien wird die diametrale Wärmeausdehnung der Rohrleitung möglich und die zufolge der dynamischen Belastungen auftretenden neutralen Reaktionen zwischen Rohr und steifem Bund werden auf einen Großteil der Kreislinie der Rohrleitung verteilt. Außerdem verursacht das Gleiten der Scheitel der welligen Metallstreifen auf der Oberfläche der glatten Folien eine Reibungsarbeit, die eine dämpfende Wirkung hat.

Der die Metallschachtel enthaltende Bund kann ein einfacher Bund in Standard-Ausführung mit außen angeordneter Wärmeisolierung sein.

Die erfindungsgemäße Ausführung ist offensichtlich viel einfacher und weniger aufwendig als die übrigen bereits bekannten Ausführungen dieser Art: sie erfordert keine auf der Rohroberfläche zu befestigenden Elemente, hat eine einfache Form, große Bearbeitungstoleranzen und erfordert keine kostspieligen Bearbeitungen und Schweißarbeiten am Rohr, außerdem ist die erfindungsgemäße Halterung leicht anbringbar bzw. abnehmbar, erfordert keine komplizierten Studien zur Bestimmung der in der Rohrleitung in der Nähe der Halterung auftretenden Beanspruchungen und ändert nicht den durch Ermüdung in der Rohrleitung auftretenden "kumulativen Schaden".

Die wesentlichen Merkmale der Erfindung sind in den Patentansprüchen angegeben. Gegenstand und Vorteile der Erfindung sind außerdem aus der folgenden Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen von Ausführungsbeispielen entnehmbar. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Halterung

Fig. IA eine vergrößerte Einzelheit von Fig. I₁

Fig. 2 ein Schema eines ersten Ausführungsbeispiels im Radialschnitt,

Fig. 3 eine Teilansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung mit Wellblechen längs der Rohrleitungsachse,

Fig. 4 eine Teilansicht eines dritten Ausführungsbeispiels im wesentlichen entsprechend dem Schema von Fig. 3,

Fig. 5 ein viertes, im wesentlichen den Figuren 3 und entsprechendes Ausführungsbeispiel,

Fig. 6 einen radialen Schnitt durch ein fünftes Ausführungsbeispiel mit gleichem Schema wie das in Fig. 2 dargestellte erste Ausführungsbeispiel, und

Fig. 7 ein den Figuren 2 und 6 entsprechendes sechstes Aus führungsbeispiel.

Mit besonderem Bezug auf die oben erwähnten Figuren ist die erfindungsgemäße Halterung in der Fig. 1 schematisch als eine Reihe von Abstandsstücken 10 dargestellt, die in radialer Richtung zwischen einem steifen Bund 20 und einem Rohr wirken, zwischen denen ein ringförmiger Raum 40 vorgesehen ist. Ein jedes radiale Abstandsstück 10 ist mit einem Federelement 11 und einem Dämpfungselement 12 schematisch dargestellt, die zueinander parallel zwischen der Außenfläche des Rohres 30 und der Innenfläche des steifen Bundes 20 (siehe Fig. IA) angeordnet sind.

Unter statischen Verhältnissen wird das Gewicht des Rohres durch die elastischen Federelemente 11 der Abstandsstücke 10 abgestützt, wodurch das Rohrgewicht auf einem größtmöglichen Kreisbogen verteilt wird.

Die von den Elementen 11 und 12 der Figuren 1 und IA getrennt bewirkten Funktionen werden von den die erfindungsgemäße Halterung bildenden Elementen gemäß den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 2 und 7 gemeinsam bewirkt. Von diesen Figuren stellt die Fig. 2 das allgemeinere Schema dar.

Dem Schema gemäß Fig. 2 ist bei der erfindungsgemäßen Dämpfungshalterung eine aus zwei Halbschalen 51 und 52 gebildete Schachtel 50 vorgesehen. Die Halbschalen 51 und 52 können sich parallel zur Richtung der Krafteinwirkung frei zueinander bewegen und schließen abwechselnd angeordnete glatte Blechfolien 53 und Wellblechfolien 54 ein.

Wird eine Kraft auf das Blechpaket 53 bzw. 54 in Richtung der Pfeile F aufgebracht, so werden sie zusammengedrückt und üben eine elastische Rückstellreaktion aus, wobei sich gleichzeitig auch die glatten Bleche 53 durchbiegen und die Elastizität der beanspruchten Halterung steigern können, wenn die Rippen der auf einem Glattblech 53 liegenden Wellbleche 54, wie aus der Fig. 2 ersichtlich, versetzt liegen.

Dadurch ist eine elastische Verformung möglich, die bei Temperatüranderungen die freie Ausdehung des Rohres 30 dem Bund 20 gegenüber erlaubt.

Bei dynamischen Belastungen nimmt die Gleitreibung zwischen den Rippen der Wellenblechstreifen 54 und den Glattblechstreifen 53 Energie in Form von Reibungsarbeit auf, wodurch die durch das Dämpfungselement 12 in Fig. IA angedeutete dämpfende Wirkung zustande kommt.

4Ό

In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem sich die Rippen der Wellbleche 154 auf dem Umfang erstrekken und ein Wellblechpaar 154 von einem glatten bogenförmigen Blech 153 getrennt ist, an welchem die entgegengesetzten Scheitel der Wellbleche 154 anliegen.

Die Dämpfungshalterung nach Fig. 3 sieht zwei Schalenhälften 151 und 152 vor, gegenüber deren Oberfläche die Wellbleche 154 frei gleiten können. Die freie Annäherung in radialer Richtung beider Schalenhälften 151 und 152 wird dadurch ermöglicht, daß deren Umkreisenden flanschartig so umgebogen werden, daß die Flansche 155 und 156 eine geringere radiale Erstreckung haben als die Dämfpungshalterung.

Ferner dienen die Flansche 155 bzw. 156 auch dazu, die verschiedenen Elemente in Umfangsrichtung richtig zu orientieren, in welche die Dämpfungshalterung gemäß dem Ausführungsbeispiel von Fig. 3 unterteilt ist.

Es ergibt sich dadurch eine äußerst einfache Konstruktion, bei der man von flachen Blechstreifen ausgeht, die im Falle der glatten Bleche 153 lediglich gebogen werden und im Falle der Wellbleche 154 gebogen und gewellt werden, während die zwei Schalenhälften 151 und 152 gebogen und mit Flanschen versehen werden.

Sowohl der Zusammebau der aufgeführten verschiedenen Elemente zur Herstellung der verschiedenen Segmente der Dämpfungshalterung als auch ihr Einbau zwischen dem Bund 120 und dem Rohr 130 erfordern keinerlei weitere Bearbeitungen.

Wenn man bedenkt, daß in einer thermonuklearen Anlage, für die die erfindungsgemäßen Halterungen insbesondere bestimmt sind, Hunderte davon zum Einsatz kommen, dann ist die durch einen einfachen Aufbau erzielbare Einsparung offensichtlich.

Bei der Ausführung gemäß Fig. 3 besteht der Bund 120 aus zwei durch Gewindebolzen fest zusammengespannten Schalenhälften. Außerhalb des Bundes sind in Radialrichtung vorstehende Bügel vorgesehen, welche in an sich bekannter Weise durch Zugstangen 123 bzw. andersartige zweckmäßige Abstützelemente den Bund abstützen.

In der Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, lern die Dämpfungshalterung
kenden Elementen gebildet wird.

bei dem die Dämpfungshalterung von zwei sich um 180° erstrek-

Auch die äußere Halbschale 251 wird aus einem an dessen Ende gebogenen und geflanschten Wellblech hergestellt, wodurch Flansche 255 gebildet werden, die durch Bolzen - in Fig. 4 nur schematisch mit ihrer Achse 255' angedeutet miteinander verbunden werden.

Die mit der Bezugszahl 252 gekennzeichnete innere Schalenhälfte des DämpfungshaIterungsgehäuses besteht aus einem einfachen gebogenen Blech, dessen innerer Krümmungsradius dem Außenradius des Rohres 230 entspricht. Der Kreisumfang der inneren Schalenhälfte 252 ist lediglich ein Teil des ümfangs der äußeren Halbschale 251 und weist keine Kopfflansche auf.

Bei dieser Ausführung ist keine funktioneile Trennung zwischen Wellblechen und glatten Blechen wie bei den Figuren 2 und 3 vorgesehen.

Es sind zwei Wellbleche 254· und 254" mit dem gezeigten Profil vorgesehen, die auf der einen Seite an der Schalenhälfte 251 und auf der anderen Seite an der Schalenhälfte 252 anliegen.

AX

Die Wellbleche 254¹ und 254'' bilden folglich eine Art Blattfeder mit zwei Blättern. Das die Dämpfungswirkung bewirkende Gleiten kann zwischen diesen Wellblechen bzw. in Verbindung mit den zwei Halbschalen 251 und 252 erzielt werden.

In Fig. 4 ist der Außenbund, der wie in Fig. 3 ein einfacher Standa>_rdbund sein kann, nicht dargestellt.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 besteht der Bund aus zwei geflanschten Bundhälften mit Sperrbolzen. In diesem Fall ist ein einziges Wellblech vorgesehen, das sich längs dem ganzen Umfang der Halterung erstrecken kann. Die Wellenkämme liegen an den Innen- bzw. Außenflächen der Schalenhälften 352, 351 an, welche in diesem Fall nicht mehr als Umhüllung dienen und in bogenförmigen Streifen unterteilt sind, die in zweckmäßigen Abständen voneinander angeordnet sind, wodurch die radiale Verformbarkeit der Halterung gefördert wird.

Auch bei dieser Ausführungsform erfüllt die Dämpfungshalterung trotz einer äußerst einfachen und folgedessen kostengünstigen Konstruktion, einwandfrei ihre Aufgabe.

Die in den Figuren 6 und 7 dargestellten Ausführungsbeispiele sind einander sehr ähnlich und zeigen einen radialen Schnitt der Halterung. Die Orientierung ihrer Elemente könnte aber auch gedreht werden, so daß diese Figuren eine axiale Schnittebene der Halterung darstellen könnten.

Bei diesen Ausführungen tragen die Schalenhälften 451, und 551, 552 nicht zur Energieaufzehrung durch Reibungsarbeit bei, sondern sie dienen als Stütze und zur Aufnahme der

//3 ■

elastischen Dämpfelemente der Halterung. Diese elastischen Dämpfelemente werden durch die Koppelung der in Reihen angeordneten Distanzstücke 454, 554 erhalten, zwischen welchen die glatten Bleche 453, 553 liegen.

Die Durchbiegung der glatten Bleche 453, 553 erzeugt die Elastizität der Halterung, während das Gleiten der wesentlich steiferen Abstandsstücke 454, 554 auf den glatten Blechen 453, 553 durch Reibungsarbeit die Energieaufzehrung bewirkt.

Was die Konstruktion betrifft sind die im wesentlichen steifen Abstandsstücke 454, 554 einseitig geschweißt. In der ersten bzw. äußeren Reihe sind die Distanzstücke 451, 551 angeschweißt und können auf dem ersten Außenblech 453·, 553' frei gleiten, in der zweiten bzw. mittleren Reihe sind die Abstandsstücke 454, 554 an der Innenfläche des ersten äußeren Glattblechs 454', 554* angeschweißt und können auf der Außenfläche des zweiten Blechs 453'', 553*' frei gleiten.
Auf diesem Blech können auch die an der inneren Schalenhälfte 452, 552 angeschweißten Abstansstücke der weiter innen liegenden Reihe gleiten. Sowohl die von den Abstandsstücken, wie die von den Glattbleehen gebildeten Reihen können Natürlich je nach Bedarf in verschiedener Anzahl vorgesehen yerden,
d.h. sie müssen nicht unbedingt auf drei beschränkt sein.

Ferner können die Abstandsstücke außer aus Langstäben auch aus isolierten herausragenden Zapfen bestehen, im ersten Fall aus länglichen Zylindern bzw. aus kleinen Zylindern oder Prismen im zweiten Fall.

Es ist auch möglich, die Abstandsstücke hohl und elastsch verformbar vorzusehen, schließlich ist es für die Funktionsfähigkeit der Dämpfungshalterung nicht unbedingt erforderlich, daß sie an die Halbschalen bzw. an die glatten Bleche

angeschweißt werden. Ihre relative Lage könnte auch auf andere Weise, wie z.B. durch ein entsprechendes Distanzgerüst, das an der Bestimmung der mechanischen Merkmale beteiligt ist, oder nicht, hergestellt werden.

4b Bezugszeichenlis te

10 Abstandsstücke Pig. 1 und 2 20 steifer Bund

30 Rohr

40 ringförmiger Raum

11 Federelement

12 Dämpfungselement 50 Schachtel

51, 52 Halbschalen

53 glatte Blechfolien

54 gewellte Blechfolien

Fig. 3

151, 152	Schalenhälften
153	glatte Bleche
154	Wellbleche
155, 156	Flansche von 151, 152
130	Rohr
120	Bund
230	Rohr
251	äußere Halbschale
252	innere Halbschale

254¹, 2 54'■ Wellbleche 255 Flansche 255■ Schraubenachsen Fig. 4

320	Bund
351	äußere Schalenhälften
352	innere Schalenhälften
451, 452	S cha1enhä1ften
453	glatte Bleche
454	Distanzstücke
551, 552	Schalenhälften
553	glatte Bleche
554	Distanzstücke

Fig. 5 Fig. 6 Fig. 7

/7

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Claims

Patentansprüche

/ 1.j Dämpfungshalterung, insbesondere für dynamischen BelaVfctingen ausgesetzte Rohrleitungen und vorzüglich geeignet_/zwischen einem im wesentlichen steifen Bund und der Wand der Rohrleitung eingesetzt zu werden und deshalb vorzugsweise ringförmig ausgebildet, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl an Abstandsstücken (10; 454: 554) vorgesehen sind, welche elastische Reaktionen und im Fall von Schwingungen auch eine dämpfende Wirkung erzeugen können.
2. Dämpfungshalterung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei aufeinanderliegende Blechfolien (53, 54; 153, 154) vorgesehen sind, von welchen mindestens die eine (54; 154) Vorsprünge aufweist, die auf den benachbarten Folien (53; 153) anliegen und auf dieser gleiten können.
3. Dämpfungshalterung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wellige Streifen (54; 154), vorzugsweise aus Blech, und glatte Streifen (53; 153) auch diese vorzugsweise aus Blech, abwechselnd aufeinanderliegen, so daß aufeinanderliegende und unter Belastung elastisch verformbare Schichten gebildet werden und infolge der durch die Belastungen bewirkten Verformungen die Rippen der welligen Streifen (54; 154) auf den benachbarten glatten Streifen (53; 153) gleiten und die Reibungsarbeit aufzehren (Figuren 2 und 3).
4. Halterung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Blechstreifen (254¹, 254'') wenigstens zum

Teil in Form von offenen rechtwinklig gebrochenen Linien vorgesehen sind, die entsprechend den unteren und den obigen Grundabschnitten dieser rechtwinklig gebrochenen Linien gegeneinander anliegen und mindestens auf einem Teil der Kontaktflächen sich frei bewegen können (Fig. 4).
5. Halterung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch mindestens einen vorzugsweise aus Blech gebildeten wellig geformten Streifen (354), dessen Wellenkämme mindestens zum Teil auf den Streifen (351, 352) aus Glattblech anliegen und gleiten können, wobei jedem Wellenkamm ein Streifen zugeordnet ist (Fig. 5).
6. Halterung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch parallele aufeinanderliegende Streifen (453; 553), vorzugsweise aus Blech, mit zwischengeschalteten, auf jedem Streifen versetzt angeordneten Distanzelementen (454; 554), wobei jedes vorspringende Distanzelement an einem der benachbarten Bleche befestigt, vorzugsweise angeschweißt ist und auf dem anderen der benachbarten Bleche frei gleiten kann (Figuren 6 und 7),
7. Halterung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanzelemente (454; 554) steif sind.
8. Halterung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanzelemente elastische verformbar sind.
9. Halterung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die glatten oder welligen Streifen und die zwischen diese Streifen zwischengeschalteten ausragenden Elemente in einem aus zwei Schalenhälften (51, 52; 151, 152; 251, 252; 351, 352; 451, 452; 551, 552) gebildeten Gehäuse eingeschlossen sind, welche Schalenhälften unter Einwirkung einer Belastung gegeneinander bewegbar sind.