Druckstoß in hydraulischen Leitungssystemen

Druckstöße – auch als Druckschlag oder Wasserschlag bekannt – treten in Rohrleitungssystemen auf, wenn sich der Volumenstrom abrupt ändert, etwa durch schnelles Schließen von Ventilen oder plötzliche Pumpenausfälle. Diese extremen Druckspitzen können zu Materialermüdung, Bauteilversagen oder Leckagen führen und gefährden die Betriebssicherheit.

Typische Anwendungsfälle für die Druckschlag-Simulation sind:

• Wasserversorgungssysteme: Vermeidung von Rohrbrüchen durch plötzliche Druckanstiege.
• Industrie- und Chemieanlagen: Absicherung von Rohrleitungen gegen Schäden durch schnelle Ventilbewegungen.
• Hydraulische Anlagen: Optimierung von Leitungssystemen zur Minimierung von Druckschwankungen und Kavitation.

Mit der Piping Systems Library von DSHplus lassen sich Druckschläge detailliert simulieren, sodass kritische Druckspitzen frühzeitig erkannt und geeignete Schutzmaßnahmen entwickelt werden können. Dadurch können Rohrleitungssysteme gezielt optimiert und sicherer ausgelegt werden.

Das folgende Video zeigt die Druckstoßsimulation mit DSHplus anhand einer konstant durchströmten Rohrleitung, in der ein Sicherheitsventil abrupt geschlossen wird.

Auswirkungen von Druckstößen auf das Leitungssystem

Die dynamischen Druckspitzen können erhebliche Schäden verursachen, von geplatzten Rohrleitungen über gebrochene Halterungen bis hin zu beschädigten Armaturen, Pumpen oder Wärmeübertragern.

Druckstöße: Mehr als nur ein Problem in Zulaufleitungen

Oft wird der Druckstoß nur mit Zulaufleitungen in Verbindung gebracht. Tatsächlich treten jedoch viele kritische Druckschläge auf der Ablaufseite eines Systems auf. Während auf der Zulaufseite ein plötzlicher Druckanstieg auftritt, durchläuft die Ablaufseite zunächst eine Phase mit sehr niedrigem Druck, bevor der eigentliche Druckstoß erfolgt. Diese kurzzeitige Druckabsenkung entsteht, wenn die kinetische Energie der bewegten Fluidsäule abgebaut werden muss – ein Effekt, der besonders in hydraulischen und wasserbasierten Systemen von Bedeutung ist.

Kavitation und die Bedeutung der Fluidzusammensetzung

Die während des Bremsvorgangs entstehenden Druckverhältnisse hängen nicht nur von Strömungsgeschwindigkeit, Bremsdruck und Ventilschließzeit ab, sondern auch von den physikalischen Eigenschaften des Fluids. Der Luftgehalt in der Flüssigkeit spielt dabei eine entscheidende Rolle:

• In mineralölbasierten Fluiden (z. B. HLP) kann eine kavitationsähnliche Zone entstehen.
• In wasserbasierten Fluiden (z. B. HFC) kommt es dagegen zu echter Kavitation, bei der sich Dampfblasen bilden und kollabieren.

Realistische Druckstoßsimulation mit der Piping Systems Library

Für eine präzise Druckstoßsimulation ist es entscheidend, dass das Rohrmodell nicht nur den eigentlichen Druckstoß, sondern auch die dynamische Vorgeschichte korrekt abbilden kann – einschließlich Kavitation oder kavitationsähnlicher Zustände in der Tankleitung.

Ergänzende Information finden Sie in der O+P Veröffentlichung „Dieselgate im Tankrohr“