Betriebsfeste Auslegung von Metallkompensatoren unter besonderer Berücksichtigung strömungsinduzierter Schwingungen

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDiplomarbeit

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Abstract

Kompensatoren mit metallischen Bälgen sind flexible Elemente in Rohrleitungen zur Aufnahme axialer, lateraler und angularer Verschiebungen. Aufgrund ihrer Form und Flexibilität sind sie anfällig für Schwingungen. Bei kritischen Durchströmgeschwindigkeiten entstehen Resonanzeffekte, die binnen kürzester Zeit zum Ausfall führen. Es gibt hier die Möglichkeit, ein sogenanntes Leitrohr in den Kompensator einzubauen, um diese Effekte zu unterbinden. Dies bedeutet jedoch eine unerwünschte Gewichtszunahme der gesamten Konstruktion. Ziel dieser Arbeit ist die Klärung der Frage, ob diese kritischen Durchströmgeschwindigkeiten formelmäßig erfasst werden können. Aufgrund ihrer umfassenden Berechnungsmethodik wird als Grundlage für die Berechnungen die DIN 14917 verwendet. Zum Vergleich wird die EJMA-Richtlinie herangezogen. Ansätze zur Berechnung von kritischen Durchströmgeschwindigkeiten werden der einschlägigen wissenschaftlichen Literatur entnommen. Zusammen mit der Berechnungsnorm werden diese Erkenntnisse in einem Berechnungsblatt in Microsoft Excel implementiert. Mittels Simulationen mit dem Finite-Elemente-Paket Abaqus wird gezeigt, dass die Ermittlung der Federrate die aussschlaggebende Fehlerquelle in der Berechnung der Eigenfrequenzen darstellt. Es werden Möglichkeiten aufgezeigt, wie das Ergebnis durch Kalibrierung an Versuchsergebnissen verbessert werden kann. Weiters wird eine Schnittstelle zwischen Microsoft Excel und dem Optimierungspaket DAKOTA entwickelt. Dies ermöglicht es, einen Kompensator sowohl normgerecht auszulegen als auch auf die auftretenden Belastungen zu optimieren. Mit dieser Koppelung kann binnen kürzester Zeit eine Vielzahl von Szenarien dargestellt werden. Dies stellt besonders bei immer kürzer werdenden Entwicklungszeiten eine erhebliche Verbesserung der Methodik bei der Auslegung von Kompensatoren dar.
Titel in ÜbersetzungDimensioning of metal bellows expansion joints with special consideration of flow-induced vibrations
OriginalspracheDeutsch
QualifikationDipl.-Ing.
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Gänser, Hans-Peter, Betreuer (intern)
  • Irnberger, Kurt, Mitbetreuer (extern), Externe Person
Datum der Bewilligung17 Dez. 2010
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2010

Bibliographische Notiz

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Schlagwörter

  • Kompensator
  • Balg
  • EJMA
  • DIN 14917
  • fluid-addierte Masse
  • Strouhal-Zahl
  • Simulation
  • Optimierung
  • bellows expansion joint
  • bellows
  • fluid-added mass
  • Strouhal number
  • simulation
  • optimization

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