DE1959878C3 - Aufhängevorrichtung, insbesondere für Rohrleitungen - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Aufhängevorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen und durch die US-PS 29 05 415 bekanntgewordenen Art.

Bei der bekannten Aufhängevorrichtung sind Rohrklemmen vorgesehen, die jedoch offensichtlich nicht so fest mit der Rohrleitung verbunden sind, daß sie über zwei Verbindungsstäbe sowohl Dehnungs- als auch Kontraktionskräfte über einen Kniehebel übertragen, um diesen zu verschwenken und über einen Federteller einen senkrechten Zugstab zu betätigen, da die Rohrklemmen von wärmeisolierenden Unterlagringen dicht umgeben sind, die direkt auf dem Rohr aufliegen. Diese Unterlagringe bilden Manschetten, die verhindern, daß sich die Verbindungsstäbe zu stark erwärmen und sich dann aufgrund einer solchen Erwärmung dehnen und den Kniehebel von sich aus verschwenken. Da die Verbindungsstäbe zudem einen anderen Dehnungskoeffizienten aufweisen als das Rohr selbst, würde, falls keine derartige Isolierung zwischen den Rohrklemmen und der Rohroberfläche vorhanden wäre, die Steuerwirkung, die durch die Verbindungsstäbe ausgeübt werden soll, wenn sich das Rohr ausdehnt oder zusammenzieht, in erheblichem Maße verfälscht. Eine derartige Isolierung verhindert aber auch, daß die Rohrklemmen die Dehnungsbewegung des Rohres mitmachen, da das Isoliermaterial fließt, was bedeutet, daß zwischen der Rohrklemmenoberfläche und der Rohroberfläche eine materialbedingte Relativbewegung stattfinden muß. Darüberhinaus sind die relativ dünnen Verbindungsstäbe überhaupt nicht in der Lage, ohne seitliches Ausbiegen oder Auslenken Druckkräfte zu übertragen, falls sich das Rohr beispielsweise beim Hindurchleiten von unterkühlten Flüssigkeiten gegenüber dem Normalzustand zusammenzieht, sich also verkürzt. In diesem Fall ist es notwendig, daß zumindest die eine Rohrklemme gegenüber der Rohrcberfläche eine Relativbewegung ausführt, damit verhindert wird, daß sich die Verbindungsstäbe verbiegen. Ferner tritt zu diesen mechanischen und konstruktiven Mängeln der bekannten Aufhängevorrichtung auch noch der, daß diese Vorrichtung nicht für einen Schwerlastbetrieb geeignet ist, d. h. für großvolumige Rohrleitungen, wie sie beispielsweise zur Förderung von Erdöl oder Prozeßflüssigkeiten in der chemischen Industrie in großem Umfang verwendet werden. Um die bekannte Vorrichtung für derartigen Schwerlastbetrieb geeignet zu machen, müssen sie grundlegend umgebaut werden, wobei auch die Feder so zu verstärken wäre, daß sie die an ihr hängende Rohrlast tragen kann. Andererseits sind Federn dieser Steifigkeit verhältnismäßig unempfindlich, sprechen also auf Krafteinwirkung erst mit Verzögerung an, so daß die Verbindungsstangen- und Zugarmkonstruktion, wie sie bei der bekannten Vorrichtung zusammen mit den Rohrklemmen verwendet wird, für einen Schwerlastbetrieb der genannten Art völlig ungeeignet ist, und zwar auch deshalb, weil unempfindliche Federn sich in der Regel nicht mit der Präzision auf den Ausgangszustand, d. h. die Ausgangsbelastung, zurückstellen, wie dies erforderlich ist, um die Rohrdehnungen nicht nur durch entsprechendes Absenken der Rohrleitung auszubleichen, sondern auch genau zu messen.

Daraus folgt, daß die bekannte Aufhängevorrichtung in bezug auf Konstruktion und Betriebssicherheit aber auch in bezug auf die Genauigkeit der Funktionsweise für Schwerlastbetrieb völlig ungeeignet ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, Aufhängevorrichtungen der im Obergegriff des Anspruchs 1 angegebenen und durch die US-PS 29 05 415 bekanntgewordenen Art insoweit zu verbessern, daß bei der Beibehaltung der Möglichkeit des Einsteilens der Lage der zu haltenden Teile, also z. B. des Rohres, und bei der Beibehaltung der Kompensation der durch Temperaturänderungen hervorgerufenen Längenänderungen das Letztere in besonders einfacher Weise ohne Veränderung der Halterungskräfte mit einfacheren, alterungsbeständigen Konstruktionsmitteln und in einstellbarer Weise erreicht wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Gestaltungsmerkmale vorgesehen, wobei noch in den Unteransprüchen 2—5 für die Aufgabenlösung vorteilhafte und förderliche Weiterbildungen beansprucht sind, wobei teilweise bekannte Gestaltungsmerkmale benutzt sind.

Es ist zwar durch die DT-GmS 19 20 244 bei einer Anordnung zur Lagerung von temperaturbeaufschla-rten Bauteilen die Anordnung von Winkelhebeln bekanntgeworden, die eine Rohrbewegung, hervorgerufen durch Temperaturänderungen, in eine Rohrabsenkung übertragen; es ist ferner durch die US-PS 24 21 822 eine Federvorrichtung bekanntgeworden, mit der mit Hilfe von Spannschlössern der Abstand zwischen einem Festpunkt und einer Rohrleitung einstellbar ist, jedoch sind die sonstigen technischen Verhältnisse bei dem jeweiligen Stand der Technik ganz anders gelagert als bei der Erfindung.

Bei der erfindungsgemäßen Aufhängevorrichtung wird mit Hilfe der beiden auf der Rohroberfläche angeschweißten Pratzen, zwischen denen ein Zugstab gespannt ist, die zwischen diesen Festpunkten erfolgende Rohrlängenänderung durch Dehnung oder Kontraktion über den Kniehebel direkt umgesetzt in ein Absenken oder Anheben des Rohres im Bereich der Aufhängung, wobei eine Dehnung im Gegensatz zur bekannten Vorrichtung nach der obigen Patents -hrift ein Absenken des Rohres im Bereich der Aufhängung zur Folge hat Die erfindungsgemäße Aufhängevorrichtung stellt eine stabile und in jeder Hinsicht betriebssichere Konstruktion dar, bei der sichergestellt ist, daß die zwischen den Schweißstellen der beiden Pratzen auftretenden Rohrlängsänderungen über den Zugstab sowohl bei Dehnung in Form von Zugkräften als auch bei Kontraktionen in Form von Druckkräften auf den Kniehebel übertragen werden, um diesen entweder entgegen dem Uhrzeigersinn oder im Uhrzeigersinn zu verschwenken und dadurch ein Absenken oder Anheben der Rohrleitung in einer Weise zu bewirken, die unabhängig von Belastungsänderungen und anderen äußeren Einflüssen ist. Diese Vorrichtung stellt daher einen wesentlichen Beitrag zur Erhöhung der Betriebssicherheit von Anlagen dar, die in relativ großvolumigen Rohrleitungen Medien unterschiedlichster Temperatur transportieren, so daß die Rohrleitungen starken Dehnungen unterliegen, die mit Hilfe der erfindungsgemäßen Aufhängevorrichtung jedoch so aufgefangen werden können, daß sie nicht zu Leitungsbrüchen oder anderen Schaden führen.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen in Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Aufhängevorrichtung, wobei einzelne Teile weggebrochen sind,

F i g. 2 eine Seitenansicht eines Teils der Vorrichtung von F i g. 1 in größerem Maßstab, wobei ebenfalls einzelne Teile weggebrochen sind,

Fi g. 2A eine Schnittansicht nach der Linie 2/4-2.4 in Fig. 2.

Fig. 2B eine Schnittansicht nach der Linie 25-20 in Fig. 2,

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Aufhängevorrichtung von F i g. 2, und Fig. 4 und 5 Seitenansichten ähnlich der von F i g. 2 zweier weiterer Ausführungsformen der Aufhängevorrichtung.

Die in Fig. 1 gezeigte Rohrleitung 10 ist in einen wärmeisolierenden Mantel 11 eingebettet, der als ständiges Stützorgan für die Rohrleitung dient. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß die Rohrleitung 10 einen Teil eines Rohrsystems bildet, das in einer mit überhitztem Dampf arbeitenden Kraftwerksanlage benutzt wird.

In modernen Kraftwerksanlagen sind Leitungen für Dampf von über 560°C und höheren Drücken als 105 at üblich. Solche Leitungssysteme erfordern eine entsprechende Abstützung bzw. Aufhängung und einen

ίο Ausgleich für die Bewegungen beim normalen Ausdehnen und Zusammenziehen der metallischen Bestandteile.

Die in F i g. 1,2,2A und 2B dargestellte Aufhängevorrichtung weist zwei getrennte, parallele, nach oben gerichtete Anschlußeiemente 12 auf, die an der Rohrleitung 10 bei 13 angeschweißt sind und von denen in Fig. 1 und 2 nur ein Element 12 zu sehen ist. Zwei weitere getrennte, parallele, nach oben gerichtete Anschlußelemente 14 und 15 sind an einer zweiten Stelle der Rohrleitung bei J6 angeschweißt. Zwischen den Anschlußelementen 14 und 15 befindet sich ein mit ihnen durch einen Gelenkzapfen 20 gelenkig verbundener Kniehebel 21 der einen nach oben ragenden Schenkel 22 und einen seitlichen Schenkel 23 aufweist.

Die Aufhängevorrichtung weist ferner einen geraden, starren ZugstaD 25, bestehend aus zwei Stäben 26 und 27 auf. Ein Ende des Stabes 27 ist mit einem Anschlußstück 28 versehen, das in den Raum zwischen den Anschlußelementen 12 hineinragt und mit ihnen durch einen Zapfen 30 gelenkig verbunden ist. Der Stab 27 trägt an einem Ende ein Gabelstück 31. Aus Fig. 2 und 2A ist ersichtlich, daß das freie Ende des Schenkels 22 des Kniehebels 21 in das Gabelstück 31 hineinragt und mit diesem durch einen Zapfen 32 gelenkig verbunden ist.

Die aneinander liegenden Enden der Stäbe 26 und 27 sind Außengewinde 33 und 34 versehen. Auf diese Außengewinde 33 und 34 ist ein Spannschloß 37 mit Gegenmuttern 35 und 36 aufgeschraubt. Der Kniehebel 21 und die ihm zugeordneten Teile befinden sich geschützt innerhalb eines Gehäuses 40, das einen rechteckigen Rahmen 41 aufweist. Dieser Rahmen 41 hat an einer Stirnseite eine Durchgangsöffnung 42, durch die das rechte Ende des Zugstabs 25 bzw. der Stab 27 hineinragt. Der Rahmen 41 hat am Boden ferner eine öffnung 43, durch die die oberen Teile der Anschiußelemente 14 und 15 hineinragen, vgl. Fig.2. Außer dem Rahmen 41 hat das Gehäuse noch einen Deckel 44, der mit dem Rahmen 41 durch Schrauben 45 abnehmbar verbunden ist. Der Deckel 44 weist einen bogenförmigen Schlitz 46 und an diesem eine Skala 47 auf. Der Kniehebel 21 trägt einen Zeiger 48 mit einer Spitze 50, der im Schlitz 46 sichtbar ist und in Verbindung mit der Skala den Belastungsweg anzeigt. Der Deckel 44 hat schließlich noch eine kreisförmige öffnung 51 zur Aufnahme eines Voreinstellungszapfens 52.

Zur Vorrichtung gehört ferner ein Zugstab 53, der aus zwei Stäben 54 und 55 mit Außengewinde besteht, die zur Längeneinstellung durch ein Spannsehloß 56 mit Gegenmuttern 57 und 58 verbunden sind. Das obere Ende des Stabes 54 ist durch einen Zapfen 60 gelenkig mit einem Halter 61 verbunden, der an einer oberen stationären Abstützung sicher verankert ist, beispielsweise u.. einem Träger 62 mittels Schrauben 63 od. dgl. Wie am besten aus F i g. 2 und 2B ersichtlich ist, erstreckt sich der Stab 55 bis in das Gehäuse 40 hinein und ist an dem Rahmen 41 bei 64 angeschweißt. Ein Gabelstück 65 ist am unteren Ende des Stabes 55 befestigt und mit dem Schenkel 23 des Kniehebels 21

durch einen Zapfen 66 gelenkig verbunden. Die einzelnen Zapfen 20, 30, 32, 60 und 66 bilden mit Abstand parallel zueinander liegende Schwenkachsen.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise der beschriebenen Ausführungsform sei angenommen, daß die Vorrichtung montiert worden ist, sich die Teile in der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Lage befinden, und der zur Voreinstellung dienende Zapfen 52 entfernt worden ist. Die Rohrleitung 10 wird dann direkt von der Aufhängevorrichtung getragen. Ferner sei angenommen, daß das Leitungssystem sich zunächst im kalten Zustand befindet, d. h. die Temperatur der Rohrleitung 10 entspricht etwa der Umgebungstemperatur von 21°C.

Wenn das Rohrleitungssystem in Betrieb genommen wird, wird die Temperatur der Rohrleitung 10 allmählich durch den Dampf auf einen maximalen Wert von beispielsweise 575°C erhöht. Infolge dieser Temperaturerhöhung dehnt sich bzw. längt sich das Rohrleitungssystem und seine ganze Lage ändert sich. Durch die Dehnung der Rohrleitung 10 zwischen den Anschlußelementen 12 und 14 wird die Aufhängevorrichtung betätigt, indem der Kniehebel 21 entgegen dem Uhrzeigersinn in einem solchen Ausmaß verschwenkt wird, das der über den starren Zugstab 25 übertragenen Dehnung der Rohrleitung direkt proportional ist. Durch die Verbindung des Aufhängeelementes 53 mit dem Kniehebel 21 wird die Rohrleitung 10 um ein der Winkelbewegung des Kniehebels 21 entsprechendes Maß gesenkt. Da die Zapfen 30 und 60 festliegen, verschwenkt sich der Kniehebel 21 nicht nur entgegen dem Uhrzeigersinn um seinen Gelenkzapfen 20, sondern geht auch noch als Ganzes nach unten, um die Rohrleitung 10 abzusenken, da der Gelenkzapfen 20 vor. den an der Rohrleitung 10 befestigten Anschlußelementen 14 und 15 getragen wird. Auf diese Weise trägt die Aufhängevorrichtung einerseits die Rohrleitung und bewirkt andererseits, daß er aus seiner berechneten bzw. normalen Lage durch Temperaturänderungen unter voller Aufrechterhaltung der Abstützung bzw. Aufhängung herausbewegt wird.

Wird die Anlage stillgesetzt, so sinkt die Temperatur der Rohrleitung 10 von 575°C allmählich auf die Umgebungstemperatur von etwa 21 °C, und die Rohrleitung 10 zieht sich entsprechend zusammen. Infolgedessen arbeitet die Aufhängevorrichtung nunmehr in umgekehrter Weise, wodurch die Rohrleitung wieder ihre vorgesehene bzw. normale Lage während der ganzen Zeitdauer des abgekühlten Zustands erhält.

Der Zugstab 25 ist von der Rohrleitung 10 mit Abstand getrennt und seine Temperatur wie auch die Temperatur des Kniehebels 21 und des Aufhängeele ments 53 entsprechen im wesentlichen immer dei Umgebungstemeperatur. Die wirksamen Längen de; Zugstabs 25 und des Aufhängeelements 53 können be der Montage mittels der Spannschlösser 37 und 5f einfach und schnell eingestellt werden.

Die F i g. 4 und 5 veranschaulichen weitere Ausfüh rungsformen die eine verhältnismäßig große Bewegung der Rohrleitung zulasse::, ohne daß die effektive Läng«

ίο des starren Zugstabs übermäßig vergrößert wird. Diese Ausführungsformen enthalten entsprechende Gestänge um die Wirkung der Rohleitungsbewegung T zi vervielfachen.

Die in Fig.4 dargestellte Vorrichtung weist eir Anschlußelement 67 entsprechend dem Anschlußele ment 15 auf. Das Gehäuse 70 weist einen Rahmen 71 auf der mit dem Anschlußelement 67 aus einem Stücl· besteht und eine Bodenöffnung 72 für das Anschlußele ment 14, eine Seitenöffnung 73 für das Ende de:

Zugstabs 25 und eine obere öffnung 74 für den Stab 51 hat. Innerhalb des Gehäuses 70 befindet sich eii Überselzungsgestänge, das aus einem Hebel 75, der mi dem unteren Ende des Stabes 55 durch einen Zapfen um mit dem Rahmen 71 durch einen Zapfen 77 gelenkij verbunden ist, und einem Hebel 78 besteht, der mittel: eines Zapfens 80 am Hebel 75 und mittels eines Zapfen: 81 am Kniehebel 21 angclenkt ist.

Die Ausführungsform nach Fig. 5 enthält eil Anschlußelement 82 und einen Gehäuserahmen 83 entsprechend dem Anschlußelement 67 und den Rahmen 71 nach F i g. 4. Bei dieser Ausführungsform is ein Übersetzungsgestänge nach Art eines Scherenge lenks 85 vorgesehen, die aus vier verhältnismäßij kurzen Hebeln 36 und zwei verhältnismäßig langei Hebeln 87 besteht, welche in der dargestellten Weis« angeordnet und durch Zapfen 88, 89, 90, 91, 92, 93, * miteinander verbunden sind. Der Zapfen 88 dient zun gelenkigen Anschluß des oberen Hebelpaars 86 an dei Stab 54, der Zapfen 91 dient zur gelenkigen Verbindunj der Hebel 87 mit dem Rahmen 83, und der Zapfen 9< dient zur gelenkigen Verbindung des unteren Hebelpaa res 86 mit einem weiteren Hebel 95, der seinerseit mittels eines Zapfens 56 am Kniehebel 21 angelenkt ist.

Bei allen beschriebenen Ausführungsformen de Aufhängevorrichtung ist als Betätigungselement eil Zugstab 25 vorhanden, der von der Rohrleitung 10 mi Abstand getrennt liegt und sich immer auf eine Temperatur befindet, die im wesentlichen gleich de Temperatur der Umgebung ist. Dabei bleibt dl· wirksame Länge des Zugstabs 25 unabhängig von de Temperatur der Rohrleitung im wesentlichen konstant.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Aufhängevorrichtung, insbesondere für Rohrleitungen zur Kompensierung von durch Temperaturänderungen bewirkten Längenänderungen der Rohrleitung, mit zwei auf der Rohrleitung mit Abstand getrennt fest angebrachten Anschlußelementen, von denen das eine über einen Zugstab mit dem festen Aufhängepunkt verbunden ist und das andere mit einem anderen Zugstab über eine Kniegelenkverbindung mit dem Aufhängepunkt in kraftübertragender Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Anschlußelemente (i2, 14) auf die Rohrleitung aufgeschweißte Pratzen sind, daß der eine Zugstab (25) zwischen der von dem Aufhängepunkt weiter entfernt liegenden Pratze (12) und dem Kniehebel (21) an dem einen Schenkel (22) des Kniehebels durch einen Gelenkzapfen (32) gelenkig verbunden ist, dessen Achse senkrecht über der Gelenkzapfenachse (20) des Kniehebels angeordnet ist, die von der anderen Pratze (14) gehaltert ist, und daß der andere Schenkel (23) des Kniehebels an seinem äußeren Ende den mit dem Fixpunkt (62) drehbar verbünde- ²S nen Zugstab (53) drehbar halten, der mit einem Gehäuse (40) verschweißt ist, welches den Kniehebel (21) aufnimmt und eine freie Durchgangsöffnung (42) für das eine Ende des Zugstabs (25) aufweist, sowie eine bodenseitige Durchgangsöffnung (43) für die gelenkig mit dem Kniehebel verbundene Pratze (14) und einen seitlichen Schlitz (46) als Sichtöffnung für die Spitze (50) eines fest mit dem Kniehebel verbundenen Zeigers (48), und daß die Länge des die eine Pratze (12) mit dem Kniehebel verbindenden Zugstabs (25) einstellbar ist.

2. Aufhängevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Zugrtab (25) zwischen der von dem Aufhängepunkt weiter entfernt liegenden Pratze (12) und dem Kniehebel (21) aus einem Material besteht, das einen größeren Dehnungskoeffizienten aufweist als das Material der Rohrleitung (10).

3. Aufhängevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem drehbar verbundenen Zugstab (53) und dem Schenkel (23) des Kniehebels (21) eine Kupplungseinrichtung (75, 78;as) geschaltet ist.

4. Aufhängevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungseinrichtung ein 5" Übersetzungsgestänge (75,78) ist.

5. Aufhängevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungseinrichtung ein Scherengelenk (85) ist.

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