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Rohrgelenk, insbesondere für die Stichrohre von Verteilrohrleitungen in Wasserkraftanlagen
Die Erfindung betrifft ein Rohrgelenk, insbesondere für die Stichrohre von Verteilrohrleitungen in Wasserkraftanlagen. Dabei zweigen die zu den einzelnen Turbinen führenden Stichrohre von einem Hauptrohr seitlich ab, das die Fortsetzung der in einem Endfestpunkt verankerten Steilrohrleitung bildet. Eine solche Verteilrohrleitung ist durch den Innendruck und infolge von Temperaturänderungen statischen Beanspruchungen ausgesetzt, u. zw. treten Längs-und Querkräfte sowie Momente auf. Der Innendruck hat nicht nur Beanspruchungen in Umfangsrichtung der Rohre, also Ringspannungen zur Folge, die vom Rohr selbst aufgenommen werden, sondern bringt auch eine sogenannte Deckelkraft mit sich, die beim Krümmer auftritt und sich als Längskraft auswirkt.
Durch Längenänderungen im Hauptrohr werden Querkräfte in den Stichrohren hervorgerufen. Damit diese Kräfte bzw.
Beanspruchungen nicht auf die Turbinengehäuse oder auf vor diesen angeordnete Festpunkte übertragen werden, werden in den Stichrohrleitungen Rohrgelenke vorgesehen.
Die bisherigen Rohrgelenke bestehen aus einer an beiden Enden aufgeweiteten Muffe, in die die zu verbindenden Stichrohrabschnitte unter Stopfbüchsenzwischenlage eingesteckt sind, so dass die beiden Stichrohrabschnitte in den Muffenenden ein gewisses Querbewegungsspiel besitzen und auch die Möglichkeit von Längsverschiebungen haben. An den beiden Stichrohrabschnitten sind Flanschringe angeschweisst, die durch sich über die ganze Muffenlänge erstreckende Zugstangen zur Übertragung der Längskräfte verbunden sind. Ein solches Gelenk erlaubt aber nur eine Querbewegung im drucklosen Zustand, da bei Innendruck die Deckelkraft so gross ist, dass sie als Vorspannkraft wirkt. Es werden also bei unter Innendruck stehender Leitung die Längs-und Querkräfte sowie die Momente unverändert übertragen, so dass der Gelenkcharakter verlorengeht.
Ausserdem sind lange Zugstangen mit hohem technischem Aufwand erforderlich, wobei die Einleitung der Längskräfte in die Stichrohrabschnitte über die Flanschringe hohe Spannungsspitzen bedingt. Da an jedem Muffenende eine Stopfbüchse notwendig ist, ergeben sich vermehrte Reibungsverluste.
Aufgabe der Erfindung ist es, diese Mängel zu beseitigen und ein Rohrgelenk zu schaffen, das auch bei herrschendem Innendruck geringe relative Quer-und Längsbewegungen der im Gelenk verbundenen Rohrabschnitte erlaubt und sich durch eine einfachere Konstruktion mit günstigerer Einleitung der Längskräfte bei verringerten Reibungsverlusten auszeichnet.
Ausgehend von einem Rohrgelenk, bei dem die Abschnitte des unterteilten Stichrohres unter Stopfbüchsenzwischenlage mit Querbewegungsspiel ineinandergesteckt und zugfest verbunden sind, wird diese Aufgabe erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass mit dem einen Stichrohrabschnitt ein Aussenmantel verschweisst ist, der sich gegen den zweiten Stichrohrabschnitt schlank konisch erweitert und in ein zylindrisches Stück übergeht, mit dem ein den zweiten Stichrohrabschnitt in an sich bekannter Weise lose umfassender Auflagerring verbunden ist, der sich in Achsrichtung an den konvex gebogenen Seitenflächen von zwei am zweiten Stichrohrabschnitt aussen befestigten, einander diametral gegenüberliegenden Widerlagern abstützt.
Durch den konischen Aussenmantel werden Spannungsspitzen bei der Krafteinleitung in dem betreffenden Stichrohrabschnitt vermieden und es erübrigen sich lange
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Zugstangen. Der Auflagerring liegt an den beiden Widerlagern praktisch nur längs einer etwa durch die Rohrachse und normal zu dieser verlaufenden Geraden an, es kann sich also der Auflagerring an den Widerlagern abrollen und die beiden Rohrabschnitte können relative Schwenkbewegungen um diese Gerade ausführen, ohne dass der Innendruck auf diese Bewegungsmöglichkeit einen Einfluss hat. Es wird praktisch auch bei Innendruck ein Momentennullpunkt erzielt, und es wirkt sich nur das Reibungsmoment und die Reibungskraft an den Berührungsstellen aus, so dass das Stichrohr der Verteilrohrleitung durch das Rohrgelenk wesentlich weicher und das Eckmoment beträchtlich verkleinert wird.
Die beiden Widerlager werden in der Regel senkrecht übereinander angeordnet, so dass sich eine relative Verschwenkmöglichkeit der Stichrohrabschnitte in waagrechter Richtung ergibt. Sind Bauwerksetzungen zu erwarten, so können die Widerlager auch einander waagrecht gegenüberliegend vorgesehen werden. Schliesslich ist es möglich, zwei derartige Gelenke mit jeweils um 900 versetzten Widerlagern hintereinander anzuordnen und auf diese Weise eine Art Kreuzgelenk zu erzielen. Jedenfalls ist für jedes Gelenk, da die beiden Stichrohrabschnitte ohne Verbindungsmuffe unmittelbar ineinandergesteckt sind, nur eine Stopfbüchse erforderlich, wodurch die Rohrreibungsverluste verringert sind.
Die Stopfbüchsen bzw. deren Spannschrauben müssen nach Inbetriebnahme nachgezogen werden, sie müssen also zugänglich sein. Erfindungsgemäss ist daher das zylindrische Stück des Aussenmantels im Bereich der Stopfbüchsenspannschrauben zweigeteilt und unter Freilassung eines Zwischenraumes durch Zugbolzen verbunden. Es ist aber auch möglich, dass der Aussenmantel im Bereich der Stopfbüchsenspannschrauben Löcher aufweist, wobei der Auflagerring aus Montagegründen am Aussenmantel angeflanscht ist.
Der zweite Stichrohrabschnitt ist im Bereich der Widerlager zur Krafteinleitung von diesen mit einer Aussenverstärkung versehen.
In den Zeichnungen ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt, u. zw. zeigen Fig. 1 ein Rohrgelenk eines Stichrohres im vertikalen Axialschnitt, Fig. 2 im horizontalen Axialschnitt, wobei der eine Stichrohrabschnitt in Draufsicht dargestellt ist, Fig. 3 eine Ausführungsvariante ebenfalls im Schnitt und Fig. 4 in Ansicht.
Das zur Turbine führende Stichrohr einer Verteilrohrleitung ist unterteilt und besteht aus dem turbinenseitigen Abschnitt--l--und dem strangseitigen Abschnitt--2--. Der Stichrohrabschnitt - ist konisch erweitert und der Abschnitt--2--ist unter Zwischenlage einer Stopfbüchse - in das erweiterte Ende des Abschnittes--l-so eingesteckt, dass Querbewegungsspiel besteht.
Am Stichrohrabschnitt--l--ist ein sich gegen den Abschnitt --2-- schlank konisch erweiternder Aussenmantel --4-- angeschweisst, der in ein zylindrisches Stück-5--übergeht, das einen den Stichrohrabschnitt--2--lose umfassenden Auflagerring --6-- trägt. Das zylindrische Stück--5--des Aussenmantels--4--ist gemäss den Fig. 1 und 2 im Bereich der Spannschrauben - 7-der Stopfbüchse--3--zweigeteilt und unter Freilassung eines Zwischenraumes durch Zugbolzen --8-- verbunden. Nach den Fig.
3 und 4 ist dagegen das zylindrische Stück--Sa-- durchlaufend ausgebildet und weist im Bereich der Stopfbüchsenspannschrauben-7--ovale Löcher - -9-- auf, wobei der Auflagerring Stück--5a--angeflanscht ist. Die letztere Ausführung, die wegen des Fortfalles der Zugbolzen --8-- und der zugehörigen Flansche etwas wirtschaftlicher ist, kann allerdings nur zur Anwendung kommen, wenn die Zahl der notwendigen Stopfbüchsenspannschrauben nicht zu hoch ist.
Der Auflagerring --6-- stützt sich an den konvex gebogenen Seitenflächen --10-- von zwei am Stichrohrabschnitt--2--aussenseitig befestigten Widerlagern--11--ab, die einander diametral gegenüberliegen und vertikal übereinander angeordnet sind. Auflagerring --6-- und Widerlager --11-- können also aneinander abrollen, d. h. es ist eine relative Verschwenkbarkeit der beiden Stichrohrabschnitte-1, 2-- um eine etwa senkrechte und durch die Rohrachse verlaufende Achse möglich. Beim Abwälzen tritt zwar eine geringe Querverschiebung der Auflagerlinie auf, doch wird diese ohne weiteres von den Stopfbüchsenpackungen aufgenommen.
Die zu erwartenden Verschwenkungen und Verschiebungen der Rohrabschnitte gegeneinander sind erfahrungsgemäss gering, sie würden jedoch grosse Momente an der Einspannstelle des Stichrohres ergeben. Der Stichrohrabschnitt--2--ist zur Krafteinleitung von den Widerlagern mit einer Aussenverstärkung-12--versehen.
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