DE3844229A1

DE3844229A1 - Devices for preventing the bursting/cracking/destruction of pipelines and/or pipe/container systems in the event of changes or fluctuations in temperature/volume/pressure

Info

Publication number: DE3844229A1
Application number: DE19883844229
Authority: DE
Inventors: Hans Leonhard
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-12-29
Filing date: 1988-12-29
Publication date: 1990-07-05

Abstract

Published without abstract.

Description

application areas

Die Erfindung bezieht sich auf Rohre und Rohrsysteme etc., insbesondere nach außen abgeschlossene Systeme, in denen vorzugsweise flüssige Medien transportiert werden, die bei aggregatszustandsändernden Temperatur schwankungen etc. vom Bersten bedroht sind.The invention relates to pipes and pipe systems etc., especially external systems, in which liquid media are preferably transported the temperature that changes at the state of aggregation fluctuations etc. are at risk of bursting.

Schlagworte dieses technischen Bereiches sind:
Frostschutzmaßnahmen, temperaturstabilisierende Ver legungstechniken, Rohr-/Systementleerungsvorrichtungen, Auslauf-/Ablaufvorkehrungen, Niveau-Regelungen, Auf heizungsvorrichtungen etc.Keywords of this technical area are:
Frost protection measures, temperature stabilizing installation techniques, pipe / system emptying devices, outlet / drainage precautions, level controls, heating devices etc.

purpose

Der Zweck der Erfindung besteht darin, diese Rohre und Rohrsysteme vor dem Bersten/Zerreißen bei solchen Tem peraturen zu schützen, die das zu transportierende, flüssige Medium zum Gefrieren und damit zur Volumen vergrößerung/Systemdruckerhöhung bringen.The purpose of the invention is these tubes and Pipe systems before bursting / tearing at such temperatures to protect the temperatures, the liquid medium for freezing and thus for volume bring increase / increase system pressure.

Insbesondere soll der Zweck durch systemimmanente Vor richtungen und Vorkehrungen erreicht werden, die unab hängig sind von äußeren Energiezuführungen und zu sätzlichem Energiebedarf und sonstigen speziellen Vor kehrungen, und die ihre Funktion in einem automatischen Regelungskreis unter Ausnützung physikalischer Gesetz mäßigkeiten erfüllen.In particular, the purpose is intended to be inherent in the system directions and precautions that are independent are dependent on external energy supplies and too additional energy requirements and other special advantages and their function in an automatic Control loop using physical law meet moderation.

State of the art and criticism

Es ist bekannt, daß Rohre und Rohrsysteme etc. bei niedrigen Temperaturen, wenn der Aggregatszustand von flüssig auf fest umkippt, einer Zunahme des Volumens ausgesetzt sind, bedingt durch die Volumenvergrößerung beim Erstarren. Durch diese physikalische Gegebenheit, die eine enorme Druckerhöhung im geschlossenen System hervorruft, werden die Rohre etc. zum Bersten gebracht. Im folgenden wird zur Vereinfachung der Darstellung der Fall von wasserführenden Rohrsystemen in üblichen Tem peraturbereichen dargestellt, der die Symtomatik am augenfälligsten und bekanntesten beschreibt.It is known that pipes and pipe systems etc. at low temperatures when the aggregate state of flipped to solid, an increase in volume are exposed due to the increase in volume when freezing. Because of this physical condition, which is an enormous pressure increase in the closed system causes the pipes etc. to burst. The following is used to simplify the presentation of the Case of water-bearing pipe systems in the usual tem temperature ranges shown, which the symptoms on most striking and well-known.

Bekanntlich gefriert das Wasser (flüssiger Aggregats zustand) bei 0°C (abgesehen von örtlichen Gegeben heiten) und erhöht durch das Umwandeln in Eis (fester Aggregatzustand) sein Volumen um knapp 10%.As is known, the water (liquid aggregate condition) at 0 ° C (apart from local conditions units) and increased by converting to ice (solid Physical state) its volume by almost 10%.

Die genauen physikalischen Gesetzmäßigkeiten und Abläufe werden als bekannt vorausgesetzt und bedürfen hier kei ner genaueren Erörterung, auch schon deshalb, weil der Zweck der Erfindung und seine Realisierungsmaßnahmen in Toleranzbereichen angesiedelt und mit entsprechenden Sicherheitstoleranzen ausgestattet sind, daß Grenzbe reiche und Grenzwerte der physikalischen Gegebenheiten ohne Bedeutung sind und ausgeklammert werden können. Nach dem Stand der Technik werden gegen das Bersten und damit das Zerstören derartiger Rohre und Rohrsysteme im wesentlichen folgende Maßnahmen, Vorkehrungen und Vor richtungen empfohlen - einzeln oder in Verbindung miteinander: The exact physical laws and procedures are assumed to be known and do not need to be used here A more detailed discussion, partly because the Purpose of the invention and its implementation measures located in tolerance ranges and with appropriate Security tolerances are equipped that Grenzbe rich and limit values of the physical conditions are irrelevant and can be excluded. According to the prior art, bursting and thus destroying such pipes and pipe systems in the essential following measures, precautions and pre directions recommended - individually or in combination together:

- Embedding the systems in insulating layers
- Laying in deep, frost-proof layers
- Drainage of the pipe system
- Precautions for additional heating
- application of elastic bellows etc.

Diese Maßnahmen erbringen durchweg keine befriedigende Lösung der Gesamtproblematik und schützen nur punktuell und mit zusätzlichem Wartungs-Kontroll- und/oder Energieaufwand, da jedes Rohrsystem zu seiner Funk tionserfüllung so angelegt ist, daß es zwangsläufig unterschiedliche Temperaturbereiche/-Ebenen durch laufen muß und dabei die Anfälligkeiten zum Bersten gegeben sind.These measures are all unsatisfactory Solving the overall problem and protecting only selectively and with additional maintenance control and / or Energy consumption because each pipe system has its own radio tion fulfillment is designed so that it is inevitable different temperature ranges / levels must run and the susceptibility to bursting given are.

task

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gene rellen Schutz gegen das Bersten zu bieten, der sich zwangsläufig und automatisch durch die Ausnützung physikalischer Eigenschaften bewirken läßt.The invention has for its object a gene to provide real protection against the bursting of itself inevitably and automatically through the exploitation physical properties.

solutions

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in die Rohre, Rohr-/Gefäßsysteme Materialien mit den entsprechenden Abdichtungen und/oder Verbindungsele menten ein- bzw. angebracht werden, die den bei Er starrung auftretenden Druck des zu befördernden Me diums im Rohrsystem auffangen und dadurch einen das Rohrsystem sprengenden Druckaufbau verhindern.The object is achieved in that into the pipes, pipe / vessel systems materials with the corresponding seals and / or connecting elements elements are inserted or attached that correspond to the Er Rigid pressure of the medium to be transported catch diums in the pipe system and thereby the Prevent explosive pressure build-up in the pipe system.

Als anschauliches Beispiel hierfür zeigt die Darstellung eines wasserführenden Rohrsystems die Funktionsweise:
In das Rohrsystem werden elastisch wirkende Luftkammern eingebracht mit einem Kompressionsvermögen in der Größenordnung von ca. 10-15% der durchlaufenden Wasser menge bzw. der Rohraufnahmekapazität. Beim Erstarren des Wassers zu Eis wirkt die dadurch verursachte Druck erhöhung auf die Luftkammern bzw. die elastischen Gas polsterungen in der Weise ein, daß deren Volumen ver kleinert wird (unter Erhöhung des Gasdruckes) und damit die rohrsprengende Berstkraft des sich ausdehnenden Wassers/Eises aufgefangen wird. Bei Zunahme der Tempe ratur über den Gefrierpunkt und des Umschlagens des Eises in Wasser, dehnen sich die Luftkammern wieder aus (unter Verringerung des Gasdruckes) und nehmen den ur sprünglichen Zustand bei fließendem Wasser wieder ein. Dieser Vorgang ist reziprok und von den physikalischen Abläufen her theoretisch beliebig oft wiederholbar und damit ein automatischer und fortwährender Schutz der Rohre und Rohrsysteme etc.As an illustrative example of this, the representation of a water-bearing pipe system shows how it works:
Elastic air chambers are introduced into the pipe system with a compression capacity in the order of approx. 10-15% of the amount of water flowing through or the pipe holding capacity. When the water solidifies into ice, the resulting pressure increase acts on the air chambers or the elastic gas cushioning in such a way that their volume is reduced (while increasing the gas pressure) and thus the bursting bursting force of the expanding water / ice becomes. When the temperature rises above freezing and the ice turns into water, the air chambers expand again (while reducing the gas pressure) and return to their original state with running water. This process is reciprocal and, in terms of physical processes, theoretically repeatable as often as desired, and thus an automatic and continuous protection of the pipes and pipe systems etc.

Der hier beschriebene Ablauf bei wasserführenden Sy stemen und ausgleichenden Luftkammern ist auch bei anderen zu transportierenden Medien und ggf. mit anderen ausgleichenden Materialien oder elastisch wirkenden Kon struktionen erreichbar.The procedure described here for water-bearing Sy stemen and balancing air chambers is also with other media to be transported and possibly with others balancing materials or elastic cones structures attainable.

Die Forderung für eine einwandfreie Funktion ist, daß der im Rohrsystem an- bzw. eingebrachte Teil durch dauerelastische Reaktion die Volumenvergrößerung des sich ausdehnenden Mediums aufnehmen kann und bei Um kehrung des Vorganges eine automatische Rückführung in den Ausgangszustand erfährt, um ggf. den erneuten Än derungen entsprechen zu können. Dabei ist notwendig, daß keine Vermischung zwischen dem zu transportierenden Medium und den elastisch reagierenden Ausgleichselemen ten erfolgt; im Beispiel des wasserführenden Rohres sind die als Ausgleichselemente eingebrachten Luft kammern-/polster in ihrem Inneren von Wasser frei zu halten, das Wasser umspült diese oder schmiegt sich an sie an.The requirement for proper functioning is that the part installed or inserted in the pipe system permanently elastic reaction the increase in volume of the can take up expanding medium and at Um an automatic return in experiences the initial state, in order to change again if necessary to be able to comply with changes. It is necessary that no mixing between the items to be transported Medium and the elastically reacting compensation elements is done; in the example of the water-carrying pipe are the air introduced as compensating elements Chamber / upholstery inside free of water hold, the water flows around them or hugs to them.

Um die Durchflußmenge in der gewünschten Größenordnung zu halten, ist bei Einbringung der Luftpolster etc. in das Rohrsystem ein Rohrquerschnitt zu wählen, der das Volumen der elastisch reagierenden Ausgleichsmedien einschließlich deren konstruktiver Verbindungen berück sichtigt. Im angeführten Beispiel ergibt sich eine Rohr querschnittserhöhung um ca. 15%.To the flow rate in the desired order must be kept when inserting the air cushions etc. to select a pipe cross-section in the pipe system that the volume of the elastic compensating media including their constructive connections inspects. In the example given there is a pipe cross-sectional increase by approx. 15%.

Gemäß den physikalischen Gesetzmäßigkeiten über die Ausbreitung des Druckes ist eine streng fixierte und positionsgenaue Lokalisierung der Ausgleichselemente im Rohr-/Gefäß-System nicht erforderlich, konstruktiv ist jedoch zu gewährleisten, daß die Druckausgleichs elemente in funktionsgerechten Positionen angelegt werden.According to the physical laws about the Spread of pressure is strictly fixed and precise location of the compensation elements not required in the tube / vessel system, constructive However, it must be ensured that the pressure compensation elements created in functional positions will.

Description of exemplary embodiments

In ein wasserführendes Rohrsystem werden von elastischem Material umgebene Luftkammer/Luftpolster eingebracht, die bei Normaltemperatur (über 0°C) eine Volumengröße um 15% des Rohrinnenvolumens aufweisen. Die aneinander gereihten Luftkammern werden im System so fixiert, daß die Strömungsverhältnisse wenig tangiert werden, z. B. durch Einlegen in Ausbuchtungen der Rohre etc. oder in überdimensionierten Krümmern, Abzweigungen etc.In a water pipe system be of elastic Material surrounding air chamber / air cushion introduced, which is a volume size at normal temperature (above 0 ° C) around 15% of the pipe interior volume. The one another Arranged air chambers are fixed in the system so that the flow conditions are little affected, e.g. B. by inserting in bulges of the pipes etc. or in oversized manifolds, branches etc.

Statt der eingebrachten abgeschlossenen Luftkammern sind Ausbuchtungen in den Rohrsystemen so gestaltet, daß sie mit Membranen gegen das fließende Medium abge dichtet sind und auf der Gegenseite von Luft/Gas oder anderen elastisch wirkenden Stoffen umgeben sind, die Volumenschwankungen des zu transportierenden Mediums ausgleichen.Instead of the enclosed air chambers are bulges in the pipe systems designed that they abge with membranes against the flowing medium are sealed and on the opposite side of air / gas or other elastic substances that are surrounded Volume fluctuations in the medium to be transported compensate.

Detaillierte Ausführungsbeispiele werden anhand der Konstruktionsskizzen dargestellt und beschrieben.Detailed exemplary embodiments are based on the construction sketches shown and described.

Claims

Devices for preventing bursting / tearing / destruction of pipelines and / or pipe / vessel systems in the event of changes in temperature / volume / pressure or fluctuations, characterized by the following features:

- Elastic, compressible materials or devices are inserted or attached in the pipes / pipe systems or are connected to them in such a way that the volume changes of the medium to be transported in the pipe system can be absorbed or compensated for due to physical processes (compensating elements),
- The compensating elements are attached individually or in combination in, on or around the pipe system and preferably consist of air / gas compression elements which can be adapted in terms of compressibility to the medium to be transported in the pipe system,
- The compensating elements are designed so that the surrounding medium to be transported in the pipe system cannot penetrate into them,
- The individual, each functional compensation elements are combined into larger functional units or connected to each other and placed in the pipe system so that the flow is not affected,
the compensating elements include elastic membrane seals which are attached to bulges of the pipes or the pipe system and which seal the compressible materials against the medium to be transported,
- the compensating elements are made of corrosion-resistant materials,
- The compensating elements are made of materials that do not affect or change the chemical, physical or other properties of the medium to be transported.