Loading...

Druckbehälter

Was sind Druckbehälter eigentlich? Druckbehälter sind geschlossene Behälter, deren Innendruck vom Umgebungsdruck abweicht.

Bild zu Merkle & Partner Druckbehälter Pumpe

Nachweisbarkeit

Der rechnerische Nachweis wird hier oft in Anlehnung an die AD-Merkblätter geführt. Oftmals sind für die Berechnung einfache analytische Verfahren oder vereinfachte FEM-Berechnungen ausreichend.

Die Druckgeräterichtlinie (DGRL) definiert die folgenden Druckgeräte:

Behälter, Rohrleitungen, Ausrüstungsteile mit Sicherheitsfunktion und druckhaltende Ausrüstungsteile. Druckgeräte umfassen auch alle gegebenenfalls an drucktragenden Teilen angebrachten Elemente, wie z. B. Flansche, Stutzen, Kupplungen, Trageelemente, Hebeösen usw.

Zur näheren Erläuerung der Druckbehälter sowie deren Anwendungsgebiete dient die Erklärung der Folgenden Begrifflichkeiten.

Behälter

Ein geschlossenes Bauteil, das zur Aufnahme von unter Druck stehenden Fluiden ausgelegt und gebaut ist, einschließlich der direkt angebrachten Teile bis hin zur Vorrichtung für den Anschluß an andere Geräte. Ein Behälter kann mehrere Druckräume aufweisen.

Rohrleitung

Zur Durchleitung von Fluiden bestimmte Leitungsbauteile, die für den Einbau in ein Drucksystem miteinander verbunden sind. Zu Rohrleitungen zählen insbesondere Rohre oder Rohrsysteme, Rohrformteile, Ausrüstungsteile, Ausdehnungsstücke, Schlauchleitungen oder gegebenenfalls andere druckhaltende Teile. Wärmetauscher aus Rohren zum Kühlen oder Erhitzen von Luft sind Rohrleitungen gleichgestellt.

Ausrüstungsteile mit Sicherheitsfunktion

Einrichtungen, die zum Schutz des Druckgeräts bei einem Überschreiten der zulässigen Grenzen bestimmt sind. Diese Einrichtungen umfassen:

  • Einrichtungen zur unmittelbaren Druckbegrenzung wie Sicherheitsventile, Berstscheibenabsicherungen, Knickstäbe, gesteuerte Sicherheitseinrichtungen (CSPRS)
  • Begrenzungseinrichtungen, die entweder Korrekturvorrichtungen auslösen oder ein Abschalten oder Abschalten und Sperren bewirken wie Druck-, Temperatur- oder Fluidniveauschalter sowie meß- und regeltechnische Schutzeinrichtungen (SRMCR)

Druckhaltende Ausrüstungsteile

Einrichtungen mit einer Betriebsfunktion, die ein druckbeaufschlagtes Gehäuse aufweisen.

Baugruppen

Mehrere Druckgeräte, die von einem Hersteller zu einer zusammenhängenden funktionalen Einheit verbunden werden.

Druckbehälterberechnung bei Merkle & Partner

Merkle & Partner hat seinen Fokus auf der Berechnung komplexerer Behälter, die sich mit den vereinfachten Ansätzen nicht mehr berechnen lassen. Die Betrachtung erfolgt anhand von Finite-Elemente-Modellen beliebiger Geometrie. Der Nachweis kann auch mit nichtlinearem Verhalten, Plastizität des Werkstoffs, inhomogener Temperatur etc. führen.

Eine Bewertung der sich ergebenden Verformungen und Spannungen lässt sich nach allen gängigen Normen und Standards (AD2000, ASME, KTA, EuroCode usw. ) vornehmen.

  • Thermoschock durch extrem kalte oder heiße Medien (Flüssiggas, Kühlmittel etc.)
  • Erdbeben oder Explosionsdruckwelle
  • dynamische Flanschbelastung aus Druckstößen
  • zeitlich veränderliche (transiente) Druck-/Termperaturbelastung, die die Betriebsfestigkeit des Bauteils beeinflusst
  • Eine Bewertung der sich ergebenden Verformungen und Spannungen lässt sich nach allen gängigen Normen und Standards (AD2000, ASME Sec. III + VIII, KTA, DIN EN 13445 usw.) vornehmen.

Die Berechnung mittels Finite-Elemente-Methode (FEM) hilft unseren Kunden, Zeit und Kosten zu sparen und kann bereits während der Entwicklung Hinweise auf mögliche Schwachstellen und Optimierungspotenzial geben.

Strömungssimulation bei Druckbehältern

  • stationäre / instaionäre Strömungen
  • laminare / turbulente Strömungen
  • inkompressible / kompressible Strömungen
  • Strömungen mit (gekoppeltem) Wärmeübergang
  • Strömungen mit chemischen Reaktionen (inkl. Verbrennung)
  • Mehrphasenströmungen

Strukturanalyse und Optimierung bei Druckbehältern

Optimierungsziele

  •  Gewicht reduzieren
  •  Materialkosten minimieren
  •  Montageaufwand verringern
  •  Eignung alternativer Werkstoffe

Optimierungsstrategien

  •  Topologieoptimierung
  •  Design of Experiments (DoE)
  •  Behavioural Modeling Extension (BMX)
  •  Designoptimierung

 Normen und Standards

  •  AD-2000
  •  ASME Sec. 8 Div. 1+2
  •  ASME Sec. 3
  •  EN 13445
  •  EN 1591
  •  PD 5500
  •  TEMA
  •  KTA
  •  RCC-M

Nachweis und Betriebsfestigkeit

Durch zeitabhängige Druck- und Temperaturdifferenzen ergeben sich wechselnde Belastungen der Struktur und damit die Notwendigkeit der Betriebsfestigkeitsanalyse.

Bei bestehenden Bauteilen unterstützen wir Sie bei der Schadensanalyse unter anderem mit Rissfortschrittsberechnung.

Detaillierte Strukturnachweise:

  • Tragfähigkeitsnachweis (TN)
  • Kriechfestigkeitsnachweis (KFN)
  • Kriechdehnungsnachweis (KDN)
  • Einspielnachweis (EN)
  • Stabilitätsnachweis (SN)
  • Standsicherheitsnachweis (SE)
  • Kriechermüdung und zyklische Ermüdung (KEN)
     

Anwendungsgebiete für Druckbehälter

  • Lagerbehälter der Öl- und Gasindustrie
  • Kriechfestigkeits Druckluftbehälternachweis (KFN)
  • Tankauflieger und -container
  • Druckspeicherbehälter
  • Wärmetauscher
  • Verfahrenstechnische Behälter und Apparate (z.B. Kolonnen)
  • beheizte / gekühlte Behälter als Bestandteil einer Anlage
  • Abscheider / Sammler / Filter
  • Pumpen
     

Videos

Temperaturverlauf einer Pumpe im Schnitt (FEM-Berechnung)

Merkle & Partner hat jahrelange Erfahrung in diversen Strukturnachweisen, Strukturanalysen, Optimierungen und Strömungssimulationen.

  • Pumpen
  • Ventilen
  • Drucklagerbehältern der Öl- und Gasindustrie
  • Kälteanlagen aus dem Kraftwerksbereich
  • Wärmetauschern
  • Wärmetauschern

Thermoschock

Berechnung der zeitlich veränderlichen (transienten) Temperaturverteilung im Bauteil, welches als Basis für die thermomechanische Spannungsermittlung dient, die dann entsprechend der anzuwendenden Normen bewertet werden.

Erdbeben

Berechnung vereinfacht mittels statischer Ersatzbeschleunigung oder detailliert mittels Antwortspektrumsanalyse.

Explosionsdruckwelle

Statische oder transiente Berechnung im Zeitbereich.

Betriebsfestigkeit

Berechnung der Spannungen im Zeitverlauf, die die Basis für die Berechnung der Ermüdung bilden. Die Auswertung der Betriebsfestigkeit erfolgt nach den genannten Normen.

Druckstöße

Bewertung der Festigkeit entsprechend der anzuwendenden Norm. Hier empfehlen sich Verfahren mit elastisch-plastischem Materialverhalten.

Bei der FEA können beliebig komplexe Strukturen schnell und kostengünstig am Computer modelliert und berechnet werden.

Angebote sind bei Merkle & Partner prinzipiell kostenfrei.

Durch den Einsatz modernster Werkzeuge und jahrelanger Erfahrung in der Bewertung von Druckbehältern sind wir in der Lage, ihnen Projekte kostengünstig anzubieten.

Durch die Weiterentwicklung innerhalb der FEM und der Hardware haben sich die Durchlaufzeiten stark verkürzt und die Kosten reduziert.

  • Identifizierung kritischer Zonen bei Neuentwicklungen
  • Optimierung von Wandstärken und Materialauswahl
  • Verhalten des Bauteils bei Erdbeben und Rüttelversuchen
  • Auslegung von Flanschen und Schraubenverbindungen

Um zu zeigen, dass ein Bauteil den auftretenden Belastungen standhält, müssen Nachweise geführt werden. Dabei werden die maximal zu erwartenden Belastungen den erlaubten Belastungen gegenübergestellt und so ein Auslastungsfaktor oder als Kehrwert davon ein Sicherheitsfaktor ermittelt.

Bei bestehenden Bauteilen unterstützen wir sie bei der Schadensanalyse unter anderem mit Rissfortschrittsberechnung.

Durch zeitabhängige Druck- und Temperaturdifferenzen ergeben sich wechselnde Belastungen der Struktur und damit die Notwendigkeit der Betriebsfestigkeitsanalyse.

  • AD-2000
  • ASME BPVC, Sec. 3
  • ASME BPVC, Sec. 8
  • DIN EN 13445
  • DIN EN 1591
  • KTA
  • RCC-M

Detaillierte Strukturnachweise

  • Tragfähigkeitsnachweis (TN)
  • Kriechfestigkeitsnachweis (KFN)
  • Kriechdehnungsnachweis (KDN)
  • Einspielnachweis (EN)
  • Stabilitätsnachweis (SN)
  • Standsicherheitsnachweis (SE)
  • Kriechermüdung und zyklische Ermüdung (KEN)

Schraubennachweis

  • Dimensionierung
  • Vorspannung
  • Auslastung
  • Nachweis nach entsprechender Norm

Erdbebensimulation

Modalanalyse

Knickberechnung

Wir lösen einfache bis komplexeste Aufgabenstellungen von der reinen Kanalströmung bis zu bewegten Gittern, chemischen Reaktionen und gekoppelte Themen (Strahlung / Strömung / Struktur).

Dies beinhaltet unter anderem auch Schüttungen, das Verhalten von Partikeln in Fluiden, Mehrphasenströmung, Tankschwappen, Freibewitterung, nichtnewtonsche Flüssigkeiten.

  • stationäre / instationäre Strömungen
  • Ermittlung von Wärmeübergangszahlen (Alpha-Werte)
  • Ermittlung des Wirkungsgrades bei Pumpen und Kältemaschinen
  • Druckverteilung

Nachfolgend finden Sie einen Auszug unserer Kunden aus dem Bereich Druckbehälter:

  • Allweiler GmbH
  • Cofely Refrigeration GmbH
  • KSB AG
  • Rütschi Fluid AG
  • Friotherm Deutschland GmbH
  • Andritz AG
  • Sulzer Pumpen GmbH

"Wir arbeiten seit Jahren mit der Fa. Merkle & Partner bei der FE-Berechnung von Druckbehältern zusammen. Da die zu berechnenden Teile hohen Sicherheitsanforderungen genügen müssen, kommt es auf höchste Qualität der Arbeit und absolute Zuverlässigkeit des Berechnungspartners an. Beides ist bei Merkle & Partner gegeben."

C. SchulerLeiter Strukturmechanik und -dynamik, KSB Aktiengesellschaft

Sie wollen einen AD2000-Druckbehälter nach Ihren Wünschen entwickeln und fertigen lassen?
Sie wollen einen Ansprechpartner von Konstruktion über Berechnung bis Qualitätssicherung?
Sie stellen einen hohen Qualitätsanspruch an Ihre Produkte?


Wenn Sie diese Fragen mit Ja beantworten können, sind Sie bei uns goldrichtig.

Merkle & Partner GbR – Ihr Spezialist für die Berechnung von Druckbehältern – und die dannenmann gmbh – Ihr Spezialist für die Fertigung von Druckbehältern – betreuen Sie gemeinsam bei der Entwicklung von Druckbehältern.

Die gesetzlichen Anforderungen an Druckbehälter werden in der Druckgeräterichtlinie (2014/64/EU) festgelegt und von den AD 2000-Merkblättern konkretisiert. Ohne die Erfüllung der Druckgeräterichtlinie ist das Inverkehrbringen von Druckbehältern in Deutschland und Europa nicht gestattet. Damit ist die AD 2000-Richtlinie auch die wesentliche Grundlage für die Auslegung und Fertigung von Druckbehältern.

Mittels modernsten Finite-Elemente-Verfahren legen die Ingenieure von Merkle & Partner die Druckbehälter aus und führen die nötigen Festigkeitsnachweise durch. Aus europäischem Material werden diese Behälter dann einzeln oder in Kleinserien von dannenmann gefertigt und auf Wunsch einzelnen TÜV-Prüfungen oder Baumusterprüfungen unterzogen. Der verlustfreie Prozess garantiert Ihnen, dass Sie auch in Zukunft ruhig schlafen können.

Die Qualität wird in allen Prozessen durch die Zertifizierung nach der aktuellen ISO 9001 sichergestellt.

Vermeiden Sie durch eine professionelle Herangehensweise unnötige Kosten und unnötigen Zeitverlust bei Ihrer Druckbehälterentwicklung nach AD 2000. Mit gemeinsam fast 100 Jahren Erfahrung begleiten die dannenmann gmbh und Merkle & Partner Sie bei Ihrer Entwicklung von der Idee bis zum fertigen Produkt.

  • Konstruktive Beratung bei der Umsetzung Ihrer Idee (Machbarkeit, Kosten …)
  • Auslegung der nötigen Wandstärken, Schweißnähte etc.
  • Erstellen der fertigungsrelevanten Zeichnungen
  • Fertigung des Behälters (bei Serienproduktion: Fertigung eines Musterbehälters)
  • Qualitätskontrollen und nötige Prüfungen (Farbeindringverfahren, Druckprüfungen …)
  • Erstellen der nötigen Dokumentation (Nachweise, Werkstoffzeugnisse, Konformitätserklärung …)
  • Versand des Behälters

Vielen Dank.

Ihr Feedback wird schnellstmöglich bearbeitet.

Thank You For Your Ratings.

User Ratings
5 Stars
4 Stars
3 Stars
2 Stars
1 Star

Vielen Dank.

Ihr Feedback wird schnellstmöglich bearbeitet.

Valid email is required!

Enter valid email address

Thank You For Your Feedback.