DE2437725C3

DE2437725C3 - Rohrrückhaltevorrichtung zur Begrenzung der Bewegung eines Rohres im Falle eines Rohrbruches

Info

Publication number: DE2437725C3
Application number: DE2437725A
Authority: DE
Inventors: William Arnold San Jose Calif. Pitt
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1973-08-16
Filing date: 1974-08-06
Publication date: 1982-02-04
Also published as: DE2437725A1; SE394023B; CH585871A5; NL167538B; BE870735Q; FR2241036B1; ES427423A1; JPS5526359B2; DE2437725B2; JPS6025032Y2; JPS6056892U; JPS5076616A; FR2241036A1; SE7410478L; NL7406215A; NL167538C; IT1019937B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Rückhaltevorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In dem DE-GM 69 10 136 ist eine Unterstützung für insbesondere in der Außenatmosphäre mehrfach gelagerte Rohrleitungen und/oder zylindrische Behälter beschrieben und beansprucht. Die Neuerung geht davon aus, daß die Rohrleitungen direkt auf verschieden ausgebildeten Konsolen oder Auslegern aufliegen und teilweise durch Bügelschellen oder Rundstahlbügel befestigt oder durch andere Vorrichtungen seitlich geführt sind. Durch gleitende und schabende Bewegung der Rohrleitungen infolge temperaturbedingter Längenänderungen und dynamischer Kräfte sollen an den Auflagestellen Abrieb- i'nd Korrosionsnester gebildet werden, die bei einem Durchbruch die ganze Leitung außer Betrieb setzen sollen. Aufgabe der Neuerung nach diesem DE-GM ist es daher, Korrosionsschäden an der Auflagestelle der Rohrleitung und/oder des zylindrischen Behälters zu vermeiden und zum anderen die bisher an der Unterstützung üblichen Schweißarbeiten entfallen zu lassen. Diese Aufgabe wird nach dem genannten DE-GM dadurch gelöst, daß die Unterstützung aus einer Schale aus glasfaserverstärktem

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65 Polyester- oder Epoxydharz besteht, wobei die Schale auf ihrer auflagernahen Seite eben und auf ihrer rohr- bzw. behälternahen Seite dem zu unterstützenden Rohr oder Behälter entsprechend gekrümmt ist und mit der Rohrleitung und/oder dem zylindrischen Behälter verklebbar ist. Über den Druck des Strömungsmittel in diesen Rohren ist dem genannten DE-GM nichts zu entnehmen. Es ist lediglich von Gasen oder brennbaren Flüssigkeiten die Rede. Hinsichtlich des Rundstahlbügels 17 ist ausdrücklich darauf hingewiesen, daß er der seitlichen Führung der Rohrleitung 11 dient Dieser Bügel ist fest mit der Konsole 10 verschraubt.

In dem DE-GM 17 27 850 ist eine Aufhängevorrichtung zum Verlegen von Zentralheizungs- oder Wasserleitungsrohren, die an der Decke aufgehängt werden, beschrieben. Hierbei wird eine Kette um das Rohr so herumgelegt, daß das Rohr direkt auf der Kette aufliegt, und die Kette wird mittels Lyrahaken an einem an der Decke befestigten Träger aufgehängt. Die Verwendung der Lyrahaken soll die Belastbarkeit gegenüber den bis dahin an ihrer Stelle eingesetzten Spleißgliedern erhöhen.

In dem DE-GM 18 77 779 ist eine Pendelklemme zur Befestigung von Aufhängeobjekten beschrieben, die aus einem Einschraubkopf und einer beweglich damit verbundenen Klemme besteht.

In der GB-PS 117 303 werden Zylinder oder Lagergefäße für komprimierte Luft oder komprimiertes Gas beschrieben. Der Erfindung dieser GB-PS lag die Aufgabe zugrunde, eine Abdichtung eines Zylinders oder Rohres mit den zum Verschluß erforderlichen Verschlußteilen zu schaffen, was dadurch gelöst wurde, daß die Verschlußteile durch ein Seil oder mit Haken versehenen Stäben, die in der Längsrichtung des Zylinders verlaufen, aneinander befestigt werden. Dabei ist nichts weiter beabsichtigt, als die Verschlußdeckel fest unter Vermeidung jeder Schwenkbarkeit auf dem das unter Druck stehende Gas enthaltenden Behälter zu befestigen.

In der US-PS 19 69 540 ist ein verstärktes Rohr zur Verwendung für Strömungsmittel unter hohem Druck beschrieben. Über eine Aufhängung oder Befestigung solcher Rohre ist der genannten US-PS nichts zu entnehmen.

Demgegenüber betrifft die Erfindung eine Rückhaltevorrichtung zur Begrenzung der Bewegung eines ein Strömungsmittel unter hohem Druck führenden Rohres im Falle eines Rohrbruches in einem Zuführungssystem. Eine solche Vorrichtung ist ersichtlich in keiner der genannten Entgegenhaltungen angestrebt. Etwaige Wirkungen der beschriebenen Vorrichtungen in dieser Richtung sind rein zufällig und entsprechend unvollkommen, da diese bekannten Vorrichtungen nicht zu diesem Zweck ausgelegt sind.

Tritt nämlich der Fall auf, daß eines der Druckrohre reißen oder brechen sollte, können die starken Strahl-(oder Ablaßdruckkräfte) des entweichenden, unter hohem Druck stehenden Strömungsmittels heftige Bewegungen des Rohres verursachen, bei denen sich das Rohr in eine Richtung bewegt, die in einem Winkel zu der ursprünglichen Längsachse des Rohres liegt. Wenn es nicht zurückgehalten wird, kann ein solches ausschlaggebendes Rohr andere Komponenten des Systems treffen, zu dem es gehört, wie den Behälter, andere Rohre, Instrumente, elektrische Kabel und dergleichen, und so das ganze System beschädigen.

Im Gegensatz zu den anders gearteten Wirkungen der vorbeschriebenen Vorrichtungen hat eine Rückhai-

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tevorrichtung allgemein möglichst die folgenden Anforderungen zu erfüllen:

1. die Vorrichtung sollte die Energie des sich bewegenden Rohres absorbieren, eine große Energieabsorptionskapazität und eine hohe Mate- ^D rialwirksamkeit haben;

2. die Vorrichtung sollte einen relativ großen Normalabstand zwischen der Rückhaltevorrichtung und dem Rohr schaffen, damit die normalen theriF'schen Rohrbewegungen ungehindert erfolgen können, um den Wartungsdienst der Rohre zu erleichtern und um den Gebrauch von Standard-Rohrisoliermaterial zu erlauben;

3. die Vorrichtung sollte kompakt sein, wenn der Raum, in dem sie sich befindet, stark begrenzt ist;

4. die Vorrichtung sollte lokalisierte Rückhaltekräfte auf das Rohr vermeiden, um ein vorzeitiges Zusammendrücken und ein mögliches Wegbrechen des Rohres zu verhindern, wobei ei.j zerrissenes Rohrende zu einer Rakete werden könnte;

5. die Vorrichtung sollte zum Auswechseln oder bei Rohrreparaturen leicht entfernbar sein;

6. die Vorrichtung sollte die Belastung der Struktur, an welcher die Rohrrückhaltevorrichtung befestigt ist, auf ein Minimum beschränken;

7. die Vorrichtung sollte voraussehbare Energieabsorption und voraussehbares Ablenkverhalten bei Belastung aufweisen und

8. die Vorrichtung" sollte gegebenenfalls den Rückprall eines Rohres auf ein Minimum begrenzen. ³⁽⁾

Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Rückhaltevorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der die Bewegung des Rohres im Falle eines Rohrbruchs so wirksam begrenzt wird, daß eine Beschädigung dem Rohr benachbarter Komponenten durch Anschlagen des Rohres vermieden wird.

Diese Aufgebe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Im einzelnen zeigen:

F i g. 1 a— 1 c eine Rückhaltevorrichtung;

F i g. 2a—2c die Aktion der Rückhaltevorrichtung bei der Absorption der Energie eines sich bewegenden Rohres;

Fig.3a—3d den allgemeinen Fall der Aktion der Rückhaltevorrichtung beim Anhalten eines sich bewegenden Rohres und

F i g. 4 eine alternative Haltevorrichtung.

Ein Ausführungsbeispiel der Rückhaltevorrichtung 23 ist im Detail in den Fig. la bis Ic gezeigt. Die Rückhaltevorrichtung 23 besteht aus einem U-förmigen Rückhalteelement 32, einer Auflageplatte 33, zwei U-förmigen Anlenkteilen 34(1) und 34(2) mit Löchern in den Schenkeln zur Einführung je eines Bolzens 38 (1) und 38 (2), wobei die Teile 34 an den Enden des Rückhalteelementes 32 befestigt sind, und einem Paar Ösen 36 (1) und 36 (2). Die ösen 36 (1) und 36(2) sind an Halteplatten 37 (1) und 37 (2) befestigt (z. B. durch Schweißen) und sind durch Bolzen 38(1) und 38(2) schwenkbar mit den Teilen 34 (1) und 34 (2) verbunden. Die Halteplatten 37(1) und 37(2) sind (z.B. durch Schweißen) an einem geeigneten Bauwerksteil 39 befestigt. Die bogenförmige Platte 33 ist an dem Rückhalteelement 32, entfernt von dessen Enden 41 (1) und 41 (2) befestigt, und zwar durch Klammern 25, die z. B. durch Schweißen an der Platte 33 befestigt sind. Die U-förmigen Rückhalteelemente 32 mit den daran angebrachten bogenförmigen Platten 33 sind im Abstand um das Druckrohr 43, ζ. B. aus Stahl, das im Falb eines Rohrbruchs zurückgehalten werden soll, geführt. Das Rohr 43 ist von einer normalen Wärmeisolierung 44 umgeben.

Die Enden 35 (1) und 35 (2) des Rückhaltelementes 32 können an die Teile 34(1) und 34(2), wie sie in den Fig. la und Ib gezeigt werden, angeschweißt sein. Andererseits kann das Rückhalteelement 32 auch mit Gewindeenden 45 mit vergrößertem Durchmesser ausgerüstet sein, wie in F i g. Ic gezeigt, wobei die Teile 34(1) und 34(2) dazu passende (nicht gezeigte) Innengewinde enthalten. Diese Gewindeenden 45 mit größerem Durchmesser reduzieren die Möglichkeit des Bruches des Rückhalteelementes 32 an der Wurzel der Gewinde.

Das Material und die Dimensionierung der Rückhalteelemente sowie deren Anzahl sind so ausgewählt, daß sie der Energie, die für den Fall des angenommenen Bruches des Druckrohres 43 absorbiert werden muß, angepaßt sind. Das heißt, daß sich die Rückhalteelemente plastisch dehnen.

Fig. 2a bis 2c veranschaulichen die Wirkungsweise der Rückhaltevorrichtung 23 beim Absorbieren der Energie eines ausschlagenden Rohres 51, wobei angenommen wird, daß die wirkenden Kräfte das Rohr 51 nach unten bewegen, wie es durch den Pfeil in F i g. 2b gezeigt ist. In F i g. 2a sind das Rohr 51 und die Rückhaltevorrichtung 23 in ihren normalen Positionen gezeigt.

F i g. 2b ist eine Ansicht des Endstandes des Rohres 51, nachdem die Rückhaltevorrichtung 23 dessen Bewegung aufgefangen hat. Die Rückhalteelemente 32 wurden durch Absorption der Bewegungsenergie des Rohres 51 gedehnt. Die Platten 33 verteilen die Belastung auf den Umfang des Rohres 51 und verhindern so dessen völliges Zerbrechen, obwohl das Rohr im Querschnitt eine längliche Form annimmt. Die Platten 33 biegen sich um das angebrochene Rohr, und deren freien Enden 41 (1) und 41 (2) wickeln sich um das Rohr 51 und hindern so dessen Zurückschlagen.

F i g. 2c ist eine Seitenansicht mit mehreren Rückhaltevorrichtungen, die die Position zeigt, in der die Rückhaltevorrichtungen 23 die Bewegung des Rohres 51 aufgefangen haben. Der Einsatz mehrerer Rückhaltevorrichtungen bewirkt eine bessere axiale Verteilung der Rohrausschlagenergie entlang dem Rohr 51, verglichen mit der Anwendung nur eines einzigen, entsprechend stabil ausgebildeten Rückhalteelementes. Die Verteilung der Belastung wird auch durch die unabhängige Fähigkeit der Platten 33, sich an die Oberfläche des Rohres 51 anzupassen, bewirkt. Auch gestattet der Einsatz von mehreren Rückhaltevorrichtungen 23 die Reduktion von Größe und Gewicht der einzelnen Teile, so daß sie bei der Herstellung, bei der Installation und beim Auswechseln leichter gehandhabt werden können, und reduziert die Kosten durch Gebrauch vieler ähnlicher Elemente. Auch kann man sich dabei den Erfordernissen der Energieabsorption durch geeignet;· Anordnung der einzelnen Rückhaltevor'ichtungen über einen annehmbaren Bereich durch geeignete Auswahl der Anzahl der Rückhaltevorrichtungen gut anpassen.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Rückhaltevorrichtung beim Anhalten eines eerissenen Rohres

51 wird in den Fig. 3a bis 3d im Detail dargestellt. Ein außerordentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Rückhaltevorrichtung ist deren Fähigkeit, die Rohrbewegung in einem Winkel zur normalen Mittellinie 53 des Rohres 51 und der Rückhaltevorrichtung 23 aufzufangen. Deshalb wird im folgenden der allgemeine Fall einer Rohrausschlagskraft F_p in einem Winkel χ zu der Mittellinie 53 beschrieben:

F i g. 3a zeigt die normalen Positionen von Rückhaltevorrichtung 23 und Rohr 51. D\ ist der anfängliche Abstand zwischen dem Rohr 51 und der Grundplatte 33. B ist die Dicke der Grundplatte 33 und C ist die Länge des Rückhalteelementes 32 zwischen den Teilen 34 und einer Mittellinie 54 durch das Zentrum des Rohres 51. R ist der äußere Radius des Rohres 51 und R\ ist der normale Krümmungsradius des Rückhalteelementes 32, gemessen vom Zentrum des Rohres 51. Somit ist die normale Arbeitslänge des Rückhalteelementes 32 gleich

Wenn ein Rohrbruch erfolgt, der eine momentane Rohrstoßkraft F_p in einem Winkel χ zur Mittellinie 53 bewirkt, bewegt sich das Rohr 51 durch den ursprünglichen Abstand D\ und berührt die Grundplatte 33, wie in F i g. 3b gezeigt. Da der Krümmungsradius R\ des Rückhalteelementes 32 großer ist als der Rohrradius R, müssen Rückhalteelement 32 und Platte 33 nun ihre Gestalt ändern, um sich dem Rohr 51 anzupassen. Sobald also das Rohr 51 mit der Rückhaltevorrichtung 23 in Kontakt kommt, wie in Fig. 3b gezeigt, bewegen sich Rohr 51 und die Rückhaltevorrichtung 23 zusammen über einen Anpassungsabstand D₂, bis das Rückhalteelement 32 straff ist. Während dieser Bewegung über den Anpassungsabstand D₂ paßt sich die Rückhaltevorrichtung 23 an das Rohr 51 an, wie in F i g. 3c gezeigt, aber sie setzt der Rohrbewegung keinen bemerkenswerten Widerstand entgegen.

Somit bewegt sich das Rohr 51 über einen effektiven Abstand, der gleich der Summe aus ursprünglichem Abstand D\ und Anpassungsabstand D₂ ist, bevor die Rückhaltevorrichtung 23 wirksam wird und der Bewegung des Rohres Widerstand entgegengesetzt und die Energie des Rohraufschlages absorbiert. In der Praxis ist es erwünscht, diesen effektiven Abstand auf einen praktischen Wert zu reduzieren, um eine »übermäßige« Ansammlung der kinetischen Energie des gerissenen Rohres zu vermeiden.

Da die Rückhaltevorrichtung 23 durch das sich bewegende Rohr bis über den effektiven Abstand hinaus verformt wird, gibt das Rückhalteelement 32, durch Dehnung verformbar nach, so daß die Energie des Rohrschlages absorbiert wird. Das sich dehnende Rückhaueelemerit 32 übi so eine Reakiionskraft />
das Rohr 51 aus, die sich aus Belastungsverformungscharakteristiken der Rückhaltelemente 32 ergibt.

F i g. 3d zeigt, daß die Rückhaltevorrichtung 23 über den effektiven Abstand hinaus um einen Abstand D₃ gedehnt ist, der als Arbeitsverformung definiert ist.

Das das Rückhalteelement 32 unter der Stoßkraft F_p ', des Rohres 511 gestreckt wird, kommt es zu einer Reibung zwischen der Platte 33 und einem gebogenen Teil 56 des Rückhalteelementes 32, das mit der Platte 33 in Kontakt steht. Wegen dieser Reibung wird die Belastung in diesem gebogenen Teil 56 reduziert, und

κι deshalb ist das Rückhalteelement 32 nicht so effektiv bei der Absorption der Energie, wie ein Element der gleichen Länge unter gleichmäßiger Belastung. In anderen Worten, das Rückhalteelement 32 hat eine effektive Länge, die geringer ist als seine aktuelle Länge.

ι¹) Bei der praktischen Festlegung der Größe der erfindungsgemäßen Rückhaltevorrichtung für die Absorption der Energie des Rohrausschlages in einer bestimmten Anwendungsweise wird die ursprüngliche oder normale Länge des Rückhalteelementes 32 durch den Durchmesser des Rohres 51, die Entfernung zwischen dem Rohr und dem Bauwerksteil 39, an welchem die Rückhaltevorrichtung verankert ist, und den erforderlichen Abstand D\ bestimmt. Die Auswahl des Materials und die Breite und Dicke der Platte 33 sind ein Kompromiß zwischen ausreichender Starrheit, um das Zerbrechen des Rohres auf ein Minimum zu begrenzen, und ausreichende Verformbarkeit, damit sie sich um das Rohr herumwickeln und der Form des Rohres anpassen kann.

so Die Anzahl der Rückhaltevorrichtungen 23 und damit der Rückhalteelemente 32 wird so gewählt, daß die gewünschte Verteilung der Rückhaltekraft F_r längs des Rohres gegeben ist. Zur Vereinfachung der Herstellung und der Handhabung werden mindestens vier Rückhal-

J5 tevorrichtungen zu einer Einheit zusammengefaßt Das Material, aus welchem die Rückhalteelemente 32 hergestellt werden, ist so gewählt, daß die Elemente eine hohe Energieabsorptionsfähigkeit aufweisen. Von den geeigneten Materialien wird rostfreier Stahl der Nr. 304

■40 bevorzugt. Wenn die Rückhalteelementlänge, die Anzahl der Riickhaltevorrichtungen und damit der Rückhalteelemente und das Material für die Rückhaltevorrichtung gegeben sind, wird der Durchmesser der Rückhalteelemente so bestimmt, daß er der zu

-»5 absorbierenden Energie des Rohrausschlages entspricht, wobei der schlimmste Fall oder der maximal vorhersehbare Abweichungswinkel χ angenommen wird.

F i g. 4 zeigt eine alternative schwenkbare Haltevorrichtung zwischen den Rückhalteelementen 32 und

Halteplatten 137, bei der Ösen 134 mit Gewinde an den r~_j j o.-.^i.u»n~~i *« ii u»r_A«-«:~« ..«Λ _m;t;air

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Bolzen zwischen U-Teilen 136 an den Halteplatten 137 gehalten sind.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Rückhaltevorrichtung in einem Zuführungssystem zur Begrenzung der Bewegung eines ein Strömungsmittel unter hohem Druck führenden Rohres im Falle eines Rohrbruches, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein U-förmiges Rückhalteelement (32) im Abstand um das Rohr (51) herumgeführt und an den Enden (35) mittels Haltevorrichtungen (34, 36, 37, 38) schwenkbar an einem Bauwerksteil (39) des Systems befestigt ist und daß Material und Dimensionen des Rückhalteelementes so ausgewählt sind, daß sie eine plastische Dehnung des Rückhalteelementes erlauben.

2. Rückhaltevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtungen an den Enden (35) des Rückhalteelementes (32) U-förmige Anlenkteile (34) aufweisen, die mittels Bolzen (38) an gelochten Ösen (36) angelenkt sind, die (36) ihrerseits an einer oder mehreren Halteplatten (37) befestigt sind, die mit dem Bauwerksteil (39) verbunden sind.

3. Rückhaltevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die U-förmigen Anlenkteile (34) an den Enden (35) des Rückhalteelementes (32) durch Gewinde befestigt sind, wobei die Gewindeenden (45) des Rückhalteelementes einen gegenüber dem übrigen Teil des Rückhalteelementes vergrößerten Durchmesser haben.

4. Rückhaltevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Auflageplatte (33) zwischen dem Rückhalteelement (32) und dem Rohr (51) in einem Abstand von dem Rohr an dem Rückhalteelement befestigt ist.

5. Rückhaltevorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflageplatte (33) im Abstand (bei 25) von ihren Enden (41) an dem Rückhalteelement (32) angebracht ist derart, daß sich die Auflageplatte beim Aufschlagen des Rohres (51) im Falle eines Rohrbruchs um das Rohr wickelt.