DE1258680B

DE1258680B - Pipe branch piece for pressure pipelines of large diameter

Info

Publication number: DE1258680B
Application number: DE1959V0015768
Authority: DE
Inventors: Hans Koepke; Erwin Keller
Original assignee: JM Voith GmbH
Current assignee: JM Voith GmbH
Priority date: 1959-01-17
Filing date: 1959-01-17
Publication date: 1968-01-11
Also published as: ES251927A1

Description

Rohrabzweigstück für Druckrohrleitungen großen Durchmessers Die Erfindung betrifft ein Rohrabzweigstück für Druckrohrleitungen großen Durchmessers, insbesondere für Wasserkraftanlagen, mit einem vom Grundrohr abzweigenden Stutzen und mit einer zwecks Erhöhung der Festigkeit die Abzweigstelle umhüllenden, den Innendruck des Rohrabzweigstückes aufnehmenden Versteifungsschale, die in bezug auf die Grundrohrachse schiefe Kegelstumpfschalenteile und gegebenenfalls einen im Bereich des größten Umfanges der Versteifungsschale zwischengefügten Zylinderschalenteil aufweist. Bei Abzweigstücken für Wasserkraftanlagen u. dgl. müssen die Durchdringungsstellen zwischen Grundrohr und Abzweig eine besondere Ausbildung oder Versteifung erhalten, da das Grundrohr an der Durchdringungsstelle ausgeschnitten und somit in seiner Festigkeit gegen inneren oder auch äußeren Überdruck geschwächt wird. Der Ausschnitt aus dem Grundrohr und damit dessen Schwächung sind dabei bei gleichem Durchmesser des Abzweiges um so größer, je spitzer der Abzweigwinkel ist. Es sind zahlreiche Ausführungen solcher Rohrabzweigstücke bekanntgeworden.Pipe branch piece for pressure pipelines of large diameter The invention relates to a branch pipe for pressure pipelines of large diameter, in particular for hydropower plants, with a branch branching off from the base pipe and with a for the purpose of increasing the strength of the junction enveloping the internal pressure of the Pipe branch piece receiving stiffening shell with respect to the base pipe axis inclined truncated cone shell parts and possibly one in the area of the largest Has the circumference of the stiffening shell interposed cylinder shell part. at Junction pieces for hydropower plants and the like. The penetration points between Basic pipe and branch receive a special training or stiffening, since the Base pipe cut out at the point of penetration and thus in its strength is weakened against internal or external overpressure. The excerpt from the The base pipe and thus its weakening are with the same diameter of the branch the larger, the more acute the branch angle. There are numerous designs such branch pipe pieces become known.

Beispielsweise ist ein solcher Rohrabzweig mit einer die Abzweigstelle umhüllenden, zur Hauptrohrachse symmetrisch liegenden, kugeligen Versteifungsschale bekannt. Die Kugel als Versteifungsschale, die dem Abzweig zwar eine hohe Festigkeit verleiht und die günstigste Spannungsverteilung ergibt, hat jedoch große Abmessungen und ist insbesondere im Hinblick auf eine teure zusätzliche Vertiefung des Fundaments zumindest bei Anwendung für Rohre großen Durchmessers sehr kostspielig und daher unwirtschaftlich. Auch wirkt sich das hohe Gewicht bei Herstellung, Transport und Montage sehr ungünstig aus.For example, such a pipe branch with one is the branch point enveloping, spherical stiffening shell lying symmetrically to the main pipe axis known. The ball as a stiffening shell, which gives the branch a high degree of strength gives and gives the most favorable stress distribution, but has large dimensions and is particularly with regard to an expensive additional deepening of the foundation at least when used for pipes of large diameter, very expensive and therefore uneconomical. Also affects the high weight during manufacture, transportation and Assembly very unfavorable.

Aufgabe der Erfindung ist ein derartiges Rohrabzweigstück, welches bei geringem Platz- und Materialbedarf eine hohe Festigkeit besitzt und einfach und billig herzustellen ist.The object of the invention is such a branch pipe which with little space and material requirements, has high strength and is simple and is cheap to manufacture.

Die Erfindung geht davon aus, daß zur Vermeidung der geschilderten Nachteile der bekannten Versteifungsschale auch bereits vorgeschlagen wurde, die Schwächung des Grundrohres in der Weise auszugleichen, daß es beiderseits des Abzweiges mit einer kegeligen Erweiterung versehen wird, derart, daß sich das Grundrohr von beiden Seiten her gegen den Abzweig zu erweitert,. wobei die kegeligen Erweiterungen als schiefe Kegel unsymmetrisch zum Grundrohr in der Weise angeordnet sind, daß die Mantellinie mit der größten Neigung zur Grundrohrachse auf der Seite des Abzweiges, und zwar in der axialen Mittelebene desselben liegt, während die der Mantellinie mit der größten Neigung in bezug auf die Grundrohrachse genau gegenüberliegende Mantellinie mit der in der gleichen Ebene liegenden Mantellinie des Grundrohres zusammenfällt. Dabei können zwischen den beiden kegeligen Erweiterungen des Grundrohres auch noch Kegelstumpfschüsse mit flacherer Kegelneigung eingefügt werden, um einen besseren Kraftfluß zu erzielen.The invention assumes that to avoid the described Disadvantages of the known stiffening shell has also been proposed that Compensate for the weakening of the base pipe in such a way that it is on both sides of the branch is provided with a conical extension, such that the base pipe of to widen towards the branch on both sides. being the conical extensions are arranged as an oblique cone asymmetrically to the base pipe in such a way that the surface line with the greatest inclination to the main pipe axis on the side of the branch, namely in the axial center plane of the same, while that of the surface line with the greatest inclination in relation to the base pipe axis exactly opposite one another Surface line with the surface line of the base pipe lying in the same plane coincides. You can choose between the two conical extensions of the base pipe truncated cones with a flatter cone inclination can also be inserted to create a to achieve better power flow.

Ausgehend von einem derartigen, eingangs definierten Rohrabzweigstück wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Versteifungsschale im Bereich des Abzweigstutzens als von diesem durchdrungene Kalotte einer gedachten, zur Grundrohrachse versetzten und eine dem Stutzen gegenüberliegende Mantellinie des Grundrohres tangierenden Kugel ausgebildet ist, an die sich die jeweiligen Kegelstumpf- bzw. Zylinderschalenteile als im Bereich der Kugelkalotte offene Ringe anschließen und einen Übergang von der Kugelkalotte zu der dem Stutzen gegenüberliegenden Mantellinie des Grundrohres bilden, derart, daß senkrecht zur Grundrohrachse durch die Versteifungsschale gelegte Schnitte praktisch Kreissfrom aufweisen.Starting from such a pipe branch piece defined at the outset it is proposed according to the invention that the stiffening shell in the area of the branch connection as an imaginary dome penetrated by this, offset to the base pipe axis and tangent to a generatrix of the base pipe opposite the socket Ball is formed on which the respective truncated cone or cylinder shell parts than in the area of the spherical cap connect open rings and a transition from the spherical cap to the surface line of the base pipe opposite the socket form in such a way that laid perpendicular to the base pipe axis through the stiffening shell The cuts are practically circular.

Die zur Herstellung des erfindungsgemäßen Rohrabzweigstückes erforderlichen Kugelkalotten können bis zu relativ großen Abmessungen von Spezialfirmen fertig bezogen werden. Bei sehr großen Abmessungen, für welche keine fertigen Kugelkalotten bezogen werden können, besteht die Möglichkeit, diese aus einzelnen Segmenten zusammenzuschweißen. Die Ausführung gemäß vorliegender Erfindung verbindet die Vorteile einer Schweißkonstruktion, also den Vorteil der Billigkeit, mit günstiger Spannungsverteilung, die sich wiederum in hoher Belastbarkeit oder in geringerem Materialaufwand auswirkt, wobei aber die Gesamtabmessüngerr -in erträglichen Grenzen bleiben. Außerdem weist ein solcher Abzweig in Richtung der Grundrohrachse eine hohe Drucksteifigkeit auf, so daß keine zusätzlichen Versteifungen innerhalb der Schale erforderlich -sind. Die wesentlichen Vorteile einer besonders günstigen Spannungsverteilung bei kleinen Abmessungen lassen sich auch mit einer nach den gleichen Grundsätzen ausgebildeten Gußkonstruktion erreichen..The necessary for the production of the pipe branch piece according to the invention Spherical caps can be manufactured by specialist companies up to relatively large dimensions can be obtained. With very large dimensions, for which there are no finished spherical caps can be obtained, it is possible to weld them together from individual segments. The design according to the present invention combines the advantages of a welded construction, So the advantage of cheapness, with more favorable stress distribution, which in turn in high resilience or has the effect of lower material expenditure, but the overall dimensions remain within tolerable limits. Also has such a branch in the direction of the main pipe axis has a high compressive rigidity, so that no additional stiffeners are required within the shell. The main advantages of a particularly favorable voltage distribution for small ones Dimensions can also be made with a trained according to the same principles Achieve cast construction ..

In weiterer Ausbildung der Erfindung sind die Kegelstumpf- bzw. Zylinderschalenteile als geschlossene Ringe ausgebildet, derart, daß ihre im Abzweigbereich liegenden Ringteile einen wenigstens angenäherten Ersatz der Kugelkalotte bilden. -Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen F i g. 1 und 2 ein Rohrabzweigstück in Ansicht und Draufsicht, bei der die Versteifungsschale im Bereich des Abzweigstutzens als einstöckige Kugelkalotte ausgebildet ist, -F i g. 3 und 4 ein Rohrabzweigstück in Ansicht und Draufsicht mit als geschlossene Ringe ausgebildeten Kegelstumpf- und Zylinderschalenteilen.In a further embodiment of the invention, the truncated cone or cylinder shell parts are designed as closed rings in such a way that their lying in the junction area Ring parts form an at least approximate replacement of the spherical cap. -Two embodiments of the invention are illustrated in the drawings. It shows F i g. 1 and 2 a Pipe branch in view and top view, with the stiffening shell in the area of the branch piece is designed as a one-story spherical cap, -F i g. 3 and 4 shows a branch pipe in view and top view with designed as closed rings Truncated cone and cylindrical shell parts.

In den Figuren ist mit 1,1' das Grundrohr bezeichnet und mit 2 der Abzweigstutzen. Die Achse des Grundrohres ist mit a-a und die Achse des Abzweigstutzens mit c-c bezeichnet. An das Grundrohr 1 sind die schiefen Kegelstumpfschalenteile 3 und 4 angeschweißt und an die andere Seite 1' des Grundrohres die schiefen Kegelstumpfschalenteile 5 und 6. Zwischen den Schalenteilen 4 und 6 liegt ein Zylinderschalenteil7. Sowohl die Kegelstumpfschalenteile 3 bis 6 als auch die Zylinderschale 7 sind so angeordnet, daß ihre unterste Mantellinie in F i g.1 mit der untersten Mantellinie 8 des Grundrohres 1,1' zusammenfällt. Außerdem sind die Kegelstumpfscha lenteile und die Zylinderschale so ausgebildet, daß ihnen angenähert ein Kreis einbeschrieben werden kann, dessen MittelpunktM auf der Achse c-c liegt und zu dem die unterste Mantellinie 8 der Zylinderschale 7 eine Tangente bildet.In the figures, 1,1 'denotes the base pipe and 2 denotes the Branch connection. The axis of the base pipe is with a-a and the axis of the branch pipe labeled c-c. The inclined truncated cone shell parts are attached to the base pipe 1 3 and 4 welded and on the other side 1 'of the base pipe the inclined truncated cone shell parts 5 and 6. A cylinder shell part 7 is located between the shell parts 4 and 6. As well as the truncated cone shell parts 3 to 6 as well as the cylindrical shell 7 are arranged in such a way that that its lowest surface line in FIG. 1 with the lowest surface line 8 of the base pipe 1.1 'coincides. In addition, the truncated cone shell parts and the cylinder shell designed in such a way that a circle can be approximately inscribed on them, its Center M lies on the axis c-c and to which the lowermost surface line 8 of the cylindrical shell 7 forms a tangent.

Innerhalb der kegeligen Schalenteile sind das Grundrohr und der Abzweigstutzen etwa mit schwächerer Wandung ineinander übergeführt, um einen günstigen Strömungsverlauf zu erreichen. Diese Führungsbleche 9 und 10 sind durchlocht, um einen Druckausgleich in dem Raum zwischen den Führungsblechen und der Versteifungsschale zu schaffen.Inside the conical shell parts are the base pipe and the branch pipe For example, with a weaker wall, they are converted into one another in order to achieve a favorable flow path to reach. These guide plates 9 and 10 are perforated in order to equalize pressure to create in the space between the guide plates and the stiffening shell.

Bei dem in den F i g.1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel wird der obere Teil der Versteifungsschale der beiden Grundr@ohranschlüsse 1,1 ', also derjenige Teil, der den Abzweigstutzen 2 umfaßt, durch eine Kugelkalotte 11 gebildet, deren Kugeldurchmesser sich aus dem konstruktiv notwendigen Abstand der Verschneidungslinie 12 von der Grundrohrachse a-a bestimmt. Die Kugelkalotte 11 ist so groß gewählt; daß die daran anzuschweißenden schiefen Kegelstumpfschalenteile 3; 4, 5 und 6 und der Zylinderschalenteil7, die den unteren Teil der Versteifungsschale und den Übergang zur untersten Zylindermantellinie 8 des Grundrohres bilden, nicht mehr im hochbeanspruchten Bereich der von der Verschneidung 12 ausgehenden Spannungen liegen. Im' allgemeinen ist die Kugelkalotte kleiner als eine Halbkugel, wobei die Randlinie 13 der Kugelkalotte 11 parallel zur Grundrohrachse liegt. Sie könnte aber auch geneigt verlaufen. Damit eine gute überleitung der Spannungen aus der Kugelkalotte 11 in die schiefen Kegelstumpfschalenteile 3 bis 6 und in. den Zylinderschalenteil 7 erzielt wird, werden die Kegelstumpfschalenteile und der Zylinderschalenteil an der Anschlußstelle, d. h. gegen die Randlinie 13 zu, etwa verwunden.In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the upper part of the stiffening shell of the two basic pipe connections 1,1 ', i.e. the one Part that includes the branch pipe 2, formed by a spherical cap 11, whose Ball diameter is derived from the structurally necessary distance between the intersection line 12 determined by the base pipe axis a-a. The spherical cap 11 is chosen so large; that the oblique truncated cone shell parts 3; 4, 5 and 6 and the cylinder shell part 7, which is the lower part of the stiffening shell and the transition to form the lowest cylinder surface line 8 of the base pipe, no longer in the highly stressed Area of the stresses emanating from the intersection 12. In general the spherical cap is smaller than a hemisphere, the edge line 13 of the spherical cap 11 is parallel to the base pipe axis. But it could also be inclined. In order to a good transfer of the stresses from the spherical cap 11 into the inclined truncated cone shell parts 3 to 6 and in. The cylinder shell part 7 is achieved, the truncated cone shell parts and the cylinder shell part at the connection point, d. H. against the edge line 13 to about to wound.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach den F i g. 3 und 4 sind die Kegelstumpfschalenteile 3 bis 6 und der Zylinderschalenteil 7 als geschlossene Ringe derart ausgeführt, daß ihre oberen, im Bereich des Abzweigstutzens liegenden Ringteile zusammen 'annähernd eine Kugelkalotte bilden, wobei die mittleren Ringe 4., 6, 7 die gedachte Kugel 20 in diesem Bereich berühren.In the embodiment according to FIGS. 3 and 4 are the truncated cone shell parts 3 to 6 and the cylinder shell part 7 designed as closed rings in such a way that their upper ring parts lying in the area of the branch pipe together 'approximately form a spherical cap, the middle rings 4, 6, 7 being the imaginary sphere Touch 20 in this area.

Claims

Claims: 1. Pipe branch piece for pressure pipelines large Diameter, in particular for water power plants, with a branching off from the base pipe Nozzle and with a to increase the strength of the branch enveloping, the internal pressure of the branch pipe -aufnahmende stiffening shell, which in relation Truncated cone shell parts inclined on the base pipe axis and, if necessary, one In the area of the largest circumference of the stiffening shell, a cylinder shell part inserted between them has, d a d u r c h g e - indicates that the stiffening shell in the area of the branch connection (2) as an imaginary dome (11) penetrated by this, offset to the base pipe axis (a) and a surface line opposite the socket (8) of the base pipe tangent ball (20) is formed, to which the respective Truncated cone or cylinder shell parts as rings open in the area of the spherical cap (3 to 7) and a transition from the spherical cap to that of the nozzle Form opposite surface line of the base pipe, such that perpendicular to the Basic pipe axis through the stiffening shell, practically circular cuts exhibit.

2. branch pipe according to claim 1, characterized in that the Truncated cone shell parts (3 to 6) at the connection points (13) on the spherical cap (11) are somewhat twisted.

3. Pipe branch piece according to claim 1 or 2, characterized in that that the spherical cap (11) is designed to be smaller than a hemisphere.

4. Pipe branch piece according to claim 1, characterized in that the truncated cone shell parts (3 to 6) and the cylinder shell parts (7) are designed as closed rings in such a way that that their ring parts lying in the area of the branch connection (2) together approximate form a spherical cap (Figs. 3 and 4). Considered publications: German Patent No. 823 553; Swiss patents No. 177 338, 281539, 333 638.