DE2745473A1

DE2745473A1 - Aufhaengevorrichtung einer warmgehenden rohrleitung

Info

Publication number: DE2745473A1
Application number: DE19772745473
Authority: DE
Inventors: Bruno Pischzik; Johann Schneiderat
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1977-10-08
Filing date: 1977-10-08
Publication date: 1979-04-19
Also published as: US4410156A; DE2745473B2; GB2011012B; GB2011012A; FR2405415A1; FR2405415B1; DE2745473C3

Description

7.10.1977

Fall 12 463

Mannesmann Aktiengesellschaft, 4000 Düsseldorf

Aufhängevorrichtung einer warmgehenden Rohrleitung

Die Erfindung bezieht sich auf warmgehende Rohrleitungen wie Dampfleitungen in Großkraftwerken. An die Aufhängevorrichtungen solcher Rohrleitungen wird die Forderung gestellt, eine möglichst konstante Aufhängekraft auf das Rohr auszuüben, obwohl der rohrseitige Aufhängepunkt eine dilatationsabhängige Lageveränderung erfährt, während der gebäudeseitige A_ufhängepunkt sich nicht verändert.

Bei einer derartigen bekannten Aufhängevorrichtung (DT-PS 1 159 710, bes. Fig. 5) mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 verhindert ein von einem Folgeregler beaufschlagter elektrischer Stellmotor durch Betätigung einer Spindel die Einstellung eines so vorbestimmten Abstandes zwischen den beiden Aufhängepunkten, daß sich die Aufhängekraft nicht wesentlich verändert. Änderungen der Aufhängekraft führen statisch zu erhöhten Spannungen in dem aufgehängten Rohr, Andererseits wirkt die bekannte Aufhängevorrichtung bei Schwingungen der Rohrleitungen oder etwa bei Erdbebenkräften wie eine völlig starre Aufhängevorrichtung. Dies im Gegensatz zu Federaufhängungen oder sogenannten Konstanthängern ( DT-GM 72 46 963). Anordnungsmäßig ergänzen sich die letztgenannten Aufhängevorrichtungen jedoch mit der erstgenannten vorteilhaft insoweit, als die erstgenannte trotz der lageveränderlichen Aufhängepunkte kraftunabhängige Festpunkte des Rohrsystems bilden. '

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Die erstgenannte Aufhängevorrichtung, die die Erfindung betrifft, ist aufwendig und insoweit nicht betriebssicher, als sie bei Stromausfall versagt.

Die Erfindung bezweckt, eine wesentlich billiger herstellbare Aufhängevorrichtung der bezeichneten Art zu schaffen, die für die Betätigung außerdem keine Fremdenergie benötigt. Bei Herstellkosten, die nicht erheblich größer sind als die der besagten Konstanthänger, ersetzt die angestrebte kraftunabhängige Aufhängevorrichtung den Konstanthänger schlechthin.

Die zur Lösung der Aufgabe vorgesehenen Merkmale des kennzeichnenden Teiles des -Anspruches 1 führen zu einer Aufhängevorrichtung, die den weiteren Vorteil aufweist, mit niedriger Bauhöhe auszukommen und vor allem dadurch zu ermöglichen, bei bereits betriebenen Rohrleitungen nachträglich angebracht zu werden.

Die Ausführungsform des zweischenkligen Hebels richtet sich danach, ob es sich um die Aufhängung einer vertikalen oder einer horizontalen Rohrleitung handelt. Bei ersterer stellen die beiden Schenkel einen geradlinigen und bei letzterer einen winkeligen Hebel dar.

Wegen der genannten Hebelarmverhältnisse sind die von der Stange zu beherrschenden Kräfte größer als die Aufhängekraft, überdies ist die Stange aus den weiter unten erläuterten Gründen verhältnismäßig lang, so daß sie für die Aufnahme von Druckkräften knicksteif auszubilden ist. In Weiterentwicklung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es nun zweckmäßig, die Stange durch die Anbringung einer Entlastungsfeder nicht allzu stark bemessen zu müssen. Die Feder wiederum kann bei einer druckbeanspruchten Stange so angeordnet werden, daß sie jegliche Druckkräfte von der Stange fernhält, die Stange also als Zugstange ausgebildet sein kann.

Das durch die Aufhängung über den drehbaren Schenkel in das Rohr eingeleitete Moment, das in das System der Rohrleitung hineinvagabundiert und damit schädlich sein kann, kann durch ein Gegenmoment abgefangen werden, wenn der rohrseitige Aufhängepunkt durch eine Konsol

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in die Tragebene des Befestigungspunktes des Ankers verlagert wird.

In der Zeichnung ist die Erfindung an Ausführungsbeispielen dargestellt. Die Zeichnung ist im weiteren erläutert und zeigt mit

Fig. 1 in zwei Zuständen eine Aufhängevorrichtung für ein sich bei Temperaturerhöhung aufwärts bewegendes horizontales Rohr.

Fig. 2 die Anordnung ähnlich Fig. 1, jedoch bei einem sich bei Temperaturerhöhung abwärts bewegenden horizontalen Rohr.

Fig. 3 in ebenfalls zwei Temperaturzuständen die Aufhängung eines vertikalen sich von einem unteren absoluten Festpunkt nach oben ausdehnenden Rohres.

Fig. 4 eine Anordnung ähnlich Fig. 1, jedoch mit einer Entlastungsfeder.

Fig. 5 eine Anordnung ähnlich Fig. 2, jedoch mit Entlastungsfeder und mit einer nur auf Zugkräfte beanspruchten Stange.

Fig. 6 eine Anordnung ähnlich Fig. 1, jedoch mit einer den rohrseitigen Aufhängepunkt verlagernden Konsole.

Fig. 7 die Anordnung nach Fig. 6, vergrößert, in der Draufsicht entsprechend Pfeilrichtung VII.

Ein Rohr 1 ist horizontales Rohrstück einer abgewinkelten Hochtemperatur-Dampfleitung, deren nicht gezeichneter senkrechter Strang durch Dilatation eine Aufwärtsbewegung des Rohres 1 um das Maß a bewirkt. Das heißt, im kalten Zustand der Rohrleitung nimmt das Rohr 1 die Höhenlage nach dem mit "kalt" bezeichneten Teil der Fig.1 ein, während es im Hochtemperaturzustand die Höhenlage entsprechend dem rechten Teil der Fig. 1 einnimmt.

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Das Rohr 1 ist an einem gebäudeseitigen Punkt 2 über einen starren Anker 3 aufgehängt, jedoch, ist der Anker 3 nicht an dem rohrseitigen Aufhängepunkt 4 befestigt, sondern am längeren Schenkel 5 eines zweischenkligen Hebels 6, der als Winkelhebel ausgebildet ist. An dem kürzeren Schenkel 7 ist eine Stange 8 angelenkt, deren anderes Ende 9 ein gelenkiger Befestigungspunkt an dem Rohr 1 ist. Die Zeichnung weist weiter aus, daß der kürzere Schenkel 7 quer zum Rohr 1 gerichtet ist, jedoch weist die Fig. 1 der Zeichnung nicht aus, daß die Stange 8, die parallel zum Rohr gerichtet ist, außerhalb des Temperatureinflusses des Rohres 1 verläuft (s.Fig. 3). Das heißt, sie liegt außerhalb der in der Zeichnung nicht hervorgehobenen Isolierung des Rohres und ist nur der Raumtemperatur des Gebäudes unterworfen. Die Befestigungsstellen 4 und 9 sind Zapfen, die quer zum Rohr aus der Isolierung herausragen, so daß auch der Winkelhebel 6 außerhalb der Isolierung liegt.

Bei Inbetriebsetzung der Anlage, d.h. bei der Aufheizung des Rohres vergrößert sich der Abstand der beiden Punkte 4 und 9, der in der Zeichnung mit dem Maß b bezeichnet ist, infolge der Wärmedehnung des Rohres um das Stück c, während die Länge der Stange 8 sich nicht verändert. Hierdurch kommt der kürzere Schenkel 7 zwangsläufig in die im rechten Teil der Fig. 1 gezeichnete Schräglage zu liegen. Die dadurch bedingte Rechtsschwenkung des Winkelhebels 6 verlagert den Befestigungspunkt 10 des Ankers 3 relativ zum Rohr 1 nach unten. Kontinuitätsbedingungen besorgen, daß diese relative Lageveränderung des Punktes 10 zum Rohr 1 möglichst genau dem Maß a entsprechen. Danach ist das Verhältnis der Längen der Schenkel 5 und 7 bemessen, und es kann zweckmäßig sein, die Befestigungsstelle 10 an dem Schenkel 5 in der praktischen Ausführung verschieblich einzurichten. Wenn die Verlagerung des Punktes 10 genau dem Maß a entspricht, und wenn, was natürlich nur als Grenzfall anzusetzen ist, das Rohrstück 1 sich rein translatorisch verlagert, bleibt bei dem Übergang des Aufhängezustandes von Fig. 1 links zu Fig. 1 rechts die Aufhängekraft im Anker 3 unverändert. Die Fig. 1 läßt weiter erkennen, daß, in welchem Temperaturzustand sich das Rohr 1 auch befindet, die aus

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den Teilen 6 und 8 bestehende Aufhängevorrichtung vollkommen starr gegen mechanisch erzeugte Kräfte ist. Demnach kann die Aufhängung bei Instandsetzungsarbeiten an der Rohrleitung als Festpunkt angesehen werden. Während des Betriebes überträgt die Aufhängung Kräfte, die von Schwingungen herrühren oder von Erdbeben, unvermindert an den gebäudeseitigen Aufhängepunkt 2.

Dasselbe Rohr 1 kann horizontales Stück einer Rohrleitung sein, die dieses Rohrstück bei Erhitzung um das Maß a absenkt. Diese in Fig. 2 berücksichtigte Gegebenheit erfordert, den Winkelhebel 6 spiegelbildlich anzuordnen. Der Befestigungspunkt des Ankers 3 führt damit eine Relativbewegung nach oben aus, und zwar im Idealzustand genau um das Maß a . Jedoch kehrt die Beanspruchungsart der Stange von einer Zugkraft in Fig. 1 in eine Druckkraft in Fig. 2 um. Im übrigen ist die Stange 8 verhältnismäßig lang. Je größer die Länge, desto deutlicher die Schräglage des Schenkels 7 und damit die Funktionssicherheit.

Ein in Fig. 3 gezeichnetes Rohr 11 ist vertikales Rohrstück einer Hochtemperatur-Dainpfleitung, die, so ist in dem Beispiel angenommen, bei der Dilatation eine bloße Längenveränderung und keine seitliche Lageveränderung des Rohrstückes 11 bewirkt. Sollten solche quergerichteten Lageveränderungen auftreten, so liegt dies außerhalb der Erfindung, denn sämtliche Anker 3 des Aufhängesystems sind pendelnd gelagert, ohne die Funktion der anschließend beschriebenen, die Erfindung berührenden Aufhängevorrichtung zu beeinflussen.

Das Rohr 11 besitzt einen mit einer strichpunktierten Linie ange-

deuteten unteren absoluten Festpunkt 12 und einen relativen Festpunktbereich 13 in bezug auf von außen kommende Kräfte, wie oben erläutert ist.

An einem rohrseitigen Aufhängepunkt 14 sitzt gelenkig ein geradliniger zweischenkliger Hebel 15· Der Befestigungspunkt 16 an einer Stange 17, die außerhalb des Temperatureinflusses des Rohres 11 verläuft und parallel zu dem Rohr, unterteilt den Hebel 15 in zwei

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verschieden lange Schenkel, nämlich den längeren Schenkel 18, an dem außen der Anker 3 angelenkt ist, und den kürzeren Schenkel 1 als Verbindung der beiden Punkte 14 und 16, wobei auch hier der kürzere Schenkel 19 quer zu dem Rohr 11 gerichtet ist.

Beim Übergang in den Betriebszustand, der im rechten Teil der Fig.3 gemeint ist, verschiebt sich zunächst die Höhe der auf einer horizontalen Linie 20 liegenden Punkte um das Maß d. Sodann vergrößert sich die Länge e des Rohrabschnittes 13 um das Maß f. Der zweischenklige Hebel 15 nimmt hierdurch eine Schieflage ein, und zwar in besagter Kontinuität wiederum so, daß der Punkt 14 um die Summe von d und f höher zu liegen kommt, um die Aufhängekraft in den Ankern 3 konstant zu halten.

Es wurde bereits oben erwähnt, daß die Stange 8 und damit vergleichsweise die Stange 17 sowohl eine auf Zug wie auch auf Druck beanspruchte Stange sein kann. Wegen der verhältnismäßig großen Länge dieser Stange wäre sie als Druckstange besonders dick zu bemessen, zumal sie eine Kraft erfährt, die wegen des Verhältnisses der Längen der Hebel 5 und 7 ein Kehrfaches der Aufhängekraft im Anker 3 beträgt. Auch bei einer auf Zug beanspruchten Stange besteht aus letzterem Grunde der Wunsch zur Entlastung dieser Stange. So zeigt Fig. 4 eine Lösung zur Entlastung einer auf Zug beanspruchten Stange 8, und zwar an dem Beispiel, bei dem das Rohr 1 eine Aufwärtsbewegung in die Lage 1' erfährt. Auf der Stange 8 sitzt eine Entlastungsfeder 21. Die Feder sitzt zwischen einem auf der Stange 8 befestigten Federteller 22 und einem zum Rohr unbeweglichen Widerlager 23. Zweckmäßig sitzt das Widerlager an einem durch eine punktierte Linie angedeuteten Gehäuse, das an einer am Rohr 1 angeschweißten Lasche 24 sitzt und damit hinsichtlich des Formschlusses mit diesem Teil identisch ist. Die im Punkt 25 in die Stange 8 eingeleitete Zugkraft teilt sich an dem Federteller 22 auf in einen Zweig, der die Feder 21 zusammendrückt, und in einen Zweig, der sich, über den hinteren Bereich 8b der Stange fortsetzt und den äußersten Punkt 9 der Stange weit weniger stark belastet als den Anschlußpunkt 25 des vorderen Bereiches 8a.

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Bei der Anordnung nach Fig. 5, bei der eine Abwärtsbewegung des Rohres 1 in die Lage 1' bei der Ausbildung der Aufhängung zu berücksichtigen ist, sitzt die Feder 21 an der gegenüberliegenden Seite des angedeuteten und mit der Lasche 24 identischen Gehäuses. Die Stange 8 ist in dem Falle über den Anlenkpunkt 25 hinaus verlängert und endet in dem Federteller 22. Die Feder 21 ist in dem Fall so stark, daß sie der Aufhängekraft im Anker 3 das Gleichgewicht bietet, so daß der zwischen den Punkten 25 und 9 liegende Bereich 8b der Stange zunächst nicht erforderlich ist. Er wird erst erforderlich zur Ausübung der temperaturabhängigen Ausgleichsbewegung. Hierzu übt der Bereich 8b der Stange auf die Feder 21 bei der Dehnung des Rohres 1 eine zusätzliche Kraft aus, die die Feder 21 weiter zusammendrückt. Hierdurch bewegt sich der Punkt 25 nach rechts und der rohrseitige Aufhängepunkt 4 in bezug auf den gebäudeseitigen Aufhängepunkt abwärts. Der Bereich 8b der Stange, der relativ zu dem Bereich 8a wesentlich langer als gezeichnet ist, kann damit ausführungsmäßig ein bloßer Draht sein, während es für den kurzen Stangenbereich 8a erforderlich ist, für die Gesamtabtragung der Winkelhebelkraft zu sorgen.

Nun ist die Zwischenschaltung einer Feder in ein Kräftesystem grundsätzlich eine Abkehr von der Starrheit des Systems in bezug auf äußere Kräfte. Es empfiehlt sich daher, die Feder 21 besonders stark zu dimensionieren, so daß sie bei den zu erwartenden äußeren Kräften noch nicht nachgibt.

Anstelle der Feder 21, die zur Erzielung der übrigen Vorteile der Aufhängevorrichtung einen Kompromiss an die Starrheit gegen äußere Kräfte darstellt, ließe sich der längere Schenkel 5 des Winkelhebels als geradliniger doppelarmiger Hebel ausbilden, wobei an dem so gebildeten dritten Schenkel ein in der Einleitung erwähnter Konstanthänger angeschlossen wurde. Diese Ausführung ist jedoch gegenüber derjenigen mit der Feder 21 aufwendiger und platzmäßig sperriger.

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/Qex der Ausbildung der Aufhängevorrichtung eines horizontalen Rohres entsprechend FLg. 1 oder 2 hat das Rohr 1 statisch ein Moment aufzunehmen, das dem Produkt aus der Aufhängekraft im Anker 3 und dem Hebelarm entsprechend der Länge des längeren Schenkels 5 entspricht. Es kann nützlich sein, folgende Vorkehrung zu treffen, die dieses in der Rohrleitung vagabundierendes Moment unschädlich macht.

Der rohrseitige Aufhängepunkt 4 des Winkelhebels 6 ist gemäß Fig. 6 und 7 nicht am Rohr 1 befestigt, sondern an einer Konsole 26. Sie hat die Länge des längeren Schenkels 5, durchdringt die Isolierung 27 des Rohres und ist mit einer Schweißnaht 28 am Rohr befestigt. Sie kann auch mit einer Rohrschelle befestigt sein. Die Fig. 7 zeigt, daß der so verlagerte Aufhängepunkt 4 in der Tragebene 29 des Befestigungspunktes 10 der beiden Traganker 3 liegt. Damit geht die Tragkraft von dem Anker 3 in derselben Fluchtlinie in die abzufangende Rohrlast über. Jedoch findet innerhalb des zwischen den Punkten 10 und 9 liegenden Rohrabschnittes folgendes Momentenspiel statt:

Die Kraft im Anker 3 belastet den Schenkel 5 des Winkelhebels mit einem linksdrehenden Moment entsprechend dem Maß h. Dies führt zu einer Momentbelastung der Konsole 26 im Rechtsdrehsinn, das rechtsdrehende Moment gelangt über die Schweißnaht 28 in das Rohr hinein. Die Zugkraft der Stange 8 und das wirkungsmäßige Abstandsmaß g der beiden Befestigungspunkte der Aufhängevorrichtung am Rohr erzeugt ein linksdrehendes Moment in dem Rohr, das dem mit der Schweißnaht 28 eingeführten Moment das Gleichgewicht hält.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

( 1 ./Aufhängevorrichtung einer warmgehenden Rohrleitung mit einer sie der temperaturabhängigen Lageveränderung des rohrseitigen Aufhängepunktes bei im wesentlichen konstant bleibender Hängekraft nachführenden, sich gegenüber Laständerungen starr verhaltenden, thermisch gesteuerten Stelleinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß an dem rohrseitigen Aufhängepunkt (4,14) ein zweischenkliger Hebel (6, 15) gelagert ist, dessen längerer Schenkel (5t 18) an dem gebäudeseitigen Aufhängepunkt (2) angelenkt ist, und dessen kürzerer, quer zum Rohr (1, 11) gerichteter Schenkel (7, 19) an einer Stange (8) angelenkt ist, die parallel zum Rohr außerhalb des Temperatureinflusses verläuft und mit dem anderen Ende (9, 20) an dem Rohr (1, 11) befestigt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Aufhängung eines vertikalen Rohres (1) die beiden Schenkel (18 und 19) einen geradlinigen Hebel (15) darstellen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Aufhängung eines horizontalen Rohres (1) die beiden Schenkel (5 und 7) einen Winkelhebel (6) darstellen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Stange (8, 17) eine sich am rohrseitigen Aufhängepunkt (15, 24) abstützende Entlastungsfeder (21) angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (21) so bemessen ist, daS der freie Stangenbereich (8a) ausschließlich Zugkräfte erhält.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrseitige Aufhängepunkt (4) des Winkelhebels (6) durch eine Konsole (26) von der Länge des längeren Schenkels (5) in die Tragebene (29) des Befestigungspunktes (10) des Ankers (3) verlegt ist.

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