DE961933C - Einschweissbogen mit von der Kreisform abweichendem Rohrquerschnitt fuer Rohrleitungssysteme hoher Elastizitaet - Google Patents

Description

L 13339

Bei der Auslegung wärmeführender Rohrleitungen nutzt man die durch die örtlichen Einbauverhältnisse bedingten Richtungsänderungen zur Aufnahme der thermischen Leitungsverlängerungen der einzelnen Schenkel aus. Ein Rohrleitungssystem selbst besteht aus geraden Rohrstücken und gebogenen Teilen, wenn man von den sonstigen Einbauteilen, wie Absperrungen usw., absieht.

Bei der Biegung von geraden Rohrstücken bleibt das Trägheitsmoment des Balkens unter der Beanspruchung konstant. Auf Rohrbogen kann diese Biegungstheorie nicht angewandt werden, da die durch das Biegemoment hervorgerufene Abplattung des Bogenquerschnittes eine Veränderung des Trägheitsmomentes hervorruft. Je nach Rohrdurchmesser, Rohrwandstärke und dem Biegungsradius des Bogens ändert sich die Biegefähigkeit eines Rohrbogens.

In Rohrleitungssystemen mit relativ großen Schenkellängen im Verhältnis zu den Biegungsradien der Bogen ist der Biegeanteil der eigentlichen Rohrbogen sehr gering, wenn nicht unwesentlich, da die Dehnungsaufnahme durch die Abbiegungen der langen geraden Rohrstücke er-

folgt. Wesentlich anders ist dies bei Rohrsystemen mit relativ kurzen geraden Rohrstücken und großen Rohrquerschnitten, wie z. B. die Anschlußrohrleitungen an Dampfmaschinen oder auch bei Ausdehnungskompensatoren in geraden, langen - Leitungsstrecken. In dieser Art Leitungssystemen ist der Biegeanteil der Rohrbogen unter Umständen· erheblich.

Um die Biegungsfähigkeit eines Rohrbogens mit ίο kreisrundem Querschnitt zu erhöhen, werden bisher an der Innenseite des Bogens Falten oder über den ganzen Umfang Wellen in der Warme eingearbeitet. Der gewünschte Zweck wird erreicht, jedoch vermindern bei häufigem Lastwechsel oder bei Einbau in vibrierende Leitungssysteme die an den Falten auftretenden Spannungsanhäufungen die Lebensdauer erheblich.

Ein anderer Weg, um größere Nachgiebigkeit zu erzielen, ist der Übergang vom kreisrunden Querschnitt der Rohrbogen auf einen anderen Querschnitt mit geringerem Trägheitsmoment. Es wird dabei der ursprüngliche Rohrkreisquerschnitt in eine Ellipse mit erheblichen Achsenunterschieden umgeformt. Die hierdurch bedingte Verkleinerung des Durchgangsquerschnittes wurde dadurch vermieden, daß zur Herstellung eines solchen Bogens als Ausgangsmaterial ein Rohr mit größerem Querschnitt als das der anschließenden geraden Rohre benutzt wurde. Die Biegefähigkeit dieser Art Rohrsysteme ist etwas besser.

Das Ziel der Erfindung, ein geringeres Trägheitsmoment und somit eine wesentlich größere Biegefähigkeit zu erzielen, wird jedoch mit der erwähnten Anordnung nicht erreicht, da als Ausgangsmaterial ein Rohr mit größerem Durchmesser und demnach größerer Wanddicke diente, so daß die Änderung des Trägheitsmomentes nur unwesentlich ist. Die Anfertigung dieser erwähnten Bogen mit ovalem Querschnitt erfolgte nur nach dem Warmbiegeverfahren mit Sandfüllung, und zwar wegen der VerSchwächung der äußeren Wand mit größeren Biegeradien.

Es ist ferner ein Rohrkrümmer bekannt, dessen Querschnitt mit zunehmender Ablenkung des durchströmenden Mittels aus der ursprünglichen Richtung verengt und von der Stelle der beendeten Ablenkung an allmählich wieder erweitert ist, zu dem Zweck, Wirbel und Unterdruckbildungen zu verhüten. Diese Form kommt nur den hydraulischen Belangen nach. Sie ist jedoch für äußere Beanspruchungen, die durch thermische Längenveränderungen hervorgerufen werden, ungeeignet, da eine Spannungsanhaufung an der Stelle der größten Querschnittsverengung auftritt.

Gemäß der Erfindung wird ein über einen Dorn mit kleinem Biegungsradius im Preßziehverfahren hergestellter Einschweißbogen für Rohrleitungssysteme hoher Elastizität dadurch geschaffen, daß das kleinere Trägheitsmoment des Einschweißbogenquerschnitts in der Hauptbiegungsebene des Rohrsystems liegt und daß der Querschnitt über die ganze Länge des Einschweißbogens der gleiche ist. Dabei ist zweckmäßig der Querschnittsumfang des gebogenen Teils höchstens gleich dem Umfang der anschließenden geraden zylindrischen Rohrstücke.

-, „.Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung erläutert.

Abb. ι zeigt die Belastungsanordnung eines Rohrbogens;

Abb. 2 zeigt die eintretenden senkrechten Durchbiegungen der Bogenrohre mit verschiedenen Biegungsradien unter der Voraussetzung, daß die durch die Abbiegung hervorgerufenen Längszugbeanspruchungen in derselben Größenordnung liegen;

Abb. 3 zeigt die zur Erzielung der Durchbiegung nach Abb. 2 jeweilig erforderliche Kraft F₁ ebenfalls in Abhängigkeit von dem Biegungsradius;

Abb. 4 zeigt den Querschnitt im Bereich des Bogens.

Die normale Herstellung von Richtungsänderungen in Rohrsystemen erfolgt, indetni die mit Sand gefüllten Rohre im Wannverfahren gebogen werden, wobei je nach Rohrdurchmesser und Wandstärke der Biegungsradius des Bogens festgelegt wird. Als Mindestmaß gilt R = 4 · NW oder höchstens R = 3 · NW, wobei NW die Nennweite gemäß DIN 2402 ist, d. h- die zueinander passenden Einzelteile einer Rohrleitung kennzeichnet. Die durch den Biegeprozeß bedingte Wandschwächung der äußeren Faser muß als unvermeidbar in Kauf genommen werden.

Beim Vergleich eines kreisrunden Rohrbogens (d/D = 1) mit R = 4 · NW und eines solchen mit R = 1V2 · NW ist aus der Darstellung nach Abb. 2 und 3 ersichtlich, daß der große Biegungsradius wohl eine um rund 28 %> größere Durchbiegung hat, jedoch ist die aufzuwendende Kraft um ii2%> größer als beim Rohrbogen mit R = 1V2 · NW. Diese Gegenüberstellung zeigt, daß zur Erzielung geringer -Reaktionskräfte die Benutzung kurzer Biegungsradien im Rohrsystem vorteilhaft ist.

Rohrbogen mit kleinen Biegungsradiea werden in bekannter Weise im Warmverfahren mittels Dorn hergestellt. Ihr besonderes Kennzeichen ist die Erzielung eines vollkommen kreisrunden Querschnittes bei überall gleicher Wandstärke bis herab zu den kleinsten Biegungsradien. Diese durch Preßziehen erhaltenen Einschweißbogen wenden nach verschiedenen bekannten Verfahren hergestellt. Als Ausgangsprodukt dienen gerade Rohrwerkstücke mit kreisrunden sowohl als auch ovalen oder ähnlichen nicht kreisrunden Querschnitten. Nach dem Preßziehen wenden die halbfertigen Bogen mit ovalem oder ähnlichem Querschnitt durch Pressen zwischen Matrizen oder Hindurchpressen von Kugeln in einen kreisförmigen Rohrquierschnitt umgeformt. Nach einem anderen Verfahren wird das gerade Rohr beim Über schieben über den Dorn iao seitlich aufgeweitet, so· daß ein Einschweißbogen von ovalem oder ähnlichem Querschnitt entsteht, der alsdann durch weitere mechanische Bearbeitung in den gewünschten kreisförmigen Querschnitt überführt wind. Diese beiden Verfahren, die den Weg über den ovalen Rohrquerschnitt gehen, waren

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1 in null

nach früherer Erkenntnis zur Beherrschung des Werkstoffflusses beim Preßziehen erforderlich, als Endprodukt wurde' dann durch die anschließende vorgeschriebene Umformung der Einschweißbogen mit dem erstrebten kreisförmigen Querschnitt erzielt. Durch eine besondere Formgebung des Dornes werden jetzt aber auch Einschweißbogen direkt mit kreisrundem Querschnitt gezogen, so daß der früher gewählte Umweg über den nicht kreisrunden

ίο Querschnitt nicht mehr benutzt wird.

Durch die erfmdungsgemäße Anordnung mit kleinerem Trägheitsmoment des Einschweißbogenquerschnitts in der Haiuptbiegungsebene wird die Biegefähigkeit eines Rohrleitungssystems größer und die Reaktionskraft auf die Ankerpunkte geringer. Für einen Einschweißbogen mit elliptischem Querschnitt, bei dem die großeEllipsenachse mitD und die kleine mit d entsprechend Abb. 4 bezeichnet ist, genügt schon eine geringe Abflachung des Kreisquerschnittes zur Ellipse hin, um eine erhebliche Reduzierung des Trägheitsmomentes ζω erhalten. Gleichzeitig tritt jedoch eine Verringerung der Querschnittsfläche des Rohres ein. So wird bei einem Achsenverhältnis von d/D = 0,85 die Verkleinerung des Durchgangsquerschnittes rund 15% und die Verringerung des Trägheitsmomentes fast 40%», d. h. die Reaktionskräfte werden erheblich kleiner und die Biegefähigkeit größer.

Für das Beispiel eines eingespannten und einseitig belasteten Rohrbogens nach Abb. 1 treten bei Verwendung von Einschweißbogen mit elliptischem Querschnitt gemäß der Erfindung die mit d/D =0,85 eingetragenenDurchbiegungen undKräfte auf. Bei der Gegenüberstellung eines Einschweißbogens mit R = rV2 · NW mit kreisrundem Querschnitt und eines solchen mit elliptischem Querschnitt bei d/D = 0,85 erzielt man mit dem elliptischen Querschnitt eine um. rund 66% größere Abbiegung bei einer um rund 30% geringeren Reaktionskraft.

Noch günstiger werden diese Verhältnisse, wenn d/D sich 0,8 nähert, jedoch sind dann wegen der Querschnittsverkleineruing die Rohrreibungswerte und die Stoßverluste für den Übergang von dem einen auf den anderen Querschnitt entsprechend größen

Diese Verbesserungen nach der Erfindung lassen sich nur erzielen, wenn der Umfang der Einschweißbogenellipse gleich oder kleiner als der Umfang der anschließenden geraden Rohre ist. Hierdurch unterscheiden sich die elliptischen Einschweißbogen von den ovalen Rohrbogen, die größere Biegungsradien besitzen, und deren Querschnitte einen erheblich größeren Umfang als die anschließenden Rohrstücke besitzen. Der Übergang der elliptischen Einschweißbogen ziu den kreisrunden geraden Rohrstücken im Rohrsystem kann entweder durch Dazwischenschweißen besonderer Übergangsstücke von kreisrund auf elliptisch erfolgen oder noch einfacher durch Abflachen der angewärmten geraden Rohrenden mit dem kreisrunden Querschnitt.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Über einen D001 mit kleinem Biegungsradius im Preßziehverfahren hergestellter Einschweißbogen mit von der Kreisform abweichendem Rohrquerschnitt für Rohrleitungssysteme hoher Elastizität, dadurch gekennzeichnet, daß das kleinere Trägheitsmoment des Einschweißbogenquerschni'tts in der Hauptbiegungsebene des Rohrsystems liegt und daß der Querschnitt über die ganze Länge des Einschweißbogens der gleiche ist.

2. Einschweißbogen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Qoerschnittsumfang des gebogenen Teils höchstens gleich dem Umfang der anschließenden geraden zylindrischen Rohrstücke ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 595 054, 598 919, 855 779, 577 327, 494 970, 353 695, 601 256,
19² 795> 348 439·

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

609 854 4.57