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Vorrichtung zum Ausgleich von im Betriebe auftretenden Biegungsmomenten,,
wie Stutzen von Rohrleitungen, Maschinen-üsw., mittels Gegenmomente Bei Einrichtungen
der verschiedensten Art treten im Betriebe infolge wechselnder Betriebszustände
in Anschlußstücken, Abzweigungen o. dgl. von Rohrleitungen oder sonstigen Bau- oder
Maschinenelementen Biegungsmomente auf, die gegebenenfalls zur über-.lastung der
Abzweigungen-_o. dgl. führen können, Derartige Erscheinungen treten z. B. auf bei
Anschlußstutzen von Rohrleitungen, mit denen diese Rohrleitungen, beispielsweise
an' Turbinen, an große Behälter o. dgl. angeschlossen sind. In diesen .Fällen ist
in der Regel die Erwärmung der Rohrleitungen bei Inbetriebsetzung der Vorrichtung
und gegebenenfalls das Erkalten der Rohrleitungen bei Außerbetriebsetzung der Rohrleitungen
und die dadurch bedingten Ausdehnungen oder Zusammenziehungen des Rohres Ursache
des Biegungsmomentes. _ Man hat bereits vorgeschlagen, durch Gewichtshebel derartige
im- Betriebe auftretende Biegungsmomente auszugleichen, indem man mittels dieser
Gewichtshebel Gegenmomente erzeugte. - Diese Gewichtshebel wurden bei Anschluß der
# in Frage kommenden Rohrleitungen an die Dampfquelle entweder von Hand zur Wirkung
gebracht, so daß man also auf die Aufmerksamkeit des Bedienungspersonals angewiesen
war, oder in Dauereinschaltung, so daß die Belastung bei Betriebspausen ein schädliches
Moment erzeugte.
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Der Erfindung gemäß werden nun die Gegenmomente selbsttätig durch
den Betriebsvorgang, z. B. durch die Rohrlängsverscliiebung, die Rohrdehnung o.
dgl., in Wirkung gesetzt. Dabei können die Gegenmomente durch den Betriebsvorgang
selbst erzeugt werden oder aber durch den Betriebsvorgang lediglich geschaltet werden,
In beiden Fällen können die Gegenmomente entweder lediglich in maximale.-' Größe
in oder außer Wirkung gebracht: werden, oder sie -können
auch selbsttätig
der jeweiligen Größe des durch den Betriebsvorgang entstehenden Biegungsmomentes
angepaßt werden.
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Auf der Zeichnung sind Ausführungsformen. des Erfindungsgegenstandes
schematisch d4r@" gestellt, und zwar ist der Einfachheit halber`' in allen Ausführungsformen
angenommen, daJ es sich um den Anschluß einer geraden Dampfrohrleitung i mittels
Abzweigleitung z an den Anschlußstutzen 3 einer Turbine q. handelt. Wie oben erwähnt,
kann statt der Turbine auch ein sonstiger Behälter, Maschine, Rohrleitung usw. in
Frage kommen. Statt der Wärmedehnungen kommen unter Umständen auch mechanische Belastungen
als Ursache des Biegungsmomentes in Frage, wie sie z. B. beim vorübergehenden Anschluß
eines Rohres an einen ortsfesten Behälter durch die beim Anschluß auftretende Längsverschiebung
eintreten können. Derartige mechanisch verursachten Biegungsmomente können auch
bei vollen Bauteilen, also nicht nur bei Rohren, auftreten. Auch Innendrücke usw.
können die gleichen Wirkungen herbeiführen. Als das Gegenmoment eizeugende Vorrichtungen
können auch hydraulisch, elektrisch, magnetisch oder sonst irgendwie gesteuerte
Organe versehen werden, auf die in den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen
nicht näher eingegangen wird. Bei der Ausführungsform nach Fig. i ist an das Rohr
i, das bei 5 seinen Festpunkt hat, ein doppelarmiger Hebel 6 angeschlossen, der
bei 7 ortsfest, aber drehbar gelagert ist, mit seinem Ende-8 an das Rohr i aasgelenkt
und mit seiner Gabel 9 den durch Schellen io an den Anschlußstutzen der Turbine
q: starr verbundenen einarmigen Hebel i t umfaßt.
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Wie Fig. i a erkennen läßt, kann in der Gabel eine Feder 12 angeordnet
sein, welche gewisse Relativbewegungen zwischen der Gabel 9 und dem Arm i i zuläßt.
Gelegentlich kann auch eine auf der anderen Seite angeordnete Feder von Wert sein.
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Wenn das Rohr i an die Dampfquelle angeschlossen wird, erwärmt es
sich und streckt sich infolge Wärmedehnung vom Festpunkt aus nach links. Dadurch
wird durch das Rohr i auf den Anschlußstutzen 3 der Turbine ein Biegungsmoment im
Sinne des Uhrzeigers ausgeübt, das gegebenenfalls zu erheblichen Störungen, z. B.
zum Bruch des Stutzens oder zum Abheben der Turbine von ihrem Fundament, führen
kann. Durch die aus den Teilen 6 bis i i bestehende Vorrichtung wird selbsttätig
ein dem Biegungsmoment entgegenwirkendes Biegungsmöment ausgeübt, das den Stutzen
entlastet. An der Verschiebung des Rohres i nimmt nämlich auch das Ende 8 des Hebels
6 teil; so daß dieser Hebel im Sinne des Uhrzeigers um seinen - Drehpunkt schwingt.
Der Hebel i i der Schelle i o wird dadurch entgegengesetzt dem Sinne des Uhrzeigers
ausgeschwenkt, bzw. der Hebel hat das Bestreben, in der geschilderten Weise "auszuschwingen.
Jedenfalls wird durch ihn äüf den Zapfen ein Drehmoment entgegen dem zuerst erwähnten
Biegungsmoment ausgeübt. Die Größe des Drehmomentes richtet sich nach den gewählten
Hebellängen, die den gewünschten Verhältnissen entsprechend gewählt werden: Es kann
vorteilhaft sein; wie in Fig. i a dargestellt ist, zwischen dem Ende des Hebels
i r und mindestens einem der Zinken 9 eine Feder einzuschalten, uni gewisse Relativbewegungen
zwischen Hebel und Gabel zuzulassen, dabei aber die Kraft aufzuspeichern, also trotz
dieser Relativbewegung das Entstehen des gewünschten Gegenmomentes zu sichern. Derartige
Relativbewegungen können auch durch entsprechende elastische Aus= bildurig der Hebel
ermöglicht werden. Besondere federnde Glieder ergeben den Vorteil; ein jeweils bestimmtes
größtes Gegenmoment einstellen zu können.
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Es können im übrigen auch bestimmte Spielräume zwischen den Gliedern
der Vorrichturig zur Erzeugung des Gegenmomentes vorgesehen werden.-Bei der Ausführungsform
nach Fig.2 ist die Verwendung des zur Umkehrung der Kräfte dienenden zweiarmigen
Hebels 6 dadurch unnötig gemacht, däß der Arm z i der Schelle io an eine jenseits
des Festpunktes 5 der Rohrleitung liegende Stelle 13 angeschlossen ist. Wenn sich
ßer links vom Festpunkt liegende Teil der Rohrleitung infolge der Wärmedehnung nach
links ausdehnt, so dehnt sich- der rechts vom Festpunkt liegende Teil nach rechts
aus. Der den Hebel i i mit dem Punkt 13 verbindende Lenker i q. versucht
also den Hebel i i entgegengesetzt dem Sinne des Uhrzeigers auszuschwingen und erzeugt
so ein Gegenmoment, das deni durch das Abzweigrohr 2 im Anschlußstutzen 3 erzeugten
Biegungsmoment entgegengesetzt ,gerichtet ist.
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Bei der Ausführungsform nach Fig.3 erfolgt der Anschluß des Hebels
i i an die Rohrleitung i über ein endloses Seil oder eine Kette 15, das über
Rollen 16 geführt ist. Das eine Trum dieses Seiles ist bei 17 mit
der Rohrleitung i, das andere Trum ist bei i 8 mit dem Hebel i i verbunden. Das
Seil bewirkt hierbei die gewünschte Umkehrung der Bewegungsrichtung. Auch bei den
Ausführungsformen nach Fig.2 und 3 können Relativbewegungen durch Spielräume oder
Zuschalten federnder Elemente zugelassen werden. , Bei der Ausführungsform nach
Fig. q: wirkt, solange die Rohrleitung i warm ist, der Gewichtshebel i9- über das
Seil 2o auf den
Hebel i i der Schelle i o und erzeugt so das gewünschte
Gegenmoment. Wird das Rohr von der Dampfquelle abgeschaltet, so zieht es sich infolge
der - Erkaltung zusammen. Der an der. Rohrleitung angebrachte Nocken z i stößt gegen
den Ansatz 22 des Gewichtshebels ig und schwenkt infolgedessen den Gewichtshebel
um - seinen -Zapfen 23 entgegengesetzt im Sinne des Uhrzeigers; infolgedessen werden
das Seil 20 und der Schellenhebel entlastet.
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Während bei den Ausführungsformen nach den Fig. i bis 3 das Gegenmoment
mit dem Biegungsmoment wächst, erfolgt die Be- und Entlastung nach dem Ausführungsbeispiel
¢ verhältnismäßig . plötzlich. In diesem Falle ist es zweckmäßig, zwischen dem Nocken
21 und dem Gewichtshebelansatz 22 im Zustande der maximalen Rohrdehnung ein Spiel
zu lassen und dieses Spiel derart zu wählen, daß Be- und Entlastung in einem Zwischendehnungszustand
der Rohrleitung erfolgt. Durch Einfügung -elastischer Glieder kann eine allmähliche
Aufbringung und Abnahme des Gegenmomentes erzielt werden.
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Die Ausführungsform nach den Fig. 5 und 6 ist für den Fall gedacht,
daß. die Rohrleitung i in kaltem Zustande mit einer gewissen Vorspannung an den
Rohrstutzen 3 angeschlossen ist. Diese Vorspannung wird zunächst beim Erwärmen der
Rohrleitung ausgeglichen, bei der weiteren Erwärmung bis zur BetriebsnormaItemperaturtritt
dann eine Spannung in entgegengesetzter Richtung und von z. B. gleicher Größe-wie
die Vorspannung ein.
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Bei den Ausführungsformen der Fig. 5 und 6 sind nun zwei Vorrichtungen
zur Erzeugung von= Gegenmomenten angebracht, von - denen eine zum Ausgleich des
durch.die Vorspannung im Anschlußstutzen 3 erzeugten Biegungsmomentes, die andere
zum Ausgleich der Betriebsspannung dient.
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Die Vorrichtungen entsprechen jede im wesentlichen der in Fig. 4 dargestellten.
Der Unterschied der in den Fig. 5 und 6 dargestellten Vorrichtungen besteht lediglich
darin, daß bei der Ausführungsform nach Fig.5 zur Betätigung der Ausgleichsvorrichtungen
zwei Nocken 2 i und 21" dienen, während bei der Ausführungsform nach Fig.6 ein ein-.
ziger Nocken 2 i zwischen den beiden Gewichtshebelansätzen 22 angebracht ist.
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Die Ausführungsform nach Fig. 7 weicht nur dadurch von den Ausführungsformen
nach Fig. 4 bis 6 ab, daß die Rohrleitung i nicht direkt durch einen Nocken auf
den Gewichtshebel ig einwirkt, sondern dieser Nocken gib über ein Seil 24 mit dem
. Gewichtshebel ig verbunden ist.* Beim Erwärmen der Rohrleitung läßt das - Seil
--4 infolge der Linksbewegung des Nockens ,erb den Hebel i9 nach unten frei zwecks.
Erzeugung des Gegenmomentes; beire Erkalten der Rohrleitung, i nimmt das Seil
24 infolge der Rechtsverschiebung des Nockens 2 iv die Wirkung des Gewichtshebels
i9 auf; so daß also das nach dem Schellenhebel i i führende Seil 2o entlastet wird.
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Wie die Fig. 8 a, '8 b, 9, i o und i i zeigen, kann auch bei Anwendung
derartiger Gewichtshebel die Anpassung des Gegenmomentes an das durch Dehnung hervorgerufene
Biegungsmoment bezüglich der Größe bei den verschiedenen Dehnungszuständen erreicht
werden. Bei allen diesen Ausführungsformen ist das Gewicht auf den Gewichtshebel
selbsttätig verschiebbar, was. zweckmäßig in Anpassung an das auftretende Biegungsmoment
unter Berücksichtigung der jeweils gewählten Vorspannung erfolgen kann.
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Bei der Ausführungsform nach den Fig. 8 a und 8b befindet sich das
Gewicht zwischen zwei an der Rohrleitung i befestigten Nocken 21, und zwar so, daß
es sich zwischen diesen Nocken--auf- und 'abwärts bewegen, also seine Wirkung auf
den darunter befindlichen Gewichtshebel i g" frei ausüben kann.
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Wenn die Rohrleitung i betriebsmäßig, also maximal erw=ärmt ist, befindet
sich das Gewicht 25 etwa am linken Ende des linken Gewichtshebelarmes; wenn dagegen
die Rohrleitung kalt ist; befindet sich das Gewicht 25 am rechten Ende des rechten
Gewichtshebelarmes. Bei dieser- Vorrichtung ist wieder angenommen, daß die Rohrleitung
i mit Vorspannung eingebaut ist, und zwar derart, daß bei Erwärmung der Rohrleitung
zunächst ein Aufheben der Vorspannung und sodann eine Spannung in entgegengesetzter
Richtung entsteht.
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Der nach unten gerichtete - Arm igb des Gewichtshebels ist durch Seile
26 mit Armen i i der Schelle io verbunden. Der Gewichtshebel gleicht zunächst das
der Vorspannung entsprechende Biegungsmoment und sodann das durch die Dehnung erzeugte,
entgegengesetzte, überschüssige Biegungsmoment nach Größe und Richtung aus.
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Die Fig. 8.a zeigt die Vorrichtung im Betriebszustande, Fig. B b dagegen
im kalten Zustande.
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Fig:9 zeigt eine ähnlich wirkende Einrichtung. Das Gewicht 25 wird
wieder von zwei Nocken 2i, mitgenommen, so daß es sich in einen Schlitz 26 des Gewichtshebels
ig- verschiebt. Der nach oben gerichtete Ansatz I 9b greift -in eine- Gabel
27 des doppelarmigen: Hebels 28 ein, dessen zweite Gabel 29 das Ende des
Schellenhebels i i umfaßt und so die Wirkung des Gewichtshebels- unmittelbar auf
den Schellenhebel überträgt.
Bei der Ausführungsform nach Fig. io
wird das Gewicht 25 im Schlitz 26 des Gewichts-__ hebels i 9 durch einen mittels
gabelförmiger Ausbildung einen oder zwei Zapfen des Gewichtes umfassenden zweiarmigen
Hebels 3o verschoben. Dieser Hebel 3o ist hei 31 drehbar gelagert und bei 32 mit
einem an der Rohrleitung angelenkten Lenker 33 verbunden. Die Arme des Hebels 3o
sind ungleich lang. Der längere Arm befindet sich an der Seite des Belastungsgewichtes.
Infolge der Ungleicharmigkeit wird ein kleiner Rohrdehnungsweg auf einen größeren
Verschiebungsweg des Belastungsgewichtes-übersetzt.
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Der nach oben gerichtete Arm i9L des Gewichtshebels wirkt mittels
des Lenkers 3q. auf den Schellenhebel i i ein.
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Die Ausführungsform nach Fig. i i entspricht der Ausführungsform nach
Fig. i o lediglich mit dem, Unterschied, däß der doppelarmige Hebel3o, der hier
ebenfalls ungleicharmig ist, das Gewicht 25 nicht unmittelbar mittels Gabel, sondern
durch einen Lenker 3 5 mitnimmt.
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Schließlich zeigt die Ausführungsform nach Fig.12 noch die Anwendung
eines zweiten Gewichtshebels 36 zur Entlastung des das Gegengewicht erzeugenden
Gewichtshebels i9. Bei der Erwärmung der Rohrleitung i wird mittels des an den Nocken
2 z angeschlossenen Seiles 37 der Gewichtshebel 36 angehoben, so daß sein Ansatz
38 den Gewichtshebel 19 freigibt zwecks Erzeugung des Gegenmomentes.