DE732853C - Einrichtung zur Bestimmung der Kraefte in Rohrleitungen mittels Modellversuch - Google Patents

Description

Wenn man einen Kessel mit einer Turbine verbindet, so muß bei der Aufstellung des Rohrplanes darauf Rücksicht genommen werden, daß auf die Turbine keine Verwindungskräfte übertragen werden, die die Achse der Turbine aus der Achse der angetriebenen Maschine herausrücken könnten oder gefährliche Kräfte im Turbinenfundament hervorrufen. Auch dürfen die Biegungskräfte in der Rohrleitung nicht so groß werden, daß sie ein Undichtwerden der Rohrverbindungen oder gefährliche Beanspruchungen der Rohrwandung hervorrufen könnten. Die hierbei zu überwindenden Schwierig-

»5 keiten sind besonders groß, wenn es sich um hohe Drücke und Temperaturen handelt oder Rohrleitungen von besonders großem Durchmesser vorliegen. Es besteht zwar die Möglichkeit, die Rohrleitungen rechnungsmäßig zu erfassen, jedoch sind die Schwierigkeiten hierbei recht erheblich, vor allem dann, wenn die Rohrleitung nicht· in einer Ebene, sondern nach einer Raumkurve verläuft. Die Berechnungen sind dann sehr lang und zeitraubend. Um derartige Berechnungen zu vermeiden, besteht die weitere Möglichkeit, entsprechend dem an sich auf anderen Gebieten bekannten Gedanken, den Modellversuch zur Vorausbestimmung der gesuchten Beanspruchungen heranzuziehen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Durchführung eijnes derartigen Modellversuchs und soll eine zweckmäßige Ausbildung für sie im Hinblick auf das besondere Anwendungsgebiet schaffen. Hierbei geht die Erfindung auf Grund des Vorbildes bekannter Anordnungen, die ähnlichen Zwecken dienen, von einer Einrichtung aus, welche zur Voraus-

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bestimmung der an den Anschlußstellen einer räumlichen Rohrleitung infolge Ausdehnung auftretenden Kräfte und Momente eine Modellrohrleitung benutzt, die meßbaren Kräften und Momenten unterworfen wird, die denen der endgültigen Rohrleitung ähnlich sind und aus denen die endgültigen Beanspruchungswerte errechnet werden. Die Erfindung besteht darin, daß eine solche Einspannvorrichtung für das Modellrohr verwendet wird, die' dieses an einem Ende drehfrei faßt und bei der außerdem durch einen in Richtung der auftretenden Ausdehnung beweglichen Teil die Rohrkräfte und Biegungen herbeigeführt werden, während in einem zweiten feststehenden, mit Meßinstrumenten ausgerüsteten Teil die Beanspruchungswerte am anderen Ende nach den drei Koordinatenrichtungen ermittelt werden.

Die Abbildungen zeigen ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung nach der Erfindung. In den Fig: 1 und 2 sind zwei Ansichten einer im Raum verlaufenden Rohrleitung 5 dargestellt, die dazu dienen möge, einen Kessei 6 mit einer Turbine 7 zu verbinden. Stellt man die Koordinatenrichtungen der Ausdehnungs- und Endbewegungen durch a, b und c dar (Fig. 3 und 4), dann bestimmt die Resultierende r_x = ] a~ + ß den Winkel cn. gegenüber α und die Resultierende e — ] c^+ä* +T* den Winkel ß, bezogen auf die Ebene von α und b. Die Richtung von e ist die Richtung der Ausdehnung der Rohrleitung und der Endbewegung. Der Vektor e stellt die Verlagerung des Rohrleitungsendes gegenüber der Auflage dar, die eintreten würde, wenn das Ende der Rohrleitung und ihre Auflage so betrachtet werden, als wenn sie nicht verbunden seien. Wenn man also das Rohrleitungsende mit der Auflage wieder zusammenbringen will, so muß die Rohrleitung um einen Betrag angespannt werden, dessen Vektor gleich, aber entgegengesetzt gerichtet zu e ist. Wenn die Vektoren a, b und c die Ausdehnung in den drei Koordinatenrichtungen bedeuten, kann man die Resultierenden t\ und e und die Winkel α und β aus der Fig. 3 entnehmen.

In Fig. 4 stellt 8 ein verkleinertes Modell der Rohrleitung nach den Fig. 1 und 2 dar, wobei die Richtungen der Ausdehnungen a, b und c die Winkel α und β eingezeichnet sind. Das eine Ende der Rohrleitung 8 ist fest bei 9 in den beweglichen Support 10 eingeklemmt, während das andere Ende bei π am festen Support 12 befestigt ist. Die beiden ; Supporte ruhen auf einer Platte 14. Bei die- ■ ser Anordnung sind die Enden der Modellleitung so eingespannt, daß sie sich, nicht · drehen können. Das eine Ende wird in der ; Richtung der Ausdehnung bewegt, wobei die Reaktionskräfte, die hierbei entstehen, am festen Ende bestimmt werden. Der Support 10 ist so ausgestaltet, daß das bei 9 eingespannte Ende der Rohrleitung in der Riehtung der Ausdehnung oder in der Richtung der Resultierenden e bewegt werden kann.

Der Support 12 ist auf der Platte 14 befestigt, während der Support 10 einstellbar ist, z. B. in der Weise, daß die Grundplatte 7« 16 des Winkelstückes 17 durch Klammern 18 und Führungen 19 gehalten wird. Das Winkelstück hat eine vertikale Wange 20 mit Schlitzen 21 zur Aufnahme \'on Bolzen 22, die das Führungsstück 2^ halten. Ein Schiitten 24 kann entlang des Führungsstückes mit Hilfe einer Spindel 25 verstellt werden. Der Schlitten hat eine Ouernut 26, in der der Block 2"] einstellbar befestigt werden kann. Dieser Block^tf27 trägt die Klammer 9. Mit Hilfe dieser Einrichtung kann das Winkelstück 17 an der Grundplatte 14 befestigt werden, und es können die Einstellungen vorgenommen werden, die im Hinblick auf die Abmessungen und die Gestalt der Modell- ⁸S leitung nötig sind. Das Winkelstück kann dabei so eingestellt werden, daß die vertikale Wange den Winkel α gegenüber einer Ecke der Grundplatte bestimmt, wobei die Rohrleitung so angeordnet wird, daß eine ihrer Richtungen parallel zu dieser Ecke ist. Durch weitere'Einstellungen wird die Richtung des Fußes des Schlittens 14 so gewählt, daß sie der Resultierenden e entspricht. Der Schlitten bestimmt dann den Winkel β gegenüber der Ebene der Grundplatte. Durch die Einstellungen der Tragkonstruktion der beweglichen Klammer und durch Einspannung der Enden der Rohrleitung in den Klammern in der Weise, daß sie sich nicht drehen können. kann das eine Ende der Modelleitung durch Einstellung des Schlittens 24 in der Richtung der Rohrleitungsdehnung eingestellt werden. Die· Vorschubeinrichtung 25 wird zur zunehmenden Bewegung des Endes der Rohr- i°5 leitung eingestellt, und es wird die Reaktion des Supportes 12 des festen Endes der Rohrleitung bestimmt in Beziehung auf die Ausbiegungen der Modelleitung.

Vor einer eingehenden Betrachtung des no festen Supportes 12 sei vorweg eine Erläuterung gewisser Grundsätze des Apparates und seiner Wirkungsweise gegeben. Die Reaktionskraft des festen Endes der Rohrleitung kann bestimmt werden als eine Kraft in jeder der drei Koordinatenrichtungen und als Moment in jeder der drei Koordinatenebenen. Diese drei Momente sind vorhanden, weil das Ende der Rohrleitung an jeder Drehbewegung gehindert ist. Diese sechs Koordinatenkräfte sind in der Fig. 6 durch die Kräfte P_x, P_v und P, und durch die Momente ΛΙ_Λν, M_vz

und M_zx in den drei Ebenen dargestellt. Jedes dieser drei Momente kann durch ein Kräftepaar ersetzt werden, von denen eine Kraft jeweils in der Koordinatenrichtung wirkt. So ist z. B. in Fig. 7 das Moment M_xy ersetzt durch zwei Kräfte in entgegengesetzter Richtung von der Größe —-f- und in

einem Abstand d voneinander, wobei eine der Kräfte in der Richtung von P_x liegt. Durch entsprechende Ersetzung der übrigen zwei Momente durch Kräftepaare ergeben sich die .sechs äquivalenten Kräfte der Fig. 7. Die sechs Koordinatenkräfte lassen sich leicht in die sechs äquivalenten Kräfte (Fig. 8) durch die folgenden Beziehungen umgestalten, die sich ohne weiteres aus den Fig. 7 und 8 entnehmen lassen.

■ = Ρχ —

■~^py

My₁

R_x, =

R - ^M

Umgekehrt können, wenn die äquivalenten Kräfte der Fig. 8 bekannt sind, die Koordinatenkräfte aus den folgenden Beziehungen ermittelt werden:

Die Befestigung 11 für das feste Ende der Rohrleitung 8 ist so angeordnet, daß jede der sechs äquivalenten Kräfte gemessen werden kann. Zu diesem Zweck wird, wie aus den Fig. 4, 5 und 9 entnommen werden kann, die Einspannvorrichtung 11 durch Bolzen gehalten, die in den positiven und negativen Richtungen der sechs äquivalenten Kräfte wirksam sind. In Fig. 9 stellen die Kräfte R_x und —R_x die Lage eines Stiftpaares 2^_x der Fig. 4 und 5 dar, die Kräfte R_xy und —R_xy die Stellung des Stiftpaares 2^_xy, die Kräfte R₂ und —R_z die Stellung des Stiftpaares 2ζ_ζ, die Kräfte R_yz und -—R_yz das Stiftpaar 25^₂, die.

Px=I	Rx	+
Py =	Ry
Mxy =	d-	Rxy
My,=	d-	Ry,

; Kraft —R_y den Stift 2$_y und die Kräfte R_2x und —R_2x die Stifte 2^_zx. Die Stifte werden gehalten, wie es aus Fig. 5 entnommen werden kann. Jeder Stift liegt in einem Napf 26, der sich gegen die Schulter 27 der Büchse'28 abstützt. Die Büchse 28 ist in den äußeren Teil29 des festen Supportes 12 eingeschraubt. Die Büchsen 28 sind so eingestellt, da'ß sie ; nur eine sehr kleine Bewegung ermöglichen , in der Größenordnung von 0,05 mm, so daß ' der Stift des einen Paares die Kräfte auf das ι äußere Glied des Supportes überträgt, während der andere lose ist. Aus der Darstellung ; sieht man, daß der Stift, der +i?_y in Fig. 9 entsprechen würde, weggelassen ist, um eine Verbindung des einen Endes der Modellleitung an dem inneren Teil 11 des festen Supportes 12 zu ermöglichen. Bei dieser Anordnung, bei der die Spannvorrichtung die Form einer Hülse und einem oberen Ende für die Modelleitung besitzt, muß die Modellleitung so befestigt werden, daß R₃, negativ ■ bleibt. Die Kräfte der Einspannung 11 werden auf das äußere Teil 29 des festen Supportes 12 durch Stifte 25 übertragen, und die Kraft, der einer dieser Stifte unterworfen . wird, ist so groß, wie es erforderlich ist, : um gerade die Kappe von ihrem Sitz abzu-[ heben. Die Messung der Kräfte erfolgt über die Instrumente 31 und 32, wie es in Fig. 5 \ in Verbindung mit den Stiften 2ζ_χ gezeigt ist. Das Instrumental ist ein Zeigerinstrument, das anzeigt, wenn ein Spalt zwischen den Bolzen entsteht. Das Instrument 32 besitzt einen Körper 33 mit dem Kolben 34 und der kalibrierten Feder 35. Das eine Ende des Körpers besitzt eine Innenverschraubung zur Aufnahme der Außen verschraubung der Büchse 28. Der Kolben 34 stützt sich gegen den Napf 26 mit zunehmender Kraft, je nachdem wie weit das Instrument in die Büchse eingeschraubt wird, um die Feder 35 zusammenzudrücken, bis der Anzeiger 31, der dem gegenüberliegenden Stift zugeordnet ist, anzeigt, daß der Napf abgehoben ist. Auf diese Weise kann die Kraft, die auf den linken Stift 2ζ_χ der Fig. 5 einwirkt, durch die Zusammendrückung der Feder 35 bestimmt werden, wobei das Instrument 36 die Größe der Kraft anzeigt.

Die sechs Kräfte werden für verschiedene Stellungen des beweglichen Endes der Modellleitung aufgezeichnet. Sie werden über einer linearen Bewegung des einen Endes der Rohrleitung gegenüber dem anderen oder gegen eine Rohrausbiegung aufgetragen, und die Mittelwerte der Kurven werden als die Modellkonstanten R_x, R_y, R_z, R_xy, R_yx und R_zx gewählt, welche die Kräfte der Ausbiegung darstellen. Die Ausbiegung wird positiv angenommen in der Richtung entgegengesetzt

Claims (1)

1. zur Rohrausdehnung, wobei man besonders auf die Vorzeichen der Modellausdehnungskonstanten achten muß.

   Die feststehende Befestigungseinrichtung ι r enthält den vertikal gestellten Körper 38 mit Öffnungen 39 zur Bildung von Sitzen für die verschiedenen Stifte und enthält eine senkrechte Bohrung 40, die an ihrem oberen Ende offen ist, um das eine Ende der Rohrleitung aufzunehmen. Die Bohrung ist bei 41,, erweitert, um das Einführen der Rohrleitung zu erleichtern und um sicherzustellen, daß das Ende der Rohrleitung in die Ebene der Stifte 25 _x und 2$_z eingestellt werden kann. 'Das Modell erstreckt sich dabei über die Ebene 41 hinaus, wie es bei 43 ersichtlich ist, um einen Teil zu schaffen, der in die Hülse 40 hineinragt und mit den Einstellschrauben 43 im Körper 38 zusammenarbeitet, um das Ende

   ?.o der Rohrleitung fest und unverdrehbar einzuspannen. Hierbei sind die obersten Einstellschrauben in der Ebene 41 wirksam, wodurch erreicht wird, daß das Ende der Modellleitung, das dem Ende der wirklichen Leitung entspricht, ähnlichen Bedingungen und physikalischen Auswirkungen unterworfen ist. Es sei angenommen, daß ein Probestück der Rohrleitung auf den Supporten aufgespannt sei mit entsprechender Einstellung des beweglichen Supportes 10 und daß der \^Torschubmechanismus 25 fortschreitend so bewegt wird, daß sich das Ende der Modellleitung in der Richtung der Rohrleitungsausdehnung bewegt. Für jeden I5e\\\;gungsschritt werden Beobachtungen der Kräfte und Reaktionen am festen Support mit Hilfe der Meßinstrumente 31 und 32 gemacht, die an den Büchsen 2S befestigt sind. Von diesen Beobachtungsreihen, die auf lineare Bewegungen des beweglichen Rohrendes bezogen werden. werden Durchschnittswerte für die Modellausbiegungsbeiwerte an den verschiedenen Punkten gewonnen.

   gekennzeichnet durch eine solche Ein-

   Ρλ τ ε χ τ λ ν s ρ κ ν c η :

   Einrichtung zur Vorausbestimmung der an den Anschlußstellen einer räumlichen Rohrleitung infolge Ausdehnung auftretenden Kräfte und Momente mit einer -Modellrohrleitung, die meßbaren Kräften und Momenten unterworfen wird, die denen der endgültigen Rohrleitung ähnlich sind und aus denen die endgültigen Beanspruchungswerte errechnet werden.

   spannvorrichtung für das Modellrohr, die dieses drehfrei an einem Ende faßt und bei der außerdem durch einen in Richtung der auftretenden Ausdehnung beweglichen Teil die Rohrkräfte und Biegungen herbeigeführt werden, während in einem zweiten feststehenden, mit Meßinstrumenten ausgerüsteten Teil die Beanspruchungswerte am anderen Ende nach den drei Koordinatenrichtungen ermittelt werden.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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