Elastische Verbindung zwischen Hohlkörpern, insbesondere Rohren. Die Erfindung betrifft eine elastische Ver bindung zwischen Hohlkörpern, insbesondere Rohren.
Um z. B. bei metallenen Rohrleitungen für heisse Gase und Dämpfe, die bei den in Be tracht kommenden Betriebstemperaturen Län genänderungen bis zu mehreren Zentimetern erfahren können, unzulässige Beanspruchun gen zu vermeiden, ist es bekannt., an passen den Stellen solcher Leitungen als hohle, dünn wandige Ringkörper ausgebildete, dehnbare Zwischenglieder einzufügen, die es den an diese Zwischenglieder angeschlossenen Teilen gestatten, sich ohne Schaden möglichst frei auszudehnen.
Solange die Drücke im Innern der Rohrleitung verhältnismässig klein sind, so konnten die von denselben in der Leitung und in den als Dehnungsausgleicher wirkex)- den Zwischengliedern hervorgerufenen Zug kräfte von diesen Gliedern allein aufgenom men werden. Wenn dagegen die Innendrücke, die in den Rohrleitungen herrschen, hoch sind, so mussten für die Aufnahme der hervorgeru fenen Reaktionen besondere Zuganker oder Verankerungen im Fundament vorgesehen werden.
Einrichtungen dieser Art verteuern jedoch die Rohrleitungen beträchtlich und ferner nehmen sie viel Platz in Anspruch, falls sie ausserhalb der Rohrleitungen anzu ordnen sind.
Um diese erheblichen Nachteile zu beheben, ist nun der hohle, dünnwandige Ringkörper gemäss der Erfindung durch Meridiansehlitze, die durch ein elastisches Element gegen den Innenhohlraum abgedichtet sind, in Segmente unterteilt. Ferner entspricht das lleridian- profil dieser Segmente wenigstens annähernd einer von dem im Ringkörper herrschenden Betriebsdruck bestimmten Kettenlinie.
Bei einer solchen elastischen Verbindung können im Ringkörper wegen seiner Aufschlitzung keine Ringspannungen auftreten, und infolge der 3Ieridianprofilform der Segmente nimmt der Ringkörper auch die vom Betriebsdruck hervorgerufenen AYialkräfte restlos auf, so dass ein solcher Ringkörper gleichzeitig als Dehnungsausgleicher und als Zuganker wirkt.
Auf der beiliegenden Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegen standes veranschaulicht, und zwar zeigt: Fig. 1 einen axialen Längsschnitt nach der Linie 1-1 der Fig. 2 durch einen. Teil einer Leitung mit. einer elastischen Verbindung zwi schen zwei Stücken derselben, Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie 11-II der Fig. 1 und Fig. 3 in einem Diagramm das Kräftespiel in dem als Dehnungsausgleicher wirkenden, geschlitzten Ringkörper.
In den Figuren bezeichnen 11 und 1-' zwei Teilstücke einer metallenen Rohrleitung vom Durchmesser 31, zwischen denen ein sie verbin dender, hohler, dünnwandiger Ringkörper 4 eingefügt ist. Das Meridianprofil dieser Kör pers 4 ist kreisbogenförmig ausgebildet wobei der Kreisbogen annähernd die Form einer Kettenlinie hat, welche dem im Ringkörper herrschenden Betriebsdruck entspricht. Der Radius des Meridianprofils ist mit 5 bezeich net.
Die Ränder des Ringkörpers 4 sind mit den Teilstücken 11 und 12 über Versteifungs- ringe 21 bzw. 22 verbunden. Der Ringkörper 4 ist durch Meridianschlitze 8, die also in Ebe nen durch die Längsachse der Rohrleitung lie gen, in Segmente unterteilt.
Der kleinste Durchmesser der Schlitze 8 bzw. der Segmente in bezug auf die Rohrleitungsachse ist mit 3 und der Bogenwinkel dieser Schlitze 8 bzw. Segmente ist mit 6 bezeichnet.
Der Krüm- mungsradius 5 des Ringkörpermeridianprofils beträgt 44% des Durchmessers 3 und der Bo genwinkel 6 beträgt 120 . Eine auf der Innen seite des Ringkörpers 4 vorgesehene, aus dün nem Blech bestehende Membrane 9 dichtet den Innenhohlraum des Ringkörpers 4 gegen dessen Meridianschlitze 8 ab.
Die Anzahl der Schlitze 8 und deren Breite sind so gewählt, dass beim Atmen des Ringkörpers 4 die Schlitze 8 nirgends und niemals zum Ver- schwinden kommen, da im entgegengesetzten Falle der Zweck derselben nicht erfüllt wäre. Diese Forderung ist bei den weiter oben für den Radius 5 und den Bogenwinkel 6 ange- zebenen Werten erfüllt, wenn die Schlitzbreite
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ist.
Dabei ist: Y die von der Verbindung aufzunehmende mittlere axiale Längenänderung des Ring körpers, a die von der Verbindung aufzunehmende Winkeländerung (im Bogenmass) zwischen den Achsen der durch den elastischen Ring körper verbundenen Hohlkörper in bezug auf einander, D = kleinster Durchmesser der Segmente des Ringkörpers in bezug auf die Rohrleitumgs- achse und n = Anzahl Schlitze.
Werden die Schlitze 8 in der Umfangsrich tung des Körpers 4, also in Fig. 2 gesehen, so nahe nebeneinander vorgesehen, dass ihr ge genseitiger Abstand von der Grössenordnung der Wandstärke der Segmente des Ringkör pers 4 ist, so können diese Segmente auch zur Rohrleitimgsachse senkrechte Verschiebungen sowie Torsionen um diese Achse aufnehmen.
In Fig. 3 gibt die schraffierte Fläche 13 ein Mass für die Belastung, welcher die Seg mente von kettenlinienförmigem Meridianpro- fil des geschlitzten Ringkörpers 4 durch den im Innern der Rohrleitung herrschenden Be triebsdruck unterworfen werden.
Diese Bela stung des Ringkörpers 4 durch den Betriebs druck ruft an seinen Rändern axiale Kom ponenten 12 der Tangentialkräfte 10 hervor, die sich mit den an diesen Rändern auftreten den axialen Komponenten 121 der Kräfte 101, welche von den angrenzenden Hohlkörpern 11, 12 auf den elastischen Ringkörper 4 aus geübt werden, im Gleichgewicht befinden, weil wegen des praktisch kettenlinienförmigen Pro fils der Segmente an deren Einspannstellen keine Biegungsmomente entstehen können.
Die andern Komponenten 11 der Kräfte 10 ver laufen radial und werden infolgedessen von den Versteifungsringen 21 bzw. 22 durch die Komponenten 111 aufgenommen. Der Quer schnitt dieser Versteifungsringe ist somit so zu bemessen, dass er die betreffenden Radial kräfte aufnehmen kann.
Bei der beschriebenen elastischen Verbin dung wird also durch die axialen Komponen ten der Tangentialkräfte in den biegungs- schlaffen Segmenten von praktisch ketten- linienförmigem Meridianprofil des Ringkör pers 4 axialen Kräften der anschliessenden Hohlkörper 21, 22 das Gleichgewicht gehalten, so dass Zuganker entbehrlich und etwaige Fix punkte entlastet werden.
Die Dicke der elastischen, dichtenden Mem brane 9 hängt von der Breite der Meridian schlitze 8, ferner von der Grösse des im Ring körper herrschenden Druckes und der Art des Werkstoffes ab. Durch Vergrösserung der Schlitzzahl und damit Verkleinerung der er forderlichen Schlitzbreite hat man es in der Hand, die Wandstärke der Membrane klein zu halten. Dabei kann die unterste Grenze der Schlitzbreite auf wenige Zehntel eines Milli meters heruntergetrieben werden.
Die beschriebene elastische Verbindung weist infolge der Aufsehlitzung des hohlen Ringkörpers eine viel grössere Elastizität als Dehnungsausgleicher bisheriger Bauart auf, was auf die Vermeidung von Ringspannun gen zurückzuführen ist. Weil keine Zuganker nötig sind, bietet sie auch eine kugelgelenk- artige Deformationsmöglichkeit, was im Falle der Anwendung bei Rohrleitungen eine spür bare Verminderung der Anzahl der notwendi gen Dehnungsausgleicher ermöglicht.
Die Erfindung umfasst auch Verbindun gen zwischen einem Rohr und einem Gehäuse oder zwischen zwei Gehäusen, Gefässen oder dergleichen.
Zur Abdichtung der Schlitze des Ringkör pers gegen dessen Hohlraum können auch Wellblechsegmente angewendet sein. Je nach der an der Abdichtungsstelle herrschenden Temperatur können solche Segmente durch Weichlötung, Hartlötung, Rollschweissung oder dergleichen direkt mit den angrenzenden Teilen des Ringkörpers oder mit Rahmen ver bunden sein, wobei im letzteren Falle die ein gerahmten Wellblechsegmente noch an die In nenseite des Ringkörpers angeschweisst sind. Die Dichtungselemente können aber auch als Ringe von halbkreisförmigem Querschnitt aus gebildet sein, welche je einen Schlitz vom Hohlraum des Ringkörpers trennen.
Das Meridianprofil der Ringkörperseg- mente kann für die Annäherung für die Ket tenlinie auch aus beliebig vielen Kreisbogen mit verschiedenen Krümmungsradien zusam mengesetzt sein. Durch Wahl verschieden lan ger Radien für die verschiedenen Kreisbogen kann der Bogenwinkel der Segmente des Ring körpers an die jeweiligen Verhältnisse ange passt werden.
Der Querschnitt der Segmente des Ring körpers kann in der Ebene der Fig. 2 auch rechteckig sein, was zur Verringerung der Biegungssteifigkeit des Ringkörpers beiträgt.
Die Dichtungsmembrane kann z. B. auch aus Gummi, Kunstharzen oder dergleichen be stehen.
Um die Strömungsverluste an der Einbau stelle des Ringkörpers zu vermindern, kann schliesslich an der betreffenden Stelle ein dünnwandiges Führungsrohr vorgesehen sein, welches am einen Ende an einem der Verstei fungsringe befestigt ist und am andern Ende so viel Spiel hat, dass es die angestrebte Wir kungsweise der elastischen Verbindung nicht behindert.
Elastic connection between hollow bodies, especially pipes. The invention relates to an elastic connection between hollow bodies, in particular pipes.
To z. B. in metal pipelines for hot gases and vapors, which can experience length changes up to several centimeters at the coming operating temperatures in Be Tracht, inadmissible claims to avoid conditions, it is known. To match the points of such lines as hollow, thin-walled To insert formed annular body, expandable intermediate links, which allow the parts connected to these intermediate links to expand as freely as possible without damage.
As long as the pressures inside the pipeline are relatively small, the tensile forces caused by them in the pipeline and in the intermediate members acting as expansion compensators could be absorbed by these members alone. If, on the other hand, the internal pressures that prevail in the pipelines are high, special tie rods or anchors had to be provided in the foundation to absorb the reactions that were caused.
Facilities of this type, however, make the pipes considerably more expensive and they also take up a lot of space if they are to be arranged outside the pipes.
In order to remedy these considerable disadvantages, the hollow, thin-walled ring body according to the invention is now divided into segments by meridian strands which are sealed against the inner cavity by an elastic element. Furthermore, the lleridian profile of these segments corresponds at least approximately to a chain line determined by the operating pressure prevailing in the ring body.
With such an elastic connection, no ring tensions can occur in the ring body because of its slitting, and due to the 3-channel profile shape of the segments, the ring body also completely absorbs the axial forces caused by the operating pressure, so that such a ring body simultaneously acts as an expansion compensator and as a tie rod.
On the accompanying drawing, an embodiment of the subject matter of the invention is illustrated, namely: Fig. 1 shows an axial longitudinal section along the line 1-1 of FIG. 2 through a. Part of a line with. an elastic connection between tween two pieces of the same, Fig. 2 shows a cross section along the line 11-II of Fig. 1 and Fig. 3 in a diagram the play of forces in the slotted ring body acting as an expansion compensator.
In the figures, 11 and 1- 'denote two sections of a metal pipeline of diameter 31, between which a hollow, thin-walled annular body 4 is inserted between them. The meridional profile of this Kör pers 4 is formed in the shape of a circular arc, the circular arc having approximately the shape of a chain line, which corresponds to the operating pressure prevailing in the ring body. The radius of the meridian profile is denoted by 5.
The edges of the ring body 4 are connected to the sections 11 and 12 via stiffening rings 21 and 22, respectively. The ring body 4 is divided into segments by meridional slots 8, which are therefore in Ebe NEN through the longitudinal axis of the pipeline.
The smallest diameter of the slots 8 or the segments in relation to the pipe axis is indicated by 3 and the arc angle of these slots 8 or segments is indicated by 6.
The radius of curvature 5 of the ring body meridional profile is 44% of the diameter 3 and the arc angle 6 is 120. A membrane 9 made of thin sheet metal and provided on the inside of the ring body 4 seals the inner cavity of the ring body 4 against its meridional slots 8.
The number of slots 8 and their width are selected so that when the ring body 4 breathes, the slots 8 never disappear anywhere, since in the opposite case their purpose would not be fulfilled. This requirement is met with the values indicated above for the radius 5 and the arc angle 6 if the slot width
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is.
Where: Y is the mean axial change in length of the ring body to be recorded by the connection, a is the angular change to be recorded by the connection (in radian measure) between the axes of the hollow bodies connected by the elastic ring body with respect to one another, D = smallest diameter of the segments of the Annular body in relation to the circumferential axis of the pipe and n = number of slots.
If the slots 8 in the circumferential direction of the body 4, so seen in Fig. 2, provided so close to each other that their ge mutual distance is of the order of magnitude of the wall thickness of the segments of the Ringkör pers 4, these segments can also be perpendicular to the Rohrleitimgsachse Record displacements and torsions around this axis.
In FIG. 3, the hatched area 13 gives a measure of the load to which the segments of the chain-line meridian profile of the slotted ring body 4 are subjected by the operating pressure prevailing inside the pipeline.
This Bela stung of the annular body 4 by the operating pressure causes at its edges axial components 12 of the tangential forces 10, which occur with the axial components 121 of the forces 101 occurring at these edges, which from the adjacent hollow bodies 11, 12 on the elastic Annular body 4 to be practiced, are in equilibrium, because because of the practically chain line-shaped Pro fils of the segments at their clamping points no bending moments can arise.
The other components 11 of the forces 10 ver run radially and are consequently absorbed by the stiffening rings 21 and 22 by the components 111. The cross-section of these stiffening rings is therefore to be dimensioned so that it can absorb the radial forces in question.
With the elastic connection described, the axial forces of the adjoining hollow bodies 21, 22 keep the equilibrium due to the axial components of the tangential forces in the slack segments of the practically chain-line meridian profile of the ring body, so that tie rods can be dispensed with and any fixation points are relieved.
The thickness of the elastic, sealing Mem brane 9 depends on the width of the meridian slots 8, also on the size of the pressure prevailing in the ring body and the type of material. By increasing the number of slots and thus reducing the required slot width, it is possible to keep the wall thickness of the membrane small. The lowest limit of the slot width can be driven down to a few tenths of a millimeter.
The elastic connection described has as a result of the Aufsehlitzung the hollow ring body a much greater elasticity than expansion compensators of previous designs, which is due to the avoidance of Ringspannun conditions. Because no tie rods are required, it also offers a ball-joint-like deformation option, which, when used in pipelines, enables a noticeable reduction in the number of expansion compensators required.
The invention also comprises connections between a pipe and a housing or between two housings, vessels or the like.
Corrugated sheet metal segments can also be used to seal the slots of the Ringkör pers against its cavity. Depending on the temperature prevailing at the sealing point, such segments can be connected directly to the adjacent parts of the ring body or with a frame by soft soldering, hard soldering, roll welding or the like, in the latter case the framed corrugated sheet metal segments are still welded to the inner side of the ring body . The sealing elements can, however, also be formed as rings of semicircular cross-section, each separating a slot from the cavity of the annular body.
For the approximation for the chain line, the meridional profile of the ring body segments can also be composed of any number of arcs with different radii of curvature. By choosing different long radii for the different arcs, the arc angle of the segments of the ring body can be adapted to the respective conditions.
The cross section of the segments of the ring body can also be rectangular in the plane of FIG. 2, which contributes to reducing the flexural rigidity of the ring body.
The sealing membrane can, for. B. made of rubber, synthetic resins or the like be available.
In order to reduce the flow losses at the installation point of the ring body, a thin-walled guide tube can be provided at the point in question, which is attached at one end to one of the stiffening rings and at the other end has so much play that it does the desired we the elastic connection is not hindered.