Rohrverteilstück für Druckrohrleitungen Die Erfindung betrifft ein Rohrverteilstück für Druckrohrleitungen, beispielsweise für Wasserkraft anlagen, bei welchem ein Zulauf-Rohrschenkel und mindestens zwei Ablauf-Rohrschenkel vorhanden sind.
Beim Betrieb von Verteilleitungen von Wasser kraftanlagen entstehen an den Rohrverzweigungen oder Rohrabzweigungen nicht unbedeutende örtliche Energieverluste. Diese Verluste werden insbesondere dann gross, wenn nur in einen Ablauf die vorgesehene Wassermenge fliesst, während der andere Ablauf ge drosselt ist.
Anderseits treten im Verzweigungsstück beson ders an den Stossstellen der einzelnen Rohrschenkel hohe Festigkeitsbeanspruchungen auf, die durch An ordnung von Verstärkungsrippen oder dergleichen reduziert werden müssen.
Die Erfindung bezweckt, die genannten Energie verluste auf ein erträgliches Mass herabzusetzen und dem Verteilstück eine festigkeitsmässig so günstige Form zu geben, dass mit einem Minimum an Ver stärkungsrippen ausgekommen werden kann. Bei einem Rohrverteilstück der eingangs umschriebenen Art nimmt zu diesem Zweck der Durchflussquerschnitt des Zulauf-Rohrschenkels in Strömungsrichtung zu.
Auf diese Weise wird die Strömungsgeschwindig keit an der Verzweigungsstelle herabgesetzt, womit die annähernd dem Quadrat der Zulaufgeschwindigkeit proportionalen Energieverluste gesenkt werden.
In sich erweiternden Zulauf-Rohrschenkel .soll dabei eine möglichst verlustlose Umsetzung von Strömungsenergie in Druckenergie stattfinden. Der Er weiterungswinkel (z. B. halber Kegelspitzenwinkel) des Rohrschenkels darf deshalb nicht zu gross sein, damit eine Ablösung der Strömung von der Rohr wand mit Sicherheit vermieden werden kann. Ein weiterer Vorteil des zunehmenden Durch flussquerschnittes des Zulauf-Rohrschenkels ist der Umstand,
dass sich der Umlenkwinkel der Strömung an der Stossstelle zwischen Zu- und Ablauf-Rohr- Schenkel verkleinert und so eine sanftere Umlen kung eintritt.
Die Verkleinerung dieses Umlenkwinkels hat aber auch einen bedeutenden Vorteil bezüglich der Festig keit des Verteilstückes zur Folge. Die genannte Stoss partie kommt dadurch nämlich in eine Form, die sich einem Hohlkugelstück, also der festigkeitsmässig optimalen Form, nähert.
Diese Annäherung lässt sich besonders gut errei chen, wenn man zudem den Durchflussquerschnitt der Ablauf-Rohrschenkel in Strömungsrichtung abneh men lässt, wobei der Verengungswinkel der Ablauf- Rohrschenkel grösser sein kann als der erwähnte Er weiterungswinkel des Zulauf-Rohrschenkels.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes in vereinfachter Dar stellung veranschaulicht. Es zeigen: Fig.l einen axialen Vertikalschnitt durch ein Rohrverzweigungsstück nach der Linie 1-I der Fig. 2, Fig.2 einen Schnitt nach der Linie 11-II der Fig. 1,
Fig.3 einen axialen Vertikalschnitt durch ein Rohrabzweigungsstück nach der Linie III-III der Fig. 4 und Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 3.
Das in Fig. 1 und 2 dargestellte Rohrverzwei- gungsstück besteht aus einem Rohrteil 1, einem Zu lauf-Rohrschenkel 2, den Ablauf-Rohrschenkeln 3 und 4, den Rohrteilen 5 und 6 und einer sichel förmigen Rippe 7. Das in Fig. 3 und 4 gezeigte Rohrabzweigungs- stück besteht aus einem Rohrteil 8, einem Zulauf Rohrschenkel 9, den Ablauf-Rohrschenkeln 10 und 11, den Rohrteilen 12 und 13 und einer der Rippe 7 ähnlichen sichelförmigen Rippe 14.
Eine Umlenk- stelle ist mit 15 bezeichnet.
Bei beiden Ausführungsbeispielen nimmt der Durchflussquerschnitt des Zulauf-Rohrschenkels 2 bzw. 9 in Strömungsrichtung zu.
Der Durchflussquerschnitt der Ablauf-Rohrschen- kel 3 und 4 bzw. 10 und 11 dagegen nimmt in Strö mungsrichtung so ab, dass das Wasser nach dem Durchgang durch die Verzweigung wieder eine der Zulaufgeschwindigkeit entsprechende Ablaufgeschwin digkeit hat.
In Fig. 3 und 4 ist gezeigt, wie die Rohrschenkel 9, 10, 11 die gleiche gedachte, gestrichelt gezeich nete Kugel berühren, deren Mittelpunkt im gemein samen - Schnittpunkt der Achsen der Rohrschenkel liegt. Dadurch entstehen ebene Durchdringungen der einzelnen Rohrteile, womit ebene Verstärkungsrippen ermöglicht werden.
Während die Festigkeitsbeanspruchung an den stumpfwinkligen Übergängen vom Zulauf-Rohrschen- kel 2 bzw. 9 zu den Ablauf-Rohrschenkeln 3, 4 bzw. 10, 11 infolge der beschriebenen Erweiterung bzw. Verengung dieser Stücke reduziert wird, wird die Be anspruchung am spitzwinkligeren Übergang zwischen den beiden Ablauf-Rohrschenkeln 3, 4 bzw. 10, 11 dadurch herabgesetzt, dass die Durchdringungskanten dieser Rohrschenkel 3, 4 bzw. 10, 11 mit einer in das Rohrinnere reichenden Verstärkung versehen sind.
Diese wird durch die ebene, im Rohrinnern be findliche, sichelförmige Rippe 7 bzw. 14 gebildet. Eine solche Rippe hat den Vorteil geringsten Mate- rialaufwands bei guter Versteifung der Durchdrin- gungskanten.
Der Vorteil der erfindungsgemässen Massnahmen in strömungstechnischer Hinsicht kommt bei Ab zweigungen oder Verzweigungen mit einer solchen an den Durchdringungskanten der Ablauf-Rohrschen- kel angebrachten, ins Rohrinnere reichenden Ver stärkung besonders zur Geltung.
Bei einseitigem Durchfluss bildete hier bei den bekannten Ausfüh rungen eine Rippe oder dergleichen ein Strömungs hindernis mit grossem Energieverbrauch, und es wird erst durch die Erfindung möglich, die konstruktiv und festigkeitsmässig günstige Innenrippe beizube halten und trotzdem brauchbar kleine Werte an Energieverlust zu erreichen.
Bei dem in Fig. 3 und 4 dargestellten Rohrab- zweigungsstück liegen in der Ebene durch die Achsen der beiden Ablauf-Rohrschenkel die dem abzweigen den Ablauf-Rohrschenkel 11 gegenüberliegenden Mantellinien des Zulauf-Rohrschenkels 9, des anderen Ablauf-Rohrschenkels 10 und der an die letztge nannten Rohrschenkel anschliessenden Rohrleitungs- teile 8 und 12 in einer Geraden.
Dadurch ergeben sich besonders günstige Strömungsverhältnisse für den geraden Hauptstrang 8, 9, 10, 12, weil die Verstär kungsrippe 14 in Achsrichtung des Rohrteiles 12 ge sehen weniger in den Querschnitt dieses Ablaufrohr teiles 12 hereinragt. Daneben wird durch die ge nannte Massnahme auch der Umlenkwinkel an der Stelle 15 für die Abzweigung 11, 13 kleiner, wodurch die Strömungsverhältnisse auch für die Abzweigung günstiger werden.
Pipe distributor for pressure pipelines The invention relates to a pipe distributor for pressure pipelines, for example for water power plants, in which an inlet pipe limb and at least two outlet pipe limbs are present.
When operating distribution lines for hydropower plants, there are significant local energy losses at the pipe branches or pipe branches. These losses are particularly great if the intended amount of water flows into only one drain while the other drain is throttled.
On the other hand, high strength stresses occur in the branching piece, especially at the joints of the individual pipe legs, which must be reduced by arranging reinforcing ribs or the like.
The aim of the invention is to reduce the energy losses mentioned to a tolerable level and to give the distributor a shape which is so favorable in terms of strength that it is possible to manage with a minimum of reinforcing ribs. In the case of a pipe distributor of the type described at the outset, the flow cross-section of the inlet pipe limb increases in the flow direction for this purpose.
In this way, the flow rate is reduced at the branch point, so that the energy losses, which are approximately proportional to the square of the inflow speed, are reduced.
In the widening inlet pipe legs, the conversion of flow energy into pressure energy should take place with as little loss as possible. The widening angle (e.g. half the apex angle) of the pipe leg must therefore not be too large, so that the flow can be reliably prevented from separating from the pipe wall. Another advantage of the increasing flow cross-section of the inlet pipe leg is the fact
that the deflection angle of the flow at the junction between the inlet and outlet pipe legs is reduced and so a gentler deflection occurs.
The reduction in this deflection angle also has a significant advantage in terms of the Festig speed of the distributor. The abovementioned joint part comes into a shape that approximates a hollow spherical piece, ie the optimal shape in terms of strength.
This approximation can be achieved particularly well if one also lets the flow cross-section of the outlet pipe legs decrease in the direction of flow, the constriction angle of the outlet pipe legs being greater than the mentioned widening angle of the inlet pipe leg.
In the drawing, two embodiments of the subject invention are illustrated in a simplified Dar position. The figures show: FIG. 1 an axial vertical section through a pipe branching piece along the line 1-I in FIG. 2, FIG. 2 a section along the line 11-II in FIG. 1,
3 shows an axial vertical section through a pipe branch piece along the line III-III in FIG. 4 and FIG. 4 shows a section along the line IV-IV in FIG. 3.
The pipe branching piece shown in FIGS. 1 and 2 consists of a pipe part 1, an inlet pipe leg 2, the outlet pipe legs 3 and 4, the pipe parts 5 and 6 and a sickle-shaped rib 7. The one in FIGS 4 consists of a pipe part 8, an inlet pipe leg 9, the outlet pipe legs 10 and 11, the pipe parts 12 and 13 and a sickle-shaped rib 14 similar to the rib 7.
A deflection point is denoted by 15.
In both exemplary embodiments, the flow cross-section of the inlet pipe leg 2 or 9 increases in the direction of flow.
The flow cross-section of the outlet pipe legs 3 and 4 or 10 and 11, on the other hand, decreases in the direction of flow so that the water, after passing through the branch, again has an outlet speed corresponding to the inlet speed.
In Fig. 3 and 4 it is shown how the pipe legs 9, 10, 11 touch the same imaginary, dashed gezeich designated ball, the center of which is in common - the intersection of the axes of the pipe legs. This creates flat penetrations of the individual pipe parts, which enables flat reinforcing ribs.
While the strength stress on the obtuse-angled transitions from the inlet pipe legs 2 or 9 to the drain pipe legs 3, 4 or 10, 11 is reduced as a result of the described expansion or narrowing of these pieces, the load on the acute-angled transition between the two drain pipe legs 3, 4 and 10, 11 reduced in that the penetration edges of these pipe legs 3, 4 and 10, 11 are provided with a reinforcement reaching into the pipe interior.
This is formed by the flat, be sensitive inside the tube, sickle-shaped rib 7 and 14, respectively. Such a rib has the advantage of the lowest possible material expenditure with good stiffening of the penetration edges.
The advantage of the measures according to the invention in terms of flow technology comes into its own in the case of branches or branches with such a reinforcement which is attached to the penetration edges of the outlet pipe legs and extends into the pipe interior.
In the case of one-sided flow, a rib or the like formed a flow obstacle with high energy consumption in the known designs, and it is only possible through the invention to maintain the structurally and strength-wise favorable inner rib and still achieve usefully low values of energy loss.
In the pipe branching piece shown in FIGS. 3 and 4, the surface lines of the inlet pipe leg 9, the other drain pipe leg 10 and the one opposite the branch off the drain pipe leg 11 lie in the plane through the axes of the two drain pipe legs Pipeline parts 8 and 12 adjoining the latter pipe legs in a straight line.
This results in particularly favorable flow conditions for the straight main strand 8, 9, 10, 12, because the reinforcement rib 14 in the axial direction of the pipe part 12 ge see less in the cross section of this drain pipe part 12 protrudes. In addition, as a result of the measure mentioned, the deflection angle at point 15 for the junction 11, 13 is smaller, as a result of which the flow conditions are also more favorable for the junction.