DE1813260A1

DE1813260A1 - Vorrichtung zum Verbinden von Bauteilen,insbesondere von Rohren

Info

Publication number: DE1813260A1
Application number: DE19681813260
Authority: DE
Inventors: Evert Flink
Original assignee: Rederi Nordstjernan AB
Current assignee: Rederi Nordstjernan AB
Priority date: 1967-12-06
Filing date: 1968-12-06
Publication date: 1969-07-10
Also published as: US3549178A; FR1600939A; SE333669B; GB1206888A; DE1813260B2

Description

Vorrichtung gum Verbinden von Bauteilen, inebeeondere von Rohren

Wenn Vorrichtungen, z.B. Rohrleitungen, Bauteile aus Werkstoffen mit unterschiedlichen Wärmeausäehnungsböiwerten umfassen, die miteinander verbunden sind, bewirken Temperaturänderungen, daß sich bestimmte Bauteile relativ zueinander bewegen, und diese Bewegungen können eine solche Größe erreichen, daß die Festigkeit und/oder die Dichtigkeit der Verbindung zwischen benachbart ten Bauteilen beeinträchtigt wird.

In manchen Fällen ist &s z.B. erforderlich, Quarzmaterial in Verbindung mit nichtrostendem Stahl, der unter der gesetzlich geschützten Bezeichnung Inconel erhältlichen Legierung oder ähnlichen Metallen zu verwenden. Wenn Verbindungen zwischen Bauteilen aus solchen Werkstoffen hohen Temperaturen ausgesetzt werden, z.B. einer Temperatur von etwa 500° 0, ergeben sich Schwierigkeiten aus der Tatsache, daß die verwendeten Werkstoffe unterschiedliche Wärmeausdehnungsbeiwerte aufweisen. ·

Bei Versuchen, die an bekannten Rohrverbindungen, bzw· Abdichtungen zwischen einem Flansch aus Stahl und einem Rohr aus Quarzmaterial durchgeführt wurden, entwickelte sich in der Verbindungsstelle ein Leck, während die Verbindungsstelle auf eine höhere Temperatur gebracht wurde. Die bei der Verbindung vorge- ' sehenen'Schrauben mußten nachgezogen werden, um die Rohrverbindung bei der hohen Temperatur dicht zu halten. Wenn die Tempeh

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ratur danach wieder gesenkt wurd$, schrumpf teil die das Quarzmaterial umschließenden Flansche aus Stahl in einem solchen Ausmaß, daß das Quarzmaterial zerdrückt wurde»

Ferner wurden Versuche durchgeführt! bei denen becherförmige Jedem unter den Köpfen längerer Sohrauben angeordnet? waren, doch führte auch diese Konstruktion nicht zu der geforderten Betriebssicherheit. Diese Versuche haben gezeigt, daß es bei einer solchen Anordnung erforderlich ist,die Federn au kühlen, und.außerdem darf zwischen dem Abstützungsteil und dem Quarzgaterial nur eine sehr geringe Reibung auftreten· Diese beiden Forderungen lassen sich bei den in Frage kommenden Helper atur en nur schwer erfüllen» . :

■ Um die soeben erwähnten Schwierigkeiten zu vermeiden, sieht die Erfindung eine Bohrverbindungskonstruktion vor, bei der ein Merkmal darin besteht, daß Werkstoffe mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungabeiwerten gewählt und so gestaltet werden, daß die durch die Bauteile hervorgerufenen Bewegungen insgesamt nicht diejenigen Abmessungen beeinflußen, welche für die Festigkeit und Dichtigkeit der Rohrverbindung maßgebend sind; mit anderen Worten.j an den kritischen Stellen v/erden auf Temperaturänderungen zurückzuführende Bewegungen mindestens im wesentlichen Vermieden. . ■■■ ■ '■..:■■■■■ , - · :■'-.". ' , - *' ''

Genauer gesagt sieht die Erfindung eine Rohrverbindung vor,

die geeignet ist, auf Temperaturänd0rungen zurückzuführende : Bewegungen bei einer Rohrverbindung auszugleichen, die gegeneinander abgedichtete Bauteile* umfaßt; dieser Bewegungsausgleich wird auf eine solche Weise bewirkt, daß die Dichtigkeit aufrechterhalten und die Festigkeit der Bauteile nicht beeinträchtigt wird} dies gilt insbesondere für Rohrverbindungen, bei denen große: Temperaturunterschiede zwischen verschiedenen Bauteilen' auftreten können, die aus Werkstoffen mit unterschiedlichen Wärweauedehnungsbeiwerten bestehen} bei solchen Werkstoffen kann sich z.B. um ein Quarzmaterial handeln, das in Verbindung, mit

n aus Stahl verwendet wird} die Erfindung ist im we-, sentlichen dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrverbindung ein

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lCupplungsteil umfaßt, das in einem Abstand von dem übrigen Bauteilen angeordnet und mit einem dieser Bauteile durch ein Halteglied verbunden und mit einem Stützglied 'gekuppelt ist, das sich an einem anderen Bauteil über ein Druckstück o.bstützt, welches dazu dient, das Stützglied in Druckberührung mit dem erwähnten anderen Bauteil zu halten, und an dem sich ein Spannglied abstützt, das mit dem Kupplungsglied verbunden ist, wobei die Form und die Wärmeausdehnungsbeiwerte der verschiedenen die Rohrverbindung bildenden Bauteile so aufeinander abgestimmt sind, daß bei üDemperaturäiiderungen der ,Berührun^sdruck und der Abdichtungs.druck im wesentlichen konstant gehalten werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann das ^ruckglied ein Glied oder mehrere Glieder umfassen, die in das Kupplungsglied eingebaut sind und mit dem Stützglied zusammenarbeiten. Alternativ und insbesondere bei geringeren Beanspruchungen durch Temperaturänderungen kann das Druckglied eine oder mehrere Zungen umfassen, die Bestandteile des Kupplung$iJ.-4edes bilden und mit dem Stützglied zusammenarbeiten.

Bei einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Verbindung zwischen einem Eohr und einem Flansch sind das Kupplungsglied und das Spannglied vorzugsweise als ringförmige Bauteile ausgebildet n die konzentrisch mit dem Rohr angeordnet sind, und als Stützglied wird ein ringförmiges Bauteil verwendet, das durch radial geführte Schnitte in mehrere Segmente unterteilt ist·

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungebeispiel£n näher erläutert.

la zeigt perspektivisch in einer teilweise weggebrochen geeeichnetP^. perspektivischen Darstellung eine erste Ausführtingsform einer erfindungsgemäßen Rohrverbindung·

Fig. Ib zeigt die Rohrverbindung nach Fig. 1 in einem Schnitt längs der linie I-I in Fig. 2.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt, der zur Hälfte längs der Linie ITa-IIa und zur anderen Hälfte längs der Linie IXb-IIb in

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Fig. Ib verläuft.

Fig. 3 zeigt in einer Stirnansicht einen* Kranz von bei der Rohrverbindung verwendeten Bauteilen.

Fig. 4- ist ein Schnitt durch eines der Bauteile nach Fig.3 längs der Linie IV-IV in Fig. 3«

[ Fig. 5 bis 7 zeigen jeweils in einer Stirnansicht ver-• schiedene Bauteile der Rohrverbindung,

Fig. 8 zeigt in einem Fi-g. Ib ähnelnden Längsschnitt eine weitere Ausführungsform der Erfindung,

Die dargestellten Ausführungsformen der Erfindung dienen insbesondere dazu, ein Rohr 1, das aus einem Quarzmaterial besteht und einen auf bekannte tfeise ausgebildeten Flansch 2 umfaßt^ mit einem Rohr aus Stahl zu verbinden, das einen Flansch 3 trägt, wobei eine Dichtung M- zwischen den Flanschen 2 und 3 angeordnet ist. . ' .

Die eigentliche Rohrverbindung umfaßt ein ringförmiges Kupplungsglied oder einen G-egenflansch 5» der konzentrisch mit dem Flansch 3 und dem Rohr 1 angeordnet ist; weitere Einzelheiten des Flansches 5 sind aus Fig. 6 ersichtlich. Dieses Kupplungsglied ist an dem Flansch 3 &it Hilfe von sechs Schrauben 6 verbunden. Das Kupplungsglied 5 ist außerdem mit einem Tragglied j 7 verbunden, das sich an dem Flansch 2 des Rohrs 1 unter Vermittlung durch Zwischenglieder 8 abstützt, die mit einem Ende in . das Kupplungsglied 5 eingebaut sind und sich jeweils mit ihrem anderen Ende an dem Stützglied 7 abstützen. Wie insbesondere aus Fig. 5 ersichtlich, ist das Stützglied ringförmig ausgebildet und in radialen Richtungen so unterteilt, daß es sich aus losen Segmenten zusammensetzt, ,wobei der Durchmesser des Stützgliedes durch die Gestaltung der Zwischenglieder 8 und der Anlagefläciie' des Rohrflansches- 2 "bestirtmt ist. Die Anzahl und die Form der Zwischenglieder 3 ict aus Fig. 3 und 4 ersichtlich. An dem Ivuup-Iuxj.js5'lied 5 ist mit oc r cub en 9 ein Spa·, /,.ring 10 befestigt, der dur-ch^e; ende Bohrungen 11 zum Aufnehmen der Schrauben 6 und

e.n 1? für die Schrauben 9 -uiv/eist» Der Spannring

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ist* auf geiner Innenseite mit einem Wulst 12 versehen, der sich über den ganzen Umfang des Spannrings erstreckt und mit den Außenflächen der Zwischenglieder B zusammenarbeitet·

Mach dem Zusammenbau der Rohrverbindung wird ein einge— stellter Abdichtungsdruck zwischen den flanschen 2 und 3 aufrechterhalten, wobei ein geeigneter Berührungsdruck gegenüber dem Flansch 2 aus dem» Quarzmaterial unter Vermittlung durch das Stützglied 7» die Zwischenglieder 8, das Kupplungsglied 5 und den Spannring 10 aufgebracht wird. Der gewählte Berührungsdruck und der Abdichtungsdruck kann durch Festziehen der die beiden

Rohre verbindenden Schrauben 6 eingestellt werden.

Die in Fig. 8 dargestellte zweite Ausführungsf or Ji -der Erfindung unterscheidet sich von der an Hand von Fig. 1 bis 7 beschriebenen grundsätzlich nur dadurch, daß die Zwischenglieder 8 durch Zungen 14· ersetzt sind, die Bestandteile des Kupplungsgliedes 5 bilden. Diese Ausführungsform eignet sich besser für Anwendungsfäl'le, in denen mit geringeren Beanspruchungen zu rechnen ist.

Wenn die Rohrverbindung zusammen mit der eingebauten Dichtung erhöhten Temperaturen ausgesetzt wird, dehnt sich das Kupplungsglied 5 entsprechend dem Wärmedehnungsbeiwert seines Werkstoffs sowohl in radialer als auch in axialer Richtung aus.

Die Ausdehnung in radialer Richtung wird dadurch ausgeglichen, daß d§r Spannring 10, der aus einem Werkstoff besteht, dessen Wärmedehnungsbeiwert auf den Wärmedehnungsbeiwert des Werkstoffs des Kupplungsgliedes 5 abgestimmt ist, an den Zwischengliedern 8- bzw. bei der zweiten Ausführungsform an den Zungen 14- so anliegt, daß die Berührungslinie zwischen dem Stützglied 7 und den Zwischengliedern bzw. den Zungen stets durch einen . Kreis mit dem gleichen .Durchmesser gebildet wird.

Die gesamte axiale Ausdehnung des Kupplungsgliedes 5 und der Zwischenglieder 8 wird dadurch ausgeglichen, daß die Schrau- · ben 6 aus einem Werkstoff bestehen, dessen Wärmedehniingsbeiwert auf den Wärmedehnungsbeiwert des Werkstoffs des Kupplun^sgliedes

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und der Zwischenglieder abgestimmt ist, und daß die Schrauben eine geeignete Länge erhalten.

Infolgedessen gleichen sich die Bewegungen, die durch . lemperaturänderungen der verschiedenen Bauteile der Rohrverbindung hervorgerufen werden, gegenüber der Einspannkraft aus_f so daß der Abdichtungsdruck zwischen dem Rohr 1 und dem Flansch 3 und der Berührungsdruck, der auf den Rohrflansch 2 wirkt, auch bei Temperaturänderungen im wesentlichen aufrechterhalten werden.

Die Erfindung beschränkt sich natürlich nicht auf die vor-A stehend an Hand der Zeichnungen bescliriebenen Ausführungsformen, sondern man kann im Rahmen der Erfindung die verschiedensten Abänderungen vorsehen. Beispielsweise kann man die Form und die Werkstoffe der die Rohrverbindung bildenden Bauteile variieren und sie auf Anordnungen anderer Art abstimmen, wobei es auch möglich ist, andere Werkstoffe als die vorstehend erwähnten zu verwenden, und wobei im Gegensatz zu der vorstehenden Beschreibung Bauteile anderer Art miteinander verbunden werden. Bei den beschriebenen Ausführunysbeispielen sind die cJtütsglleder und die zum Aufbringen von Druck dienenden Bauteile voneinander getrennt. In manchen Fällen ist es jedoch möglich, diese Bauglieder einteilig auszubilden, so daß sie gleichzeitig die Aufgaben _ eines Stützgliedes und eines 3auteils zum Aufbringen von Brück ™ erfüllen. ' ' .

Ansprüche; 90 9828/1171

Claims

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A IT Ö P R Ü O II E

ίΛ Rohrverbindung zum Ausgleichen von Bewegungen, die durch -JSemperaturanderungen von miteinander verbundenen Bauteilen hervorgerufen werden, um zu gewährleisten, daß die Abdichtung aufrechterhalten und die Festigkeit der Bauteile nicht beeinträchtigt wird, insbesondere eine Rohrverbindung zur Verwendung in Fällen, in denen große Temperaturänderungen der Bauteile zu erwarten sind, die aus Werkstoffen mit verschiedenen Wärmeausdehnun-jsbeiv/erten bestehen, z.B. zum Verbinden eines Bauteils aus einem ^uarzmaterial mit einem Bauteil aus Stahl, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrverbindung ein Kupp- Λ lungsglied (5) umfaßt, das in einem Abstand von den zu verbindenden Bauteilen angeordnet ist, das mit dem einen Bauteil (3) durch Jlalteglieder (6) verbunden ist, und das ferner mit einem Stützglied (7) verbunden ist, welch letzteres sich an dem anderen Bauteil (1) über ein Bauteil (8, 14) zum Aufbringen von Druck abstützt, durch welches das Stützglied (7) in Druckberührung mit dem anderen Bauteil (l) gehalten wird, wobei die Komponenten der Druckkraft sowohl rechtwinklig als auch parallel zu der Dichtungsfläche verlaufen, und daß ein Spannglied (10) vorgesehen ist, das mit dem Kupplungsglied (5) verbunden ist und sich daran abstutzt, wobei die Form und die Wärmedehnungsbeiwerte der die Rohrverbindung bildenden Bauteile so aufeinander abgestimmt sind, daß bei Temperaturänderungen Bewegungen sowohl rechtwinklig als ' auch parallel zu der Dichtungsfläche ausgeglichen werden, und daß sowohl der Berührungsdruck als auch der Abdichtungsdruck im wesentlichen konstant gehalten wird.

2. Rohrverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckglied ein oder mehrere Zwischenglieder (8) umfaßt, die an einem Ende mit dem Kupplunysglied (5) und am anderen Ende mit dem Stützglied (7) zusammenarbeiten.

3<- Rohrverbindung nach Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet, daß das Druck^lied eine oder mehrere Zungen (14) umfaßt, die Bestandteile des Iiui^-lun.-:S(5liedes (5) bilden und sich an dem· Stützglied

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(7) abstützen.

4. Rohrverbindung nach Anspruch 1, dadurch "gekennzeichnet, daß das Stützglied und das Druckglied einteilig ausgebildet sind.

5. Rohrverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,. wobei das erste Bauteil ein Flansch und das zweite Bauteil ein mit dem Flansch zu verbindendes Rohr ist» dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsglied (5) und das Spannglied (10) ringförmig ausgebildet und konzentrisch mit dem Rohr angeordnet sind, und daß das Stützglied (7) ein ringförmiges Bauteil ist, das in radialen Richtungen so unterteilt ist, daß es sich aus mehreren Segmenten zusammensetzt.

6. Rohrverbindung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Spannglied (10), das mit dem Druckglied (8, 14) zusammenarbeitet, auf seiner Innenseite mit einem V/ulst (12) oder dergleichen versehen ist, der sich über den ganzen Umfang des Spanngliedes erstreckt. ·.

7. Rohrverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Eupplungsglied (5) mit dem Bauteil (3) durch eine oder mehrere Schrauben (6) verbunden ist, die durch ein oder mehrere Spannglieder (10) ragen und in das Bauteil eingeschraubt sind, wobei diese Schrauben die Teile der Rohrverbindung zusammenhalten und angezogen werden können,-um den gewählten Dichtungsdruck und den gewünschten Berührungsdruck auf die betreffenden Bauteile aufzubringen. .

8. Rohrverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsglied (5) und das Spannglied (10) durch Schrauben (9) miteinander verbunden sind.

Der Patentanwalts

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