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Rohrkrümmer mit vorzugsweise nur einem Zwischenstück Die Erfindung
betrifft einen Rohrkrümmer, der bei einfacher Bauart einen wesentlich geringeren
Widerstand hat als die heute üblich benutzten Rohrkrümmer. Bekannt sind die Extreme:
Scharfkantiger Rohrkrümmer (Knie) und Rohrbogen. Den Rohrbogen kann
man
angenähert durch einen Kniekrümmer mit einer großen Anzahl von Teilstücken ersetzen.
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Der Widerstandsbeiwert eines Knies oder Bogens ist definiert durch
worin Qpt der Gesamtdruckverlust der Ablenkung bei der mittleren Durchströmgeschwindigkeit
v ist. Für das Knie gilt @e1, für den Rohrbogen, abhängig vom Krümmungsradius, ;.=
0,1 ... 0,2 .
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Die Widerstandsbeiwerte von Vieleck-Rohrkrümmern mit einer endlichen
Zahl von Knicken liegen zwischen den Extremen von e= o,1 bis 1.o. Die Erfindung
hat sich die Aufgabe gestellt, einen Rohrkrümmer zu schaffen, der mit nur einem
oder allenfalls ganz wenigen Zwischenstücken den geringeren oder einen geringeren
Widerstand des reinen Rohrbogens hat. Erfindungsgemäß sind dazu bei Rohrkrümmern
als Zwischenstücke ovale Rohrstücke von größerem Querschnitt als dem Ein-und Austrittsquerschnitt
des Rohrkrümmers eingesetzt.
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Bei normalen Kniekrümmern mit einem dem Ein- und Austrittsquerschnitt
Fo des Krümmers gleichen Querschnitt F des Zwischenstückes (F/Fo=1) hängt der Widerstandsbeiwert
von der Länge des Zwischenstückes und damit vom Verhältnis des Krümmungsradius r
zum Durchmesser d des Rohrkrümmers ab. Dabei ergibt sich der geringste Widerstandsbeiwert
bei r/d = etwa 1,5 und beträgt nach dem laut Literatur kleinst
gemessenen
Wert g= 0927. Vergrößert man erfindungsgemäß den bei normalen goo-Rohrkrümmern
mit nur einem Zwischenstück bisher üblichen Sohnittwinkel(( = 22,5o auf z.B.K=37,.5ß,
so wächst auch das Flächenverhältnis F/Fo von 1 auf 1,25 an. Durch diese Querschnittsvergrößerung
fällt, wie gemessen wurde, bei r/d -1,5 der -Wert von seinem bisherigen Minimalwert
von 0,27 auf o,1$, d.h. um mehr als 30%.. Durch die Arbeit von Nippen (s.z.B.
Eck, Strömungslehre, 7. Aufl.
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S. 215) ist es bekannt, daß eine Queraehnittserweiterung im Scheitel
der Krümmung bei Rechteekkrümmern eine geringere Herabsetzung der Druekverlustziffer
ergibt. Eine Übertragung dieser bei RechteckkrUmmern gewonnenen E:'kenntnis auf
Rohrkrümmer ist bisher nicht bekannt geworden. Das erklärt sich vielleicht daraus,
daß man bisher bei Rohrkrümmern für die Krümmung immer Zwischenstücke von gleichem
Durchmesser wie dem der Rohrstücke verwendet hat. Einen -Wert von
0,27 konnte man mit einem Zwischenstück nur dann erreichen, wenn man für
dieses Zwischenstück die Länge von 1 1/2 mal dem Durchmesser des Rohrkrümmers gewählt
hat. Wollte man einen einem glatten Rohrbogen angenäherten Widerstandsbeiwert erreichen,
so muflte die Krümmung von z.B. 9o0 durch eine größere Anzahl von Zwischenstücken
oder solchen großer Länge gebildet werden. Eine derartige Maßnahme führt aber zu
einem Krümmungsbogen von großem KrUmmungsradius. Solche größeren Krümmungsbogen
sind aber, abgesehen von dem Aufwand für die Vielzahl, der Zwischenstücke, auch
aus Platzgründen meist unerwünseht.,Vermutlich hat auch niemand erwartet, daß der
beim Rechteckkrümmer
beobachtete Effekt der Widerstandsverringerung
beim Rohrkrimmer wes6ntlich effektvoller ist. In der Tatsache, daß man diesen erhöhten
Effekt beim Rohrkrümmer erkannt und nachgewiesen hat, liegt der besondere Wert der
Erfindung. Der Wert der Erfindung wird sich in allen strömungstechnischen Anlagen
in der Senkung der Betriebskosten (Pipelines, lufttechnische Anlagen) oder in der
Erzielung höherer_Natureffekte wie z.B. in Turbinenanlagen, bemerkbar machen..
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Die für das Zwischenstück nach der Erfindung bei Rohrkrümmern vorgeschlagene
Querschnittserweiterung ermöglicht aufgrund des im Krümmungsbereich 'gewonnenen
Mehrraumes die innere Kontur des Krümmers mit einer strömungsgünstigen Ausrundung
zu versehen, so daß die Strömung der.
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Kontur ohne örtlibhe Ablösung zu folgen vermag. Dadurch fällt die
Druckvetlustziffer bei Rohrkrümmern mit r/d iw1,5 noch weiter, etwa auf den Wert
von = 0,13. Er liegt damit unter dem des Rohrbogen. In der Zeichnung
ist ein Ausführungsbeispiel eines Rohrkrümmers nach der Erfindung mit nur einem
Zwischenstück dargestellt.
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Fig. 1 zeigt eine Ansicht des Rohrkrümmers, bei dem das erfindungsgemäß
ausgebildete Zwischenstück mit voll ausgezogenen Konturen dargestellt ist und den
Unterschied zu einem bisher üblichen strichpunktiert eingezeichneten Zwischenstück
erkennen läßt.
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Fig.-2 zeigt den Rohrkrümmer mit geschnittenem Zwischenstück und dessen
ellipsenförmigem Querschnitt.
Wie Fig. 1 erkennen läßt, ist bei
üblichen Rohrkrümmern mit einem Zwischenstück 1 vom Rohrdurchmesser das-Rohrunter
einem Winkel p(, von 22,5o angeschnitten. Der Druckverlust in solchen Rohrkrümmern
ist verhältnismäßig hoch und erreicht bei dem günstigsten Verhältnis r/d, der bei
etwa 1,5 liegt, einen Bestwert von. 9=o,27. Schneidet man das Rohr unte$ einem WinkelCX1
von z.B. 37,5o an, so wächst bei einem Zwischenstück 2 das Querschnittsverhältnis
auf F/Fo = 1,25. Durch diese Quershhnittserweiterung fällt nach dem Ergebnis durchgeführter
Messungen der;-Wert auf o,1$ mit r/d = 1,5. Eine nennenswerte weitere Verbesserung
der Druckverlustziffer ergibt sieh nicht, wenn man das Rohr unter einem noch größeren
Winkel, z.B. 45o anschneidet (F/Fo= ym2). Der notwendige Mehraufwand an Material
und Arbeit, den der größere Querschnitt und die längeren Schweißnähte erfordern,
ist meist nicht gerechtfertigt.
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Aus Fig. 2 ist zu ersehen, daß das Zwischenstück 2 einen ellipsenförmigen
Querschnitt hat, dessen kleinster Durchmesser dem Rohrdurchmesser d und dessen größter
Durchmesser dem durch den Anschnitt des Rohres unter dem Winkel G4 entstehenden
großen Ellipsendurchmesser entspricht.
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Durch das erweiterte Querschnittsverhältnis des- Zwischenstückes 2
zum ein- und austrittsgleichen Querschnitt des Rohrkrümmers ist es ermöglicht, die
innere Kontur der Krümmung durch einen aus beliebigem,Material hergestellten Füllkörper
4 strömungsgünstig auszubilden und dadurch eine örtliche Ablösung der Strömung zu
unterbinden. Durch den eingelegten Füllkörper 4 fällt der Druckverlust bei
r/d
= 1,5 auf den Wert = o,13: Der angegebene Wert kann bei günstigen Zuströmbedingungen
zum Krümmer noch günstiger sein.
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Gegenüber Rohrkrümmern, die eine geringe Druckverlustziffer durch
eingebaute Leitbleche zu erzielen versuchen, haben Rohrkrümmer nach der Erfindung
den Vorteil eines völlig freien Durchflußquerschnittes, was außer der einfachen
Bauart der Krümmer auch beispielsweise das glatte Durchströmen von staubhaltiger
Luft ermöglicht.
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Rohrkrümmer nach der Erfindung können auch für Flüssigkeiten benutzt-
werden, insbesondere dann, wenn es sich um Abwässer handelt, die mit Schlamm und
großen Fremdkörpern verunreinigt sind.