DE1525914C3 - Rohrabzweigstuck fur Druckrohr leitungen großen Durchmessers, insbe sondere fur Wasserkraftanlagen - Google Patents

Description

Bei Verteilrohren oder sonstigen Abzweigstücken für Wasserkraftanlagen u. dgl. müssen die Durchdringungsstellen zwischen Grundrohr und Abzweig bekanntlich 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 stärker, je spitzer der Abzweigwinkel ist. Andererseits ist jedoch ein möglichst spitzer Abzweigwinkel günstig für die Strömung. Es sind zahlreiche Lösungen zur Ausbildung solcher Rohrabzweigstücke bzw. solcher Verteilleitungen bekanntgeworden, die aber alle neben Vorteilen auch verschiedene Nachteile aufweisen.

Zum Beispiel ist ein solcher Rohrabzweig mit einer die Abzweigstelle umhüllenden Kugel bekannt, in welcher sich die Rohrachsen im Kugelmittelpunkt schneiden (schweizerische Patentschrift 177 338). Vom rein festigkeitsmäßigen Gesichtspunkt aus ist die Kugel als versteifende Schale unbestritten am vorteilhaftesten, und man erhält bei dieser bekannten Ausführung mit im Schnittpunkt der Rohrachsen liegendem Kugelmittelpunkt eine Versteifungsschale mit niedrigstmöglichen Membranspannungen und festigkeitsmäßig leicht beherrschbaren sowie einfach herzustellenden Kugelausschnitten. Es ergeben sich bei dieser Ausführung jedoch sehr große Kugeldurchmesser, die an der Einbaustelle viel Platz und hohe Kosten für Herstellung und Transport erfordern, so daß die Vorteile dieser Kugelversteifung durch die ins Gewicht fallenden Nachteile mehr als aufgewogen werden.

Zu dem großen Kugeldurchmesser trägt der Umstand wesentlich bei, daß aus festigkeitsmäßigen Gründen der Mindestabstand zwischen zwei Kugel-. ausschnitten einen bestimmten Wert nicht unterschreiten darf. Nach deutschen Vorschriften z. B. beträgt dieser Wert α=3]/ΖΓ7, worin D der äußere Kugeldurchmesser und s die Wandstärke der Kugel abzüglich eines Rostzuschlages ist.

Es wurde auf verschiedenen Wegen versucht, zu einer möglichst kleinen Versteifungsschale zu kommen. Beispielsweise ist eine Konstruktion bekanntgeworden (deutsche Auslegeschrift 1148 495), bei

ίο welcher zwecks Verkleinerung einer kugelförmigen Versteifungsschale der Mittelpunkt der Kugel gegenüber der Achse des abzweigenden und außerhalb der Kugel von kreisförmigen Versteifungsringen umgebenen Rohres um wenigstens Vr. des Kugeldurchmessers versetzt angeordnet und zwischen dem Rohr und dem Versteifungsring an der Anschlußstelle des Rohres ein Zwischenstück mit einem nach einer abwickelbaren Regelfläche ausgebildeten Mantel vorgesehen ist. Diese Versteifungskonstruktion ist sehr kompliziert und nicht nur teuer in der Herstellung, sondern sie ergibt auch undurchsichtige Spannungsverhältnisse und vermittelt den Eindruck einer uneleganten und unausgewogenen Notlösung. Außerdem ergeben sich Berechnung und Herstellung sehr erschwerende komplizierte Verschneidungen zwischen den Kugelausschnitten und den diese durchdringenden Rohrstutzen. Wenn die erforderlichen Vorschriften über den Mindestabstand zwischen zwei Kugelausschnitten beachtet werden, schlagen außerdem die Einsparungen an Größe des Kugeldurchmessers, falls überhaupt, nur unwesentlich zu Buche. Weiterhin wurde auch eine Versteifungsschale vorgeschlagen, in welcher hintereinanderliegende Kegelstümpfe, in die wenigstens angenähert eine Kugel einbeschrieben werden kann (deutsches Gebrauchsmuster 1 805 400), eine Kugel ersetzen. Ein solcher Abzweig erfüllt zwar die an ihn gestellten Forderungen schon recht gut, aber er ist relativ kompliziert herzustellen. In Berechnung und Konstruktion noch wesentlich komplizierter und für die Praxis wenig geeignet ist eine weitere bekannte Versteifungsschale, die aus Kugelschalenteilen und an diese etwa tangential anschließenden Mantelabschnitten gerader Kreiskegel besteht, deren Achsen durch den Kugelmittelpunkt gehen und die mit den Rohren verbunden sind (deutsche Auslegeschrift 1150 847).

Bei einem anderen bekannten, kugelartig versteiften, als Hosenrohr ausgebildeten Rohrabzweig, sind innerhalb der Kugel die hosenrohrförmigen Einbauten zur Aufnahme der von der Kugelschale' auf die Einbauten übertragenen Längsdruckkräfte mit an sich bekannten Ring- und Gürtelträgern versehen (deutsche Auslegeschrift 1 206 678). Diese- Ausführung ist besonders aufwendig, da neben einer bei Beachtung der entsprechenden Vorschriften in der Praxis relativ großen Kugel auch noch zusätzliche Verstärkungen innerhalb der Kugel vorgesehen sind.

Eine absolut befriedigende Lösung konnte also

trotz der seit Jahrzehnten erfolgten Bemühungen bisher nicht gefunden werden.

Aufgabe der Erfindung ist ein Rohrabzweigstück mit Kugelverstärkung für Druckrohrleitungen großen Durchmessers, insbesondere für Wasserkraftanlagen, mit in Ausschnitten der Verstärkungskugel eingesetzten Ringverstärkungen, wobei die Achse des Kugelausschnittes für mindestens ein Abzweigrohr unter einem der Zuströmung abgewandten spitzen Winkel mit der Achse des ankommenden Grundrohres durch

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den Kugelmittelpunkt geht, und gegebenenfalls mit triebsmittel wird ein Teil in einem unter dem Winfür die Wasserführung bestimmte Einbauten inner- kel α gegenüber der Grundrohrachse 3' abzweigenhalb der Kugelverstärkung, welches bei einem mini- den Druckrohr abgezweigt, während der Rest des Bemalen Kugeldurchmesser und damit geringem Platz- triebsmittels in einem in gleicher Richtung wie das bedarf und niedrigen Herstellungskosten optimale 5 ankommende Druckrohr 3 verlaufende Druckrohr Verhälnisse bezüglich Festigkeit, Berechnung, Her- weitergeleitet wird. Die Achsen 6 und 7 beider Druckstellung und Strömungsführung ergibt und welches rohre gehen am Kugelmittelpunkt M vorbei,
die Nachteile der bekannten Ausführungen nicht auf- In den entsprechenden Kugelausschnitten sind als weist. Ringverstärkungen kegelstumpfförmige Schüsse 4 Nach der Erfindung ist die Ringverstärkung für das io und 5 eingesetzt, die zusammen mit zylindrischen Abzweigrohr als kegelstumpfförmiger oder zylindri- Schüssen 8 bzw. 9 je einen Krümmer bilden, an den scher Rohrschuß ausgebildet, dessen Anschlußstelle die entsprechenden Druckrohre angeschlossen werfür das anschließende Abzweigrohr schräg zur Achse den. Die Achse 6 des zylindrischen Schusses 8 und des Rohrschusses angeschnitten ist, derart, daß der des anzuschließenden Druckrohres bildet mit der Winkel zwischen der Kugelausschnittsachse und der 15 Achse 3' des ankommenden Grundrohres den Grundrohrachse größer als der gewünschte Ab- Winkel α, der kleiner als der Winkel β ist, den die zweigwinkel des Abzweigrohres zu dieser Grund- Achse 10 des Kugelausschnittes für den Kegelstumpfrohrachse ist. schuß 4 mit der Grundrohrachse 3' bildet, während Hierdurch erhält man eine Versteifungskugel, die zu der Grundrohrachse 3' die Achse 7 des zylindriselbst bei Beachtung der Vorschriften bezüglich des 20 sehen Rohrschusses 9 wiederum parallel und die Mindestabstandes zwischen den Ausschnitten und Achse 11 des zugehörigen Kugelausschnittes unter trotz eines für eine günstige Strömungsführung vor- dem Winkel ß' verläuft. Die Krümmerverschneiteilhaften kleinen Abzweigwinkels sehr klein ist und dungsebene 12 zwischen dem Kegelstumpfschuß 4 bei welcher man keine für Berechnung oder Herstel- und dem zylindrischen Schuß 8 bildet mit der Verlung schwierigen räumlichen Verschneidungen zwi- 25 schneidungsebene 13 des Kugelausschnittes sowie mit sehen der Kugelschale und den Rohranschlußstücken der Rohranschlußebene 14 des zylindrischen Schuserhält, sondern in einer Ebene liegende kreisförmige _o . , ... ~.~. . . . B—«
Ausschnitte, welche klare Verhältnisse für die Festig- ^{Ses 8} J^{e den halben} Differenzwinkel JL__.
keitsberechnung ergeben. Damit bleiben die Vorteile Entsprechendes gilt für den aus den Schüssen 5 einer übersichtlichen reinen Schalenbauweise er- 30 und 9 gebildeten Versteifungsring. In der Kugel sind halten. Einbauten 15 für die Führung des Betriebsmittels

Der Schrägschnitt wird vorzugsweise unter dem vorgesehen.

halben Differenzwinkel vorgenommen, damit sich an Anstatt unter Zwischenschaltung der zylindrischen den Verbindungsstellen zwischen dem Verstärkungs- Krümmerschüsse 8 und 9 können die Druckrohre ring und dem Anschlußrohr gleiche elliptische Quer- 35 auch unmittelbar an die Kegelstumpfschüsse 4 bzw. 5 schnitte ergeben. Dabei kann das Abzweigrohr ent- angeschlossen werden, wenn die Enden der Druckweder unmittelbar an den Verstärkungsring ange- rohre unter dem gleichen halben Differenzwinkel schlossen werden, wobei das Rohr unter dem glei- schräg abgeschnitten werden wie die zylindrischen chen halben Differenzwinkel zur Rohrachse schräg Krümmerschüsse 8 und 9. Ferner kann anstatt der in abgeschnitten werden müßte, oder es wird ein kurzes 40 dem Beispiel dargestellten Anordnung des Grundan der Anschlußstelle zum Verstärkungsring eben- rohres 3 mit durch den Mittelpunkt M gehender falls schräg abgeschnittenes, zylindrisches Rohrzwi- Achse 3' dieses auch so angeordnet sein, daß die schenstück vorgesehen, was zusammen mit dem Ver- Achse 3' am Mittelpunkt M vorbeigeht und sich z.B. Stärkungsring einen Krümmer bildet, an dessen kreis- mit der Achse 7 deckt. In diesem Fall müßte die zyförmiges freies Ende der kreisförmige Rohrquer- 45 lindrische Ringverstärkung 2 für das Grundrohr in schnitt des Abzweigrohres dann unmittelbar ange- entsprechender Weise wie die Ringverstärkung 4 schlossen werden kann. Welche dieser Ausführungen und 5 auch kegelig ausgebildet sein,
gewählt wird, hängt gegebenenfalls davon ab, ob Ab- Der Außendurchmesser D der Kugel 1 ist so groß zweigstück und Rohrleitungen von ein und dem- gewählt, daß den Vorschriften bezüglich des Minseiben Hersteller geliefert werden oder nicht. Bei 50 destabstandes α zwischen zwei Kugelausschnitten Gebeiden Ausführungsmöglichkeiten erhält man Über- nüge geleistet ist. Dabei erhält man ein Optimum begänge, die zusammen mit den Einbauten für die Be- züglich der Kugelgröße, wenn der Ausschnitt für die triebsmittelführung in der Kugel sehr strömungs- Ringverstärkung 4 so gelegt ist, daß die Abstände zu günstige Abzweige ergeben. den beiden benachbarten Ausschnitten für die Ring-Die Erfindung ist im folgenden an Hand eines in 55 verstärkungen 2 und 5 möglichst gleich groß werden, der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles In dem dargestellten Beispiel ergibt sich ein Kugelnäher erläutert. durchmesser D, der etwa I,5mal so groß ist wie der Die als Kugel ausgebildete Versteifungsschale 1 Rohrdurchmesser d des ankommenden Druckrohweist eine zylindrische, in einen kreisförmigen Kugel- res 3. Im Falle einer konventionellen Ausführung des ausschnitt eingeschweißte und mit ihrer Achse durch 60 Abzweiges mit durch den Kugelmittelpunkt M gehenden Kugelmittelpunkt M gehende Ringverstärkung 2 den Rohrachsen der Abzweigrohre würde man einen für den Anschluß des Druckrohres 3 mit dem Innen- Kugeldurchmesser erhalten, der etwa 2,5mal so groß durchmessers d für das ankommende Betriebsmittel wie der Durchmesser d des ankommenden Druckauf. Von dem in dem Druckrohr 3 ankommenden Be- rohres wäre.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   Rohrabzweigstück mit Kugelverstärkung für Druckrohrleitungen großen Durchmessers, insbesondere für Wasserkraftanlagen mit in Ausschnitten der Verstärkungskugel eingesetzten Ringverstärkungen, wobei die Achse des Kugelausschnittes für mindestens ein Abzweigrohr unter einem der Zuströmung abgewandten spitzen Winkel mit der Achse des ankommenden Grundrohres durch den Kugelmittelpunkt geht, und gegebenenfalls mit für die Wasserführung bestimmte Einbauten innerhalb der Kugelverstärkung, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringverstärkung für das Abzweigrohr als kegelstumpfförmiger oder zylindrischer Rohrschuß ausgebildet ist, dessen Anschlußstelle für das anschließende Abzweigrohr schräg zur Achse des Rohrschusses abgeschnitten ist, derart, daß der Winkel zwischen der Kugelausschnittsachse und der Grundrohrachse größer als der gewünschte Abzweigwinkel des Abzweigrohres zu dieser Grundrohrachse ist.