DE29818606U1 - Pressure vessel with end ring - Google Patents

Pressure vessel with end ring

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Description

Druckbehälter mit StirnringPressure vessel with front ring

Ein Tankcontainer mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Eigenschaften aus DE 32 12 696 C2 bekannt. Dort ist ein zu einer Sattelstruktur gehörender Stirnring mit seinen radial äußeren und inneren Kanten an den von der Krempenzone umgebenen Teil des Tankbodens angeschweißt. Die Hauptaufgabe des dort beschriebenen Sattelrings besteht darin, auftretende statische und dynamische Transportlasten möglichst spannungsarm zwischen Tank und Rahmen zu übertragen.A tank container with the properties mentioned in the preamble of claim 1 is known from DE 32 12 696 C2. In this document, a front ring belonging to a saddle structure is welded with its radially outer and inner edges to the part of the tank base surrounded by the rim zone. The main task of the saddle ring described there is to transfer static and dynamic transport loads between the tank and the frame with as little stress as possible.

Aus DE 29 705 851 Ul ist ein weiterer Tankcontainer mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen bekannt, der mit einem Winkelsattelring arbeitet, dessen nach außen weisender Radialflansch sowohl mit den Querholmen als auch mit den Eckstützen des Stirnrahmens verschweißt werden kann. Der vom Axialflansch gebildete Zylinder ist an seinem tankseitigen Ende an den jeweils radial innen oder außen liegenden Kanten mit dem Behälterboden verschweißt. Auch dort hat der Ring die Aufgabe, statische und dynamische Lasten zwischen Behälter und Containerrahmen zu übertragen.From DE 29 705 851 Ul, another tank container is known with the features specified in the preamble of claim 1, which works with an angle saddle ring, the outward-facing radial flange of which can be welded to both the cross members and the corner supports of the front frame. The cylinder formed by the axial flange is welded to the container base at its tank-side end at the radially inner or outer edges. Here too, the ring has the task of transferring static and dynamic loads between the container and the container frame.

Im Behälter- und Apparatebau dienen Tankböden dazu, zylindrische Tankkörper an den Enden zu Druckbehältern zu verschließen oder diese zylindrischen Tankkörper in Kammern zu unterteilen. Die verwendeten Tankböden sollen bei einer verfügbaren Behälterlärce möglichst druckfest sein und eine gute Raumausnutzung bieten. Besonders druckfest sind Halbkugelböden, die allerdings wegen ihrer schlechten Raumausnutzung wenig verbreitet sind.In the construction of containers and equipment, tank bottoms are used to close cylindrical tank bodies at the ends to form pressure vessels or to divide these cylindrical tank bodies into chambers. The tank bottoms used should be as pressure-resistant as possible given the available container thickness and offer good space utilization. Hemispherical bottoms are particularly pressure-resistant, but are not very common due to their poor space utilization.

Üblich sind rotationssymmetrische Böden mit unterschiedlich gekrümmten dreidimensionalen Flächen. Insbesondere sind Böden mit torisphärischen oder elliptischen Oberflächen für Druckbehälter geeignet. Bei den torisphärischen Böden finden insbesondere Klöpper- oder Korbbogenböden Verwendung. Bei denRotationally symmetrical heads with differently curved three-dimensional surfaces are common. Heads with torispherical or elliptical surfaces are particularly suitable for pressure vessels. For torispherical heads, dished or basket-shaped heads are used in particular. For

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elliptischen Böden ist ein Halbachsenverhältnis von 2:1 am weitesten verbreitet.For elliptical floors, a semi-axis ratio of 2:1 is the most common.

Alle diese Böden werden von einer Fläche gebildet, die, von einem senkrecht zur Tankachse angeordneten schwach gekrümmten Bereich ausgehend, in ihrer Randzone stärker gekrümmt in den zylindrischen Mantel des Behälter übergeht. Dabei können zwei Krümmungsradien tangential ineinander übergehen (torisphärische Böden), oder der Krümmungsradius kann sich einer Ellipse folgend von der Behältermitte ausgehend nach außen hin verjüngen (elliptische Böden).All of these bottoms are formed by a surface that, starting from a slightly curved area arranged perpendicular to the tank axis, merges into the cylindrical shell of the tank in a more strongly curved edge zone. Two radii of curvature can merge tangentially into one another (torispherical bottoms), or the radius of curvature can taper outwards from the center of the tank following an ellipse (elliptical bottoms).

Die Wandstärken von Druckbehältern und damit auch die der Böden sind in der Regel vom Innendruck des Behälters abhängig. Die Bestimmung der Wandstärken erfolgt nach Berechnungsvorschriften, die in nationalen Druckbehälterregelwerken enthalten sind (z.B. AD Merkblätter, ASME, CODAP, British Standard 5500). Im Prinzip werden bei all diesen Vorschriften Spannungen im Bauteil ermittelt, denen dann eine bestimmte Mindestwanddicke in Abhängigkeit von der Festigkeit des eingesetzten Tankwerkstoffes zugeordnet wird.The wall thicknesses of pressure vessels and therefore also those of the bottoms are generally dependent on the internal pressure of the vessel. The wall thicknesses are determined according to calculation rules contained in national pressure vessel regulations (e.g. AD Merkblätter, ASME, CODAP, British Standard 5500). In principle, all of these regulations determine stresses in the component, to which a certain minimum wall thickness is then assigned depending on the strength of the tank material used.

Insbesondere in Behälterböden gibt es bei Innendruckbeanspruchung keinen gleichförmigen Spannungszustand. Während die Spannungen im mittleren schwachgekrümmten Bereich relativ niedrig sind, wachsen sie im Bereich der Randzone stark an, um dann wieder auf das niedrigere Niveau des zylindrischen Teils abzusinken. Da Behälterböden normalerweise bis zu Abmessungen von drei Metern Durchmesser aus einem Blech oder mehreren gleich starken Blechen gefertigt werden, bestimmen die hohen Spannungen in der Randzone die Mindestwanddicke des gesamten Bodens.In particular, in tank bottoms, there is no uniform stress state when subjected to internal pressure. While the stresses in the central, slightly curved area are relatively low, they increase sharply in the edge zone, before falling back to the lower level of the cylindrical part. Since tank bottoms up to three meters in diameter are normally made from one or more sheets of the same thickness, the high stresses in the edge zone determine the minimum wall thickness of the entire bottom.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Maximalspannungen im Randzonenbereich des Bodens so herabzusetzen, daß ein erfindungsgemäßer Boden bei gleicher Wandstärke höhere Drücke oder bei verringerter Wandstärke gleich hohe Drücke wie herkömmlich hergestellte Böden erträgt.The invention is based on the object of reducing the maximum stresses in the edge zone area of the soil so that a soil according to the invention can withstand higher pressures with the same wall thickness or the same pressures with a reduced wall thickness as conventionally manufactured soils.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist in Anspruch 1 beschrieben. Die Bodenanordnung umfaßt einen BodenThe solution to this problem according to the invention is described in claim 1. The floor arrangement comprises a floor

und einen Ring, der im Bereich der maximalen Meridianspannungen, die durch einen konkavseitigen Überdruck (Behälterinnendruck) in der Bodenwand entstehen, mit dem Behälterboden verschweißt ist. Der Ring verringert die für die Bestimmung der Mindestwanddicke maßgebliche Meridianspannung so sehr, daß das für die Herstellung des Bodens verwendete Ausgangsmaterial wesentlich dünner sein kann und so erhebliche Gewichtsund Materialkostenvorteile entstehen, die trotz des zusätzlichen Anbringen des Ringes überwiegen. Insbesondere dann, wenn der Ring aus einem unedleren Metall als der Boden selbst besteht.and a ring that is welded to the bottom of the vessel in the area of maximum meridional stresses that arise from a concave-side overpressure (internal vessel pressure) in the bottom wall. The ring reduces the meridional stress that is decisive for determining the minimum wall thickness so much that the starting material used to make the bottom can be significantly thinner, thus creating significant weight and material cost advantages that outweigh the additional attachment of the ring. Particularly when the ring is made of a less noble metal than the bottom itself.

Die oben genannte Meridianspannung bezeichnet eine Zugspannung an der konkaven Fläche des Bodens, sie verläuft tangential zur Oberfläche des Bodens und schräg radial zur Tankachse. Ihr maximaler Betrag ist maßgeblich für die Auslegung eines Behälterbodens.The meridional stress mentioned above refers to a tensile stress on the concave surface of the bottom, it runs tangentially to the surface of the bottom and diagonally radially to the tank axis. Its maximum value is decisive for the design of a tank bottom.

Das größte Materialeinsparungspotential (oder die größte Festigkeitssteigerung) ermöglicht für die verschiedenen am weitesten verbreiteten Bodenformen eine Anordnung des Ringes nach Anspruch 2, 3 oder 4. Die folgende Tabelle gibt die optimalen Durchmesserbereiche in Abhängigkeit vom Außendurchmesser Da des Behälters:The greatest potential for saving material (or the greatest increase in strength) is achieved by arranging the ring according to claim 2, 3 or 4 for the various most common bottom shapes. The following table gives the optimum diameter ranges depending on the outside diameter Da of the container:

BodenformFloor shape 2:1)2:1) 0,0, optimaleroptimal 9595 Durchmesser Dr Diameter D r KlöpperformDished shape o,O, 92 -92 - 9090 DaThere KorbbogenformBasket arch shape 0,0, 86 -86 - 9090 DaThere elliptische Form (A:a =elliptical shape (A:a = 86 -86 - DaThere - o,- oh, - o,- oh, - o,- oh,

Eine Ausführung des Ringes in zylindrischer Form ist besonders vorteilhaft, da der so gebildete Ring entweder zwischen zwei Böden von koaxialen Behältern angebracht ist und so eine weitere Kammer gemäß Anspruch 6 bildet, oder daß er als Sattelelement nach Anspruch 7 und 8 dienen kann.An embodiment of the ring in cylindrical shape is particularly advantageous since the ring thus formed is either mounted between two bottoms of coaxial containers and thus forms a further chamber according to claim 6, or it can serve as a saddle element according to claims 7 and 8.

Eine kegel stump :föriaige Ausführung des Ringes nach Anspruch 5 kann bei der Verwendung des Bodens als Zwischenboden vorteilhaft sein, sie ist aber auch als Sattelelement vor-A truncated cone-shaped design of the ring according to claim 5 can be advantageous when using the bottom as an intermediate bottom, but it is also suitable as a saddle element.

teilhaft, zum Beispiel, bei der Montage kleiner Behälter in relativ große Rahmen.useful, for example, when assembling small containers into relatively large frames.

Nach Anspruch 10 braucht der Stirnring kein geschlossener Ring zu sein; die Erfindung ist auch dann anwendbar, wenn der Stirnring abschnittsweise unterbrochen oder nach Anspruch 9 aus einzelnen Segmenten zusammengesetzt ist. Im unteren Bereich ist bei horizontal angeordneten Behältern eine Unterbrechung wegen der hier vorgesehenen Armaturen häufig zweckmäßig. In diesen Bereichen müssen allerdings dann freie Randzonen des Bodens auf andere Art und Weise verstärkt werden (Aufdoppelungen, besonders verstärkte Ausschnitte).According to claim 10, the front ring does not need to be a closed ring; the invention is also applicable if the front ring is interrupted in sections or is composed of individual segments according to claim 9. In the lower area of horizontally arranged containers, an interruption is often expedient because of the fittings provided here. In these areas, however, free edge zones of the base must then be reinforced in another way (doubling, particularly reinforced cutouts).

Die Anspruch 11 bezieht sich insbesondere auf Ausführungsformen der Ringe, bei denen neben der Verstärkungs- und Sattelfunktion weitere konstruktive Anforderungen bestehen, wie z.B. Isolierung eines Tanks gegen seinen Rahmen, elastische Aufhängung eines Tanks im Rahmen.Claim 11 relates in particular to embodiments of the rings in which, in addition to the reinforcement and saddle function, further structural requirements exist, such as insulation of a tank against its frame, elastic suspension of a tank in the frame.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the drawings.

Darin zeigt:
20It shows:
20

Figur 1 den aufgebrochenen Ausschnitt eines Druckbehälters in einer Seitenansicht;Figure 1 shows a broken section of a pressure vessel in a side view;

Figur 2 die flächendefinierende Kontur eines torisphärischen Bodens.Figure 2 shows the area-defining contour of a torispherical floor.

Figur 3 die flächendefinierende Kontur eines elliptischen Bodens.
Figur 4 eine Gestaltungsmöglichkeit für einen mehrkam-Figure 3 shows the area-defining contour of an elliptical floor.
Figure 4 shows a design option for a multi-chamber

merigen Druckbehälter;pressure vessels;

Figur 5 und 6 verschiedene Gestaltungsformen des Stirnrings, wenn dieser aus einem Winkelprofil besteht;Figures 5 and 6 show different designs of the front ring when it consists of an angle profile;

Nach Fig. 1 besteht der Druckbehälter 10 mit dem Außendurchmesser Da aus einem zylindrischen Mantel 13 und zwei gegenüberliegenden Endböden 12, die jeweils mit einem Ring 11 mit einem mittleren Durchmesser Dr im Bereich der maximalenAccording to Fig. 1, the pressure vessel 10 with the outer diameter Da consists of a cylindrical shell 13 and two opposite end plates 12, each of which is provided with a ring 11 with a mean diameter D r in the region of the maximum

• ♦· »♦ «·•♦·»♦ «·

Meridianspannung an den äußeren und inneren Kanten 14a, 14b des Ringes 11 verschweißt sind.Meridian tension are welded to the outer and inner edges 14a, 14b of the ring 11.

Aus Fig. 2 ist die Definition von torisphärischen Bodenflächen 20, 21 ersichtlich. Die konvexe (äußere) 20 und die konkave (innere) 21 Oberfläche des Bodens wird durch die Rotation der Bodenkontur um die Behälterachse 30 beschrieben. Den Abstand der beiden Flächen zueinander bestimmt die Wandstärke S des Bodens.The definition of torispherical bottom surfaces 20, 21 is evident from Fig. 2. The convex (outer) 20 and the concave (inner) 21 surface of the bottom are described by the rotation of the bottom contour around the container axis 30. The distance between the two surfaces is determined by the wall thickness S of the bottom.

Die Bodenkontur setzt sich aus drei unterschiedlich gekrümmten Bereichen zusammen: nämlich dem die Bodenkalotte definierenden Bereich 22 mit dem Kalottenradius R, dem die Bodenkrempe bildenden Bereich 23 mit dem Krempenradius r und dem den zylindrischen Bord des Bodens bildende Bereich 24.The base contour is composed of three differently curved areas: namely the area 22 defining the base dome with the dome radius R, the area 23 forming the base brim with the brim radius r and the area 24 forming the cylindrical edge of the base.

Die Krümmungsradien der unterschiedlichen Bereiche sind bei Klöpper- und Korbbogenböden in Abhängigkeit vom Außendurchmesser Da des zylindrischen Teils des Druckbehälters nach folgender Tabelle definiert:The radii of curvature of the different areas for dished and basket arch heads are defined depending on the outside diameter Da of the cylindrical part of the pressure vessel according to the following table:

Maßverhältnisse typischer torisphärischer BödenDimensional relationships of typical torispherical floors

RadienRadii KlöpperformDished shape DaThere KorbbogenformBasket arch shape R (Kalotte)R (dome) 0,1 Da0.1Da 0,8 Da0.8 Da r (Krempe)r (brim) 0,154 Da0.154 Da

Aus Fig. 3 ist die Definition einer elliptischen Bodenfläche ersichtlich. Die konvexe Außenfläche 20 und die konkave Innenfläche 21 des Bodens 12 wird ebenfalls durch eine Rotation der Kontur um die Behälterachse 30 definiert. Die Bodenkontur eines elliptischen Bodens setzt sich zusammen aus einem elliptischen Teil 25, der den dreidimensional gekrümmten Bereich des Bodens beschreibt, und einem Bereich 24, der wie beim torisphärischen Boden den zylindrischen Bord beschreibt. Der Abstand der beiden Bodenflächen zueinander ist durch die Wandstärke S definiert.The definition of an elliptical base surface is evident from Fig. 3. The convex outer surface 20 and the concave inner surface 21 of the base 12 are also defined by a rotation of the contour around the container axis 30. The base contour of an elliptical base is made up of an elliptical part 25, which describes the three-dimensionally curved area of the base, and an area 24, which, as with the torispherical base, describes the cylindrical rim. The distance between the two base surfaces is defined by the wall thickness S.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des elliptischen Bodens stehen die beiden Halbachsen A und a in einem Verhältnis von 2:1 zueinander.In a preferred embodiment of the elliptical base, the two semi-axes A and a are in a ratio of 2:1 to each other.

Nach Fig. 4 bildet der Ring 11 einen weiteren DruckraumAccording to Fig. 4, the ring 11 forms a further pressure chamber

40, der zwischen zwei Druckbehältern 10 angeordnet ist. Dabei liegt der Ring 11 zwischen den beiden Behälterendböden 12 und ist mit diesen im Bereich ihrer maximalen Meridianspannungen an seinen inneren und äußeren Kanten 14a und 14b verschweißt.40, which is arranged between two pressure vessels 10. The ring 11 lies between the two vessel end bottoms 12 and is welded to them in the area of their maximum meridional stresses at its inner and outer edges 14a and 14b.

Nach Fig. 5 bildet den verstärkenden Stirnring ein L-förmiger Ring 11', der mit dem Boden 12 verschweißt ist. Der Ring 11' besteht aus einem Schenkel 17, der einen zur Tankachse parallel verlaufenden Zylinder bildet, und einem Schenkel 18', der dazu senkrecht radial nach innen weist.According to Fig. 5, the reinforcing front ring is formed by an L-shaped ring 11' which is welded to the base 12. The ring 11' consists of a leg 17 which forms a cylinder running parallel to the tank axis and a leg 18' which points radially inwards perpendicular to it.

Nach Fig. 6 weist der Radialflansch 18" des Ringes 11" nach außen.According to Fig. 6, the radial flange 18" of the ring 11" points outwards.

Claims (11)

1. Druckbehälter (10) mit einem torisphärischen oder elliptischen Boden (12), an dessen konvexer Fläche (20) ein zur Tanklängsachse (30) konzentrisch angeordneter Ring (11) angeschweißt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (11) im Bereich der durch einen konkavseitigen Überdruck an der Behälterinnenwand (21) entstehenden maximalen Meridianspannungen mit dem Behälterboden (12) verbunden ist. 1. Pressure vessel ( 10 ) with a torispherical or elliptical bottom ( 12 ), to the convex surface ( 20 ) of which a ring ( 11 ) arranged concentrically to the longitudinal axis ( 30 ) of the tank is welded, characterized in that the ring ( 11 ) is connected to the vessel bottom ( 12 ) in the region of the maximum meridional stresses arising from a concave-side overpressure on the vessel inner wall ( 21 ). 2. Druckbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (11) an einen torisphärischen Klöpperboden (12) angeschweißt ist und an seinem Anschweißende einen mittleren Durchmesser (Dr) von 0,92-0,95 × Da hat. 2. Pressure vessel according to claim 1, characterized in that the ring ( 11 ) is welded to a torispherical dished bottom ( 12 ) and has at its welding end an average diameter (D r ) of 0.92-0.95 × D a . 3. Druckbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (11) an einen torisphärischen Korbbogenboden (12) angeschweißt ist und an seinem Anschweißende einen mittleren Durchmesser (Dr) von 0,86-0,90 × Da hat. 3. Pressure vessel according to claim 1, characterized in that the ring ( 11 ) is welded to a torispherical basket arch bottom ( 12 ) and has at its welding end an average diameter (D r ) of 0.86-0.90 × D a . 4. Druckbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (11) an einen elliptischen Boden (12) mit einem Halbachsenverhältnis von 2 : 1 (A : a) angeschweißt ist und an seinem Anschweißende einen mittleren Durchmesser (Dr) von 0,86-0,90 × Da hat. 4. Pressure vessel according to claim 1, characterized in that the ring ( 11 ) is welded to an elliptical bottom ( 12 ) with a semi-axis ratio of 2:1 (A:a) and has at its welding end a mean diameter (D r ) of 0.86-0.90 × D a . 5. Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (11) einen rechteckigen Querschnitt aufweist, dessen Längsachse einen Winkel zur Tanklängsachse aufweist, so daß der entstehende Kegelstumpfmantel an seiner kleineren Öffnung mit dem Boden verschweißt ist. 5. Pressure vessel according to one of claims 1 to 4, characterized in that the ring ( 11 ) has a rectangular cross-section, the longitudinal axis of which is at an angle to the longitudinal axis of the tank, so that the resulting truncated cone shell is welded to the bottom at its smaller opening. 6. Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (11) als Zylinder ausgebildet ist und zwischen den konvexen Seiten zweier Böden (12) angeordnet ist und so eine druckfeste Kammer (40) zwischen zwei koaxialen Druckbehältern (10) bildet. 6. Pressure vessel according to one of claims 1 to 4, characterized in that the ring ( 11 ) is designed as a cylinder and is arranged between the convex sides of two bottoms ( 12 ) and thus forms a pressure-resistant chamber ( 40 ) between two coaxial pressure vessels ( 10 ). 7. Druckbehälter (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (11) als Sattelelement zur horizontalen oder vertikalen Montage des Behälters dient. 7. Pressure vessel ( 10 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the ring ( 11 ) serves as a saddle element for horizontal or vertical mounting of the vessel. 8. Druckbehälter (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (11) ein Element der Stirnringsattelung eines Tankcontainers darstellt. 8. Pressure vessel ( 10 ) according to claim 7, characterized in that the ring ( 11 ) represents an element of the end ring saddle of a tank container. 9. Druckbehälter (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (11) aus einem oder mehreren Segmenten besteht. 9. Pressure vessel ( 10 ) according to one of claims 1 to 8, characterized in that the ring ( 11 ) consists of one or more segments. 10. Druckbehälter (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (11) abschnittsweise von in der Bodenrandzone angeordneten Ein- oder Anbauten unterbrochen sein kann. 10. Pressure vessel ( 10 ) according to one of claims 1 to 9, characterized in that the ring ( 11 ) can be interrupted in sections by built-ins or attachments arranged in the bottom edge zone. 11. Druckbehälter (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (11', 11") einen L-förmigen Querschnitt aufweist, wobei ein Schenkel (17) parallel und konzentrisch zur Tankachse, einen Zylinder bildend, verläuft und der andere Schenkel (18', 18") an dem vom Boden (12) entfernten Rand des Zylinders ansetzt und radial dazu verläuft. 11. Pressure vessel ( 10 ) according to one of claims 1 to 4 and 7 to 10, characterized in that the ring ( 11 ', 11 ") has an L-shaped cross-section, one leg ( 17 ) running parallel and concentrically to the tank axis, forming a cylinder, and the other leg ( 18 ', 18 ") starting at the edge of the cylinder remote from the bottom ( 12 ) and running radially thereto.
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