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BESCHREIBUNG
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Druckge-äß mit vorzugsweise einem
kreiszylindrischen Mantel, der zumlndest an einem Ende mittels eines räumlich gekrümmten,
ringförmigen Ubergangsstückes mit einer Kurgelkalotte verbunden Rist.
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Gegebenenfalls kommen auch Druckgefäße mit kegelförmigem Mante: in
Betracht.
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Bei den bekannten Druckgefäßen dieser Art erfolgte die Verbindung
zwischen dem kreiszylindrischen Mante und der Kugelkalotte in der Regel durch ein
torusförmiges übergangsstück. Diese Druckgefäße hatten den Nachteil, daß sie ereits
bei der hydrostatischen Prüfung durch Beulung mitunte versagten und daß das Material
nur unzureichend ausgenützt wurde.
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Die Erfindung setzt sich zum Ziel, den argegebenen Nachteil zu beseitigen
und ein Druckgefäß der eingar.gs genannten Art zu schaffen, welches eine weit günstigere
Ausnützung des Materials erlaubt, als dies bisher der Fall war.
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Dieses Ziel wird erfindungsgemäß vor allem dadurch erreicht, daß
die Erzeugende (Meridianlinie) des über gangsstückes von einer Kurve gebildet ist,
deren Krümmung vcn der Berührungslinie zwischen dem Zylinder und dem übergangsstück
von Null ansteigt, im mittleren Bereich des übergangsstückes einen Maximalwert erreicht
und von diesem auf den Wert der Krümmung der Kalotte abfällt, der an der Berührungslinie
zwischen dem Ubergangsstück und der Kalotte erreicht wird, und daß das Verhältnis
zwischen der axialen Abmessung des Ubergnngsstückes und der axialen Abmessung von
übergangsstück und Kugelkalotte zwischen 1 : 1,1 und 1 : 4, liegt.
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Es ist demnach nur eine M.-lßnallme erforderl@ch,
umd
das angestrebte Ziel zu erreichen: Die Krümmung der Erzeugenden des.Ubergangsstückes
ist - im Gegensatz zu torusförmigen Ubergangsstücken -keine Konstante, sondern verläuft
etwa bogenförmig, so daß ein schroffer Übergang der Krümmung von Null auf einen
vorgegebenen konstanten Wert vermieden wird.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Krümmung
der Erzeugenden des Druckgefäßes über ihre ganze Länge stetig. Dies bedeutet, daß
weder'Sprungstellen noch Knickstellen im Verlauf der Erzeugenden vorhanden sind.
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Von besonderem Vorteil ist es ferner, wenn die Erzeugende des Obergangsstückes
durch ein sogenanntes hyperoskulatorisches polynom definiert ist, weiches folgende
Formel aufweist: holz (2) (2) 1 (2) ) H(2) x + H(2)x2 + 12 2 22 2 In dieser Formel
bedeuten x1 und x2 die Koordinaten der beiden Endpunkte der Erzeugenden des übergangsstückes,.und
x2' bzw. x2 stellt die erste bzw. zweite Ableitung im Punkte (2) dar.
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In der oben angeführten Formel haben die einzelnen Glieder die nachstehende
Bedeutung:
Dabei ist a = y2 - y1, also der Vertikalabstand der beiden Endpunkte
der Erzeugenden des Übergangsstückes.
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Durch die Ausgestaltung des übergangsstückes entsprechend der angeführten
Kurve wird in deren Endpunkten ein stetiger Krümmungsübergang erreicht.
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In Weiterbildung der Erfindung soll das Verhältnis zwischen der Differenz
der Radialabstände der beiden Endpunkte der Erzeugenden des Übergangsstückes und
deren Axialabstand zwischen 1 : 0,6 und 1 : 2,0 liegen. Auch diese Angabe führt
zu einer genaueren Abgrenzung desjenigen Bereiches, in dem die erfindungsgemäße
Ausbildung des übergangsstückes besonders vorteilhaft ist.
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Als besonders vorteilhaft'hat es sich erwiesen, wenn in Fortführung
der Erfindung so vorgegangen wird, daß der Maximalwert der Krümmung der Erzeugenden
des Ubergangsstückes zwischen 3,2 A und 20,3 R1 liegt, wobei R der Zylinderz radius
ist. z z Schließlich sieht die Erfindung vor, daß das Verhältnis der Tangentenabschnitte
an die Erzeugende zumindest angenähert 1 : 1,3 beträgt, eine Angabe, welche sich
für die Konstruktion von Druckgefäßen als besonders vorteilhaft erwiesen hat.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:
Fig. 1 einen teilweisen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Druckgefäß; Fig. 2 den
oberen Bereich eines ähnlichen Druckgefäßes zusammen mit einem Diagramm über den
Verlauf der Krümmung längs der Erzeugenden des übergangsstückes, die Fig. 3 bis
5 Diagramme über den Verlauf von Transversalverschiebungen, Axialkräften in Umfangsrichtung
und Biegemomenten in Richtung der Erzeugenden bei einem erfindungsgemäßen Druckgefäß
sowie bei einem Druckgefäß mit einem torusförmigem Obergangsstück und schließlich
Fig. 6 einen tellweisen schnitt durch (lrl bX-frl bereich
eines
weiteren Ausführungsbeispieles, wobei auch hier ein Diagramm über den Verlauf der
Krümmung längs der Erzeugenden des Übergangsstückes eingetragen ist.
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Das erfindungsgemäße Druckgefäß besteht aus einem Zylinder 10, einem
Übergangsstück 11 und einer Kugelkalotte 12. Mit R ist z der Halbmesser des Zylinders
10 bezeichnet. Zum Vergleich ist ein herkömmliches torusförmiges Übergangsstück
11 ' mit strichlierten Linien eingezeichnet. Die Verbindungslinien zwischen dem
Zylinder 10 und dem Übergangsstück 11 bzw. zwischen letzterem und der Kugelkalotte
12 stellen sich im Vertikalschnitt gemäß den Fig. 1, 2 und 6 natürlich als Punkte
dar, welche mit 1 bzw. 2 bezeichnet sind. Die entsprechenden Punkte für das bekannte
torusförmige bergangsstück 11' tragen die Bezeichnungen 1' bzw. 2'.
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Die Punkte 1 und 2 besitzen von der Achse des Behälters die Abstände
x1 bzw. x2. Dabei ist xl gleich dem Radius Rz des Zylinders 10. Der Krümmungsradius
der Kalotte 12 trägt die Bezeichnung Rk, der des Torus 11' die Bezeichnung RT. Mit
H ist die Höhe des erfindungsgemäßen Kesselbodens bezeichnet, welche sich aus dem
vertikalen Abstand a der beiden Punkte 1 und 2 und der Höhe der Kugelkalotte 12
zusammensetzt.
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In Fig. 2 ist weiters auf der rechten Seite der Verlauf der Krümmung
der Erzeugenden dargestellt, welcher von einem Wert Null im Bereich des Zylinders
10 auf einen Maximalwert k im ext mittleren Bereich des Übergangsstückes 11 ansteigt,
um im Anschluß darar auf den Wert der Krümmung der Kugelkalotte 12 abzusinken. t'tee
aus den Fig. 2 und 6 hervorgeht, ist der Verlauf der Krümmung ein stetiger, er weist
weder Sprünge noch Knicke auf, was zu den guten Festigkeitseigenschaften des erfindungsgemäßen
Druckbehälters zweifellos viel beiträgt. Der Verlauf der Krümmung bei einem torischen
Übergangsstück 11' ist in den Fig. 2 und 6 mit strichlierten Linien eingetragen,
jedoch nicht näher bezeichnet.
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Fig. 3 gibt für die Ausführungsbeispiele gemäß den Fig. 1 und 2 den
Verlauf der Transversalverschiebung w in Abhängigkeit von der Höhen lage der einzelnen
Punkte (y-Koordinate) wieder. Dabei sind beim erfindunqsgemäßen Druckbehälter die
Bereiche für den Zylinder 10, das Übergangsstück 11 und die Kugelkalotte 12 mit
A, B und C bezeichnet, wogegen die entsprechenden Bereiche für einen Druckbehälter
mit einem torusförmigen Übergangsstück die Bezeichnungen At, B' und Cl tragen.
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Der beim erfindungsgemäßen Druckbehälter vorhandene Verlauf der Transversalverschiebung
ist voll ausgezogen, wogegen die Werte der Transversalverschiebungen bei einem herkömmlichen
Behälter im Bereich des torusförmigen Ubergangsstückes sowie der Kugelkalotte nur
durch kleine Dreiecke angedeutet sind, welche nicht miteinander verbunden sind.
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Aus diesem Diagramm ist zu entnehmen, daß die Werte für die Transversalverschiebungen
beim erfindung s gemäßen Druckbehälter im Bereich des Ubergangsstückes 11 nur einen
Bruchteil derjenigen Werte ausmachen, welche beim herkömmlichen Behälter auftreten.
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Eine ähnliche Darstellung, jedoch für die in Umfangsrichtung wirkenden
Axialkräfte NJ , zeigt Fig. 4. Auch hier bezeichnen die Buchstaben A, B und C die
einzelnen Bereiche von Zylinder 10, Übergangsstück 11 und Kugelkalotte 12 längs
der Achse des erfindungsgemäßen Druckbehälters, wogegen die Bezugszeichen A', B'
und C' die entsprechenden Bereiche bei einem herkömmlichen, mit einem torusförmigen
Ubergangsstück 11 ausgestatteten Behälter bedeuten. Der Verlauf der Axialkräfte
beim erfindungsgemäßen Druckbehälter ist voll ausgezogen, wogegen die Werte beim
bekannten Druckbehälter durch einzelne kleine Dreiecke veranschaulicht werden, die
im Bereich des torusförmigen Übergangsstückes 11' und der Kugelkalotte 12 nicht
miteinander verbunden sind.
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Aus Fig. 4 ist deutlich zu erkennen, daß beirn erfindungsgemäßen
Druckbehälter im Übergangsstück 11 nur verhältnismäßig
geringe
Axialkräfte in Umfangsrichtung auftreten, wogegen die analogen Kräfte im Bereich
des Übergangs stückes 11' beim bekannten Druckbehälter ein Vielfaches von den Kräften
beim erfindungsgemäßen betragen.
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In Fig. 5 sind die Biegemomente in Richtung der Erzeugenden wiedergegeben.
Ebenso wie in den Fig. 3 und 4 sind auch hier die einzelnen Bereiche des Druckbehälters,
nämlich der Zylinder 10, das Übergangsstück 11 und die Kugelkalotte mit den Bezugszeichen
A, B und C bezeichnet. Bei einem herkömmlichen Druckbehälter tragen die entsprechenden
Bereiche die Bezeichnungen A1, B' und C'. Der Verlauf der Biegemomente Mß ist beim
erfindungsgemäßen Druckbehälter voll ausgezogen, beim bekannten hingegen im Bereich
des torusförmigen Ubergangsstückes 11' und der Kugelkalotte 12 hingegen durch einzelne
kleine Dreiecke angegeben.
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Auch aus dieser Figur ist eindeutig zu entnehmen, daß beim erfindungsgemäßen
Druckbehälter sich die Werte der Biegemomente im Bereich des Übergangsstückes 11
und der Kugelkalotte 12 nur unwesentlich von der Nullinie entfernen, beim herkömmlichen
Druckbehälter mit einem torischen Ubergangsstück 11' hingegen zu sehr bedeutenden
Beanspruchungen führen.
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Im Bereich des Zylinders 10 treten in beiden Fällen keine Biegemomente
auf.
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Was schließlich Fig. 6 anbelangt, so entspricht diese im wesentlichen
der Fig. 2. Aus Fig. 6 ist zu ersehen, daß die beiden Tangentenabschnitte a, b innerhalb
von Grenzen lie tn müssen. Der günstigste Fall liegt hier bei einem Verhältnis a
: b von.1 : 1,3.
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Selbstverständlich ist die Erfindung keineswegs an die dargestellten
Ausführungsbeispiele gebunden. Vielmehr sind zahlreiche Abänderungen möglich, ohne
denRahmen der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise sollen auch Erzeugende des
Übergangsstückes, welche nach einer anderen Kurve als einer durch ein hyperoskulatorisches
Polynom definierten Kurve
gebildet sind, beispielsweise durch eine
etwas modifizierte Glockenkurve, unter den Schutz der Erfindung fallen.