Maßnahmen zur Druckstoßvermeidung und -reduzierung

Wird bei der Anlagenplanung/Berechnung festgestellt, dass dynamische Lastfälle die zulässigen Betriebsdrücke überschreiten können, so gibt es verschiedene Maßnahmen zur Verhinderung bzw. Minimierung von Druckstößen. Grundsätzlich muss unterschieden werden in primäre Maßnahmen, die einen Druckstoß verhindern, und in sekundäre Maßnahmen, die die Auswirkungen von Druckstößen begrenzen. Können Druckstöße nicht sicher vermieden oder reduziert werden, so muss das Rohrleitungssystem für die Aufnahme der zusätzlichen dynamischen Lasten ausgelegt werden.

Primäre Maßnahmen

Schwungmassen

 

Der plötzliche Ausfall des Pumpenantriebs und das damit verbundene schlagartige Abbremsen des Laufrades kann durch Schwungmassen auf der Pumpenwelle verhindert werden. Die Rotationsenergie der Schwungmasse bewirkt ein langsames Auslaufen der Pumpe.


Schließzeit/-charakteristik von Ventilen optimieren

 

Grundsätzlich ist sicherzustellen, dass Ventile nur dann schnell geschlossen werden, wenn es der Prozess oder die Anlagensicherheit unbedingt erfordern. Bei notwendigen Ventilschnellschlüssen sollte die Unterscheidung zwischen mechanischer und hydraulischer Schließzeit beachtet und genutzt werden. Mit Hilfe eines gestuften Schließvorganges wird das Ventil anfangs möglichst schnell geschlossen und im kritischen Bereich der hydraulischen Schließzeit abgebremst. Damit können kurze Gesamtschließzeiten und gleichzeitig eine Verhinderung von Druckstößen sichergestellt werden. Auch der Einsatz von Ventilen mit gleichprozentigen Hub-kv-Kennlinien, die sanfter schließen als Armaturen mit linearen Kennlinien, ist in Betracht zu ziehen.

 

Belüftungsventile

 

Um gefährliche Unterdrücke und Kaviationsschläge zu vermeiden, können Belüftungsventile bzw. Vakuumbrecher eingesetzt werden.

Sekundäre Maßnahmen

Reduzierung der Strömungsgeschwindigkeit

 

Wie anhand der Joukowsky-Gleichung ersichtlich ist, bewirkt eine Reduzierung der Strömungsgeschwindigkeit eine lineare Abnahme der Druckstoßamplitude. Bei vorgegebenem Förderstrom ist dies nur durch eine Vergrößerung der Rohrleitungsnennweite möglich.


Reduzierung der Wellenausbreitungsgeschwindigkeit

 

Auch eine verminderte Wellenausbreitungsgeschwindigkeit reduziert die Druckstoßhöhe. Praktisch umsetzbar ist diese Maßnahme durch die Verwendung von elastischen Rohrwerkstoffen (z.B. faserverstärkte Kunststoffrohre) an Stelle von Stahlrohrleitungen. Ebenso kann die Zufuhr von geringen Mengen feinverteilter Gasbläschen ins Fluid in Einzelfällen sinnvoll sein.

 

Druckbehälter mit Gaspolster

 

Windkessel, Membran- oder Blasenspeicher nutzen die hohe Kompressibilität von Gasen. Ein Teil der Druckstoßenergie wird aufgenommen, gespeichert und langsam abgegeben.