Ingenieurbüro für Strömungstechnik

Dr.-Ing. Jürgen Kraft
Schmiedeberger Straße 33
D
-01277 Dresden
Tel./Fax 0351/2515783
 

Ausführung von Druckstoßberechnungen an Leitungssystemen für Trinkwasser, Abwasser, Fernwärme und den Kraftstofftransport.

Die Berechnungen erfolgen dynamisch nach der Charakteristikenmethode.

Kurzfristige Auftragsabwicklung zu vereinbarten Festpreisen.

Zahlreiche Referenzen.

Aktualisiert am: 14.10.2014

Druckstoßberechnungen

Instationäre Strömungsvorgänge in flüssigkeitsführenden Leitungen rufen dynamische Belastungen hervor, die weit über die statischen hinausgehen können. Solche Situationen treten beispielsweise beim Anfahren und Abschalten von Pumpen auf oder beim Ansprechen bzw. bei der Betätigung von Armaturen, die den Flüssigkeitsstrom freigeben oder stoppen. Um die damit verbundenen Belastungen zu quantifizieren und gegebenenfalls dämpfende Maßnahmen dimensionieren zu können, machen sich dynamische Druckstoßberechnungen erforderlich. Zunehmend fordern auch die technischen Überwachungsvereine diesbezügliche Dokumentationen für neu zu errichtende Anlagen.

Trinkwasserleitungen und Warmwasserleitungen für den Transport von Fernwärme, sowie Abwasserleitungen sind besonders im Falle eines plötzlichen Pumpenstopps durch Stromausfall gefährdet. In dieser Situation hilft kein projektierter Sanftablauf und außerdem bleiben alle Pumpen gleichzeitig stehen. Das führt in den meisten Fällen zur Dampfdruckunterschreitung und zu ausgedehnter Dampfblasenbildung in der Leitung. In der Rückschwingphase kollabieren die Dampfräume und erzeugen sehr hohe Druckwellen mit steilen Fronten. Diese können bei entsprechender Überschreitung der Druckbelastbarkeit die Leitung an Ort und Stelle zerstören oder bei ihrer Ausbreitung im System auch an anderer Stelle Schaden an Leitungen und Armaturen anrichten. Eine immer wieder unterschätzte Wirkung der kollabierenden Dampfräume sind die erzeugten Druckgradienten. Selbst wenn die Druckbelastbarkeit der Leitung noch Reserven aufweist, führen die starken dynamischen Druckunterschiede auf kurzer Länge zu einer Bewegung der Leitung, die diese aus der Verankerung reißen - bzw. über Hebelwirkungen, Abzweigungen und Flanschanschlüsse beschädigen kann.

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Die Charakteristikenmethode

In den für Stoßwellenvorgänge in Leitungen zuständigen partiellen Differentialgleichungen werden die Orts- und Zeitkoordinate über die positive und negative Wellenausbreitungsgeschwindigkeit (die Charakteristiken) verknüpft und so die partiellen Differentialgleichungen in einen Satz gewöhnlicher Differentialgleichungen transformiert. Letztere werden dann numerisch nach einem Differenzenverfahren gelöst. Das ist die derzeit genaueste Methode zur Lösung von Druckstoßproblemen an Leitungen und Leitungssystemen. In diesem Sinne äußert sich auch ein zu Beginn der Programmentwicklung 1994 eingeholtes Gutachten der Technischen Universität Dresden.

Die Vorteile dieser Methode sind:

- Sicher erfüllte Stabilitärskriterien.
- Anpassung an beliebige Anfangs- und Randbedingungen.
- Es können sehr komplexe Systeme behandelt werden.
- Das Verfahren hat eine hohe Anschaulichkeit und fördert das physikalische Verständnis.
- Programmfehler machen sich schnell anhand unplausibel verlaufender Vorgänge bemerkbar.

Dem Stand der modernen Computertechnik entsprechend werden die berechneten Druckschwingungen dynamisch auf dem Bildschirm dargestellt. Das ermöglicht ein rationelles Arbeiten, insbesondere bei Variantenuntersuchungen und der Dimensionierung von druckstoßdämpfenden Maßnahmen.

Da das zur Anwendung gelangende Computerprogramm von mir selbst entwickelt wurde, kann auch auf neuartige Fragestellungen problemlos eingegangen werden. Außerdem werden in jedes Programm nur die Elemente aufgenommen, die zur Lösung des jeweiligen Anwendungsfalles nötig sind. Damit können auch sehr komplexe Aufgabenstellungen noch auf dem PC gelöst werden.
Diese Einheit von Programmentwicklung und Benutzung garantiert auch, daß der Blick für die zugrunde liegenden physikalischen Vorgänge nicht verloren geht. Letztendlich kann nur derjenige die Ergebnisse richtig interpretieren und verantwortungsvoll in der Praxis umsetzen, der die Berechnungsgrundlagen und auch ihre Grenzen kennt.

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Auftragsabwicklung

Als Reaktion auf Ihre Anfragen, ob per Telefon, Fax oder E-Mail, werden Angebote innerhalb von ein bis zwei Tagen erstellt und per Fax übermittelt.
Die Bearbeitungszeit bis zur Übergabe der kompletten Dokumentation beträgt in der Regel 14 Tage ab Auftragserteilung und Erhalt der vollständigen Unterlagen. Vorabinformationen können in dringenden Fällen eher erfolgen.

An Unterlagen werden i.A. benötigt:

Anlagenschema mit Leitungslängen, Durchmesser, Material, Wandstärken, Rauhigkeiten, vorgesehene Druckstufen.
Topografie der Leitungsführung (Längsschnitte oder Höhenlinienkarte mit eingetragener Leitungsführung).
Pumpenkennlinien (Förderhöhe, Leistung, NPSH-Wert, Massenträgheitsmoment von Pumpe und Motor).
Schaltung der Pumpen und vorgesehenes Betriebsregime.
Angaben über Armaturen im Leitungsverlauf und deren Schalt- und Regelvorgänge.

Im Ergebnis der Bearbeitung wird eine ausführliche Dokumentation übergeben, bestehend aus erläuterndem Text und überwiegend grafischer Darstellung der berechneten Ergebnisse. Wenn es die Problemstellung erlaubt, werden auch Demo-Programme mitgeliefert, die es gestatten, die untersuchten Szenarien dynamisch auf dem eigenen PC ablaufen zu lassen. Damit wird das physikalische Verständnis der Druckstoßvorgänge wesentlich gefördert.
Für die Richtigkeit der berechneten Ergebnisse wird im Rahmen einer Ingenieur-Haftpflicht-Versicherung bei der Agrippina garantiert. Aus meinem 50%-igen Schadensfreiheitsrabatt können Sie ersehen, daß ich als erfahrener Ingenieur eingeschätzt werde und Schadensregulierungen bisher nicht erforderlich waren.

Trinkwasserleitungen werden vorzugsweise durch Druckbehälter vor dem Auftreten von Druckstößen geschützt. Die für den konkreten Anwendungsfall erforderlichen Behälterabmessungen und die Art der Einbindung werden in den Rechnerläufen ermittelt. Bei längeren Zuleitungen saugseitig der Pumpen können auch dort Druckstoßdämpfungsbehälter erforderlich werden. Deshalb wird geraten, die Druckstoßproblematik zeitig genug untersuchen zu lassen, damit der Platzbedarf im Projekt berücksichtigt werden kann.

Leitungen im Abwasser- und Brauchwasserbereich werden gegen die Gefahren des Pumpenstopps bei Stromausfall durch entsprechend dimensionierte und entlang der Leitung verteilte Be- und Entlüftungsventile geschützt. In den Berechnungen werden die erforderlichen Luftleistungen der Ventile bestimmt, sowie ihre Anzahl und die Anbringungspunkte. Entsprechend der erforderlichen Luftleistung werden geeignete Produkte einschlägiger Firmen benannt.

Bei Kraftstofftransportsystemen steht oft das Schließverhalten von Armaturen im Mittelpunkt der Untersuchungen, z.B. Flugzeugbetankung, Befüllen von Tanklastzügen, Umfüllen in Großtanklagern, Schiffsentladungen. Mit den Druckstoßberechnungen werden die mindestens einzuhaltenden Schließzeiten für die Armaturen bestimmt und eventuell erforderliche zusätzliche Dämpfungsmaßnahmen dimensioniert.

Ausgelöst durch Brandkatastrophen in jüngster Vergangenheit, werden zunehmend Feuerlöscheinrichtungen in Tunneln und U-Bahnschächten installiert. Auch um Mülldeponien werden Feuerlöschleitungen verlegt. Wegen der Gefahr des Einfrierens sind diese Leitungen als Trockenleitungen ausgeführt, die erst im Einsatzfall geflutet werden. Sind nun in Bezug auf die Zulaufbedingungen die Entlüftungsventile in der Leitung zu groß, besteht die Gefahr, daß die Leitung gegen Ende des Füllvorganges durch Druckschlag zerstört wird. Im anderen Fall zu kleiner Ventile dauert das Befüllen unnötig lange. Mit einer dynamischen Druckstoßberechnung läßt sich für dieses Problem der optimale Kompromiß finden. Nötigenfalls sind auch Druckschlagdämpfer zu dimensionieren.

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Preise

Als "Ein-Mann-Unternehmen" bin ich aufgrund geringer Nebenkosten in der Lage, Ihnen äußerst günstige Preise anzubieten. In Relation zum Gesamtumfang eines Projektes besteht durchaus Verhandlungsspielraum. Reden Sie mit mir darüber. Der vereinbarte Preis versteht sich als Festpreis netto und wird keinesfalls überschritten.

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Referenzen

Ertüchtigung Trinkwasserförderung vom Wasserwerk Klingenberg zum Hochbehälter Dippoldiswalde mit Versorgung der anliegenden Ortschaften. Dimensionierung der Druckstoßdämpfungsbehälter und deren Füllstandsregelung, Auslegung des Pumpensanftan- und ablaufes. Bemessung der Schließzeit des Schiebers am Hochbehälter Höckendorf. Auftraggeber: Pumpenwerk Apollo Gößnitz.

Rekonstruktion des Wasserwerkes Coswig/Sachsen. Auslegung des Druckstoßdämpfungsbehälters und der Füllstandsregelung. Auftraggeber: Pumpenwerk Apollo Gößnitz.

Überpumpwerk Fischhaus neu in Dresden. Dimensionierung der Druckstoßdämpfungsbehälter und deren Einbindung. Auslegung des Pumpensanftablaufes. Auftraggeber: PROWA Dresden.

Schadensanalyse Abwasserpumpwerk Simselwitz. Unterstützung des Betreibers bei seinen Forderungen zur Nachbesserung gegenüber dem Ausrüster. Auftraggeber: Klemm & Hensen GmbH Döbeln.

Zwischenpumpwerk Grimma Ost. Auslegung und Einbindung der Druckstoßdämpfungsbehälter saugseitig und druckseitig der Pumpen. Auslegung Pumpensanftablauf. Dimensionierung Wasserabschlag. Auftraggeber: bks Ingenieurbüro für Wasser und Abwassersysteme Wilkau-Hasslau

Druckerhöhungsstation Naußlitz. Auslegung und Einbindung Membrandruckbehälter. Auftraggeber: GKW Ingenieure Dresden.

Pumpwerk Tännichtgrund in Niederwartha. Auslegung und Einbindung Membrandruckbehälter. Rechnerischer Nachweis über den Einsatz ungeeigneter Rückschlagarmaturen. Auftraggeber: Pumpenwerk Apollo Gößnitz.

Abwasserverbund Wallroda, Kleinwolmsdorf, Radeberg. Absicherung der Leitungen mit Be- und Entlüftungsventilen. Dimensionierung der erforderlichen Luftleistungen und Festlegung der Anbringungsorte. Auftraggeber: GKW Ingenieure Dresden.

Zwischenpumpwerk Böhlen. Dimensionierung Druckstoßdämpfungsbehälter. Auftraggeber: bks Ingenieurbüro für Wasser und Abwassersysteme Wilkau-Hasslau.

Zementmischanlage Königstein. Dimensionierung eines Druckstoßdämpfungsbehälters am schnellschließenden Dosierventil. Auftraggeber: Pumpenwerk Apollo Gößnitz.

Tagebauflutung Golpa Nord. Berechnung der Kräfte auf die Leitung und Dimensionierung eines Auslaufbauwerkes zum Impulsabbau. Auftraggeber: Klemm & Hensen GmbH Böhlitz-Ehrenberg/Leipzig.

Wasserversorgung für die AMD-Chipfabrik Wilschdorf bei Dresden. Pumpwerk Olbrichtplatz, Dimensionierung und Einbindung der Druckbehälter saugseitig und druckseitig der Pumpen. Pumpwerk am Hochbehälter Nord, Dimensionierung und Einbindung Druckstoßdämpfungsbehälter. Auftraggeber: ACI Radebeul, DWA Dresden.

Ersatzwasserleitung Nordhausen. Dimensionierung der Membrandruckbehälter in den Brunnenstuben des Gewinnungsgebietes. Dimensionierung und Einbindung eines Membrandruckbehälters im neuen Wasserwerk. Auftraggeber: Hydrogeologie Nordhausen.

Tagebauflutung Bergheide. Absicherung der Leitung gegen Pumpenstopp durch Be- und Entlüftungsventile. Auftraggeber: Raaschen + Bischoping Schwarzheide.

Trinkwasserleitung vom Wasserwerk Cunnersdorf zum Hochbehälter Gorisch. Dimensionierung und Einbindung eines Membrandruckbehälters. Auftraggeber: GKW Ingenieure Dresden.

Großtanklager Lederhose. Rohrhydraulik, Pumpenanfahren, Absicherung gegen Schnellschluß, Druckstoßdämpfung. Auftraggeber: MAG Grimma.

Großtanklager Rhäsa. Ursachenermittlung von Druckschlägen an den Rückschlagklappen und Pumpenschäden, Abhilfe durch Einsatz steuerbarer Rückflußverhinderer. Auftraggeber: MVD Rhäsa.

Flutung Tagebaurestloch Delitzsch SW. Absicherung der Leitung gegen Pumpenstopp durch Be- und Entlüftungsventile, sowie Rückschlagklappe mit Umgehung. Auftraggeber: Pumpenwerk Apollo Gößnitz.

Untersuchungen zu Ursachen der Schwingungen an der Speisewasserleitung im neuen Kraftwerk Schwarze Pumpe. Auftraggeber: VEAG.

Ertüchtigung Wasserversorgung Menteroda, Pumpstation Lochmühle, Zwischenpumpwerk Pöthen. Auslegung und Einbindung Membrandruckbehälter. Auftraggeber: PROWA- Kittelberger GmbH Erfurt.

Abwasseranlage Demantsfürth. Dimensionierung und Verteilung von Be- und Entlüftungsventilen. Auftraggeber: EMU Abwassertechnik Roth.

Trinkwasserleitung Meusegast. Dimensionierung und Einbindung Membrandruckbehälter. Auftraggeber: Ingenieurbüro Marth Pirna.

Backup-Tanklager Norwegen. Dimensionierung der Schließzeiten für Überfüllsicherungsventile. Auftraggeber: Meyerinck, Gießen.

Abwasserdruckleitung Quernheim - Kirchlengern - Löhne. Kontrolle der Entlüftung. Dimensionierung und Verteilung von Be- und Entlüftungsventilen. Auftraggeber: Ingenieurbüro Kuhlmann Porta Westfalica.

Abwasserdruckleitung Projekt Limbach. Überleitung vom RÜB zur KA. Dimensionierung und Verteilung der Be- und Entlüftungsventile. Auftraggeber: EMU Hof/Saale.

Trinkwasserleitung PW 3 - HB Heinrichsthal. Dimensionierung Membrandruckbehälter.
Auftraggeber: Meyerinck Gießen.

Wasserversorgung Kemtau - Dittersdorf. Auslegung von Druckstoßdämpfungsbehältern und Überdruckventilen für den Wasserabschlag an den Pumpwerken. Auftraggeber: PROWA-Meerane.

Wasserversorgung Erdmannsdorf. Dimensionierung Schiebersteuerzeiten in der Reduzierstation Bleiche und Auslegung Überströmventil. Auftraggeber: bks Ingenieurbüro für Wasser und Abwassersysteme Wilkau-Hasslau.

Druckstoßsicherung am Wasserzufluß Hochbehälter Röblingen III. Dimensionierung Steuerzeiten des RKV und Auslegung eines Überströmventiles. Auftraggeber: Meyerinck Gießen.

Druckstoßberechnungen an der Rohwasserleitung der TS Werda. Ursachenermittlung für aufgetretene Rohrbrüche im Bereich des WW. Auslegung geeigneter Belüftungsarmaturen im Rohwasserverteilungssystem der TS. Auftraggeber: bks Ingenieurbüro für Wasser und Abwassersysteme Wilkau-Hasslau.

Abwasserdruckleitungen PW Wechmar-Süd - PW Schwabhausen - KA Ohrdruf. Dimensionierung und Festlegung der Anbringungsorte für druckstoßsichernde Belüftungen. Auftraggeber: Pneumatex Bad Kreuzbach.

Hydraulischer Nachweis der Auslegung von Siebrechenanlagen für Regenüberläufe Marienthal und Schönheider Hammer. Auftraggeber: Umwelttechnik und Anlagenbau Plauen.

Trinkwasserüberleitung DEST Dohna - ÜPW Borthen. Prüfung der Notwendigkeit von Druckstoßdämpfungsbehältern. Auslegung Sicherheitsventil im Bypaß zur DEST. Auftraggeber: Ingenieurbüro Marth Pirna.

Abwasserdruckleitung APW West 1 neu - Klärwerk Dessau. Dimensionierung zusätzlicher Belüftungen gegen die Gefahren des Pumpenstopps. Auftraggeber: KEMPA Ingenieurgesellschaft Dessau mbH.

Trinkwasserüberleitung links-/rechtselbisches Versorgungsgebiet. Auslegung und Bestimmung von Schließzeiten der Armaturen vor den Hochbehältern, Dimensionierung Rohrbruchsicherung. Auftraggeber: IWB Possendorf.

Löschwasserzuführung Brandleitetunnel. Dimensionierung der Be- und Entlüftungsarmaturen, Bestimmung der instationären Kräfte auf die Leitung. Auftraggeber: Deutsche Bahn AG.

Großtanklager Hartmannsdorf. Ermittlung der Ursachen aufgetretener Pumpenschäden. Maßnahmekatalog zur Sanierung der Anlage. Auftraggeber: Elf Oil Deutschland GmbH.

Tiefbrunnenanlage Rudingshain. Dimensionierung Druckstoßbehälteranlage. Auftraggeber: EMU Dillenburg.

Druckstoßberechnungen an den Pumpwerken Tawahi, Crater, Ma'alla und Khormaksar des Aden Abwasserprojektes im Jemen. Dimensionierung und Anordnung von Be- und Entlüftungsventilen. Auftraggeber: EMU Hof/Saale.

Brunnenwasserförderung Geisbergbad Veitshöchheim. Dimensionierung Druckstoßbehälteranlage. Auftraggeber: Pneumatex Bad Kreuznach.

Ursachenermittlung der Rohrleitungsschwingungen an einer Kesselwagenverladung der MIDER. Auftraggeber: GICON Dresden.

Druckstoßberechnungen an einer Abwasserdruckleitung der Stadt Remagen. Dimensionierung und Anordnung von Be- und Entlüftungsventilen. Auftraggeber: Börger Drehkolbenpumpen GmbH Borken-Weseke.

Rekonstruktion Wasserwerk Guntersblum. Druckstoßsicherung an den Pumpwerken 1 und 2 für die geplante Erhöhung der Förderleistung. Auftraggeber: Preussag Zwingenberg.

Untersuchung zur Auslegung und Ansteuerung eines Brooks-Regelventiles für extreme Druckunterschiede an der Kraftstoffversorgung des Flughafens Eggebek. Auftraggeber: Meyerinck, Gießen.

Druckstoßuntersuchungen zur Kraftstoffauslagerung im Kavernenfeld Blexen. Auftraggeber: Meyerinck, Gießen.

Druckstoßberechnung an der Wasserversorgung Stößen, Zellschen, HB Thierbacher Höhe. Auslegung und Einbindung Druckstoßbehälter. Auftraggeber: Meyerinck, Gießen.

Druckstoßberechnungen an den Tiefbrunnen zur Wasserversorgung Altenstadt. Auslegung Druckstoßbehälter. Auftraggeber: EMU Dillenburg.

Druckstoßberechnungen an der Wasserversorgung für den Lausitzring, unter besonderer Berücksichtigung des Feuerlöschfalles. Auftraggeber: AWAS Dresden.

Druckstoßberechnungen an der Wasserversorgung PW Bad Schandau - PW Falkenstein - HB Kleine Liebe. Auslegung und Einbindung Druckstoßbehälter. Auftraggeber: IWB Possendorf.

Auslegung der Druckstoßsicherung für die Abwasserdruckleitung Attenhausen. Auftraggeber: GESA, Hilter.

Untersuchungen zur Druckstoßgefährdung am Pumpwerk Buchfart. Einsparung von Druckstoßbehältern. Auslegung Steuerzeiten für RKV und DURA-Regelventil. Auftraggeber: Ingenieurbüro Lopp, Weimar.

Druckstoßsicherung der Abwasserleitung der ZAB im IGP Zeitz. Auftraggeber: ARCADIS Dresden.

Untersuchung zur Druckstoßgefährdung am ÜPW Polenztal bei Durchsatzsteigerung. Auftraggeber: Zweckverband Wasserversorgung Pirna/Sebnitz.

Druckstoßsicherung der Abwasserleitungen Neutzenbrunn und Aschenroth. Auftraggeber: EMU Roth.

Druckstoßberechnungen an der Trinkwasserleitung Hainichen/Berbersdorf - Etzdorf mit Beschleunigungspumpwerk. Einsparung von Druckbehältern. Kontrolle der Schließzeit des DURA-Ventiles vor dem HB. Auftraggeber: MELIOPLAN Chemnitz.

Abwasserdruckleitung Mommenheim. Plazierung und Dimensionierung der Be- und Entlüftungsventile als Schutz vor übermäßigem Unterdruck beim Pumpenstopp. Auftraggeber: EMU Hof.

Abwasserdruckleitung Wilkau-Hasslau. Plazierung und Dimensionierung der Be- und Entlüftungsventile. Auftraggeber bks.

Druckstoßberechnungen an den Trinkwasserleitungen Pumpstation Goldborn - HB Bad Tennstedt - Pumpstation HB Bad Tennstedt - HB Mittelsömmern. Dimensionierung von Druckstoßdämpfungsbehältern in den Pumpstationen. Auftraggeber: Prowa Erfurt.

Druckstoßberechnungen an der DEA Lauchhammer und der angeschlossenen oberen Druckzone. Dimensionierung Druckstoßdämpfungsbehälter und Belüftungsarmaturen.

Druckstoßberechnungen an der Pumpstation Binsheim und dem angeschlossenen Trinkwasserversorgungsnetz. Dimensionierung Druckstoßdämpfungsbehälter und der Be- und Entlüftungsventile. Auftraggeber: Meyerinck Gießen.

Druckstoßberechnungen am Fernwassersystem DU Rehbocksberg - PW Seiferitz. Überprüfung und Änderungsvorschläge für Schließorgane an den Behältern und Abzweigungen. Auftraggeber: Regionaler Zweckverband Wasserversorgung Lugau-Glauchau.

Druckstoßberechnungen an der Brauchwasser-Transportleitung Kafue River - Chambishi Plant in Sambia. Schutz vor übermäßigem Unterdruck beim Pumpenstopp. Auftraggeber: Jos. Hansen & Soehne Hamburg.

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