DE2420571C2

DE2420571C2 - Vorrichtung zur Sicherung von Rohrleitungen gegen Schwingungen, insbesondere gegen Erdbeben

Info

Publication number: DE2420571C2
Application number: DE2420571A
Authority: DE
Inventors: Peter Ing.(grad.) 5060 Bergisch Gladbach Albus
Original assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Current assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Priority date: 1974-04-27
Filing date: 1974-04-27
Publication date: 1982-09-09
Also published as: FR2269016A1; JPS5925913B2; DE2420571A1; JPS50148929A; GB1489508A; FR2269016B1; US3991959A

Description

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30 gen der im Oberbegriff des Anspruchs \ angegebenen Art insoweit zu verbessern, daß beim Beibehalten der beim zu verbessernden Stand der Technik bereits erreichten Vorteile, die darin bestehen, daß insbesondere im Hinblick auf das hauptsächlichste Anwendungsgebiet der Kernenergieanlagen die Vorrichtung klein im Aufbau ist und temperatur- und strahlenbeständig und wartungsfrei ist, darüber hinaus noch erreicht wird, daß die Rohrleitungen gegen von außen auf sje wirkende, stoßartige Beschleunigungen, insbesondere Ei.ibeben, geschützt werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei der Erfindung die im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 angegebenen Gestaltungsmerkmale vorgesehen, wobei noch in Unteransprüchen 2 und 3 für die Aufgabenlösung vorteilhafte und förderliche Weiterbildungen beansprucht werden, die teilweise Merkmalsgleichheiten mit dem Stand der Technik aufweisen.

Eine längere, an ihren Enden fest eingespannte Rohrleitung kann physikalisch mit Rücksicht auf ihre Elastizität als eine abgefedert gelagerte Masse M betrachtet werden. Bezeichnet man die vorgeschlagene Zusatzmasse mit tn und die Länge der Arme des Waagebalkens, an dem diese Massen aufgehängt sind, mit a bzw. b und nimmt man ferner an, daß der Aufhängepunkt des Waagebalkens und die beiden fest eingespannten Endpunkte der Rohrleitung (d.h. das Widerlager der Feder, auf der die Masse M ruht) in gleicher Richtung und um die gleiche Strecke f verschoben werden, so wird die Masse M um die Strecke Xi und die Masse m um die Strecke x₂ ausgelenkt, wobei sich der Waagebalken um seine Aufhängung dreht Es gilt dann der kinematische Zusammenhang

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Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen und durch die GB-PS 8 99 728 Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 2 bekanntgewordenen Art

Bei Rohrleitungen und anderen ähnlich geformten Anlageteilen, die stärkeren Temperaturschwankungen ausgesetzt sind, ist man bestrebt, mit einer möglichst geringen Zahl von Festpunkten auszukommen, um eine ungehinderte Wärmedehnung zu ermöglichen. Dies hat zur Folge, daß diese Strukturen sehr niedrige Eigenfre- >o quenzen aufweisen und daß bei von außen einwirkenden Beschleunigungen erhebliche Schwingungen und dadurch Überbeanspruchungen der Rohrleitungen auftreten können. Diese Beschleunigungen können bei landfesten Anlagen beispielsweise durch Erdbeben, bei auf Schiffen befindlichen auch durch den Seegang hervorgerufen werden.

An sich ist es bekannt. Anlageteile dadurch gegen Schwingungen zu schützen, daß man sie durch zusätzlich angebrachte Massen so verstimmt, daß diese Massen durch Schwingungen, die über ca. 0,5 Hz liegen, nicht mehr erregt werden und so praktisch zusätzliche Festpunkte bilden. Bei größeren Abmessungen der zu schützenden Rohrleitungen usw. fallen diese Massen jedoch so groß aus, daß sie mit Rücksicht auf die gegebenen Platz- und Gewichtsverhältnisse nicht immer realisiert werden können.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, Vorrichtun-

.ν. . ^b

a a

(D

Bezeichnet man ferner mit P, die an der Masse M über den Hebel a angreifende Kraft mit P_b die entsprechende, an der Masse m über den Hebel b angreifende Kraft, mit Pm die Massenkraft aus M und mit P_n, die Massenkraft aus m sowie mit P_F die Federkraft so gelten die dynamischen Gleichgewichtsbedingungen

(2)
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Π)

P_m = -mx;,
P_f = -*(*i -f),

wobei Ar die Federkonstante bedeutet.
Daraus ergibt sich die Absolutbewegung zu

- [ Λ/+Ι — I m ) .V₁ - for, = -kf · — · mf

\ \ α J I α α

(8)

oder for die Reiativversehiebung r\ = x\ -/

Wenn, wie oben vorausgesetzt, der Waagebalken'im Gleichgewicht, d. h.

bm= aM

ist, ergibt sich trotz der Bewegung /keine Relatiwerschiebung der einzelnen TeUe des Systems zueinander.

Ferner ist daraus ersicbilich, daß die Zusatzmasse m

mit dem Quadrat des Hebelverhältnisses—multipliziert

in die Gleichung eingeht und die gewünschte Verstimmung bewirkt Daraus folgt, daß bei einem möglichst groß gewählten Verhältnis der Längen der beiden Hebelarme zueinander nur eine verhältnismäßig geringe Zusatzmasse erforderlich ist Zusätzlich wird die von außen aufgebrachte Störung linear zum Hebel- und Massenverhältnis abgemildert

Die Rohrleitung kann dabei ungehindert ihre Lage zum Waagesystem ändern, und das erforderliche Gleichgewicht kann durch entsprechende Verschiebung der Zusatzmasse wieder hergestellt werden. Auch ist dies dann von Vorteil, wenn infoige von Umbauten das Gewicht und/oder die Eigenfrequenz der Rohrleitung verändert wurden und demgemäß eine Neuabsiimmung des Systems, gegebenenfalls unter Änderung der Zusatzmasse, erfolgen muß.

Verschiebt sich infolge von Wärmedehnung die Rohrleitung im Waagesystem, ist es sicher vorteilhaft, wenn die notwendige entsprechende Verschiebung der Zusatzmasse selbsttätig erfolgt Da es wie oben angegeben von Vorteil ist, wenn die beiden Hebelarme stark unterschiedliche Längen aufweisen, sollte das Übersetzungsverhältnis des Getriebes dem Verhältnis der Massen der Rohrleitung und der Zusatzmasse proportional sein.

Das geforderte Übersetzungsverhältnis läßt sich in einfacher Weise durch unterschiedliche Länge der Hebelarme festlegen. Ein Verschieben der Rohrleitung in der einen Richtung lenkt den Hebel derart aus, daß die Zusatzmasse zwangsläufig eine Bewegung in der entgegengesetzten Richtung macht, so daß der Gleichgewichtszustand des Waagesystems zu jedem Zeitpunkt gewährt bleibt Die vorgeschlagene Ausführungsform hat den Vorteil großer Einfachheit und Zuverlässigkeit gegenüber anderen an sich denkbaren Konstruktionen, beispielsweise gegenüber derjenigen, bei der die Rohrleitung und die Zusatzmasse mit je einer Zahnstange versehen sind, die mit je einem am Waagebalken drehbar befestigten Ritzel kämmen, wobei die beiden Ritzel starr miteinander verbunden sind und das Übersetzungsverhältnis des Getriebes in bekannter Weise durch den unterschiedlichen Durchmesser der Ritzel gegeben ist

Bei sehr langer. Rohrleitungen ist es vorteilhaft, mehrere der beschriebenen Vorrichtungen zu verwenden und diese so über die Leitung zu verteilen, daß diese in einzelne Teile getrennt wird, deren jeder für sich Eigenfrequenzen aufweist, die wesentlich über der Frequenz der Erregerschwingung liegen.

Die Entwicklung des Gestaltungsprinzips der Erfindung bestehend aus der noch zu lösenden, von dem im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Stend der Technik, wie er durch die GB-PS 8 99 728 Ausführungsbeispiel gemäß F i g, 2 bekanntgeworden ist, ausgehenden und auf diesen Stand der Technik spezifizierten Aufgabe und den im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 angegebenen Lösungsmitteln war nicht ohne weiteres und ohne erfinderische Überlegungen möglich, weil zu dieser Entwicklung beim Stand der Technik keine ausreichenden technischen Hinweise bekanntgeworden

ίο sind. Insoweit es bei der Aufgabenlösung Merkmalsgleichheiten mit dem Stand der Technik gemäß der US-PS 32 88 419 und gemäß der DE-GM 19 20 244 gibt, können auch diese entsprechenden Merkmale die ' Erfindungshöhebegründung für sich allein stützen, weil sie beim jeweiligen Stand der Technik in einem ganz anderen technischen Zusammenhang bekanntgeworden sind. Jedoch ist die Erfindungshöhebegründung vor allem durch das gesamte Gestaltungsprinzip in der obengenannten Art gestützt

Die Merkmale der Erfindung und deren technischen Vorteile abgeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeif ^iels in Verbindung

mit den Ansprüchen und der Zeichnung, jnd zwar zeigt

F i g. 1 perspektivisch eine vereinfachte Darstellung

einer mit der Vorrichtung versehenen Anlage und

Fig.2 in vergrößertem Maßstab eine Ansicht der Vorrich aing selbst

Nicht näher beschriebene auf einer Fundamentplatte 1 befestigte Anlageteile 3 und 4 beliebiger Art sind

jo durch eine Rohrleitung 2 verbunden, die durch ihre Form eine ungehinderte Wärmedehnung zuläßt Gerät die Fundamentplatte 1 in Schwingungen, beispielsweise infolge eines Erdbebens, werden in der Rohrleitung 2 ebenfalls Schwingungen erregt, wobei angenommen werden muß, daß diese Schwingungen infolge der Länge der Rohrleitung 2 eine Amplitude aufweisen werden, die mit hoher Wahrscheinlichkeit zum Bruch der Rohrleitung führen wird. Befinden sich in der Rohrleitung 2 gefährliche Medien, beispielsweise radioaktive oder chemisch aggressive Stoffe, muß ein ohnehin unerwünschter Bruch der Rohrleitung mit Rücksicht auf die in diesem Falle besonders gefährlichen Folgen erst recht untcT allen Umständen vermieden werden. Wird die Rohrleitung 2 an zusätzlichen Stellen fest eingespannt, besteht wiederum die Gefahr, daß sie infolge der dann behinderten Wärmedehnung unzulässig hohen Spannungen ausgesetzt wird. Zusätzliche Festpunkte, durch die die Rohrleitung schwingungstechnisch in einzelne Teile mit hoher Eigenfrequenz zerlegt wird, d. h. mit

so einer solchen Eigenfrequenz, die wesentlich über derjenigen der zu erwartenden Erregerschwingung liegt lassen sich ohne Behinderung der Wärmedehnung durch den Einsatz einer oder mehrerer der in der F i g. 2 dargestellten Vorrichtungen schaffen.

Au.' der Fundamentplatte 1 ist ein einen Festpunkt bildender Ständer 5 angebracht auf dem beispielsweise vermittels eines Kugelgelenkes 10 ein Waagebalken 7 allseitig dreh- und schwenkbar befestigt ist Dieser Waagebalken 7 ist in Form. und Abmessungen so gewählt daß er eine ausreichende Steifigkeit besitzt, um selbst keine nennenswerten Schwingungen auszuführen, wenn die Fundamentplatte 1 in solche gerät Am einen Ende des Waagebalkens 7 ist die Rohrleitung 2 angeordnet, und zwar drehbar um ein Spurlager 11 in bezug auf einen Stützkörper 6, der seinerseits, wie hier gezeigt, in einer Gpbel des Waagebalkens 7 oder auf andere geeignete Weise gegenüber diesem verschieblich angeordnet ist. Am anderen Ende des

Waagebalkens 7 ist eine Zusatzmasse 8 als Gegengewicht angebracht, die durch Rollen 12 geführt auf dem Waagebalken 7 verschoben werden kann. Der Abstand des Stfltzkörpers β und der Zusatzmasse 8 vom Lager 10 ist so gewählt, daß sich der Waagebalken 7 im Gleichgewicht befindet Die Rohrleitung 2 vermag Wärmedehnungen ohne weiteres zu folgen, und zwar in y- und /-Richtung (siehe F i g. 1) durch Drehung um das Spurlager 11 bzw. das Kugelgelenk 10 und in x-Richtung dadurch, daß sich der Stützkörper β in der Gabel des Waagebalkens verschiebt. Im letzteren Falle gerat das Waagesystem außer Gleichgewicht, wenn die Zusatzmasse 8 nicht gleichzeitig um eine entsprechende

Strecke verschoben wird, unil zwar jeweils entgegengesetzt zur Bewegung des Stützkörpers 6. Dies geschieht selbsttätig dadurch, daß zwei gelenkig am Stützkörper 6 bzw. an der Zusatzmasse U befestigte Stangen 9 vorhanden sind, die ebenfalls gelenkig an den Enden eines Hebels 13 befestigt sind. Dieser Hebel ist in einem Lager 14 drehbar am Waagebalken 7 befestigt, und die Lange seiner Arme ist so bemessen, daß eine Verschiebung des Stützkörpers 6 um ein bestimmtes Maß über die zugehörige Stange 9 den Hebel 13 derart verdreht, daß über die andere Stange 9 die Dämpfungsmassc 8 so verschoben wird, daß das Gleichgewicht des Waagebalkens 7 erhalten bleibt.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Sicherung von Rohrleitungen gegen Schwingungen, die in ihnen durch von außen aufgezwungene Bewegungen erregt werden, vermittels an ihnen angebrachter Zusatzmassen, wobei eine freie Wärmedehnung der Rohrleitung möglich ist, wobei die Rohrleitungen und die Zusatzmassen an entgegengesetzten Armen eines sich im Gleichgewicht befindlichen Waagebalkens angebracht sind, der gelenkig in einem Festpunkt gelagert ist, wobei die Rohrleitungen auf dem' Waagebalken verschieblich sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitungen (2) und die Zusatzmasse (8) mittels eines Getriebes (9, 14) zwangsläufig in einander entgegengesetzter Richtung auf dem Waagebalken verschieblich sind, wobei das Obersetzungsverhältnis des Getriebes (9, 14) dem Verhältnis der Massen der Rohrleitung (2) und der Zusatzmass° (8) proportional ist und die Rohrleitung (2) und die Zasatzmasse (8) gelenkig an entgegengesetzten Enden eines am Waagebalken (7) drehbar angeordneten Hebels (13) über waagerechte Stangen (9) befestigt ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzmassen (8) Ober Rollen (12) auf dem Waagebalken (7) verschiebbar geführt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitungen (2) Ober ein Spurlager (11) an einem Stützkörper (6) abgestützt sind, dieser Stutzkörper (6) am Waagebalken (7) in einer Gabel am freien Ende des letzteren verschiebbar gelagert sind und am Stu*zkörper (6) über die Stange (9) die gelenkige Verbindung mit dem Hebel (13) besteht

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