DE4114394A1 - Versteifungstraegersystem fuer abzweigstuecke, insbesondere fuer wasserkraftanlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Versteifung von Hohlkörperverzweigungen großer Abmessungen. Objekte, bei denen die Anwendung der Erfindung möglich und zweckmäßig ist, sind insbesondere Verteilleitungen von Wasserkraftanlagen.

Es sind Versteifungskonstruktionen für zylindrische Abzweigstücke bekannt (DRP 6 68 606), die den schwächenden Ausschnitt des Grundrohres mit einem Rahmen nach Art eines Bogenzweiecks verstärken, der auf dem Grundrohr aufliegt und es völlig umschließt, wenn das Verhältnis von Stutzendurchmesser zu Grundrohrdurchmesser gegen eins geht. Das im Sinne einer Wanddickenverstärkung flach auf dem Grundrohr angeordnete Blech tangiert die eigentlich zu versteifende Durchdringungslinie der Rohrschalen nur in begrenztem Maße. Eine weitere Ausführungsform bei DRP 6 68 606 sind geometrisch kompliziert angeordnete fächerförmig ausgebildete Stegbleche auf und im Bereich der Verschneidungslinie, die untereinander zusätzlich durch Querstege verbunden sind. Diese Art der Versteifung ist mit einem sehr hohen Fertigungsaufwand verbunden.

Nach DRP 6 70 287 ist bekannt, daß unmittelbar auf der Durchdringungslinie in ihrer Längsrichtung ein Kragen von mindestens der Höhe einer doppelten Wanddicke des Grundrohres angeschweißt ist. Mit einer solchen Kragenanordnung werden die, z. B. unter Innendruckbelastung, auftretenden Biegebeanspruchungen zum Teil aufgenommen, ohne daß dabei die anderen gefährdeten Bereiche eine Versteifung erfahren. Des weiteren ist eine Versteifungsanordnung in DE 9 45 726 genannt, bei der das Grundrohr mit einer Flachstahlschleife versehen ist, die nur mit der Durchdringungslinie an der Stelle, wo der Grundrohrausschnitt rechtwinkelig zur Grundrohrachse seine größte Breite hat, in Berührung steht und die mit einem Flachstahlring, der den Stutzen umschließt, Verbindung hat. Bei dieser Vorgehensweise wird die Durchdringungslinie nur an zwei Stellen versteift. Die Anwendung der Flachstahlschleife, die jetzt stofflich mit dem Grundrohr verbunden ist, in Verbindung mit DRP 6 70 287 ist ebenfalls bekannt. Neben der sehr materialintensiven Art dieser beiden Konstruktionen werden bei letzterer zudem noch weite ungestörte Bereiche des Grundrohres versteift, infolgedessen sich zusätzliche Biegebeanspruchungen ausbilden.

Ziel der Erfindung ist es, ein Versteifungsträgersystem für eingangs genannte Art von Abzweigstücken zu schaffen, bei welchem unter geringem Material- und Fertigungsaufwand die im Bereich der Durchdringungslinie auftretenden Maximalbeanspruchungen infolge der dortigen Randbedingungen weitestgehend kompensiert werden.

Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, durch geeignete Ausbildung eines Versteifungsträgersystems für Abzweigstücke, die aus einem durchgehenden zylindrischen oder kegeligen Grundrohr und einem davon abzweigenden zylindrischen oder kegeligen Rohr gebildet werden, unter vorteilhafter Nutzung einer Kragenversteifung, die Zielstellung der Erfindung weitestgehend zu erfüllen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß auf das durch den Stutzenausschnitt geschwächte Grundrohr an den Orten seiner höchsten Beanspruchung Versteifungselement angebracht sind. Dazu werden dort, wo der Grundrohrausschnitt rechtwinkelig zur Grundrohrachse seine größte Breite hat, quer zur Strömungsrichtung außen auf das Grundrohr ausgehend von der Kragenversteifung Stege angeordnet, die nicht unmittelbar deren Höhe haben müssen und die nahezu tangential am Grundrohr so auslaufen, daß sie circa ⅛ des Umfanges berühren. Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist, daß derartige Versteifungselemente ebenfalls, ausgehend von ersteren bei rund 45° des Stutzenteilkreiswinkels in Abzweigrichtung Anordnung finden. Dort sind sie radial zum Stutzen ausgerichtet. Bei senkrechten Abzweigstücken sind sie nahezu radialsymmetrisch unter einem Winkel von 90° angeordnet. Sämtliche Versteifungselemente schränken in dieser Anordnung das Tordieren des Versteifungskragens bei Belastung des Abzweigstücks wesentlich ein.

Eine entscheidende positive Wirkung des gesamten Versteifungssystems besteht zudem darin, daß die maximalen Beanspruchungen kompensiert werden, ohne dabei wesentlich den für das Tragverhalten vorteilhaften werkstoffausnutzenden Membranspannungszustand der angrenzenden Bereiche der Rohrschalen durch Schaffung zusätzlicher Unstetigkeitsstellen zu beeinflussen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1: Hauptansicht des Abzweigstückes,

Fig. 2: eine Schnittdarstellung quer zum Grundrohr und

Fig. 3: die Ansicht auf dem Stutzen.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, wird das Abzweigstück aus einem zylindrischen Grundrohr 1 und einem zylindrischen Stutzen 2 gebildet. Die Rohrachsen liegen in einer Ebene und sind schräg zueinander angeordnet. Entlang der gemeinsamen Durchdringungslinie der Rohre ist außen eine Kragenversteifung 3 stoffschlüssig angeordnet. Die Höhe der Kragenversteifung 3 ist so bemessen, daß sie circa ¼ des Grundrohrdurchmessers beträgt. Dort, wo der Grundrohrausschnitt rechtwinkelig zur Grundrohrachse seine größte Breite aufweist, nach Fig. 3 bei gleich 90° bzw. 270°, sind unter Anschluß an die Kragenversteifung je eine Versteifung 4 und 5 quer zur Grundrohrachse angeordnet. Sie laufen am Grundrohr nahezu tangential aus und berühren es dabei stoffschlüssig auf einer Länge von rund ⅛ seines Umfangs. Die Anschlußhöhe zur Kragenversteifung 3 ist mit ⁵/₆ von dieser bemessen. Dazugehörig sind ausgehend von den Querversteifungen 4 und 5 in einer Stutzenteilkreisentfernung von 45° in Abzweigrichtung, nach Fig. 3 bei α gleich 135° und 225°, je eine weitere Versteifung in radialer Stutzenrichtung auf dem Grundrohr angeordnet. Sie laufen ebenfalls tangential aus. Mit ihnen wird neben der Versteifung des Grundrohres ein Tordieren der Kragenversteifung 3 eingeschränkt.
Aufstellen der verwendeten Bezugszeichen

1 zylindrisches Grundrohr
2 zylindrischer Stutzen
3 Kragenversteifung
4 Querversteifung
6 Versteifung radial zum Stutzen
7 Versteifung radial zum Stutzen
α Stutzenteilkreiswinkel

Claims (2)

1. Versteifungsträgersystem für Abzweigstücke, insbesondere für Wasserkraftanlagen, die aus einem durchgehenden zylindrischen oder kegeligen Grundrohr und einem davon abzweigenden zylindrischen oder kegeligen Stutzen bestehen, und auf deren gemeinsamer Durchdringungslinie ein an sich bekannter Versteifungskragen angeordnet ist, gekennzeichnet dadurch, daß auf einem Grundrohr (1) vorzugsweise ebene Versteifungselemente (4, 5, 6 und 7), die an einem Versteifungskragen (3) anschließen und die nahezu tangential am Grundrohr (1) auslaufen, stoffschlüssig Anordnung finden, und zum einen vorzugsweise quer zum Grundrohr (1) auf circa ⅛ seines Umfanges angeordnet sind, wo der Grundrohrausschnitt rechtwinkelig zur Grundrohrachse seine größte Breite hat und zum anderen vorzugsweise radial zum Stutzen (2) beim Stutzenteilkreiswinkel α von circa 45°, ausgehend in Abzweigrichtung vom Ort, wo der Grundrohrausschnitt rechtwinkelig zur Grundrohrachse seine größte Breite hat, angeordnet sind.

2. Versteifungsträgersystem für Abzweigstücke nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß bei senkrechten Abzweigstücken die Versteifungselemente (6 und 7) radial zum Stutzen (2) nahezu radialsymmetrisch unter einem Winkel von 90° angeordnet sind.