AT264226B

AT264226B - Anschlußstutzen, insbesondere für Hochdruckbehälter

Info

Publication number: AT264226B
Application number: AT335065A
Authority: AT
Inventors: Rudolf Dr Ing Hiltscher
Original assignee: Rudolf Dr Ing Hiltscher
Priority date: 1965-04-12
Filing date: 1965-04-12
Publication date: 1968-08-26

Description

Anschlussstutzen, insbesondere für Hochdruckbehälter
Die Erfindung betrifft einen einseitigen, d. h. einen sogenannten unsymmetrischen Rohranschlussstutzen, der aus der Wand eines zylindrischen Behälters von kreisförmigem oder gegebenenfalls elliptischem Querschnitt vorsteht oder aus einem in dieselbe bündig einzuschweissenden Wandteil in einem Stück ausgehalst ist und an seinem freien Ende, das zum Anschluss an ein im Querschnitt kreisförmiges Rohr dient, ebenfalls kreisförmigen Durchlassquerschnitt aufweist und wobei das dem Behälter zugeordnete Stutzenende über die Behälterinnenfläche nicht wesentlich vorsteht und sich über einen Umfangsbereich von weniger als 900 des Behältermantels erstreckt.

Die Erfindung betrifft also keine Rohrstutzen für kugelförmige Druckbehälter, sondern in erster Linie einen unsymmetrischen, also einteiligen Rohrstutzen an der gekrümmten Wand eines Druckbehälters, z. B. an der meistens zylindrischen Wandung eines sogenannten Kochwasserreaktors für Kernspaltungsanlagen zur Erzeugung von gespanntem Dampf aus schwerem Wasser oder auch Rohrstutzen für einen herkömmlichen Dampfdom.

Unter einem einseitigen oder "unsymmetrischen" Rohrstutzen ist ein Stutzen zu verstehen, der sich nicht quer durch die Behälterwand hindurch erstreckt und daher nicht auf beiden Seiten über diese hervorsteht, sondern nur über die eine Seite (normalerweise die Aussenseite) des Druckbehälters herausragt und möglicherweise eine schwache Erhöhung oder niedrigen Flansch auf der andern Wandseite aufweist.

Fig. l zeigt schematisch einen Teil eines zylindrischen Druckbehälters von so geringer Wandstärke, dass zwischen den an der Innenseite und Aussenseite der Wand auftretenden mechanischen Spannungen kein grösserer Unterschied herrscht. Unter"Spannung" (ausgedrückt in kp/cmz) ist hier stets die Kraft je Querschnittsflächeneinheit zu verstehen. In der zylindrischen Wand treten an jedem beliebigen Punkt P sowohl eine Axialspannung (Längsspannung) Ga wie auch eine Tangentialspannung (Umfangsspannung)
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Druck. Um die Spannungen an einer solchen Druckbehälterwand zu beschreiben, wählt man die Spannung Ot, als Bezugsspannung ao und gibt sämtliche Spannungen als Vielfache hievon an.

Man erhält also at = ao
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Denkt man sich ein unverstärktes Durchgangsloch in dieser Wand, so können die am Lochrand auf- tretenden Zugspannungen nur tangential zum Rand verlaufen. Die Spannungen am Rand eines kreisrun- den Loches, siehe Mitte der Fig. l, sind ungleichmässig aber symmetrisch verteilt und haben verschie- dene Werte zwischen 0, 5 und 2,5 00. Nebstbei sei erwähnt, dass die Zugspannung am Rand eines kreis- runden Loches, das in einem kugelförmigen Druckkessel ausgeführt ist, gleichmässig verteilt ist und er überall 2,0 ao beträgt. Dabei wird unterstellt, dass das Loch keinen Druckausgleich des im Kessel herr- schenden Überdruckes zulässt.

Da die Werkstoffbeanspruchung einer nicht mit Löchern versehenen Behälterwandung gleichmässiger
Stärke nur at = ao ist, muss jedes Loch und daher jeder normale Rohrstutzen eine beträchtliche örtliche
Erhöhung der Beanspruchung der Behälterwand zur Folge haben. Die Beanspruchung beträgt ja an gewis- sen Stellen eines kreisrunden Loches das 2, 5fache derjenigen Spannung, die in gewissem Abstand vom
Loch im Werkstoff herrscht. Man muss daher entweder den ganzen Behälter mit bedeutend grösserer
Wandstärke ausführen als dies sonst nötig wäre, oder man muss versuchen, den Lochrand zu verstärken.

Letzteres ist üblich, indem man einen Anschlussflansch od. ähnl. aufschweisst, der ja häufig sowieso be- nötigt wird, oder indem man den Rohrstutzen als "symmetrischen", d. h. zweiseitigen Stutzen ausführt, den man in seiner einfachsten Form erhält, indem man ein Anschlussrohr derart in der Gefässwand befe- stigt, dass es sich etwas in den Behälter hinein erstreckt. Das Rohr wirkt hiebei als Lochverstärkung und bewirkt eine erhebliche Senkung der Spannungskonzentrationen am Lochrand.

In vielen Fällen ist jedoch die Ausführung eines solchen zweiseitigen Rohrstutzens oder einer bei- derseits der Behälterwand befindlichen Lochverstärkung unzweckmässig oder unmöglich, beispielsweise weil das in das Gefäss hineinragende Stutzenende Verschmutzungswinkel und Korrosionsangriffspunkte schafft. Ein anderes wichtiges Beispiel ist ein als Kochwasserreaktor gebauter Kernmeiler, der sehr teures schweres Wasser enthält, weshalb die Wassermenge und daher der Rauminhalt des mit Wasser gefüllten Teiles des Druckreaktors möglichst klein sein soll ; durch die Verwendung zweiseitiger Rohrstutzen wird der Behälter jedoch grösser. Auch bei chemischen Druckkesseln (Autoklaven) und Hochdruckmaschinen wie Hochdruckverdichtern kann es aus baulichen oder andern Gründen oft untunlich sein, symmetrische, d. h. zweiseitige Rohrstutzen zu benutzen.

Hiebei sei betont, dass sich zweiseitige Stutzen nicht durch Aushalsen (Herauspressen mit Presswerkzeugen, Dornen od. ähnl. herstellen lassen und daher die beträchtlichen Vorteile ausgehalster Stutzen nicht ausgenutzt werden können.

Anderseits haben alle einseitigen, d. h. unsymmetrischen Lochrandverstärkungen nur ziemlich geringe Wirkung bei starken Behälterwandungen, da sich die Verstärkungswirkung nur sehr beschränkt bis zur andern Wandseite hin erstreckt und zudem infolge des Druckes im Behälters die Gefahr eines Durchbiegens der Behälterwand nach innen besteht. Die Spannungskonzentration überschreitet dann fast stets den Wert 3,5 00.

Der Behälter müsste also für einen inneren Druck bemessen werden, der mindestens das 3, 5fache des tatsächlichen Druckes beträgt. Da man laut gesetzlichen Vorschriften nicht mit dem Betriebsdruck, sondern wenigstens mit dem vorgeschriebenen Prüfdruck rechnen muss, kann dies insgesamt zu sehr unwirtschaftlichen Wandstärken führen, besonders bei starkwandigen Hochdruckgefässen.

In Fig. l ist ferner ein Loch dargestellt, welches nicht kreisrunde, sondern elliptische Form hat, wobei die kleine Achse der Ellipse halb so lang ist wie die grosse Achse. Dieses Verhältnis 1 : 2 hat sich bei den der Erfindung zugrundeliegenden Untersuchungen als geeignet erwiesen und stellt den theoretisch günstigsten Wert bei idealen Verhältnissen bei einem elliptischen Loch in einem zylindrischen, sehr dünnwandigen Druckbehälter dar. Bei einem solchen Loch ist die Zugspannung am Lochrand nirgends höher als 1, 5 ao und hat rund um den ganzen Lochrand herum überall diesen Wert.

Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, dass bei einem Rohranschlussstutzen der eingangs genannten Art der Durchlassquerschnitt des dem Behälter zugeordneten Stutzenendes längliche, vorzugsweise elliptische Form hat und in Umfangsrichtung des Behältermantels um so viel länger ist als in der Axialrichtung des Behälters, dass das Verhältnis zwischen diesen beiden Abmessungen (der Schlankheitswert) mindestens 1, 2, aber vorzugsweise zwischen l, 5 und 2,5 beträgt, und dass sich der Durchlassquerschnitt des Stutzens zwischen seinen beiden Enden stetig ändert, wobei der Schlankheitsgrad von seinem am inneren Stutzenende bestehenden Höchstwert bis zum Wert 1 (Kreis) stetig abnimmt, und dass ein beträchtlicher Teil, vorzugsweise mindestens die Hälfte,

der nicht kreisförmigen Durchlassquerschnitt besitzenden Stutzenbereiche sich in jenem gedachten Bereich der Wandung des Behälters befindet, der sich durch eine Verlängerung der inneren und der äusseren Behälterwandoberfläche durch die Rohrstutzenachse hindurch ergibt. Ein solcher Stutzen ist höchstens unwesentlich teurer, oft aber auch billiger, als ein vergleichbarer bekannter Stutzen, aber der höchste Spannungswert im Stutzen oder dessen Um-

gebung wird durch die Erfindung wesentlich niedriger als beim bekannten Stutzen, was sich insbesondere bei starkwandigen Hochdruckkesseln baulich und kostenmässig günstig geltend macht.

Es sind T-Rohrstücke bekannt, bestehend aus einem Rohrstück (etwa dem Druckgefäss entsprechend) mit seitlichem Rohransatz (etwa dem Rohrstutzen entsprechend), wobei der Rohransatz eine Mündung länglichen Querschnittes besitzt, deren Längsachse jedoch parallel zur Längsachse des Rohrstückes liegt.

Bezweckt wird eine Verbesserung der Strömungsverhältnisse ; die erfindungsgemässe Herabsetzung der
Werkstoffbeanspruchungen wird nicht erzielt.

Rohrstutzen, die schräg an zylindrischen Gefässen ansetzen sowie bei Y-Verzweigungen, bewirken die sich nicht unter 900 schneidenden Achsen elliptische Berührungsflächen, in diesen Fällen erhält man unabhängig von der Lage der Ellipse, auch wenn ihre grosse Achse quer zur Druckgefässachse liegt, eine andere, ungünstigere Spannungsverteilung als bei Anwendung der Erfindung. Ausserdem wird der Rohr- stutzen erfindungsgemäss vorzugsweise so ausgeführt, dass die Stutzenachse im wesentlichen lotrecht zur
Druckbehälterachse verläuft und diese schneidet oder in geringem Abstand kreuzt.

Die Zeichnungen zeigen ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Rohrstutzens. Fig. 1 wurde bereits behandelt, Fig. 2 zeigt die eine Hälfte eines Querschnittes durch eine Gefässwand mit einem erfindungsgemässen Rohrstutzen, gesehen lotrecht zur Richtung der Mittelachse des Gefässes, Fig. 3 zeigt eine zugehörige Schnittansicht, aber parallel zur Mittelachse, Fig. 4 ist ein Schaubild zur Erklä- rung mathematischer Zusammenhänge.

In den Fig. 2 und 3 ist--1--der Rohrstutzen, der durchAushalsen (Herauspressen) aus der Wand-2- eines zylindrischen Druckgefässes geformt wurde und also aus einem Stück mit der Wand --2- besteht.

Die nach Fig. 2 und 3 untere Mündung des Stutzens --1--, also die Stutzenmündung an der Innenseite der Druckgefässwand --2--, ist ungefähr elliptisch, d. h. die in Richtung der Stutzenachse erfolgende
Projektion der dreidimensionalen Kurve der Mündung ist eine Ellipse, wobei das Verhältnis ihrer kleinen Achse zur grossen Achse 1 : 2 beträgt. Die grosse Achse der Ellipse erstreckt sich in Umfangrichtung des Druckgefässes, also waagrecht und schwach gekrümmt in Fig. 3, und senkrecht zur Zeichenebene der
Fig. 2. Die kleine Achse der Ellipse verläuft parallel zur Längsachse des zylindrischen Druckgefässes, vgl. Fig. 1, elliptisches Loch. Die mit der Bezeichnung 1 : 2 versehene gestrichelte Halbellipse in Fig. 2 und 3 zeigt die Form, Lage und Ausdehnung der Stützenmündung.

Der Rohrstutzen-l-dient zum Anschluss eines Rohres --3-- und besitzt ein kreisrundes freies Ende, das dem Kreis mit der Bezeichnung 1 : 1 entspricht. Der lichte Stutzenquerschnitt hat an der inneren Mündung die Exzentrizität 1 : 2 (Schlankheitswert 2), die dann nach aussen hin allmählich bis auf 1 t 1 abnimmt, d. h. bis an oder knapp unterhalb der äusseren Mündung aus der Ellipse ein Kreis geworden ist. Die Aussenseite des Rohrstutzens hat solche Form, dass bei überall genügender Wandstärke die Spannungsverteilung einigermassen gleichmässig ist.

Fig. 2 zeigt die Spannungsverteilung am Rohrstutzen und an der Innenseite des Druckgefässes --2-.

Für den oben beschriebenen Rohrstutzen gelten die Kurven --B und F--. Die Kurve-B-zeigt die relative Spannung 0100 an verschiedenen Punkten an der Innenseite des Stutzens-l-, u. zw.. entlang einer zur Stutzenachse parallelen Linie-X-, die in der Zeichenebene liegt. Die in Fig. 2 waagrechte Koordinatenskala 0/00 gilt für die Kurven --A bis D--, während die lotrechte Koordinatenskala 0100, die von der erstgenannten völlig unabhängig ist, sich auf die Kurven --E und F-bezieht.

Aus Kurve --B-- geht hervor, dass in der dargestellten Schnittebene die grösste relative Spannung am inneren Mündungsrand des Stutzens auftritt und den Wert 2,02 besitzt, während die relative Spannung am Rand der oberen Mündung 1, 63 beträgt. Würde das Druckgefäss -2-- keinen solchen Rohrstutzen oder Loch enthalten, wäre die relative Spannung 0100 = 1. Der in Fig. 2 und 3 dargestellte erfindungsgemässe Rohrstutzen entspricht also nicht dem theoretischen Idealfall. Wie bereits in Zusammenhang mit Fig. l eingangs erläutert wurde, beträgt die grösste am Rand eines kreisrunden Loches auftretende relative Spannung mindestens 2,5 und an einem elliptischen Loch mit dem Achsenverhältnis 1 : 2 wäre sie 1, 5. Der hier dargestellte Rohrstutzen mit einer höchstens Relativspannung von rund 2,0 liegt also zwischen diesen beiden theoretischen Fällen.

Der Unterschied in bezug auf das elliptische Loch in Fig. l beruht darauf, dass die Wandstärke des Druckgefässes --2-- nach Fig. 2 und 3 nicht vernachlässigbar ist.

Wäre der Rohrstutzen in Fig. 2 rotationssymmetrisch und hätte er daher überall kreisrunden Querschnitt (wobei Fig. 3 dann nicht mehr zuträfe), so würde die Kurve --A-- an Stelle der Kurve-B-gel- ten. Die grösste Randspannung wäre dann 2,77, also merkbar höher als der theoretische Wert 2,5 eines kreisrunden Loches, was ebenfalls auf die nicht vernachlässigbare Wandstärke zurückzuführen ist. Ferner wäre die Spannungsverteilung dann sehr ungleichmässig und würde am (kreisrunden) Lochrand zwi-

sehen etwa 1, 25 und 2,77 schwanken, während sie am (elliptischen) Lochrand nach Kurve --B-- nur zwischen 1, 65 und 2, 02 schwankt, was an sich schon auf eine bedeutend bessere Konstruktion schliessen lässt, da die Spannung im theoretischen Idealfall rundherum überall ein und denselben Wert haben müsste.

Da das Anschweissen der Rohrleitung --3-- an den äusseren Rand des Stutzens die Festigkeit in der Schweissfuge etwas herabsetzt, ist jedoch aus praktischen Gründen eine Spannungsverteilung nach Kurve --B-- sogar wünschenswert.

Kurve --F-- betrifft den abgebildeten Rohrstutzen, für welchen auch Kurve --B-- gilt. Kurve --F-zeigt, wie sich die Spannung an der Innenseite des Druckgefässes --2-- in Axialrichtung (Längsrichtung) des Druckgefässes verteilt, nämlich entlang der Innenkonturlinie --Y-- und entlang der senkrechten Skala calao. (Diese Skala und die dazugehörenden Kurven --E und F-- müssten eigentlich um einige Millimeter nach links in Fig. 2 versetzt werden, um völlig richtig zu sein, was aber die Übersicht über die sonstigen Zusammenhänge unnötig erschweren würde.) An der elliptischen Mündung ist die Spannung an den beiden Enden der kurzen Ellipsenachse am grössten, nämlich 2,05.

Dass dieser Wert nicht völlig mit dem Wert 2,02 nach Kurve --B-- übereinstimmt, beruht auf der Rundung des Mündungsrandes, die in Fig. 2 deutlich zu sehen ist. Bewegt man sich entlang der Linie-Y-von der Mündung hinweg, nimmt die Spannung schnell ab und nähert sich asymptotisch dem für eine lochfreie Druckgefässwand geltendem Wert 1, 0.

Die Kurve --E-- betrifft dagegen den bereits erwähnten angenommenen Fall, dass der in den Fi-
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schneller als die Kurve --F--. Auch in dieser Richtung ist somit die Spannungsverteilung an einer kreisrunden inneren Mündung ungleichmässiger als bei einer elliptischen Mündung.

Zum Vergleich seien auch die Spannungen in der Schnittebene nach Fig. 3 erwähnt. Diese Spannungen sind durchweg geringer als die Höchstspannungen nach Fig. 2 und brauchen daher nicht eingehend behandelt zu werden. Der Punkt-M-bezeichnet die Wandstärkenmitte des Druckgefässes --2--, und der Punkt-N-liegt in Höhe der äusseren Oberfläche der Gefässwand, also wo die gedachten Verlängerungen der Mittellinie und der äusseren Oberfläche die innere Oberfläche des Rohrstutzens in den Punkten --M bzw. N-- schneiden, während der Punkt --L-- in Höhe mit der inneren Oberfläche der Gefässwand liegt. Die Spannung #/#o beträgt dann 0,72 im Punkt--L-- und 0,92 im Punkt-M-so- wie 0,66 im Punkt --N--.

Ungefähr in der Mittelzone der Wand --2-- an der Innenseite des Stutzens ist die Spannung daher am grössten. Wäre der Stutzen vollkommen kreiszylindrisch, siehe den Kreis 1 : 1 in Fig. 3, so wäre die Spannung im Punkt-S-ungefähr 0,6 und tatsächlich niedriger als bei dem dargestellten erfindungsgemässen Rohrstutzen. Dies ist jedoch bedeutungslos, unter anderem da die im Schnitt nach Fig. 2 auftretenden Spannungen in beiden Fällen bedeutend höher und daher für die Bemessung des Rohrstutzens ausschlaggebend sind. Zudem hat die Spannung in genügendem Abstand von den Stutzenlöchern sowieso den höheren Wert 1.

Die voll ausgezogenen Kurven-A, B, E und F-- sind das Ergebnis praktischer Messungen, während die nachstehend besprochenen gestrichelten Kurven durch Extrapolieren und Berechnung erhalten wurden.

Die Kurve --C-- in Fig. 2 gilt, wenn die innere Stutzenmündung elliptisch ist und ein Achsenverhältnis 1 : 2,5 besitzt, entsprechend der gestrichelten Konturlinie --7-- in Fig. 3 und der in Fig. 2 und 3 eingetragenen gestrichelten Ellipse 1 : 2, 5. Hiebei ist zu beachten, dass sich die Kurven --A, Bund C-- in ein und demselben Punkt #/#o = 1, 88 schneiden und um diesen Punkt herum schwenken, wenn man die Ellipse immer länglicher macht, angefangen mit 1 : 1 (Kreis) über 1 : 2 bis 1 : 2,5. Für die Ellipse 1 : 2, 5 wird die höchste Spannung am Rand der elliptischen Mündung etwa 1, 7. Er ist aber am Rand der äusseren, kreisrunden Mündung grösser, nämlich 2, 0.

Für die dargestellte Gestalt und Bemessung des Rohres --3-- und des Rohrstutzens dürfte daher der optimale Schlankheitsgrad der Ellipse ungefähr bei 1 : 2,3 liegen.

Es ist jedoch ziemlich deutlich, dass man kaum anders als durch weitere Massnahmen die Höchst-
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erkennbar. Wird nämlich der obere Teil des Rohrstutzens mit grösserer Wandstärke ausgeführt, so dass er den gestrichelten äusseren Umriss --4-- enthält. verläuft die Spannung ungefähr die Kurve --D--
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ausgedehnte Verstärkungen nötig, um einen niedrigeren Spannungshöchstwert von vielleicht 1, 5 zu er- zielen, wobei zudem auch Form und Bemessung des Endbereiches des Rohres --3- eine nicht unbedeu- tende Rolle spielt.

Eine merkbare Verbesserung kann man jedoch in anderer Weise erreichen, nämlich durch einen Wulst --8-- od. ähnl. nach Fig. 2 an der Innenseite der Druckgefässwand --2--. Ein solcher
Rohrstutzen ist immer noch als unsymmetrisch im Sinne der Erfindung zu betrachten, obwohl er einen gewissen Vorsprung, also den Wulst --8--, an der Innenseite des Druckgefässes aufweist. Der Wulst kann leicht durch Pressen oder Stauchen erzeugt werden.

Dass der Spannungshöchstwert an einem Rohrstutzen mit elliptischer Mündung geringer sein kann als
1, 5, trotz dem in Fig. 1 gezeigten theoretisch günstigsten Fall, beruht darauf, dass Fig. l sich auf"offe- ne", unverstärkte Löcher bezieht. Auch in Fig. 1 werden die dort angegebenen Werte andere und meist geringere, wenn man den Lochrand entweder direkt oder durch Einsetzen eines elliptischen dickwandi- gen Rohres verstärkt.

Obiges zeigt auch, dass der Schlankheitswert der länglichen Mündung, also das Verhältnis zwischen den beiden grössten Lochabmessungen in Längs-und Umfangsrichtung des Druckgefässes, nicht besonders hoch zu sein braucht, und dass der günstigste Schlankheitswert betreffs Spannungshöchstwert bei der
Mehrzahl der praktisch geeigneten Rohrstutzen zwischen 2 und 2,5 liegen dürfte. Diese Frage wird nachstehend in Zusammenhang mit Fig. 4 näher behandelt.

Nach Fig. 2 und 3 hat der innere Hohlraum oder Durchlasskanal des Rohrstutzens zwischen der läng- lichen und der kreisrunden Mündung ungefähr die Form eines Kegels mit elliptischer Grundfläche und kreisrunder Scheitelfläche, wobei die kurze Achse der Ellipse ebenso lang oder ungefähr ebenso lang ist wie der Durchmesser des oberen Kreises. Die Erzeugende des Kegels ist gerade oder ungefähr gerade an der Linie --X-- entlang dem schmalsten Teil des Kegels und ist an seinem breitesten Teil nach innen zur Kegelachse hin durchgewölbt, s. Fig. 3. An sich könnte die Erzeugende überall gerade sein, wenn man von ihren Enden absieht, die gerundet sein sollten, um scharfe Mündungsränder zu vermeiden.

Die Erzeugende kann aber auch, wenigstens im Schnitt nach Fig. 3, einen Wendepunkt enthalten, indem sie die Form der Umrisslinie oder Erzeugenden --5-- in Fig. 3 besitzt. Bei allen erfindungsgemässen
Rohrstutzen kann ferner die kürzeste Abmessung der länglichen Mündung eine andere, insbesondere eine grössere, als der Durchmesser der äusseren (oberen) kreisrunden Mündung sein, so dass der Übergang vom
Rohr --3-- zur Innenseite des Druckgefässes --2- hin sich auch in dieser Richtung erweitert, wodurch unter anderem strömungstechnische Vorteile gewonnen werden können.

Der längliche Mündungsbereich kann daher die Form einer Ausnehmung haben, entsprechend der gestrichelten Linie --5-- in Fig. 3. Eine solche Formgebung kann manchmal auch fertigungsmässige
Vorteile haben.

Indem man den Stutzen so ausbildet, dass der vom Stutzen umschlossene, oben erwähnte Kegel mit elliptischer innerer (unterer) und kreisförmiger äusserer (oberer) Mündung länger und daher steiler wird als in Fig. 2, kann man die Spannungshöchstwerte noch weiter herabsetzen. Hiedurch verringert sich nämlich der Einfluss der Dicke der Gefässwand --2--, die bei einem zu kurzen Kegel bewirken kann, dass der Schlankheitswert, der an der inneren Mündung mit dem Wert 2,0 bis 2,5 beginnt, auf der Strekke des Durchlasskanals des Stutzens im Bereich der Gefässwandstärke zu schnell abnimmt und daher da, wo dieser Kanal den Bereich der Gefässwandstärke verlässt und in den aussen am Gefäss hochragenden Stutzenteil übertritt, zu gering ist und die Spannungsverteilung nicht oder kaum noch günstig beeinflussen kann.

Ein Rohrstutzen-l-z. B. nach Fig. 2 und 3 braucht nicht unmittelbar aus dem Wandwerkstoff des Druckgefässes ausgebildet zu sein, sondern kann aus einem getrennten Rohrstutzen bestehen, der beispielsweise in einer passenden, vorzugsweise kreisrunden Öffnung in der zylindrischen Gefässwand --2-- durch Schweissen befestigt wird. So kann der ganze rechts der gestrichelten Linie --6-- in Fig. 3 dargestellte Teil aus einem vorgefertigten Rohrstutzen bestehen, wobei die Linie --6- die Erzeugende sowohl eines z. B. kreisrunden oder viereckigen Loches in der Gefässwand --2-- wie auch der kreisrunden bzw. rechteckigen Randfläche eines hierin zu befestigenden Rohrstutzenteiles sein kann.

In ersterem Falle, also kreisrundes Loch und kreisrunde Stutzenrandfläche, ist der Kreishalbmesser daher gleich dem Abstand der Linie --6-- von der hiezu gleichlaufenden Stutzenachse ganz rechts in Fig. 3. Aus Übersichtlichkeitsgründen wurde die Linie --6-- in Fig. 2 nicht eingetragen. Ist das Loch und daher auch die Stossfläche bei -6-- kreisrund, sollte sich die Stossfläche (Schweissnaht od. ähnl.) so weit weg von der inneren Mündungsgrenze (L, Fig. 3 und ungefähr X, Fig. 2) des Stutzens befinden, dass die Spannungskonzentration im Bereich der inneren Stutzenmündung nach Kurven --E und F-- in Fig. 2 sich nur wenig oder gar nicht mehr im Bereich der Stossfläche --6-- bemerkbar macht.

Andernfalls sollte der Stoss so

ausgeführt sein, dass er etwa dieselben Festigkeitseigenschaften hat, als ob er nicht vorhanden wäre, d. h. als ob Stutzen --1-- und Druckgefäss -2-- in einem einzigen zusammenhängenden Stückgefertigtwä- ren.

Wahlweise kann jedoch auch das Loch und somit der Stoss --6-- länglich, vorzugsweise elliptisch sein, u. zw. in Umfangrichtung des Druckgefässes entsprechend dem, was erfindungsgemäss für längli- ches Loch oder Mündung gilt.

Nach Fig. 3 ist der Durchmesser der kreisrunden oberen Stutzenmündung bedeutend geringer als der Durchmesser des Druckgefässes im Bereich des Rohrstutzens. Es ist daher verhältnismässig unwesentlich, ob man die dort dargestellte lange Achse der Ellipse am Profil des Druckgefässes entlang misst oder als Sehnenmass nimmt. Wo diese Voraussetzung aber nicht mehr anwendbar ist, werden die Verhältnisse etwas anders. Die gekrümmte Schnittfläche zwischen zwei einander schneidenden Zylindern ist nämlich in Abwicklung, also abgewälzter Darstellung, stets eine Ellipse. Auch die Projektion dieser Schnittfläche auf einer Ebene kann eine Ellipse sein, nämlich wenn sich die Zylinder nicht rechtwinkelig schneiden oder überhaupt nicht schneiden.

Im Rahmen der Erfindung kann der Stutzen so ausgeführt sein, dass die Druckgefässwand ein gerades Durchgangsloch mit beispielsweise elliptischem oder sogenanntem flachovalem Querschnitt enthält.

Mit"flachoval"ist hier ein Umriss gemeint, der zwei gerade parallele Seiten hat, die durch zwei Halbkreise oder Halbellipse stetig miteinander verbunden sind. In diesem Loch ist ein hiezu passendes Rohrstück oder der Endteil eines an den Stutzen anzuschliessenden Rohres mit einem, z. B. durch Zusammendrücken erzeugten, entsprechenden Umriss befestigt, vorzugsweise durch Einschweissen. Der Stutzen besteht dann zum grössten Teil oder völlig aus Werkstoff, der ursprünglich nicht zum Druckge- fäss-2-gehört, sondern erst durch das Befestigen des Rohrstutzens bzw. des Anschlussrohres mit der Gefässwand --2-- dauerhaft verbunden wird.

Ferner ist zu beachten, dass die Herstellung von erfindungsgemässen Stutzen durch Pressen, insbesondere durch aufdornendes Auspressen aus der Druckgefässwandung selbst, gewisse merkliche Vorteile hat, verglichen mit den bekannten, durchweg kreisrunden Rohrstutzen, die in gleicher Weise hergestellt werden. Beispielsweise aus Fig. 2 und 3 und mit Hinblick auf die gesamte Gestalt des Stutzens ist deutlich erkennbar, dass beim Pressen des erfindungsgemässen Stutzens der Werkstoff sich während des Pressens leichter verschieben oder fliessen kann und dass die Bereiche etwaiger plötzlicher Übergänge, wie am unteren Rand in Fig. 2, von bedeutend geringerer Ausdehnung sind als bei üblichen kreisrunden Stutzen.

Das Presswerkzeug wird zwar teurer als für kreisrunde Stutzen, aber bei häufiger Benutzung und beim Herstellen hochwertiger Erzeugnisse, wie Kernmeilerbehälter, grössere Hochdruckkessel u. ähnl. fällt dieser Nachteil gegenüber den Vorteilen nicht ins Gewicht.

Fig. 4 zeigt rein schematisch einen zylindrischen Druckbehälter--2 sowohl mit einem erfindungsgemässen Stutzen-l-und einem darin eingesteckten Anschlussrohr --3-- wie auch mit einem üblichen kreisrunden Rohrstutzen, der zum Rohr --3-- passt. Projiziert man die kreisrunde Mündung des herkömmlichen Stutzens, d. h. seinen kreisrunden Mündungsdurchlassquerschnitt, entlang der Stutzen- achse-Q-als Projektionsachse, so erhält man auf der zylindrischen Druckgefässwand einen projizierten Kreis mit dem Durchmesser-H- (gleich der Sehnenlänge in Fig. 4).

Das Abwälzbild dieses Kreises ist eine Ellipse mit der kurzen Achse-H-, die auch vor der Abwälzung gerade war, und mit der langen Achse-G-, die vor der Abwälzung gekrümmt war und sich über den Kreisbogenwinkel Ci. erstreckt. Die Bogenlänge --G-- ist also gleich der Länge der langen Ellipsenachse. Daher ist auch die Abwälzfigur der Mündung eines üblichen kreisrunden Stutzens kein Kreis, sondern etwas elliptisch. Man kann sich auch einen solchen kreisrunden Stutzen schräg, also nicht radial zur Druckbehälterachse, am Druckbehälter angebracht vorstellen, so dass die Stutzenmündung aus diesem schon weiter oben behandelten Grunde elliptisch wird, obwohl auch in diesem Falle der Durchlassquerschnitt überall kreisförmig ist.

Vergleicht man mit diesen Fällen, dann muss aber die Mündung eines erfindungsgemässen Rohrstutzens länglicher sein, so dass ss grösser wird als Ci. und H' grösser wird als H, s. Fig. 4. Die Abwälzung der Ellipse (oder einer andern länglichen Figur) des Mündungsdurchlassquerschnittes hat dann eine lange Achse gleich --G'- und eine kurze Achse von derselben Länge wie-H-oder gegebenenfalls länger als --H-.

Beim bekannten üblichen kreisrunden Rohrstutzen ist jeder Durchlassquerschnitt kreisförmig, also auch in der Stutzenmündung. Die Projektion der inneren Stutzenmündung auf die Ebene der Sehne ist also ein Kreis, während beim erfindungsgemässen Stutzen der Mündungsdurchlassquerschnitt, d. h. die Projektion der Mündung auf die Ebene der Sehne-H'-, eine Ellipse oder eine andere, in Umfangs-

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wölbte Ellipse auf dem gewölbten Umfang des Behälters --2-- handelt und nicht um eine auf die Ebene der Sehne-H--projizierte Ellipse.

Die nachstehende Tafel gibt vergleichende Zahlenwerte :
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Tafel erhalten würde, wenn man ein in der Sehnenebene-H-kreisrundes Loch für einen üblichen Stutzen in die Gefässwand bohrt, einen vernachlässigbaren Schlankheitsgrad hat, nämlich kleiner als 1, 110 (oder kleiner als 110/0)

. wenn der vom Rohrstutzen in Anspruch genommene Umfangswinkel kleiner ist als 900, d. h. solange die Mündung des Stutzens um nicht mehr als ein Viertel des gesamten Druckgefässumfanges herumgreift. Erst wenn der Stutzen sich über den grössten erfassbaren Teil des Druckgefässes, nämlich über die Hälfte dessen Umfanges, herum erstreckt, würde der Schlankheitsgrad 1, 57 werden. In diesem Falle wäre Stutzendurchmesser gleich Druckgefässdurchmesser. Praktisch könnte die Mündung eines solchen bekannten Rohrstutzens sich über kaum mehr als 1700 erstrecken (andernfalls würde man aus konstruktiven Gründen sowieso zwangsläufig erhebliche Lochrandverstärkungen erhalten) und die Exzentrizität wäre in diesem praktischen Extremfall ziemlich genau 1, 5. Dieser Fall ist z.

B. bei T-Rohrstücken denkbar, überschreitet aber sowieso den Rahmen der Erfindung, obgleich sie nicht auf Rohrstutzen begrenzt ist, bei denen der Unterschied zwischen Bogenlänge-G'-und Sehne-H'vernachlässigbar ist, d. h. wo die Länge der länglichen Mündung im Verhältnis zum Krümmungsdurchmesser des Druckgefässes --2-- sehr klein wäre. Zum Beispiel im erfindungsgemässen theoretischen Idealfall nach Fig. l hat nämlich die günstigste Ellipse einen Schlankheitsgrad von 1 : 2.

Wesentlich für die Erfindung ist, dass die Werte -G'und H'- merkbar grösser sind als --G bzw.

H--, oder dass --8-- merkbar grösser ist als oder dass der Schlankheitsgrad der länglichen Mündung merkbar grösser ist als der entsprechende Schlankheitsgrad-G/H-, nach obiger Tafel, der projizierten Mündungsellipse einer im Querschnitt kreisförmigen Mündung.

Die Erfindung betrifft aus den oben nur teilweise angedeuteten Gründen keine Rohrstutzen mit einem Öffnungswinkel-ss-nach Fig. 4, welcher grösser ist als etwa 900. Zu beachten ist, dass der Winkel --a--, der die kurze Achse der Mündung einschliesst und in der Praxis daher meist der Scheitelwinkel der kreisförmigen äusseren Stutzenmündung ist, entsprechend geringer ist. Der Schlankheitsgrad (Ver-

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