Beschreibung
Ausschlagsicherung zum Dämpfen oder Verhindern einer Bewegung eines abgebrochenen Teiles einer Leitung
Die Erfindung betrifft eine Ausschlagsicherung zum Dämpfen oder Verhindern einer Bewegung eines abgebrochenen Teiles einer Leitung.
In einer Industrieanlage, z.B. auch in einem Kraftwerk, sind Leitungen (Rohrleitungen) vorhanden, durch die ein unter hohem Druck stehendes Medium strömt. Unterstellt man, daß eine solche Leitung brechen könnte, würden sich die beiden Leitungsteile bedingt durch den Rückstoß des mit großer Ge- schwindigkeit ausströmenden Mediums mit entsprechend hoher
Geschwindigkeit auseinanderbewegen. Es wäre dann nicht auszuschließen, daß Leitungsteile beim Auftreffen auf andere Rohre und Bauteile diese beschädigen würden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Ausschlagsicherung zu entwickeln, die nach einem Rohrleitungsbruch verhindert, daß Leitungsteile mit hoher Geschwindigkeit auf Bauteile einer Anlage treffen und diese beschädigen.
Die Aufgabe wird gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung dadurch gelöst, daß eine unterstellte mögliche Bruchstelle überbrückend mindestens zwei starre oder verformbare Zugstäbe angeordnet sind, die beidseits der möglichen Bruchstelle mit der Leitung in Verbindung stehen.
Damit wird der Vorteil erzielt, daß nach einem Leitungsbruch die Leitungsteile durch die Zugstäbe festgehalten werden und/oder die kinetische Energie der Leitungsteile durch die Verformung der Zugstäbe abgebaut und dabei die Kraft in den Zugstäben begrenzt wird. Der dynamische Lastfaktor ist dabei
deutlich kleiner als 2. Die Teile der Leitung bewegen sich folglich nur wenig von der Bruchstelle weg.
In der Regel reicht es aus, wenn derartige Ausschlagsicherun- gen an den bekannten besonders bruchgefährdeten Leitungsabschnitten angeordnet sind. Die Zugstäbe können z.B. an Teilen, die an der Leitung beidseits der möglichen Bruchstelle angeschweißt sind, befestigt sein.
Nach einem besonders vorteilhaften Beispiel stehen die Zugstäbe mit der Leitung kardanisch in Verbindung. Damit wird der Vorteil erzielt, daß auch nicht axial auf die Leitungsteile einwirkende Kräfte gedämpft werden können. Die Leitungsteile werden in axialer Lage stabilisiert.
Beispielsweise stehen die Zugstäbe zumindest auf der einen Seite der möglichen Bruchstelle mit einem Waagebalken (z.B. kardanisch) in Verbindung, der beweglich auf einem Nocken, z.B. einem Rundnocken, ruht und um diesen drehbar ist. Der Nocken ist mit der Leitung fest verbunden. Er kann z.B. nachträglich aufgeschweißt sein. Der Waagebalken ruht auf dem Nocken auch nach einem Ausschlag immer wieder im Gleichgewicht, selbst nach einem Leitungsbruch. Er gleicht auch ein möglicherweise nicht exakt gleiches Dehnverhalten der angrei- fenden Zugstäbe aus.
Insbesondere stehen die Zugstäbe mit einem Waagebalkenpaar in Verbindung, dessen Waagebalken an der Leitung einander gegenüberliegend auf getrennten Nocken ruhen. Die Zugstäbe können mit dem einen oder mit beiden Waagebalken kardanisch verbunden sein. Es können auch auf beiden Seiten der möglichen Bruchstelle jeweils ein solches Waagenbalkenpaar angeordnet sein.
Die Zugstäbe stehen nach einem anderen Beispiel mit einem Widerlager in Verbindung, das die Leitung in Richtung auf die mögliche Bruchstelle an einer Verzweigung unterstützt. Eine derartige Anordnung ist nur dann möglich, wenn in der Nähe einer unterstellten Bruchstelle eine solche Verzweigung existiert .
Die gestellte Aufgabe wird nach einer zweiten Ausführungsform dadurch gelöst, daß das Teil, dessen Abbrechen unterstellt wird, an einer Verzweigung oder an einem Armaturengehäuse von einem Widerlager unterstützt ist und über mindestens zwei starre oder verformbare Zugstäbe mit dem Widerlager in Verbindung steht .
Damit werden nicht beide benachbarten Bruchstücke, sondern nur ein Bruchstück gebremst oder sogar festgehalten. Für das benachbarte Bruchstück ist dann eine zweite gleichartige Aus- schlagssicherung erforderlich.
Die Zugstäbe sind beispielsweise schräg zu den Achsen der von der Verzweigung oder dem Armaturengehäuse ausgehenden Leitungsabschnitte angeordnet. Sie können auch schräg zur Achse des Armaturengehäuses angeordnet sein. Es wird der Vorteil erzielt, daß durch die Zugstäbe Kraftkomponenten in Richtung der Achsen aller dieser Leitungsabschnitte und des Armaturengehäuses gedämpft werden. Es werden also die Folgen von Rohrleitungsbrüchen in jedem der Abschnitte beherrscht.
Beispielsweise ist das Teil, dessen Abbrechen unterstellt wird, im Bereich einer Verzweigung oder eines Armaturengehäuses von einem starren oder verformbaren Bügel umfaßt, dessen Schenkel die beiden starren oder verformbaren Zugstäbe bilden. Dadurch sind keine Befestigungsmittel an diesem Teil der Leitung erforderlich.
Zwischen dem Widerlager und der Leitung können verformbare Quetschrohre angeordnet sein. Diese Quetschrohre nehmen vorteilhafterweise, wie d e verformbaren Zugstabe, kinetische Energie auf. Die Quetschrohre können Teile eines ohnehin vor- handenen Gleitlagers sein.
Zwischen dem Widerlager und einer Gebaudestruktur können außerdem Gelenkstreben angeordnet sein. Die Einleitung von Kr ften m die Gebaudestruktur kann damit optimal gestaltet werden.
Mit der Ausschlagsicherung nach der Erfindung wird insbesondere der Vorteil erzielt, daß nach einem Leitungsbruch die Bruchstucke weitgehend an ihrem bisherigen Ort verbleiben. Sie können nicht bedingt durch Ruckstoßeffekte wegfliegen und sekundäre Schaden verursachen.
Drei Varianten einer Ausschlagsicherung nach der Erfindung werden anhand der Zeichnung naher erläutert :
FIG 1 zeigt eine Ausschlagsicherung nach der Erfindung, bei der eine mögliche Bruchstelle überbrückt ist.
FIG 2 zeigt eine Ausschlagsicherung nach der Erfindung, bei der eine mögliche Bruchstelle überbrückt ist und ein Leitungsteil auf einen Widerlager abgestützt ist.
FIG 3 zeigt eine Ausschlagsicherung nach der Erfindung, bei der ein Leitungsteil von einem verformbaren Bügel umfaßt und auf einem Widerlager abgestutzt ist.
Figur 1 zeigt eine Rohrleitung 1 mit einer Bruchstelle 2. Wenn in der Rohrleitung 1 ein Medium unter hohem Druck vorhanden ist, wurde nach einem Bruch der Rohrleitung 1 das Me- dium an der Bruchstelle 2 mit hoher Geschwindigkeit austre-
ten. Das würde einen Rückstoß der Teile der Rohrleitung 1 bewirken, wodurch diese aus ihren Halterungen gerissen werden könnten. In der Folge davon kann in einer Anlage, deren Bestandteil die Rohrleitung 1 ist, ein Folgeschaden durch die auftreffenden Leitungsteile auftreten.
Sofern eine Stelle an der Rohrleitung 1 bekannt ist, an der ein Bruch mit überdurchschnittlicher Wahrscheinlichkeit erfolgen kann, ist es vorteilhaft, dort die in Figur 1 gezeigte Ausschlagsicherung anzubringen. Eine solche Stelle kann z.B. eine Schweißnaht sein.
Die in Figur 1 gezeigte Ausschlagsicherung besteht unter anderem aus Nocken 3, z.B. Rundnocken, die oberhalb und unter- halb der Bruchstelle 2 an die Rohrleitung 1 angeschweißt sind. Jedem der gezeigten Nocken 3 gegenüberliegend sind weitere zwei nicht sichtbare Nocken 3 angeordnet. Auf jedem die¬ ser Nocken 3 ist ein Waagebalken 4 gehalten. Dazu greift der Nocken 3 in eine Bohrung im Waagebalken 4 ein. Insgesamt sind vier Waagebalken 4, von denen nur zwei sichtbar sind, vorhanden. Das Wagenbalkenpaar 4, das sich auf der einen Seite der Bruchstelle 2 befindet, ist durch zwei verformbare Zugstäbe 5 mit dem Waagebalkenpaar 4 auf der anderen Seite der Bruchstelle 2 verbunden. Die beiden verformbaren Zugstäbe 5 sind hinsichtlich der Rohrleitung 1 einander gegenüberliegend angeordnet und können mit den Waagebalkenpaaren 4 kardanisch verbunden sein.
Falls die Rohrleitung 1 zwischen den beiden Waagebalkenpaaren 4 brechen sollte, tritt zwar das Medium aus der Rohrleitung 1 aus, der erzeugte Rückstoß führt jedoch nicht zu Folgeschäden. Die kinetische Energie der Rohrleitungsteile, die auf den Rückstoß zurückzuführen ist, bewirkt nämlich eine plasti¬ sche Verformung der verformbaren Zugstäbe 5, die die Rohrlei- tungsteile dabei weitgehend an ihrem ursprünglichen Ort hal-
ten, wobei gleichzeitig die Kräfte m den Zugstaben begrenzt werden .
Figur 2 zeigt ein Verzweigungsstuck 6 einer Rohrleitung 1, von dem aus sich ein Rohrleitungsteil m der Zeichenebene nach oben erstreckt und sich zwei Rohrleitungstelle senkrecht zur Zeichenebene erstrecken. An dem nach oben gerichteten Rohrleitungsteil sind entsprechend zum oberen Teil der Figur
1 zwei Nocken 3 , zwei Waagebalken 4 und dort zwei verformbare Zugstabe 5 angeordnet. Die Zugstabe 5 sind dabei mit den Waagebalken 4 voll kardanisch verbunden, so daß auch nicht axiale Bewegungen der Rohrleitung 1 gedampft werden können. Am den Waagebalken 4 gegenüberliegenden Ende der Zugstabe 5 stehen diese mit einem Widerlager 7 in Verbindung. Dieses Wi- derlager 7 ist unterhalb des Verzweigungsstuckes 6 angeordnet und unterstutzt das Verzweigungsstuck 6 und die übrige Rohrleitung 1.
Nach einem Bruch der Rohrleitung 1 an der Bruchstelle 2 wird das obere Teilstuck der Rohrleitung 1, wie bei der Ausführungsform nach Figur 1, durch die verformbaren Zugstabe 5 gehalten. Das untere Teilstuck der Rohrleitung 1 mit dem Verzweigungsstuck 6 wird vom Widerlager 7 daran gehindert, aufgrund des Ruckstoßes wegzufliegen. Zwischen dem Widerlager 7 und dem Verzweigungsstück 6 der Rohrleitung 1 sind nach Figur
2 Quetschrohre 8 angeordnet. Diese Quetschrohre 8 können Bestandteile eines Gleitlagers sein. Die Aufgabe der Quetschrohre 8 hinsichtlich der Ausschlagsicherung besteht jedoch darin, daß nach einem Bruch der Rohrleitung 1 die ki- netische Energie des unteren Teilstuckes der Rohrleitung 1 die Quetschrohre 8 zusammendruckt, so daß eine größere Bewe¬ gung des unteren Teilstucks unmöglich ist. Zwischen dem Widerlager 7 und einer Gebaudestruktur 10 können zum Abtragen der äußeren Kräfte auf die Gebaudestruktur Gelenkstreben 9
oder starre Bauteile oder eine Kombination von beiden angeordnet sein.
Die Ausführungsform der Ausschlagsicherung nach Figur 2 ist im Bereich von Verzweigungen 6 einsetzbar.
Die nach einem Leitungsbruch auf die beiden Leitungsteile einwirkenden einander entgegengerichteten Kräfte werden einerseits über die Zugstäbe 5 und andererseits über die Quetschrohre 8 auf ein und dasselbe Widerlager 7 geführt. Die Kräfte werden dabei durch plastische Verformung der Zugstäbe 5 und der Quetschrohre 8 begrenzt. Da die Kräfte einander entgegengerichtet sind, sind die vom Widerlager 7 auf die Gebaudestruktur 10 weiterzuleitenden Kräfte relativ klein.
Figur 3 zeigt eine andere Auführungsform einer Ausschlagsicherung nach der Erfindung die an Verzweigungen aber auch an Armaturengehäusen einsetzbar ist. Dabei ist, wie in Figur 2 gezeigt, ein Verzweigungsstück 6 bzw. Armaturengehäuse auf einem Widerlager 7 abgestützt. Zwischen dem Widerlager 7 und dem Verzweigungsstück 6 bzw. Armaturengehäuse befinden sich Quetschrohre 8. Außerdem sind zwischen einer Gebaudestruktur 10 und dem Widerlager 7 Gelenkstreben 9 angeordnet.
In einer inneren Krümmung des Verzweigungsstückes 6 bzw. Armaturengehäuses ist um dieses ein verformbarer Bügel 11 herumgelegt, dessen Schenkel sich ungefähr in der Richtung der Winkelhalbierenden desjenigen Winkels erstrecken, den die Achsen von zwei vom Verzweigungsstück 6 ausgehenden Rohrlei- tungsteile miteinander bilden. Der verformbare Bügel 11 entspricht in seinen Eigenschaften den verformbaren Zugstäben 5. Er ist mit einer Geb udestruktur 10 direkt oder indirekt, z.B. über das Widerlager 7, verbunden.
Durch den verformbaren Bügel 11 druckt eine Kraftkomponente das Verzweigungsstuck 6 bzw. Armaturengehause gegen die Quetschrohre 8 und damit gegen das Widerlager 7. Eine andere Kraftkomponente verhindert, daß das Verzweigungsstuck 6 bzw. Ar aturengehause über eine große Strecke in der Zeichenebene nach links bewegt wird. Damit sind Bruche m der Zeichenebene oberhalb und rechts vom Verzweigungsstuck 6 bzw. Armaturengehause zu beherrschen. Um auch einen Rohrleitungsbruch links vom Verzweigungsstuck 6 bzw. Armaturengehause beherrschen zu können, wäre ein nicht dargestellter zweiter verformbarer Bügel notwendig, der spiegelsymetnsch zum gezeigten Bügel 11 angeordnet sein müßte, wobei die Symetrieebene senkrecht zur Zeichenebene entlang der Achse des nach oben gerichteten Rohrleitungsteiles verlauft.
Mit einer Ausschlagsicherung nach der Erfindung können die Bruchstücke einer druckfuhrenden Rohrleitung weitgehend m ihrer ursprünglichen Position gehalten werden.
Statt der verformbaren Zugstabe 5 können auch starre Zugstäbe vorgesehen sein.