DE2711607C2

DE2711607C2 - Zusammengesetztes Gehäuse mit einer horizontalen Teilung

Info

Publication number: DE2711607C2
Application number: DE2711607A
Authority: DE
Inventors: John H. Mountain Brook Ala. Becker
Original assignee: K B Southern, Inc., Birmingham, Ala.
Priority date: 1977-01-26
Filing date: 1977-03-17
Publication date: 1987-02-26
Also published as: JPS5393406A; DE2711607A1; SE7702596L; IT1086721B; CA1055902A; CH613267A5; FR2378963A1; MX143069A; NL7703491A; FR2378963B1; GB1577756A; US4137006A

Description

Die Erfindung betrifft ein horizontal geteiltes Gehäuse für Kompressoren, Pumpen od. dgl., mit einer oberen und einer unteren, im wesentlich halbzylindrischen Gehäusehälfte, die mittels an ihren Kanten befindlichen aufeinander-legbaren Flanschen und Schrauben aneinander zu befestigen sind, und mit an seinen Enden vorgesehenen angegossenen Einlaß- und Auslaßanschlüssen.
Horizontal geteilte Gehäuse bestehen grundsätzlich aus trennbaren oberen und unteren Gehäusehälften, wobei jede Gehäusehälfte einen stabilen horizontalen Verschraubungsflansch an ihrem Umfang trägt. Die Verschraubungsflansche sind in geeigneter Weise gebohrt, um große Schrauben bzw. Gewindebolzen aufzunehmen, die die Mittel zum Zusammenhalten der zwei Gehäusehälften bilden.
In der Vergangenheit wurden horizontal geteilte Gehäuse nach zwei Verfahren hergestellt. Bei der einen Methode werden die oberen und unteren Gehäusehälften einstückig bzw. zusammenhängend als separate Abschnitte gegossen. Gemäß der zweiten Methode ist jede Gehäusehälfte ein Schweißgebilde, das aus separat geformten Komponenten, wie beispielsweise aus Einlaß- sowie Auslaßmündungen, peripheren Flanschabschnitten, Büchsenabschnitten, Gehäuseenden usw., hergestellt ist. Der vorliegend benutzte Ausdruck "geformt" soll alle sich vom Gießen unterscheidende Formungsvorgänge beinhalten, einschließlich beispielsweise ein Walzen, Biegen, Schneiden usw.
Die bei der ersten Methode entsprechenden gegossenen Gehäuse haben sich bei kleineren Größen mit Innendurchmessern von bis zu etwa 1016 mm (40 Zoll) allgemein als zweckmäßig erwiesen. In Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen haben derartige Gehäuse ein Gewicht von etwa 9072 kg (20 000 lbs). Es ergeben sich jedoch Probleme, wenn Versuche angestellt werden, die Gußkonstruktion für größere Gehäuse anzuwenden, insbesondere für solche mit Innendurchmessern von mehr als 1524 mm (60 Zoll). Ein solches Problem beruht auf der Schwierigkeit einer passenden Verankerung und Abstützung der Formen während eines Gießvorgangs, um den Auftriebskräften des geschmolzenen Metalls entgegenzuwirken und dimensionsmäßig zufriedenstellende Gußgebilde zu erzeugen. Wenn sich die Kerne beim Gießen des flüssigen Metalls verschieben können, ist wahrscheinlich das gesamte Gußstück als Ausschuß zu behandeln, und zwar aufgrund seiner Unfähigkeit, innere Betriebsdrücke aushalten zu können. In weniger extremen Fällen, wenn noch kein Ausfall des Gußstücks vorliegt, ist mit größter Wahrscheinlichkeit ein ausgedehntes Bearbeiten erforderlich, um die entstehenden Dimensionsungenauigkeiten zu korrigieren.
Ein mit insgesamt gegossenen Gehäusen verbundenes anderes Problem besteht darin, daß solche Gehäuse auch qualitätsmäßig leiden, wenn ihre Größe zunimmt. Dies beruht darauf, daß es zunehmend schwieriger wird, die großen Mengen an erforderlichem geschmolzenen Metall in wirkungsvoller Weise zu gießen. Beispielsweise kann ein Gehäuse mit einem Innendurchmesserbereich von 2032-2286 mm (80-90 Zoll) ein Gewicht von 36 287-45 359 kg (80 000- 100 000 lbs) haben. Wenn der Ausbeutefaktor des Gießvorgangs 40% beträgt (in erster Linie infolge des Materialverlusts im Formeneinguß), kann es erforderlich sein, tatsächlich bis zu 90 718 kg (200 000 lbs) geschmolzenes Metall zu gießen. Bei der jetzigen Gießtechnologie ist dieses schwierig und in den meisten Fällen unmöglich, ohne daß bedeutende Nachteile in der Qualität des sich ergebenden Produkts entstehen.
Die vorstehenden Probleme haben angeregt, nach Alternativen für die insgesamt gegossene Konstruktion größerer Gehäuse zu suchen. Die bisher befolgte Alternative entspricht der genannten zweiten Methode, bei der Gußkomponenten vollständig vermieden werden. Statt dessen ist jede Gehäusehälfte in Abschnitte unterteilt, beispielsweise halbzylindrische Mantelhälften, Flansche, angerundete Köpfe usw., die separat geformt und danach miteinander verschweißt werden. Während zwar bei dieser Technik Gießprobleme vermieden werden, ergeben sich hierbei andere und in gleicher Weise erhebliche Probleme. Beispielsweise wird es schwierig und in vielen Fällen unmöglich, Abschnitte mit optimaler Wandungsdicke zu biegen und zu schweißen, was insbesondere bei Hochdruckanwendungen gilt. Diese Probleme sind besonders an den die Rotorlagerungen tragenden Gehäuseenden wie auch an den Mündungsstellen gravierend, wo die Gehäusemäntel beträchtlich geschwächt sind. Um die benötigte Festigkeit zu bilden, muß der Hersteller häufig auf die Anwendung äußerlich angeschweißter Eckbleche bzw. Zwickel oder dergleichen zurückgreifen, wodurch jedoch die Gesamtkosten des entstehenden Gehäuses beträchtlich vergrößert werden. In den Fällen, wo solche zusätzliche Verstärkungstechniken ungeeignet sind, wird es erforderlich, entweder zu einer Gußkonstruktion mit allen ihren oben erwähnten Nachteilen zurückzukehren oder alternativ den Nenndruck des Gehäuses zu senken. Wenn dieses durchgeführt wird, müssen gewöhnlich zusätzliche, hintereinander betriebene Maschinen zugefügt werden, um die Verfahrenserfordernisse zu erfüllen, und selbstverständlich führt dieses zu einer maßgeblichen Erhöhung der Gesamtkosten der Anlage.
Aus der US-PS 20 95 128 ist ein elastisches Turbinengehäuse bekannt, das aus mehreren gebogenen bzw. ausgeschnittenen Teilen zusammengeschweißt ist. Offensichtlich handelt es sich bei den einzelnen miteinander verschweißten Teilen nicht um Gußstücke. Derartige vorgefertigte Gehäuse eignen sich jedoch nicht für Kompressoren mit Arbeitsdrücken über 220 atü und Gehäusedurchmessern von über 200 cm. Es hat sich gezeigt, daß derartige Gehäuse für solche Drücke und mit solchen Durchmessern nicht mit ausreichender Steifigkeit gebaut werden können. Insbesondere ist die Steifigkeit im Endbereich der Gehäuse ungenügend. Es kann keine für alle Bereiche des Gehäuses gleichbleibende Qualität produziert und damit garantiert werden. Um die Folgen, z. B. mangelhafte Dichtigkeit, überschaubar zu halten, werden deshalb kleinere Gehäuseabmessungen gewählt und der Arbeitsdruck auf maximal 220 atü begrenzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein horizontal geteiltes Gehäuse für Kompressoren, Pumpen oder dergleichen zu schaffen, das auch bei großen Abmessungen gleichförmige Qualität aufweist, so daß auch bei großen einstückig gegossenen Gehäuseteilen Qualitätsverschlechterungen vermieden werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe werden die beiden Gehäusehälften aus wenigstens drei separat hergestellten und miteinander verschweißten Teilen zusammengebaut, wobei die an den Stirnenden befindlichen Teile einstückig mit den betreffenden Anschlüssen gegossen sind. Dadurch ist es möglich, das Gehäuse aus verhältnismäßig "kleinen" Gußteilen herzustellen, die sich einzeln problemlos in der gewünschten Qualität gießen lassen und auch zu den Gehäusehälften miteinander zu verschweißen sind. Somit erhält man auch für größere Kompressoren oder Pumpen geeignete horizontal geteilte Gehäuse mit zufriedenstellender Qualität.
Die Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 2 und 3 sieht vor, daß die an den Stirnenden der Gehäusehälften befindlichen Stutzen und auch die Flansche an die betreffenden Gehäuseteile angegossen und nicht etwa angeschweißt sind, denn auf diese Weise lassen sich die erforderlichen Übergänge zwischen den unterschiedlichen Wandstärken absatzlos erreichen und Schwächungen der Gehäuseteile im Bereich der Anschlußstücke vermeiden. Für die erforderlichen Schweißnähte werden erfindungsgemäß solche Stellen benutzt, die weniger beansprucht sind und sich daher zum Schweißen insgesamt gesehen besser eignen.
Die Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 4 sieht vor, daß die an den Stirnenden des Gehäuses befindlichen Teile einstückig gegossene, äußere, in Segmente unterteilte Lagerring-Stützflansche aufweisen, die konzentrisch zur Längsachse des Gehäuses angeordnet sind. So wird auch für die äußersten Teile des Gehäuses, nämlich die Flansche, hohe Festigkeit erzielt und ohne weitere Verstärkung können an ihnen z. B. Rotorlagerungen angebracht werden.
Die Erfindung wird nachfolgend an zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 - in einer perspektivischen Ansicht ein horizontal geteiltes, zusammengesetztes Gehäuse nach der vorliegenden Erfindung, wobei die einzelnen Gehäusekomponenten in einem auseinandergezogenen Zustand dargestellt sind, und zwar vor dem Zusammenbauen bzw. Verschweißen zu oberen und unteren Gehäusehälften,
Fig. 2 - eine Fig. 1 ähnelnde Ansicht, gemäß derer die Gehäusekomponenten zusammengeschweißt sind, um obere und untere Gehäusehälften zu bilden,
Fig. 3 - in einer anderen perspektivischen Ansicht die zusammengebauten Gehäusehälften und
Fig. 4 - in einer Fig. 1 ähnelnden Ansicht eine alternative Ausführungsform der Erfindung.
In den Fig. 1-3 ist ein horizontal geteiltes, zusammengesetztes Gehäuse nach der vorliegenden Erfindung allgemein mit der Hinweiszahl 10 bezeichnet. Ein Gehäuse dieser Art eignet sich vor allem für größere Zentrifugalkompressoren, beispielsweise solche mit Innendurchmessern von mehr als 1016 mm (40 Zoll), obwohl die Erfindung nicht hierauf beschränkt ist. Beginnend mit der rechten Seite der Zeichnungen ist es ersichtlich, daß das Gehäuse 10 obere und untere gegossene Einlaßendabschnitte 12 und 14 enthält. Der obere Einlaßendabschnitt 12 ist eine einzige, zusammenhängend gegossene Komponente mit einer Einlaßmündung 16, die einen oberen Flansch 18 hat, mit einem massiven bzw. stabilen horizontalen Verschraubungsflansch 20 und mit Lagerring-Stützflanschen 22. Der untere Einlaßendabschnitt 14 ist als eine mit dem oberen Einlaßendabschnitt 12 zusammenpassende Hälfte ausgebildet und auch mit massiven bzw. stabilen horizontalen Verschraubungsflanschen 24 sowie Lagerring-Stützflanschen 26 versehen.
An dem entgegengesetzten oder linksseitigen Ende enthält das Gegehäuse 10 ferner obere und untere gegossene Auslaßendabschnitte 28 sowie 30. Der obere Auslaßendabschnitt 28 ist ebenfalls eine einstückig gegossene Komponente, die eine in einem zweiten oberen Flansch 34 endende Auslaßmündung 32 enthält, wobei sich Verschraubungsflansche 36 horizontal und seitlich bzw. quer von dem unteren Rand des oberen Auslaßendabschnitts 28 erstrecken. In ähnlicher Weise ist der untere Auslaßendabschnitt 30 eine gegossene Komponente, die ebenfalls Verschraubungsflansche 38 aufweist. Es ist darauf hinzuweisen, jedoch nicht dargestellt, daß die oberen und unteren Auslaßendabschnitte 28, 30 auch einstückig gegossene Lagerring-Stützflansche enthalten, die den den Einlaßendabschnitten 12, 14 zugeordneten Flanschen 22, 26 entsprechen.
Das Gehäuse 10 enthält ferner obere und untere halbzylindrische, geformte Hüllen- bzw. Mantelabschnitte 40 und 42. Diese werden anfänglich als ebene, warmgewalzte Tafeln bzw. Platten gebildet, die dann zu den in den Zeichnungen dargestellten halbzylindrischen Formen gebogen werden. Obere und untere, sich horizontal erstrekkende Verschraubungsflansche 44, 46 sind den oberen und unteren Mantelabschnitten 40, 42 zugeordnet. In typischer Weise werden die Flansche 44, 46 von warmgewalzten ebenen Tafeln bzw. Platten geschnitten.
Es ist somit ersichtlich, daß das Gehäuse 10 bei der anfänglichen Herstellungsstufe eine Vielzahl separater Komponenten aufweist, von denen einige gegossen und andere gebogen bzw. geformt sind, und zwar in typischer Weise durch einen anfänglichen Warmwalzvorgang, bei dem stabile bzw. massive ebene Tafeln bzw. Platten hergestellt werden, die dann entweder geschnitten oder zu den erwünschten Formen gebogen werden. Zu den gegossenen Komponenten gehören die oberen sowie unteren Einlaßendabschnitte 12, 14 und die oberen sowie unteren Auslaßendabschnitte 28, 30.
Durch das in der soeben beschriebenen Weise erfolgende Unterteilen des Gehäuses 10 ergeben sich zahlreiche wichtige Vorteile. So haben beispielsweise beide obere Einlaß- und Auslaßendabschnitte 12, 28 eine Anzahl von gewölbten Bereichen mit sehr kleinen Radien, insbesondere bei 48, wo die Mündungen und die Lagerring-Stützflansche die abgerundeten Gehäuseenden verbinden. In vielen Fällen, insbesondere wenn das Gehäuse für Hochdruckanwendungen entwickelt wird, ist es schwierig wenn nicht gar unmöglich, ausreichend dicke Materialien zu biegen, um derartig kleine Radien zu erzeugen. Wenn somit die zweite Methode als Herstellungstechnik benutzt wird, muß der Hersteller entweder dünnere Materialien verwenden, die durch außen angeschweißte Anschlußbleche bzw. Zwickel oder dergleichen verstärkt werden, oder der Nenndruck des Gehäuses muß gesenkt werden. Wenn die Endabschnitte entsprechend der vorliegenden Erfindung gegossen werden, können kleine Radien erzeugt werden, während dennoch optimale Materialdicken angewendet werden.
Durch das anfängliche Trennen der gegossenen Endabschnitte 12, 14, 28 und 30 von den geformten Mantelabschnitten 40, 42 werden große Gußformen und die hiermit verbundenen Probleme vermieden, wodurch die Gießwirksamkeit wie auch die Qualität des sich ergebenden Produkts verbessert werden. Die halbzylindrischen Mantelabschnitte 40, 42 werden geformt, wie durch Walzen und Biegen, da diese Techniken besonders wirkungsvoll und vorteilhaft sind, wenn die Geometrie der Komponenten relativ einfach ist und keine Vielzahl von Abbiegungen, Verbindungsstellen und dergleichen enthält.
Die nächste Stufe beim Herstellen eines zusammengesetzten Gehäuses nach der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt. In dieser Figur sind die zuvor beschriebenen separaten Komponenten durch Verschweißen in obere und untere Gehäusehälften 10 a und 10 b zusammengebaut. Es ist ersichtlich, daß die obere Gehäusehälfte 10 a durch folgende Schweißvorgänge gebildet wird: Anschweißen der oberen Verschraubungsflansche 44 an den oberen Mantelabschnitt 40 längs einer schematisch mit 5 bezeichneten Linie; Anschweißen der oberen Einlaß- sowie Auslaßendabschnitte 12, 28 und ihrer entsprechenden Verschraubungsflansche 20, 36 an den oberen Mantelabschnitt 40 und die zugeordneten oberen Verschraubungsflansche 44 längs schematisch mit 52 bezeichneter Linien. Die Schweißvorgänge dieser Art sind relativ einfach, da sie an Stellen durchgeführt werden, die keine Komplikationen infolge enger Biegungen, veränderlicher Materialdicken usw. bereiten. Die untere Gehäusehälfte 10 b wird in einer ähnlichen Weise hergestellt, nämlich durch Anschweißen der unteren Verschraubungsflansche 46 an den unteren Mantelabschnitt 42 und durch anschließendes Anschweißen der unteren Einlaß- sowie Auslaßendabschnitte 14, 30 an den unteren Mantelabschnitt 42 sowie die diesem zugeordneten Verschraubungsflansche.
Die Verschraubungsflansche der unteren Gehäusehälfte 10 b werden dann gebohrt, damit sie massive Gewindebolzen 54 aufnehmen können. Diese können durch Löcher 56 ragen, welche in die Verschraubungsflansche der oberen Gehäusehälfte 10 a gebohrt werden. Gemäß Fig. 3 kann dann die obere Gehäusehälfte 10 a in lösbarer Weise auf der unteren Gehäusehälfte 10 b angebracht werden, wobei die Gewindebolzen 54 vertikal durch die Löcher 56 ragen. Danach werden Muttern 58 auf die Bolzen 54 aufgeschraubt, um die zwei Gehäusehälften 10 a, 10 b fest miteinander zu verbinden und ein druckdichtes Gehäuse 10 zu bilden, in dem sich drehende Komponenten (nicht dargestellt) abgestützt sind.
Bei der alternativen Ausführungsform aus Fig. 4 sind gegossene Gehäuseendabschnitte 60, 62, 64 und 66 jeweils mit Verschraubungsflanschen 68 versehen, die einstückig angegossene Verlängerungen 68 a haben. Diese Verlängerungen können wie bei 70 stumpfgeschweißt und auch an die oberen sowie unteren halbzylindrischen Mantelabschnitte 74, 76 angeschweißt werden. Der Vorteil dieser Ausführungsform gegenüber derjenigen aus den Fig. 1-3 besteht darin, daß bei ihr die Anzahl der Stumpfschweißungen an den Verschraubungsflanschen 68 vermindert ist.

Claims

1. Horizontal geteiltes Gehäuse für Kompressoren, Pumpen od. dgl., mit einer oberen und einer unteren, im wesentlichen halbzylindrischen Gehäusehälfte, die mittels an ihren Kanten befindlichen aufeinanderlegbaren Flanschen und Schrauben aneinander zu befestigen sind, und mit an seinen Enden vorgesehenen angegossenen Einlaß- und Auslaßanschlüssen, dadurch gekennzeichnet, daß jede Gehäusehälfte (10 a, 10 b) aus wenigstens drei separat hergestellten, miteinander verschweißten Teilen (12, 14; 28, 30; 40, 42; 60, 62; 64, 66; 74, 76) zusammengesetzt ist, wobei die an den Stirnenden des Gehäuses befindlichen Teile (12, 14 und 28, 30; 60, 62; 64, 66) die einstückig an sie angegossenen Einlaß- und Auslaßanschlüsse (16, 22, 26, 32) aufweisen.

2. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flansche (44, 46; 68, 68 a) mit den im mittleren Bereich des Gehäuses (10) befindlichen halbzylindrischen Teilen (40, 42; 74, 76) verschweißt sind.

3. Gehäuse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flansche (68) einstückig mit den an den Stirnenden des Gehäuses (10) vorgesehenen Teilen (60, 62, 64, 66) gegossen und an die halbzylindrischen mittleren Teile (74, 76) angeschweißt sind.

4. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Stirnenden des Gehäuses (10) befindlichen Teile (12, 14, 28, 30; 60, 62, 64, 66) einstückig gegossene, äußere, in Segmente unterteilte Lagerring-Stützflansche (22, 26) aufweisen, die konzentrisch zur Längsachse des Gehäuses (10) angeordnet sind.