DE1231501B - Rohrverzweigungsstueck with sickle-shaped reinforcement bracket - Google Patents

Description

Rohrverzweigungsstück mit sichelförmigem Verstärkungsbügel Die Erfindung betrifft ein Rohrverzweigungsstück mit einem sichelförmigen Verstärkungsbügel, der zwischen die Abzweigstutzen eingeschweißt ist und einen keilförmigen Querschnitt aufweist.Manifold with sickle-shaped reinforcement bracket The invention relates to a manifold with a sickle-shaped reinforcement bracket, the is welded between the branch pipe and has a wedge-shaped cross-section having.

Rohrverzweigungsstücke für Hochdruckrohre wurden bisher meistens mit sogenannten Kragenverstärkungen versehen. Rohre mit derartigen Verstärkungen, die nicht in den Strömungsquerschnitt hineinragen, haben zwar geringe hydraulische Verluste; die Verstärkungen erfordern jedoch infolge der Exzentrität der Belastung einen bedeutenden Aufwand an Material und beanspruchen verhältnismäßig viel Raum um das Rohr herum. Es sind auch Verstärkungskonstruktionen mit Einbauten im Strömungsquerschnitt an der Verzweigungsstelle vorgeschlagen worden, die z. B. nach einer Ausführung die Form einer sichelförmigen Platte aufweisen können. Derartige Verstärkungen im Strömungsquerschnitt des Rohres haben jedoch erhöhte hydraulische Verluste zur Folge.Branch pieces for high pressure pipes were mostly with so-called collar reinforcements. Tubes with such reinforcements that do not protrude into the flow cross-section, although they have low hydraulic losses; however, the reinforcements require a significant one due to the eccentricity of the load Expenditure of material and take up a relatively large amount of space around the pipe. There are also reinforcement structures with internals in the flow cross-section the branch point has been proposed, the z. B. after an execution May have the shape of a sickle-shaped plate. Such reinforcements in the flow cross-section of the pipe, however, result in increased hydraulic losses.

Für Wärmekraftanlagen ist bereits aus schweißtechnischen Gründen eine Verstärkung der Abzweigstelle von Hosenrohren in Form eines sichelförmigen Keilstückes bekannt. Dabei wurde jedoch die der ursprünglichen Rohrverschneidung entsprechende schwalbenschwanzförinige Ausführung der Keilbasis beibehalten, die insbesondere bei einem mehrachsig beanspruchten Hohlkörper festigkeitsmäßig ungünstig ist.For thermal power plants, a Reinforcement of the junction of Y-pipes in the form of a sickle-shaped wedge known. In doing so, however, the one corresponding to the original pipe intersection The dovetail-shaped design of the wedge base is retained, in particular is unfavorable in terms of strength in a multi-axially stressed hollow body.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Rohrverzweigungsstück mit einem sichelförinigen Verstärkungsbügel derart auszubilden, daß bei geringem Material- und Platzbedarf auch ein möglichst kleiner Strömungswiderstand verwirklicht wird.The invention is based on the object of a manifold with a sickle-shaped reinforcement stirrup in such a way that with little Material and space requirements also achieve the smallest possible flow resistance will.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Rohrverzweigungsstück der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Verstärkungsbügel als im Querschnitt dreieckiger Kastenträger ausgebildet ist und daß die theoretische Durchdringungslinie der Abzweigstutzen innerhalb des Dreiecksquerschnitts verläuft.This task is based on a pipe branch piece of the initially mentioned type according to the invention solved in that the reinforcement bracket than in cross section triangular box girder is formed and that the theoretical penetration line the branch pipe runs within the triangular cross-section.

Bei dieser Bauweise kann der den Verstärkungsbügel bildende Kastenträger aus Material gleicher Qualität und Wandstärke wie die Rohrstutzen des Verzweigungsstückes hergestellt werden, so daß Ab- schnitte des Rohrmaterials verwendet werden können, die sonst Abfall wären.In this construction of the reinforcement stirrup forming box beam from material of the same quality and wall thickness as the pipe stub of the branch piece can be made so that exhaust sections of the tube material can be used, which otherwise would be waste.

Weiter ist es möglich, daß der Hohlraum des Kastenträgers in an sich bekannter Weise mit einer druckfesten Füllmasse, z. B. Beton, ausgefüllt ist. Dadurch wird mit relativ geringen Kosten eine bedeutende Erhöhung der Steifigkeit des Verstärkungsbügels erzielt.It is also possible that the cavity of the box girder in itself known way with a pressure-resistant filling compound, for. B. concrete is filled. Through this becomes a significant increase in the stiffness of the reinforcement bracket at a relatively low cost achieved.

Für die meisten praktisch auftretenden Fälle erübrigt sich eine exakte Berechnung des Kastenträgers, wenn dieser bei symmetrischem Aufbau erfindungsgemäß derart bemessen ist, daß der Spitzenwinkel des Dreieckquerschnittes des Kastenträgers halb so groß ist wie der Winkel zwischen den in der Rohrachsenebene liegenden, dem Kastenträger zugewandten Mantellinien der Abzweigstutzen, daß die zwischen den Abzweigstutzen befindliche abschließende Seite des Querschnittes senkrecht zur Durchdringungsebene der Abzweigstutzen steht und daß schließlich der innere Scheitelpunkt des Querschnittes in der Rohrachsenebene an einer Stelle liegt, über welcher sich, senkrecht zur Rohrachsenebene betrachtet, an der theoretischen Durchdringungslinie das Verhältnis der zur Rohrachsenebene senkrechten Komponente der Ringkraft zur Ringkraft im Bereich von 0,5 bis 0,8 befindet.For most practical cases, an exact calculation of the box girder is unnecessary if, with a symmetrical structure, it is dimensioned according to the invention in such a way that the apex angle of the triangular cross-section of the box girder is half as large as the angle between the surface lines lying in the pipe axis plane and facing the box girder Branch nozzles that the final side of the cross section located between the branch nozzles is perpendicular to the penetration plane of the branch nozzles and that finally the inner vertex of the cross section lies in the pipe axis plane at a point above which, viewed perpendicular to the pipe axis plane, the ratio of the theoretical penetration line is to the pipe axis plane perpendicular component of the ring force to the ring force is in the range of 0.5 to 0.8 .

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt F i g. 1 einen Schnitt durch das Rohrverzweigungsstück in der Ebene der Rohrachsen, F i g. 2 einen Schnitt nach den Linien II-II der Fig. 1, F i g. 3 einen Schnitt nach den Linien III-III der F i g. 1, Fig. 4 einen schematischen Schnitt nach den Linien IV-IV der F i g. 1. An einen zylindrischen Rohrstutzen 1 sind syrnmetrisch zwei konische Rohrstutzen 2 und 3 als Abzweigungen angeschweißt. Die Abzweigstutzen 2 und 3 sind in an sich bekannter Weise derart angeordnet, daß ihre Wände Tangenten einer eingeschriebenen Kugel 8 bilden. Zwischen den beiden abzweigenden Rohren 2 und 3 ist ein sichelförmiger Dreieck-Kastenträger 10 eingesetzt, der durch Wände 11, 12, 13 gebildet wird. Der Dreieck-Kastenträger 10 ist dabei so angeordnet, daß die theoretische Durchdringungslinie der Abzweigstutzen 14 innerhalb dessen Querschnitt verläuft. Die Teile des Rohrverzweigungsstückes sind durch Schweißnähte 4, 5, 6, 7 verbunden.An embodiment of the invention is shown in the drawings. It shows F i g. 1 shows a section through the pipe branching piece in the plane of the pipe axes, FIG . 2 shows a section along the lines II-II in FIG. 1, FIG. 3 shows a section along the lines III-III of FIG. 1, FIG. 4 a schematic section along the lines IV-IV of FIG . 1. Two conical pipe sockets 2 and 3 are welded symmetrically to a cylindrical pipe socket 1 as branches. The branch nozzles 2 and 3 are arranged in a manner known per se in such a way that their walls form tangents of an inscribed ball 8 . A sickle-shaped triangular box girder 10 , which is formed by walls 11, 12, 13 , is inserted between the two branching pipes 2 and 3. The triangular box girder 10 is arranged so that the theoretical line of penetration of the branch pipe 14 runs within its cross section. The parts of the pipe branching piece are connected by weld seams 4, 5, 6, 7 .

Wie aus den in F i g. 3 eingetragenen Kräfteparallelogrammen ersichtlich ist, werden bei dem als Kastenträger ausgebildeten Verstärkungsbügel wesentliche Komponenten der Ringkräfte R, und zwar deren Komponenten H von der Trägerwand 11 als Zugkräfte übertragen. Die Komponenten V dagegen wirken auf den Träger 10 im Sinne einer Biegebeanspruchung. Durch die Anordnung des dreieckförmigen Trägerprofils sind diese Komponenten Y geringer als bei der Anordnung einer sichelförmiigen Platte, bedingt durch die unterschiedliche Neigung der Ringkraft R. In F i g. 4 ist dies durch die Komponenten V, und Y, dargestellt.As shown in FIG. 3 plotted force parallelograms can be seen, essential components of the ring forces R, namely their components H of the support wall 11 are transmitted as tensile forces in the reinforcement bracket designed as a box girder. The components V, on the other hand, act on the carrier 10 in the sense of a bending stress. Due to the arrangement of the triangular support profile, these components Y are smaller than in the case of the arrangement of a sickle-shaped plate, due to the different inclination of the ring force R. In FIG . 4 this is represented by the components V 1 and Y 1.

Die Ebenen des in F i g. 4 dargestellten Schnittes verlaufen, wie aus F i g. 1 ersichtlich ist, durch den Punkt T, der die Spitze des dreieckförmigen Kastenträger-Querschnittes in der Rohrachsenebene bildet. Die Lage des Punktes T beeinflußt die Größe und Verteilung der Spannungen in dem Kastenträger maßgeblich. Durch Versuche wurde ermittelt, daß sich eine aus strömungstechnischen Gründen, wie aus Gründen der Festigkeit befriedigende Bemessung des erfindungsgemäßen Kastenträgers ergibt, wenn der Piffikt T an einer Stelle gewählt wird, über welcher, senkrecht zur Rohrachsenebene betrachtet, an der theoretischen Durchdringungslinie 14 das Verhältnis V./R2 der zur Rohrachsenebene senkrechten Komponente V2 der Ringkraft zur Ringkraft R, im Bereich von 0,5 bis 0,8, vorzugsweise bei 0,6, liegt. Wie aus einer einfachen trigonometrischen überlegung folgt, entspricht dieses Verhältnis gleichzeitig dem Verhältnis der senkrechten Entfernung des Punktes T von der Achse eines der Abzweigrohre 2, 3 zum Radius des zur Achse senkrechten Querschnittes des Abzwgigrohres, in welchem Querschnitt sich der Punkt T beffildet. Von dem so bestimmten Punkt T aus werden in der durch die Rohrachse führenden Schnittebene gemäß F i g. 1 die Seiten (Wände 12 und 13) des Querschnittes ungefähr parallel zur Winkelhalbierenden w zwischen der Durchdringungsebene D der Rohre 2 und 3 und der in der Rohrachsenebene liegenden Mantellinie der betreffenden Rohrwand geführt. Die abschließende Seite des Querschnittes, welche durch die Wand 11 gebildet wird, führt dann durch die Schnittpunkte der Seiten (Wände 12, 13) mit den entsprechenden Rohrwänden. Dadurch ist der Querschnitt des Trägers 10 in der Rohrachsenebene bestimmt. Der weitere Verlauf des Trägers kann nun so ausgebildet werden, daß die Schweißnähte 6 und 7 auf zwei zur Rohrachsenebene senkrechten Ebenen liegen (F i g. 1), die durch die Eckpunkte des dreieckförmigen Querschnittes in der Rohrachsenebene, welche durch die Wand 11 gebildet sind, führen und sich im Bereich des Mittelpunktes der dem Rohrverzweigungsstück eingeschriebenen Kugel 8 schneiden, vorzugsweise jenseits dieses Mittelpunktes, wie dies in der F i g. 1 dargestellt ist.The levels of the in F i g. 4 run, as shown in FIG . 1 can be seen through the point T, which forms the tip of the triangular box girder cross-section in the pipe axis plane. The position of the point T significantly influences the size and distribution of the stresses in the box girder. It has been determined through tests that a dimensioning of the box girder according to the invention which is satisfactory for reasons of flow technology as well as for reasons of strength results if the point T is selected at a point above which, viewed perpendicular to the pipe axis plane, the ratio V at the theoretical penetration line 14 ./R2 of the component V2, perpendicular to the pipe axis plane, of the ring force to the ring force R, is in the range from 0.5 to 0.8, preferably 0.6 . As follows from a simple trigonometric consideration, this ratio corresponds at the same time to the ratio of the vertical distance of the point T from the axis of one of the branch pipes 2, 3 to the radius of the cross section of the branch pipe perpendicular to the axis, in which cross section the point T is formed. From the point T determined in this way, in the section plane leading through the pipe axis according to FIG . 1, the sides (walls 12 and 13) of the cross section are guided approximately parallel to the bisector w between the penetration plane D of the pipes 2 and 3 and the surface line of the pipe wall in question lying in the pipe axis plane. The final side of the cross section, which is formed by the wall 11 , then leads through the points of intersection of the sides (walls 12, 13) with the corresponding pipe walls. As a result, the cross section of the carrier 10 is determined in the pipe axis plane. The further course of the carrier can now be designed so that the weld seams 6 and 7 lie on two perpendicular to the tube axis plane planes (F i g. 1) passing through the apexes of the triangular cross section in the tube axis plane, which are formed by the wall 11 , lead and intersect in the area of the center point of the ball 8 inscribed in the pipe branching piece, preferably beyond this center point, as shown in FIG. 1 is shown.

Bei dieser Konstruktion des Kastenträgers entsprechen die größten Spannungen im Kastenträger ungefähr den Spannungen in den Rohrstutzen, gleiche Wandstärke bei Rohrstutzen und Kastenträger vorausgesetzt. Für die meisten auftretenden Fälle erübrigt sich bei einer derartigen Auslegung eine Berechnung, die sehr kompliziert und aufwendig ist.In this construction of the box girder, the largest correspond Tensions in the box girder are approximately the same as the tensions in the pipe socket, same wall thickness Required for pipe sockets and box girders. For most cases that occur With such a design, a very complicated calculation is unnecessary and is expensive.

Rohrverzweigungen bilden normalerweise nur einen Teil eines im allgemeinen hochgradig statisch unbestimmten Rohrsystems. Für ihre Beanspruchung sind somit auch die aus der Elastizität und den Randbedingungen des Gesamtsystems resultierenden Biegemomente, Quer- und Axialkräfte, zu berücksichtigen. In dieser Hinsicht verhält sich das erfmdungsgemäß verstärkte Rohrverzweigungsstück gegenüber bekannten Konstruktionen vorteilhaft, weil die sich aus der Verbiegung der Rohrschenkel ergebenden Kräfte über die Trägerwand 11 (F i g. 1) eine verbesserte Ausgleichsmöglichkeit finden. Die in den Wänden der Abzweigstutzen 2 und 3 wirkenden Kräfte müssen nicht um den üblicherweise spitzen Winkel an der Durchdringungslinie 14, sondern um den stumpfen Winkel umgelenkt werden, den diese Rohrwände mit der Trägerwand 11 bilden. Die Zusatzspannungen, die an den Umlenkstellen entstehen, werden somit wesentlich verringert.Manifolds normally form only part of a generally highly statically indeterminate pipe system. The bending moments, transverse and axial forces resulting from the elasticity and the boundary conditions of the overall system must therefore also be taken into account for their stress. In this respect, the reinforced pipe branching piece according to the invention behaves in an advantageous manner compared to known constructions, because the forces resulting from the bending of the pipe legs find an improved compensation option via the support wall 11 ( FIG. 1). The forces acting in the walls of the branch nozzles 2 and 3 do not have to be deflected by the usually acute angle at the penetration line 14, but by the obtuse angle that these pipe walls form with the support wall 11. The additional stresses that arise at the deflection points are thus significantly reduced.

Bei Rohrstutzen aus hochfestem Material kann der Kastenträger aus weniger festem Material mit größerer Wandstärke ausgebildet werden. Man gewinnt dadurch außer schweißtechnischen Vorteilen eine erhöhte Steifheit der Verstärkungskonstruktion.In the case of pipe sockets made of high-strength material, the box girder can be made from less solid material with greater wall thickness can be formed. One wins as a result, apart from the advantages of welding technology, there is an increased rigidity of the reinforcement structure.

Der Hohlraum des Trägers kann mit einer druckfesten Füllmasse ausgefüllt sein. -Effolgt--die Füllung mit Beton, so wird dabei außer dem Rostschutz des Innenraumes noch eine gewisse Versteifung des Trägers erzielt.The cavity of the carrier can be filled with a pressure-resistant filling compound be. - Follows - the filling with concrete, besides the rust protection of the interior still achieved a certain stiffening of the beam.

Der erfindungsgemäße Verstärkungsbügel wurde aus Gründen der einfacheren Darstellung an Hand eines symmetrischen Rohrverzweigungsstückes beschrieben; seine Anwendung in entsprechend angepaßter Form ist aber auch bei unsymmetrischen Rohrverzweigungsstücken möglich.The reinforcement bracket according to the invention was for the sake of simpler Representation described on the basis of a symmetrical pipe branching piece; his However, it can also be used in an appropriately adapted form for asymmetrical pipe branching pieces possible.

Claims (2)

Patentansprüche: 1. Rohrverzweigungsstück mit einem sichelförmigen Verstärkungsbügel, der zwischen die Abzweigstutzen eingeschweißt ist und einen keilförmigen Querschnitt aufweist, d a d u r c h g e - kennzeichnet, daß der Verstärkungsbügel als im Querschnitt dreieckiger Kastenträger(10) ausgebildet ist und daß die theoretische Durchdringungslinie (14) der Abzweigstutzen (2, 3) innerhalb des Dreieckquerschnittes verläuft. Claims: 1. Pipe branching piece with a sickle-shaped reinforcing bracket which is welded between the branch connections and has a wedge-shaped cross-section, d a d urch g e - indicates that the reinforcing bracket is designed as a box girder (10) with a triangular cross-section and that the theoretical penetration line ( 14) the branch pipe (2, 3) runs within the triangular cross-section. 2. Rohrverzweigungsstück nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kastenträger (10) aus Material gleicher Qualität und Wandstärke wie die Rohrstutzen (1, 2, 3) des Verzweigungsstückes hergestellt ist. 3. Rohrverzweigungsstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum des Kastenträgers (10) in an sich bekannter Weise mit einer druckfesten Füllmasse ausgefüllt. ist. 4. Rohrverzweigungsstück nach Anspruch 2, mit symmetrischem Aufbau, dadurch gekennzeichnet, daß der Spitzenwinkel des Dreieckquerschnittes des Kastenträgers halb so groß ist wie der Winkel der in der Rohrachsenebene liegenden, dem Kastenträger zugewandten Mantellinien der Abzweigstutzen, daß die zwischen den Ab- zweigstutzen befindliche abschließende Seite (11) des Querschnittes senkrecht zur Durchdringungsebene (D) der Abzweigstutzen steht und daß schließlich der innere Scheitelpunkt (7-) des Querschnittes in der Rohrachsenebene an einer Stelle liegt, über welcher sich, senkrecht zur Rohrachsenebene betrachtet, an der theoretischen Durchdringungslinie (14) das Verhältnis (V2/R2) der zur Rohrachsenebene senkrechten Komponente (V2) der Ringkraft zur Ringkraft (R,) im Bereich von 0,5 bis 0,8 befindet (F i g. 4). In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1112 356; schweizerische Patentschriften Nr. 243 657,333 638; Zeitschrift »Der Stahlbau«, 20. Jahrgang, 1951, H. 4, S. 45/46; 30. Jahrgang, 1961, H. 11, S. 350. 2. Pipe branching piece according to spoke 1, characterized in that the box girder (10) is made of material of the same quality and wall thickness as the pipe socket (1, 2, 3) of the branching piece. 3. Pipe branching piece according to claim 1, characterized in that the cavity of the box girder (10) is filled in a manner known per se with a pressure-resistant filling compound. is. 4. manifold piece according to claim 2, having a symmetrical structure, characterized in that the apex angle of the triangular cross section of the box beam is half as large as the angle of the in-tube axis plane, facing the box girder surface lines of the branch pipe that the final located between the branch socket Side (11) of the cross-section is perpendicular to the penetration plane (D) of the branch pipe and that finally the inner vertex (7-) of the cross-section lies in the pipe axis plane at a point above which, viewed perpendicular to the pipe axis plane, lies on the theoretical penetration line (14 ) the ratio (V2 / R2) of the component (V2) perpendicular to the pipe axis plane of the ring force to the ring force (R,) is in the range from 0.5 to 0.8 ( FIG. 4). Documents considered: German Auslegeschrift No. 1 112 356; Swiss patents No. 243 657,333 638; Journal "Der Stahlbau", 20th year, 1951, no. 4, p. 45/46; Volume 30 , 1961, no. 11, p. 350.