DE1185430B - Seal on flange connection for pressure pipelines with large diameters, especially in water power plants - Google Patents

Description

Dichtung an Flanschverbindung für Druckrohrleitungen großen Durchmessers, insbesondere in Wasserkraftanlagen Zusatz zum Patent: 1146 317 Die Erfindung betrifft eine weitere Ausbildung einer Dichtung an der im Hauptpatent 1146 317 geschützten Flanschverbindung zweier mit seinem Endflansch versehener, ein flüssiges oder gasförmiges Medium leitender und axialen Versatz zulassender Rohre, insbesondere fürDruckrohre vonWasserkraftanlagen. Bei dieser Verbindung umfaßt, wie hier in der aus dem Hauptpatent übernommenen F i g. 1 dargestellt ist, der Endflansch 35 des einen Rohres den Endflansch 7 des anderen Rohres mit Spiel »S« in radialer Richtung, so daß der umfaßte Endflansch 7 in bezug auf den umfassenden Endflansch 35, oder umgekehrt, senkrecht zur Rohrachse in gewissen Grenzen beweglich ist. Dabei sind die Ringspalte zwischen den beiden Stirnflächen des umfaßten Endflansches und ihren Gegenflächen durch die Hauptdichtung 14 und die nachgeschaltete Hilfsdichtung 18 abgedichtet.Seal on flange for pressure pipes of large diameter, in particular in water turbines addition to the patent: 1146317 The invention relates to a further embodiment of a seal at the protected in the main Patent 1,146,317 flange connection of two, provided with its end flange, a liquid or gaseous medium conducting, and axial movement approved pipes, in particular for pressure pipes of hydropower plants. In this connection, as here in FIG. 1 is shown, the end flange 35 of one pipe the end flange 7 of the other pipe with clearance "S" in the radial direction, so that the encompassed end flange 7 is movable with respect to the comprehensive end flange 35, or vice versa, perpendicular to the pipe axis within certain limits . The annular gaps between the two end faces of the enclosed end flange and their mating surfaces are sealed by the main seal 14 and the auxiliary seal 18 connected downstream.

Bei dieser Flanschverbindung kann nur die der Hauptdichtung 14 nachgeschaltete und nicht unmittelbar vom Druckmedium des Rohres beaufschlagte Hilfsdichtung 18 von außen nachgestellt werden. Da aber gerade die Hauptdichtung 14, um elastisch zu sein bzw. zu bleiben, bei der bisherigen Ausführung weich und damit nicht besonders abriebfest ist, kann sie sich bei häufigen Querbewegungen der beiden Flansche gegeneinander verhältnismäßig schnell abnutzen. Außerdem ist das in der Leitung fließende .Druckmedium, beispielsweise Turbinendruckwasser, vielfach stark sandhaltig, was wiederum zu einer beschleunigten Abnutzung führt.With this flange connection, only the auxiliary seal 18, which is connected downstream of the main seal 14 and is not directly acted upon by the pressure medium of the pipe, can be readjusted from the outside. However, since the main seal 14, in order to be or remain elastic, is soft and therefore not particularly abrasion-resistant in the previous version, it can wear out relatively quickly with frequent transverse movements of the two flanges against one another. In addition, the pressure medium flowing in the line, for example turbine pressurized water, often contains a lot of sand, which in turn leads to accelerated wear.

Eine auswechselbare Ausführung zu schaffen, wäre in diesem Falle konstruktiv schwierig und könnte nur unter Verzicht auf einen Teil der bei dieser an sich günstigen Flanschausführung erzielten Vorteile erreicht werden.To create an interchangeable design would be constructive in this case difficult and could only be done by foregoing part of the favorable price in itself Flange design advantages achieved can be achieved.

Erfindungsgemäß soll deshalb bei Rohrverbindungen nach dem Hauptpatent ein an sich bekannter Weg beschritten werden, um die schwer zugängliche und stark beanspruchte Dichtung so widerstandsfähig und trotzdem elastisch auszubilden, daß eine vorzeitige Auswechslung mit Sicherheit vermieden wird.According to the invention, therefore, for pipe connections according to the main patent a well-known path is to be followed to the difficult to access and strong to train claimed seal so resistant and yet elastic that premature replacement is definitely avoided.

Bei Rohrverbindungen und Dichtungen anderer Art hat man schon mehrfach eine verschleißfeste und zugleich elastische Abdichtung in der Weise geschaffen, daß an der dem Verschleiß unterworfenen Stelle ein hochverschleißfester Werkstoff verwendet und die elastische Anpressung durch einen Körper mit besonders guten elastischen Eigenschaften bewirkt wird. Solche Anordnungen hat man z. B. getroffen bei Wellendichtungen aus geteilten Kohleringen, die durch eine darumgelegte Schnurfeder an die Dichtungsfläche gedrückt werden; ferner bei Verbindungen rohrförmiger Teile, z. B. eines Nippels mit einem Anschlußstutzen usf. Da solche Maßnahmen aber gerade bei Flanschverbindungen der eingangs genannten Art nach dem Hauptpatent mit Rücksicht auf das unerwünschte Auswechseln der Dichtung besondere Bedeutung gewinnen, so wird die dortige Dichtungsbauart mit besonderem Vorteil dadurch weitergebildet und verbessert, daß die von dem in der Leitung strömenden Medium beaufschlagte Dichtung aus einer im wesentlichen in der Flanschebene liegenden abriebfesten Ringmembran besteht, die mit ihrem äußeren und inneren Rand auf der Stirnfläche des einen Flansches befestigt ist und mit ihrem Mittelteil an der Stirnfläche des anderen Flansches anliegt und einen Ringraum abschließt, in dem eine die Membran abstützende elastische Einlage, z. B. ein Rundgummi, angeordnet ist.In the case of pipe connections and seals of other types, one has already had several a wear-resistant and at the same time elastic seal created in such a way that that at the point subject to wear a highly wear-resistant material used and the elastic contact pressure by a body with particularly good elastic Properties is effected. Such arrangements have z. B. met with shaft seals made of split carbon rings attached to the sealing surface by means of a cord spring wrapped around them to be pressed; also for connections of tubular parts such. B. a nipple with a connecting piece etc. But since such measures are particularly important for flange connections of the type mentioned at the beginning according to the main patent with regard to the undesirable Replacing the seal is of particular importance, as is the type of seal used there with particular advantage further developed and improved that the in the line flowing medium acted upon seal from a substantially in The abrasion-resistant annular membrane lying on the flange plane is made with its outer and inner edge is attached to the end face of one flange and with its Middle part rests against the end face of the other flange and closes off an annular space, in which an elastic insert supporting the membrane, e.g. B. a round rubber arranged is.

Diese einer starken Abnutzung unterworfene Membran braucht nicht aus elastischem Material hergestellt zu sein, sondern sie kann aus einem verhältnismäßig unelastischen aber sehr abriebfesten Material gefertigt werden. Das elastische Abstützen bzw. Andrücken der Membran wird von der geschützt im Membraninnenraum untergebrachten Einlage übernommen. Als elastische Einlage kann eine Gummischnur etwa von rundem Querschnitt dienen, die mit Vorspannung, also flachgedrückt, hinter die Membran eingelegt ist.This membrane, which is subject to severe wear, does not wear out elastic material, but it can be made of a relatively inelastic but very abrasion-resistant material. The elastic support or pressing on the membrane is accommodated in a protected manner in the membrane interior Deposit taken over. A rubber cord can be used as an elastic insert Serve cross-section that with Pretension, i.e. flattened, behind the membrane is inserted.

Es empfielt sich dabei, die Membran in ihrem Querschnitt so zu kröpfen, daß ihre Einspannränder gegenüber dem an der Gegenfläche anliegenden Mittelteil in Richtung der Rohrachse versetzt sind. Hierdurch kann erreicht werden, daß die Membran soweit wie möglich eingebettet liegt und nur an dem Teil beansprucht wird, der mit der Gegenfläche in Berührung kommt.It is advisable to crank the cross-section of the membrane so that that their clamping edges opposite the middle part resting on the mating surface are offset in the direction of the pipe axis. This can achieve that the Membrane is embedded as far as possible and is only stressed on the part that comes into contact with the opposite surface.

Ferner kann die Membran auch entlastet werden, indem der die elastische Einlage aufnehmenden Ringkammer durch Bohrungen ein Druckmedium zugeführt wird.Furthermore, the membrane can also be relieved by removing the elastic A pressure medium is supplied to the annular chamber receiving the insert through bores.

Die Entlastung durch Anschluß von Hohlräumen an das in einer Leitung fließende Druckmittel bzw. die Ausnutzung dieses Druckes zur Erzeugung einer Anpressung, ebenso wie die Verwendung eines membranartigenDichtungskörpers mit elastischemDruckstück im Rahmen einer aufblasbaren Dichtung ist an sich auch schon bekannt. Auch diese Maßnahme erweist sich aber aus den dargelegten Gründen bei den Flanschverbindungen nach dem Hauptpatent sowohl im Interesse der Lebensdauer, als auch im Interesse der Dichtungssicherheit unter allen im Betrieb vorkommenden Bedingungen als besonders wichtig.Relief by connecting cavities to that in a pipe flowing pressure medium or the use of this pressure to generate pressure, as well as the use of a membrane-like sealing body with an elastic pressure piece in the context of an inflatable seal is already known per se. These too Measure proves to be for the reasons given for the flange connections according to the main patent both in the interest of the lifetime, as well as in the interest the sealing security under all conditions occurring in operation as special important.

Dabei kann die Anordnung so getroffen werden, daß die elastische Einlage diesen Ringraum in zwei Teile teilt und daß nur auf der inneren oder aber beiden Seiten der Einlage Druckmedium zur Entlastung der Membran zugeführt wird. Bei einer Füllung des äußeren Teiles dieser Ringkammer, dem auf der Außenseite der Membran Atmosphärendruck gegenübersteht, wird eine zusätzliche Anpressung der Membran an den Gegenflansch erzielt.The arrangement can be made so that the elastic insert divides this annulus into two parts and that only on the inner one or both Sides of the insert pressure medium is supplied to relieve the membrane. At a Filling of the outer part of this annular chamber, the one on the outside of the membrane Opposite atmospheric pressure, additional pressure is applied to the membrane achieved the counter flange.

Die Erfindung ist in der Zeichnung in- F i g. 2 in einem Ausführungsbeispiel dargestellt, während in F i g. 1, wie erwähnt eine Rohrverbindung in der Ausführung gemäß F i g. 2 des Hauptpatentes gezeigt ist. Dabei sind in beiden Figuren für gleiche Teile die gleichen Bezugsziffern wie im Hauptpatent gewählt.The invention is shown in the drawing. 2 in one embodiment shown, while in F i g. 1, as mentioned, a pipe connection in the execution according to FIG. 2 of the main patent is shown. Both figures are for the same Parts have chosen the same reference numbers as in the main patent.

Nach F i g. 2 sind auf dem Rohrende 2 der Flansch 7 und die Stopfbüchsenbrille 6 zum Nachspannen der Weichpackung 4 angeordnet. Der Flansch 7 wird vom Zwischenflansch 35 des mit dem anderen Rohrende 11 fest verbundenen Flansches 10 umfaßt. Auf der linken Stirnfläche des umfaßten Flansches 7 ist die aus einer Ringmembran 140 bestehende Hauptdichtung zur Abdichtung gegenüber dem Druck des im Rohr fließenden Mediums angeordnet. Diese nicht sehr elastische, dafür aber aus möglichst abriebfestem Material hergestellte Membrandichtung wird an ihrem inneren Rand 40 und an ihrem äußeren Rand 41 von je einem flachen Ring 42, 43, der auch aus einzelnen Ringsegmenten zusammengesetzt sein kann, mittels Druckschrauben 44 fest gegen die Stirnfläche 13 des umfaßten Flansches 7 angepreßt. Dabei werden die Membranränder in Vertiefungen mit schwalben-Schwanzförmigem Querschnitt gedrückt und so ein fester Sitz erreicht. Die Membrandichtung umschließt im fest eingespannten Zustand mit der Stirnfläche 13 des umfaßten Flansches 7 einen Ringraum, in dem eine aus elastischem Material, beispielsweise aus Rundgummi oder einem geeigneten Kunststoff bestehende Ringeinlage 45 untergebracht ist, deren Dicke, Durchmesser und Elastizität so gewählt ist, daß-die Membrandichtung nach auswärts, d. h. gegen die Stirnfläche des Rohrflansches 10 ausgewölbt und dort derart angepreßt wird, daß bei einem bestimmten gegenseitigen Abstand der Flansche 7, 35, 10 (Dichtstellung) unter Berücksichtigung des in der Rohrleitung auftretenden Innendruckes eine genügende Abdichtung gewährleistet ist.According to FIG. 2, the flange 7 and the stuffing box gland 6 for re-tensioning the soft packing 4 are arranged on the pipe end 2. The flange 7 is encompassed by the intermediate flange 35 of the flange 10 firmly connected to the other pipe end 11. On the left end face of the encompassed flange 7, the main seal consisting of an annular diaphragm 140 is arranged for sealing against the pressure of the medium flowing in the pipe. This membrane seal, which is not very elastic, but made of material that is as abrasion-resistant as possible, is secured against the face by means of pressure screws 44 on its inner edge 40 and on its outer edge 41 of a flat ring 42, 43, which can also be composed of individual ring segments 13 of the included flange 7 pressed on. The membrane edges are pressed into depressions with a dovetail-shaped cross-section, thus achieving a tight fit. In the firmly clamped state, the membrane seal encloses an annular space with the end face 13 of the encompassed flange 7, in which a ring insert 45 made of elastic material, for example from round rubber or a suitable plastic, is housed, the thickness, diameter and elasticity of which is selected so that- the membrane seal is outwardly, ie arched against the end face of the pipe flange 10 and is pressed there in such a way that at a certain mutual distance between the flanges 7, 35, 10 (sealing position), taking into account the internal pressure occurring in the pipeline, a sufficient seal is ensured.

Da in der Dichstellung der Flansche 7, 10, 35 der unmittelbar dem Druck des in den Rohren fließenden Mediums ausgesetzte, untere Teil der Ringmebranfläche das Bestreben hat, sich einwärts zu wölben, wird eine Entlastung vorgeschlagen. Hierzu wird in dem unteren Membranringraum 46 ein Druckausgleich gegenüber dem Druck des in den Rohren fließenden Mediums geschaffen, indem der Ringraum durch einen Kanal 48 mit dem Rohrinneren verbunden wird. Auf diese Art kann nun die gesamte elastische Spannung der Membraneinlage 45 zum Anpressen der Membran gegen ihre Dichtfläche ausgenutzt werden.Since, in the sealing position of the flanges 7, 10, 35 , the lower part of the annular membrane surface, which is directly exposed to the pressure of the medium flowing in the pipes, tends to bulge inwards, relief is proposed. For this purpose, a pressure equalization with respect to the pressure of the medium flowing in the pipes is created in the lower annular diaphragm space 46 in that the annular space is connected to the interior of the pipe through a channel 48. In this way, the entire elastic tension of the membrane insert 45 can now be used to press the membrane against its sealing surface.

Da der von den Flanschen 7, 35, 10 eingeschlossene Ringraum 50 durch die Ringmembran 140 gegen den Innenraum des Druckrohres abgegrenzt und damit im wesentlichen überdruckfrei ist, kann durch Anschluß des oberen Membranringraumes 47 über die Leitung 49 an das Druckmedium die äußere, zwischen den beiden Ringräumen 47 und 50 liegende Ringfläche belastet und dadurch ein zusätzlicher Anpreßdruck auf die Membran ausgeübt werden.Since the annular space 50 enclosed by the flanges 7, 35, 10 is delimited by the annular diaphragm 140 from the interior of the pressure pipe and is thus essentially free of excess pressure, the outer, between the two, can be connected to the pressure medium by connecting the upper diaphragm annular space 47 via the line 49 Annular spaces 47 and 50 lying annular surface loaded and thereby an additional contact pressure can be exerted on the membrane.

Claims (5)

Patentansprüche: 1. Flanschverbindung für Druckrohrleitungen großen Durchmessers, insbesondere in Wasserkraftanlagen, bei der einer der beiden Flansche von seinem im Profil U-förmigen Gegenflansch mit erheblichem radialem Spiel umfaßt wird und das geringe axiale Spiel zwischen den Stirnflächen der Flansche durch eine die Querbeweglichkeit der Flansche nicht behindernde Dichtung überbrückt ist, nach Patent 1146 3l7, d adurch gekennzeichnet, daß die von dem in der Leitung strömenden Medium beaufschlagte Dichtung aus einer im wesentlichen in der Flanschebene liegenden, abriebfesten Ringmembran (140) besteht, die mit ihrem äußeren und inneren Rand (41, 40) auf der Stirnseite des einen Flansches (7) befestigt ist und mit ihrem Mittelteil an der Stirnfläche des anderen Flansches (10) anliegt und einen Ringraum (46, 47) abschließt, in dem eine die Membran abstützende elastische Einlage (45) z. B. ein Rundgummi, angeordnet ist. Claims: 1. Flange connection for pressure pipelines of large diameter, especially in water power plants, in which one of the two flanges is surrounded by its U-shaped counter flange with considerable radial play and the small axial play between the end faces of the flanges by the transverse mobility of the flanges non-hindering seal is bridged, according to patent 1 146 317, characterized in that the seal acted upon by the medium flowing in the line consists of an abrasion-resistant annular membrane (140) lying essentially in the flange plane, the outer and inner edge of which (41, 40) is attached to the end face of one flange (7) and its middle part rests against the end face of the other flange (10) and closes off an annular space (46, 47) in which an elastic insert (45 ) z. B. a round rubber is arranged. 2. Flanschverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Ringmembran (140) derart gekröpft ist, daß ihre Einspannränder(40, 41) gegenüber dem an der Gegenfläche anliegenden Mittelteil in Richtung der Rohrachse versetzt sind. 2. Flange connection according to claim 1, characterized in that the cross section of the annular diaphragm (140) is cranked in such a way that its clamping edges (40, 41) opposite that on the mating surface adjacent middle part are offset in the direction of the pipe axis. 3. Flanschverbindung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspannrinnen für die Ringmembran in an sich bekannter Weise schwalbenschwanzförmigen Querschnitt aufweisen. 3. Flange connection according to claims 1 or 2, characterized in that the clamping channels for the annular diaphragm in a manner known per se, dovetail-shaped cross-section exhibit. 4. Flanschverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der die elastische Einlage aufnehmende Ringraum (46, 47) in an sich bekannter Weise von einem Druckmedium, vorzugsweise von dem in. der Rohrleitung fließenden Druckmedium, beaufschlagt ist. 4. Flange connection according to one of claims 1 to 3, characterized in that the annular space (46, 47) receiving the elastic insert is acted upon in a manner known per se by a pressure medium, preferably by the pressure medium flowing in the pipeline. 5. Verbindung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum durch die elastische Einlage in zwei Teilräume (46, 47) unterteilt ist, von denen einer oder beide von einem Druckmedium beaufschlagt sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 884 439, 715 830; deutsche Patentanmeldung Sch 14418 XIV47f (bekanntgemacht am 9. 12. 1954); deutsche Gebrauchsmuster Nr. 1683 897, 1749 823; britische Patentschriften Nr. 318163, 456 072, 758 447; USA: Patentschriften Nr. 1931922, 2 657 661.5. A compound according to claim 4, characterized in that the annular space is divided by the elastic insert into two sub-spaces (46, 47) , one or both of which are acted upon by a pressure medium. Considered publications: German Patent Specifications No. 884 439, 715 830; German patent application Sch 14418 XIV47f (published on December 9, 1954); German utility model No. 1683 897, 1749 823; British Patent Nos. 318163, 456 072, 758 447; USA: Patent Nos. 1931922, 2,657,661.