Hydrodynamische Auffahrunfälle: Störfälle in Industrieanlagen vermeiden

Große Mengen zum Teil gefährlicher Flüssigkeiten werden in Rohrleitungen von einem Ort zum anderen transportiert. Werden dabei Ventile geschlossen und die Flüssigkeit dadurch plötzlich gebremst, wirken große Kräfte auf die Leitung, die im Extremfall sogar zum Rohrbruch führen können. Das Forschungszentrum Rossendorf (FZR), Dresden, hat gemeinsam mit dem Fraunhofer Institut Umwelt-, Sicherheits-, Energietechnik UMSICHT, Oberhausen, ein einfaches und kostengünstiges Verfahren entwickelt, wie sich solche Druckstöße vermeiden lassen.

Gerade besonders große Geschwindigkeitsunterschiede führen im Straßenverkehr immer wieder zu Unfällen. Wird zum Beispiel ein Auto abrupt abgebremst, gerät die folgende Autoschlange plötzlich unter Druck; nicht selten sind Auffahrunfälle die Folge. Nicht viel anders ist es, wenn Flüssigkeiten auf ein Hindernis wie zum Beispiel ein Ventil treffen. Bei solchen hydrodynamischen Auffahrunfällen wirken besonders große Kräfte auf die Leitung. Diese haben vor allem zwei Ursachen: Während hinter dem Absperrventil ein Vakuum entsteht, eine so genannte Kavitationsblase, die in sich zusammenfällt, drückt vor der Absperrarmatur eine enorme Flüssigkeitssäule auf das Ventil. Beide Phänomene äußern sich in lauten Schlägen, aus den Halterungen springenden Leitungen oder sogar Rissen in den Leitungen.

Bisher mussten solche Druckstöße in Rohrleitungen durch kostspielige zusätzliche Installationen entschärft werden. Mit Hilfe eines so genannten Gittersensors, den Wissenschaftler vom FZR entwickelt haben, mit dem man quasi in Zeitlupe Strömungsvorgänge sichtbar machen kann, sind die Rossendorfer und Oberhauser Wissenschaftler dem Problem auf den Grund gegangen. Ihre Untersuchungen haben sie zu einer kostengünstigen und einfachen Lösung des Problems geführt. Beide Schläge – Kavitationsschlag und Druckstoß – lassen sich einerseits mit der Anordnung einer Rückschlagklappe hinter der eigentlichen Absperrarmatur und andererseits einer so genannten ABS-Armatur vor dem Ventil deutlich reduzieren. Die Rückschlagklappe verhindert den Kollaps der Blase, während die ABS-Armatur mit Hilfe einer Scheibenbremse das Verschließen des Ventils immer dann, wenn der Druck in der Leitung durch die nachströmende Flüssigkeit zu groß wird, kontrolliert bremst. Auf diese Weise kommt die Flüssigkeit nicht mehr plötzlich, sondern ganz allmählich zum Stehen.

Das Druckstoßexperiment ist auf der Hannover Messe 2002 in Halle 18, Stand M12 (Forschungsland Nordrhein-Westfahlen) und der Gittersensor in Halle 18, Stand M16 (Forschungsland Sachsen) in Aktion zu besichtigen.

Info:
Das Forschungszentrum Rossendorf (FZR) ist Mitglied der Wissenschaftsgemeinschaft Gottfried Wilhelm Leibniz e. V. (WGL). Der WGL gehören 79 außeruniversitäre Forschungseinrichtungen an, von denen neben dem FZR noch drei weitere in Dresden ansässig sind. Die Institute der Leibniz Gemeinschaft arbeiten nachfrageorientiert und interdisziplinär; sie sind von überregionaler Bedeutung, betreiben Vorhaben im gesamtstaatlichen Interesse und werden deshalb von Bund und Ländern gemeinsam gefördert.

Forschungszentrum Rossendorf
Dr. Silke Ottow
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