Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung
zur Sicherung von Rohren gegen Rohrbruch in ausgedehnten
Rohrsystemen, wie sie beispielsweise in Raffinerien und
Kernkraftanlagen vorkommen.
Stand der Technik
Vorrichtungen der oben genannten Art werden in bestimmten
Fällen in Prozeßrohrsystemen verwendet, um sicherzustellen,
daß ein möglicher Rohrbruch nicht dadurch zu sekundären
Folgen führt, daß die Enden des Rohres seitlich in
unkontrollirter Weise im Falle eines Bruches ausschlagen und dabei
andere benachbarte Rohre und Ventile usw. zerschlagen.
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Bekannte Vorrichtungen zur Sicherung von Rohren gegen Bruch
sind in den Figuren 1 und 2 gezeigt. In Figur 1 bezeichnet 1
einen Rohrbogen, der um eine Kante einer Betonwand 2 läuft.
Der Rohrbogen 1 ist mit einem geraden Rohr 5 durch eine
Schweißverbindung 4 vebunden. Der Rohrbogen 1 ist an der
Wand 2 mit Hilfe dehnbarer Bänder 3 aus rostfreiem Stahl
befestigt. Die Rohre sind oft sehr dick und können einen
Durchmesser von bis zu 600 mm und mehr haben. Da sie ein
Medium unter hohem Druck enthalten können, sind die Kräfte,
die auf die Rohrteile im Falle eines Rohrbruches,
beispielsweise an der Schweißverbindung 4, wirken, sehr groß.
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Als Beispiel wird auf Figur 3 Bezug genommen, in der F die
Kraft bezeichnet, die auf das freie Rohrende, in diesem
Falle der Rohrbogen 1, wirkt, falls ein Rohrbruch auftritt,
und V bezeichnet die Strecke in cm, um die das Rohrende
bewegt wird, bevor es durch die Bänder 3 zur Ruhe kommt. In
der Figur wird angenommen, daß OA = F&sub1; und die Gesamtstrecke
OC, über die sich das Rohr 1 bewegt, 9 cm beträgt. Die
Vorrichtung zur Sicherung des Rohres hat ein Spiel OD = 3 cm,
d.h., der Bogen 1 kann sich um 3 cm bewegen, bevor die
Bänder 3 anfangen, gedehnt zu werden. Die schraffierte Fläche
ABCO entspricht nun dem Energiemhalt des Bogens 1, und
dieser soll nun von den Bändern 3 aufgenommen werden. Das
bedeutet, daß die Fläche DEC gleich der Fläche ABCO sein soll,
d.h. F1 x 9 = (EC x(9-3))/2.
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Dies ergibt = 3 F&sub1;.
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Das bedeutet, daß die Kraft, die von den Bändern aufgenommen
werden muß, gleich 3F&sub1; ist. Da F&sub1; in bestimmten Fällen über
ein MN betragen kann, ist leicht einzusehen, daß die
Vorrichtungen zur Sicherung mit sehr großen Kräften geladen
sind.
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Ein anderes Verfahren zur Sicherung eines Rohres zeigt Figur
2. Hier ist das Rohr 6 von einem starken Rahmen 7 umgeben,
der an der Betonwand 9 befestigt ist und eine Anzahl
verformbarer "Töpfe" 8 trägt. Wenn das Rohr 6 im Falle eines
Rohrbruches auszuschlagen beginnt, ist beabsichtigt, daß die
Töpfe 8, wenn sie von dem Rohr 6 getroffen werden, die
seitliche Bewegung des Rohres 6 in einer relativ weichen Weise
abfangen. Jedoch ist diese Art von Sicherungsvorrichtung
sowohl sehr raumaufwendig als auch schwierig anzubringen.
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In den Patent Abstracts of Japan, Vol. 14, No. 415. (P-1102)
und JP-A-2 161 396 wird eine Vorrichtung gemäß dem
Oberbegriff des Anspruches 1 offenbart.
Zusammenfassung der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur
Sicherung eines Rohres gegen einen Rohrbruch, wobei eine hülsen
förmige Verbindung um denjenigen Bereich des Rohres (z.B.
eine Schweißnaht) angebracht wird, der gegen Rohrbruch
gesichert werden soll. Zu der Verbindung gehören mindestens ein
erstes und ein zweites Glied zur Befestigung der Verbindung
auf dem Rohr auf jeder Seite der Stelle, an der mit einem
Bruch zu rechnen ist, und sie ist dadurch gekennzeichnet,
daß das erste beziehungsweise zweite Glied als eine Hülse
ausgebildet ist, die in mindestens zwei Teile längs axialer
Schnitte unterteilt ist und auf dem Rohr mittels einer
Wicklung aus einem Band oder einem Draht aus Gedächtniseffekt-
Metall (Metall mit Formerinnerungsvermögen) befestigt ist.
Vor dem Umwickeln der Hülse wird dieses Band oder dieser
Draht bei einer Temperatur unterhalb der Übergangstemperatur
des Gedächtniseffekt-Metalls auf eine geeignete Länge
gedehnt, um die erforderliche Druckspannung für die Verbindung
nach dem Aufwickeln und nach einer folgenden Erhöhung der
Temperatur der Wicklung über die Übergangstemperatur zu
erzeugen, wobei die Hülsenteile des ersten beziehungsweise
zweiten Gliedes durch die axialen und radialen Kräfte
aufnehmende Verbindungskörper (16) solcher Stärke verbunden
sind, daß diese im Falle eines Rohrbruches imstande sind,
alle radialen und axialen Kräfte aufzunehmen, die durch den
Rohrbruch ausgelöst werden.
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Es versteht sich von selbst, daß die Vorrichtung der
vorgenannten Art bedeutend weniger Raum erfordert als bekannte
Vorrichtungen. Da die Enden der Rohre trotz eines
Rohrbruches in ihrer gegenseitigen Lage festgehalten werden,
sind die ausgelösten Reaktionskräfte nicht so groß wie bei
den bekannten Vorrichtungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Figur 1 zeigt eine bekannte Vorrichtung zur Sicherung eines
Rohres gegen Bruch, wobei das gestrichelt
gezeichnete Rohr anzeigt, wie sich das Rohr im Falle eines
Rohrbruches bewegt,
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Figur 2 zeigt ebenfalls eine bekannte Art der oben genannten
Vorrichtung.
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Figur 3 ist ein Diagramm, welches die Kräfte zeigt, die auf
die oben genannte Vorrichtung gemäß Figur 1 wirken,
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Figur 4 zeigt einen Schnitt durch eine Vorrichtung gemäß der
Erfindung,
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Figur 5 ist ein Diagramm, welches die Kräfte zeigt, die auf
die Vorrichtung gemäß der Erfindung wirken.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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In Figur 1 bezeichnet 1, wie bereits erwähnt, einen
Rohrbogen, der mit einem geraden Rohr 5 verbunden ist. Der
Rohrbogen ist mit einer Sicherungsvorrichtung versehen, die aus
elastischen Bändern 3 besteht, die an der Betonwand 2
befestigt sind. Im Falle eines Bruches wird der Bogen durch die
Reaktionskräfte des Mittels, das sich in dem Rohr befindet,
nach oben geworfen. Dies führt dazu, daß die Bänder 3 häufig
in einem bedeutend stärkeren Maße gedehnt werden als dies in
Figur 1 gezeigt ist, um nicht die Reaktionskräfte, die oft
sehr groß sind, zu abrupt aufzunehmen. Wie groß diese sein
können, ergibt sich aus Figur 3, die in einleitenden Teil
dieser Beschreibung beschrieben wurde.
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Figur 2 zeigt, wie bereits erwähnt, eine andere Art einer
Sicherungsvorrichtung gegen Rohrbruch, bei welcher das Rohr
von Dämpfungsgliedern in Gestalt verformbarer Töpfe 8, die
in einem Stahlrahmen 7 angeordnet sind, umgeben ist.
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Figur 4 zeigt eine Sicherungsvorrichtung gegen Rohrbruch
gemäß der Erfindung. Sie besteht aus einer Verbindung, zu der
ein erstes Glied in Form einer ersten Hülse 10 und ein
zweites Glied in Form einer zweiten Hülse 11 gehören. Diese
Hülsen 10,11 sind um das Rohr 12 herum auf jeder Seite eines
angenommenen Rohrbruches 13 angebracht. Jeder Hülse 10,11
ist längs achsialer Schnitte in mindestens zwei Teile
unterteilt (in den Figuren nicht gezeigt) und um das Rohr 12
herum durch Wicklungen 14,15 aus Gedächtniseffekt-Metall
befestigt. Die Wicklungen 14,15 bestehen aus Band oder Draht,
welches/welcher vor dem Aufwickeln unterhalb der
Übergangstemperatur des Gedächtniseffekt-Metalles auf eine geeignete
Länge gedehnt wurde, um in der Verbindung nach dem
Aufwickeln und einer späteren Erhöhung der Temperatur der Wicklung
über die Übergangstemperatur die gewünschte Druckspannung zu
erhalten. Die Hülsen 10,11 sind mittels Verbindungskörpern
16 miteinander verbunden. Die Hülsen 10,11 sind daher mit
einer solchen Kraft um das Rohr 12 befestigt, und die
Verbindungkörper 16 sind so widerstandsfähig, daß die Enden
eines gebrochenen Rohres 12 im Fall eines Rohrbruches zwischen
den Hülsen nicht nach den Seiten ausschlagen. Ein
zusätzlicher Vorteil dieser Art von Sicherungsvorrichtung besteht
darin, daß die kein Spiel hat. Die Kräfte im Falle eines
Rohrbruches werden unmittelbar von der Verbindung
aufgenommen, und die Verbindungskörper der Verbindung werden etwas
gedehnt. In Figur 5 ist angenommen, daß diese Dehnung einer
Strecke V entspricht, die gleich AB = 0,5 mm.
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Es wird angenommen, daß die Kraft AE = F&sub1; ist. Wie in Figur
3 soll die Fläche ABDE gleich sein der Fläche ABC, was
ergibt
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F1 0,5= (BC x0,5)/2.
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= 2F&sub1;
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Die Kraft, die von der Verbindung aufgenommen werden muß,
ist daher nur 2/3 der Kraft, die von den Bändern 3 bei der
bekannten Sicherungsvorrichtung gemäß Figur 1 aufgenommen
werden muß, was natürlich ein Vorteil der vorgeschlagenen
Vorrichtung ist.