DE353695C

DE353695C - Elbow

Info

Publication number: DE353695C
Application number: DENDAT353695D
Authority: DE
Original assignee: Dr-Ing Viktor Kaplan
Current assignee: Dr-Ing Viktor Kaplan
Publication date: 1922-05-26

Description

Die- Erfindung· betrifft einen Rohrkrümmer mit veränderlichem Rohrquerschnitt, bei welchem die Krütnimerweiten gegen die Stellen der schärfsten Rohrkrütnmung stetig in der Weise zunehmen, daß jeder Rohrquerschnitt aus zwei wenigstens angenäherten Kreisabschnitten mit stetig veränderlichen Krümmungshalbmessern und aus einer dazwischenliegenden Trapezfläche besteht, deren Höhe sich bis zu den Stellen der schärfsten Rohrkrümmung stetig vergrößert. In einfacheren Fällen kann die dazwischen geschaltete Trapezfläche durch eine Rechtecksfläche ersetzt werden.The invention relates to a pipe elbow with variable pipe cross-section, in which the Krütnimer widths against the points of the sharpest pipe curvature steadily in the Increase in a way that each pipe cross-section consists of two at least approximate circular segments with continuously changing radii of curvature and from one in between Trapezoidal area, the height of which extends up to the points of the sharpest pipe curvature steadily enlarged. In simpler cases, the interposed trapezoidal area can be replaced by a rectangular area.

Ein solcher Krümmer bezweckt, die Richtungablenkung eines in einer Rohrleitung strömenden Flüssigkeits- oder Gasstromes möglichst verlustlos zu gestalten und im Bedarfsfälle noch eine Umsetzung von Geschwindigkeitsenergie in Druckenergie zu ermöglichen. Die bisher üblichen Kreiskrümmer vollführen diese Aufgabe nur in unvollkommener Weise, weil der wirkliche Strömungszustand in einem solchen Krümmer den üblichen theoretischen Voraussetzungen keinesfalls entspricht. Es sind zwar auch Krümmer mit veränderlichem Rohrquerschnitt ,bekannt. Da dieselben aber auf die Verluste, welche eine Flüssigkeit durch ihre Gestaltänderung erleidet, keine Rücksicht nehmen, so entsprechen sie den gestellten Anforderungen auch nur unvollkommen. Durch die Erfindung werden diese Nachteile vermieden, indem einesteils durch eine entsprechende Rohrkrümmung für einen möglichst gleichmäßigen Geschwindigkeitsverlauf gesorgt wird und andererseits durch eine besondere Formgebung der Krütnmerquerschnitte auf einen kleinen Gestaltänderungswiderstand der Flüssigkeit oder des Gases (Dampfes) hingearbeitet wird. Die erzielten Vorteile liegen hauptsächlich in der Verringerung· der Widerstandsverluste eines solchen Krümmers, in der geringeren Baulänge und in der verhältnismäßig einfachen Herstellungsweise desselben.The purpose of such a bend is to deflect the direction of a pipe in a pipe to make flowing liquid or gas stream as lossless as possible and if necessary still enable a conversion of speed energy into pressure energy. The previously usual circular bends only perform this task in an imperfect manner Way, because the real flow condition in such an elbow in no way corresponds to the usual theoretical requirements. There are also Elbow with variable pipe cross-section, known. But since the same on the Losses which a liquid suffers due to its change in shape, no consideration take, they meet the requirements even only imperfectly. The invention avoids these disadvantages, by on the one hand by a corresponding pipe bend for one as possible uniform speed curve is ensured and on the other hand by a special Shaping of the manifold cross-sections with a small resistance to shape change the liquid or the gas (vapor) is worked towards. The advantages achieved are mainly in the reduction the drag losses of such a manifold, in the shorter overall length and in the relatively simple manufacturing method same.

In der Zeichnung ist die Einrichtung und Wirkungsweise des Erfinidiungsgegenstandes an einigen Ausführungsbeispielen näher erläutert. Abb. ι stellt den senkrechten Schnitt durch einen Krümmer vor, dessen Formgebung durch die in Abb. 2 angegebenen Krümmerquerschnitte angedeutet ist. Abb. 3 und 4 geben ein anderes Ausführungsbeispiel eines derartigen Krümmers in der gleichen Darstellungsweise an. AbIb. 5 stellt den senkrechten Schnitt eines Krümmers vor, dessen Begrenzungswände durch Schraffierung in der üblichen Darstellungsweise hervorgehoben sind, und Abb. 6 zeigt einige Krümmerquerschnitte. In the drawing is the device and mode of operation of the subject of the invention explained in more detail using some exemplary embodiments. Fig. Ι represents the vertical section by an elbow, the shape of which is indicated by the elbow cross-sections given in Fig. 2. Fig. 3 and Fig. 4 give another embodiment of such a manifold in the same Representation. Fig. 5 presents the vertical section of a bend, of which Boundary walls highlighted by hatching in the usual representation and Fig. 6 shows some manifold cross-sections.

In alle» diesen Ausführungsbeiispiden ist vorausgesetzt, daß die mittlere Stromlinie ss (Abb. 1) des Krümmers eben gekrümmt ist und somit in ihrer wahren Länge in die gezeichneten senkrechten Schnitte fällt. Es liegt sonach die !mittlere Stromlinie auch gleichzeitig in der Bildebene der gezeichneten Schnittabbildungen. Die in Abb. 2, 4 und 6 gezeichneten Krümmerschnitte W₁ bis W₄, sind ebene Schnitte, welche auf der Bildebene und auf der jeweils schwächer gekrümmten Wandschnittkurve a-b (Albb. 1) senkrecht stehen. In der senkrechten Projektion erscheinen demnach diese Schnitte ate gerade Linien W₁, W₂ usw., die in der Folge als »Krümmerweiten« bezeichnet werden sollen. Ein möglichst gleichmäßiger Geschwindigkeitsverlauf wird erzielt, wenn die jeweiligen Krümmerweiten den jeweiligen hydraulischen Drücken angepaßt werden. Dort, wo in einem und demselben Querschnitt große Pressungs-In all of these exemplary embodiments it is assumed that the mean streamline ss (Fig. 1) of the bend is flatly curved and thus falls in its true length into the vertical sections drawn. The middle streamline is therefore also at the same time in the image plane of the drawn sectional images. The curved sections W ₁ to W ₄ drawn in Fig. 2, 4 and 6 are flat sections which are perpendicular to the image plane and to the more weakly curved wall section curve ab (Albb. 1). In the vertical projection, therefore, these cuts appear at straight lines W ₁ , W ₂ , etc., which are to be referred to as "bend widths" in the following. A speed curve that is as uniform as possible is achieved if the respective manifold widths are adapted to the respective hydraulic pressures. Where there is a large compression force in one and the same cross-section

unterschiede zu erwarten sind, ist durch eine große Krümmerweite dafür zu sorgen, daß jede erhebliche Beschleunigung der strömenden Flüssigkeitsmasse beim Durchfluß durch diesen Querschnitt vermieden wende. Abgesehen davon, daß große Geschwindigkeiten auch große Widerstände verursachen, hat jede Geschwindigkeitssteigerung strömender Flüssigkeiten noch den Nachteil, daß eine nachträgliche Verzögerung des Geschwindigkeitsverlaufes unter Umständen mit uneinbringlichen Wirbelverlusten verbunden sein kann. Nicht unerhebliche Verluste entstehen durch unrichtige Form veränderung der bisher üibliehen Krümmerquerschnitte. Der Übergang von der geometrischen Form des einen Krümmerquerschnittes in den Nach'barkrümimerquerschnitt soll so erfolgen, daß die geometrische Grundgestalt dieser Querschnitte erhalten bleibt. Ist das nicht der Fall, so erleidet die Flüssigkeit erhebliche Gestaltsänderungsveriluste, die nicht mehr zurückgenommen werden können. Selbstverständlich muß sowohl die Forderung einer zweckmäßigen Geschwindigkeitsverteilung als auch jene eines geringen Gestaltsänderungsverlustes gleichzeitig erfüllt sein. So ist beispielsweise beim Kreiskrümmer keine dieser Forderungen erfüllt, obwohl er scheinbar infolge des konstanten Rohrquerschnittes einen Meinen Gestaltsänderungsverlust aufweisen müßte. Infolge der unrichtigen Geschwindigkeitsverteilung wird er aber von ausgebreiteten Wirbelräumen durchzogen, so daß von einer geometrischen Ähnlichkeit der wirklichen Strömungsquerschnitte nicht gesprochen werden kann.differences are to be expected, a large elbow width must be used to ensure that any significant acceleration of the flowing liquid mass when flowing through Avoid this cross-section turn. Besides that great speeds also cause great resistance, has any increase in the speed of flowing liquids nor the disadvantage that a subsequent delay in the speed curve can sometimes result in irrecoverable Vortex losses can be connected. Not inconsiderable losses result from Incorrect shape change of the hitherto customary Elbow cross-sections. The transition from the geometric shape of one manifold cross-section in the neighboring bend cross-section should be done in such a way that the geometric The basic shape of these cross-sections is retained. If that is not the case, suffer the liquid lost considerable shape changes that were no longer withdrawn can be. Of course, both the requirement must be a purposeful Velocity distribution as well as that of a small loss of shape change be fulfilled at the same time. For example, none of these requirements apply to the circular bend fulfilled, although apparently because of the constant cross-section of the pipe it is mine Would have to show loss of shape change. As a result of the incorrect speed distribution but it is traversed by expanded vortex spaces, so that a geometric one Similarity of the real flow cross-sections cannot be spoken of.

Nach den hier kurz angedeuteten theoretischen Grundlagen sind die in den Attsführungsbeispielen dargestellten Krümmerformen entworfen.After the theoretical basics briefly indicated here, those in the atts guide examples elbow shapes shown.

In Abb. ι bedeuten a-b und c-d die in der Bildebene liegenden Krümmerschnittlinien. Im allgemeinen genügt es, der Schnittlinie a-b einen hyperbolischen Verlauf zu geben und idie Schnittlinie c-d so zu entwerfen', daß eine stetige Zunahme der Krümmerweiten gegen die Stellen der schärfsten Rohrkrümmung stattfindet. Wie aus Abb. 1 ersichtlich, liegt die Stelle der schärfsten Rohrkrümmung bei A, da an keiner anderen Stelle der beiden Krümmerschnittlinien ein kleinerer Krümmungshalbmesser als der unit ρ bezeichnete vorhanden ist. Die mit a-b bezeichnete Krümmerschnittlinie ist schwächer gekrümmt. Es gibt diese daher nach früherem die Richtung eines durch A geführten Krümmerschnittes an. . Legt man durch A eine Ebene, welche sowohl auf der Bildebene als auch auf der schwächer gekrümmten Schnittlinie a-b senkrecht steht, so muß nach der Er-' findung der erhaltene Krümmerquerschnitt f., ; (Abb. 2) die größte Krümmerweite W₂ besitzen. Alle übrigen Krümmer weiten, welche vom Krümmereintrittsquerschnitt f₀ bis zum Querschnitt f_s durchflossen werden, müssen sich bis zu diesem Querschnitte stetig vergrößern und von. da an zum Austrittsquerschnitt hin sich wieder stetig verkleinern. Es besitzt daher nach Abb. 1 und 2 ein zwi- \ sehen f₀ und f., liegender Querschnitt f₁ eine. : größere Krümimerweite als beim Eintritts- ! querschnitt Z₀. Der Querschnitt f_t hat aber ! wieder eine kleinere Krümmerweite als f₂. j Aber nicht nur die Krümmerweite, sondern auch die geometrische Form dieser Ouerschnitte ist nach der Erfindung auf die gute ; Wirkung des Krümmers maßgebend. Nach j- der Angabe des Erfinders hat sich durch Versuche ergeben, d'aß ein aus zwei Kreisj abschnitten und einer Trapezfläche zusammengesetzter Krümmerquerschnitt f_%, f.₂ und f_s (Abb. 2) besondere Vorteile' bietet. Dabei bedarf es wohl keiner besonderen Begründung, daß es sich hier nicht um die strenge Einhaltimg dieser Flächen kn Sinne der Geometrie handelt, sondern daß auch kreisähnliche und trapezähnliche Formen Verwendung finden können, falls durch diese Formen wenigstens das Wesen obiger Anforderungen erfüllt wird. Ist, wie aus Abb. 1 und 2 ersichtlich, ein kreisförmiger Ein- bzw. Austrittsquerschnitt f₀ ibzw. f_t vorgesehen, so muß nach der Erfindung bei /₂ nicht nur die größte Krümmerweite, sondern auch die größte Höhe h₂ des zwischen den beiden Kreisabschnitten liegenden Trapezes vorhanden sein und diese Höhe gegen den Ein- bzw. Austrittsquerschnitt stetig auf ο albnehmen, wie dies auch die Krümmerschnitte nach Abb. 2 zeigen.In Fig. Ι ab and cd denote the curved cutting lines lying in the image plane. In general it is sufficient to give the cutting line ab a hyperbolic course and to design the cutting line cd in such a way that there is a steady increase in the bend widths towards the points of the sharpest pipe bend. As can be seen from Fig. 1, the point of the sharpest pipe curvature is at A, since at no other point of the two curved cutting lines is there a smaller radius of curvature than the unit ρ denoted. The curved intersection line labeled ab is less curved. It therefore gives, according to earlier, the direction of a curved section made through A. . If a plane is laid through A which is perpendicular both to the image plane and to the less curved line of intersection ab , then, according to the invention, the bend cross-section obtained must be f., ; (Fig. 2) have the largest manifold width W ₂ . All other bends widen through which the bend inlet cross-section f ₀ to the cross-section f _s flows must increase continuously up to this cross-section and from. since they are steadily decreasing again towards the exit cross-section. According to Fig. 1 and 2, it therefore has a cross-section f ₁ lying between \ see f ₀ and f . : larger header width than at the entrance! cross section Z ₀ . The cross-section f _t has! again a smaller manifold width than f ₂ . j But not only the elbow width, but also the geometric shape of these cross-sections is, according to the invention, on the good; Effect of the elbow decisive. According to the inventor's statement, experiments have shown that an elbow cross-section f _% , f. ₂ and f _s (Fig. 2) composed of two circular sections and a trapezoidal surface offers particular advantages. There is probably no need for a special justification that this is not a matter of strictly adhering to these surfaces in the sense of geometry, but that circle-like and trapezoid-like shapes can also be used, provided that these shapes at least meet the essence of the above requirements. Is, as can be seen from Fig. 1 and 2, a circular inlet or outlet cross-section f ₀ ibzw. f _t provided, so according to the invention at / ₂ not only the greatest manifold width, but also the greatest height h ₂ of the trapezoid lying between the two circular sections must be present and this height must be steadily reduced towards the inlet and outlet cross-section, as this is also shown by the curved sections according to Fig. 2.

In einfacheren Fällen genügt es, sowohl den Flächeninhalt als auch die Halbmesser der in einem beliebigen Krümmerschnitte vorhandenen Kreisabschnitte gleich groß zu machen, wie dies im Ausführungsbeispiele nach Abb. 3 und 4 angedeutet ist.In simpler cases, both the area and the radius are sufficient of the circle segments present in any curved section of the same size make, as indicated in the exemplary embodiment according to FIGS. 3 and 4.

Durch f₀, Z₁, f., bzw. W₀, W₁, W_% sind wieder die nach dem geschilderten Verfahren bestimmten Krümmerschnitte bzw. Krümmerweiten dargestellt, und es ist aus Abb. 4 zu entnehmen, daß in jedem Krümmerschnitte die Bedingung gleieher Halbmesser der Kreisabschnitte erfüllt ist. Daß durch die Flächengleichheit der beiden Kreisabschnitte die trapezförmige Zwischenfläche in eine Rechtecksfläche übergeht, ist ebenfalls aus Abb. 4 zu entnehmen. Selbstverständlich braucht jedoch die Bedingung gleichen Flächeninhaltes und gleicher Halbmesser der Kreisabschnitte nur auf dem ins Auge gefaßten Krümmerquerschnitt, z. B. f₂, er-By f ₀ , Z ₁ , f., Or W ₀ , W ₁ , W _% , the elbow sections or elbow widths determined according to the method described are again shown, and it can be seen from Fig. 4 that the condition the same radius of the circle segments is fulfilled. That the trapezoidal intermediate surface merges into a rectangular surface due to the equality of area of the two circular segments can also be seen from Fig. 4. Of course, however, the condition of the same area and the same radius of the circle segments only needs to be applied to the elbow cross-section envisaged, e.g. B. f ₂ , he

füllt zu sein. Es ist aber nicht erforderlich, daß in einem anderen Krümmerschnitt, z. B. f₃, die Größe dieser Flächen und deren Halbmesser mit den ursprünglich ins Auge gefaßten Größen übereinstimmt. Derartige Krümmer werden daher zweckmäßig· überall dort Verwendung finden, wo eine Ab- oder Zuleitung der Flüssigkeit durch oval form ige Rohre gewünscht wird. Ist/„ derEintrittsquerschnitt, dann läßt sich durch derartige Krümmer eine Geschwindigkeitsverminderung der aus fi austretenden Flüssigkeit erzielen, falls der kreisförmige Eintrittsquerschnitt f₀ in der geschilderten Weise in den ovalförmigen Austrittsquerschnitt f_i übergeführt wird. Derartige Krümmer können auch im Wasserturbinen- und Pumpenbau als Ensatz der üblichen Kreiskrümmer vorteilhaft verwendet werden, kurz überall dort, wo eine mögilicbst verlustlose Energieumsetzung von Geschwindigkeit in Druck gewünscht wird. Das gleiche gilt auch von einem nach Abb. 1 und 2 ausgebildeten Krümmer, falls die Strömung in der Richtung· des größeren Krümmeraustrittsquerschnittes /₄ erfolgt.to be filling. But it is not necessary that in another curved section, for. B. f ₃ , the size of these areas and their radius coincides with the sizes originally envisaged. Such bends are therefore expediently used wherever a discharge or supply of the liquid through oval-shaped pipes is desired. If / “is the inlet cross-section, then such bends can reduce the speed of the liquid exiting fi if the circular inlet cross-section f _{0 is} converted into the oval-shaped outlet cross-section f _i in the manner described. Such elbows can also be used advantageously in water turbine and pump construction as use of the usual circular elbows, in short wherever a possible loss-free energy conversion from speed to pressure is desired. The same also applies to a manifold designed according to Figs. 1 and 2 if the flow is in the direction of the larger manifold outlet cross-section / ₄ .

Handelt es sich aber hauptsächlich um eine möglichst verlustlose Umllenkung des Flüssigkeitsstromes, was bei gleichen Krümimerein- und -austrittsquerschnitten immer der Fall 3<J ist, so wird man sich vorteilhaft mit einer nach Abb. 5 und 6 ausgebildeten Krümmerform begnügen. Bei diesen Formen wurde das Strömungsbild noch in der Weise vereinfacht, daß; sowohl die Kreisabschnitte als auch deren Halbmesser in allen Krümmerquerschnitten die gleiche Größe besitzen. Ist außerdem noch der Krümmerein- und -austrittsquerschnitt eine Kreisfläche, wie dies mit Rücksicht auf den gebräuchlichsten Fall im Ausführungsbeispiel nach Abb. 5 und 6 angenommen ist, dann müssen natürlich die Kreisabschnitte in flächengleiche Halbkreisflächen übergehen, da ja im Ein- und Austrittsquerschnitt das eingeschaltete Rechteck die j Höhe ο hat. Da aber nach der Voraussetzung ι den einzelnen Krümmerschnitten nur flächen- j gleiche Halbkreise zugeordnet werden, so ; haben alle dazwischen geschalteten Rechteck- | flächen die konstante Breite W₀, die dem Ein- · und Austrittsdurchmesser des Krümmers entspricht CAbb. S und 6). Die Höhe dieser Rechteckfläche muß nach der Erfindung gegen die Stelle der schärfsten Rohrkrümmung A zunehmen, wie dies auch aus den Abb. 5 und 6 ! ersichtlich ist. ;If, however, it is mainly a matter of deflecting the flow of liquid with as little loss as possible, which is always the case 3 <J with the same manifold inlet and outlet cross-sections, then one will advantageously be satisfied with a bend shape according to Figs. 5 and 6. In these forms, the flow pattern was simplified in such a way that; both the circle segments and their radius in all elbow cross-sections have the same size. If the elbow inlet and outlet cross-section is also a circular area, as is assumed with regard to the most common case in the exemplary embodiment according to Figs. 5 and 6, then of course the circular segments must merge into semicircular areas of equal area, since the activated in the inlet and outlet cross-sections Rectangle that has j height ο. Since, however, according to the assumption that the individual curved sections are assigned only semicircles of the same area, so; have all the rectangle | faces the constant width W _0, which the input and · outlet diameter of the manifold corresponds Cabb. S and 6). According to the invention, the height of this rectangular surface must increase towards the point of the sharpest pipe bend A , as can also be seen in Figs. 5 and 6! can be seen. ;

Eine weitere Vereinfachung läßt sich er- ! zielen, wenn die hyperbelartige Wandbegrenzungskurve a-b durch einen Kreisbogen er- ^; setzt wird, was ohne besondere Nachteile bei allen nach der Erfindung durchgebildeten Rohrkrümmern geschehen kann. Auch im Aueführungsbeispiel nach Abb. 5 und 6 ist diese Vereinfachung .durchgeführt. Ebenso kann auch die gegenüberliegende Begrenzungskurve c-d ohne besondere Nachteile aus geraden Linien und Kreisbögen zusammengesetzt werden, wie dies Abb. 5 zeigt. Als Ort der stärksten Krümmung wird dann sinngemäß der Halbierungspunkt A (Abb. 5) des Kreisbogens anzusehen sein.A further simplification can be made! target if the hyperbolic wall boundary curve from replaced by an ^arc; is set, which can be done without any particular disadvantages in all pipe bends formed according to the invention. This simplification has also been implemented in the exemplary embodiment according to Figs. 5 and 6. Likewise, the opposite limiting curve cd can also be composed of straight lines and arcs without any particular disadvantages, as shown in Fig. 5. The bisection point A (Fig. 5) of the circular arc is then to be regarded as the location of the greatest curvature.

Ein nach der Erfindung ausgebildeter Rohrkrümmer .kann nicht nur zur Umlenkung und Energieumsetziung von· Flüssigkeiten, sondern auch von Gasen, Dämpfen und von Gemischen dieser Arbeitsmittel vorteilhaft verwendet werden.A pipe bend designed according to the invention can not only be used for deflection and energy conversion of · liquids, but also of gases, vapors and of mixtures of these working fluids can be used advantageously.

Claims

Patent Claims:

i. Pipe elbow with variable pipe cross-section, characterized in that the smallest radius of curvature, measured on the convex elbow generating {al ·, Fig. I, 3 and 5), is at least equal to or greater than double the amount ^{1 of} the smallest, on the concave side of the opposite bend generating (cd, Fig. 1, 3 and 5) measured radius of curvature, and that the bend widths (W, Fig. ι to 6) increase steadily towards the points of the sharpest pipe bend (A) in such a way that each pipe cross section (f) consists of two at least approximate circular segments with a continuously variable radius of curvature and an intermediate trapezoidal surface, the height (h) of which increases continuously up to the points of the sharpest pipe curvature.

2. Pipe elbow according to claim i, characterized characterized in that the two circular sections of a curved section have the same surface area and the same radius of curvature, so that the trapezoidal surfaces in between merge into rectangular areas.

3. Pipe elbow according to claim, characterized in that the two circular sections in all elbow sections have the same surface area and the same radius of curvature as the circular elbow inlet cross-section, so that the intermediate rectangular area only in its height (h) against the points of the sharpest pipe curvature (A) increases towards.

For this purpose ι sheet of drawings.