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Gefäß für hohe Innendrücke
Die I rlin(lullg heziellt sich auf zylindrische
l)ruckgefäße von erheblichem Durchmesser für hohen inneren Flüssigkeitsdruck, z.
B. Drücke von 50 at oder darüber, wobei ein Ende oder beide Enden der Gefäße mit
Deckeln versehen sind.
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Bisher war es üblich, derartige Gefäße aus vollen Schmiedestücken
herzustellen und die Deckel an dem Gefäßkörper derart zu befestigen, daß dessen
Wände nicht nur die durch den inneren Flüssigkeits- der oder.Gasdruck hervorgerufene
Ring- oder Umfangsbcallsp ruchung, soiidern auch die durch den inneren Flüssigkeits-
bzw. Gasdruck auf die Deckel ausgeül,te Endhelastung aufzunehmen haben.
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Diese Konstruktion war notwendigerweise sehr kostspielig, einmal
infolge der zur Erzielung eines einwandfreien Schmiedestückes von dem Block ahzunehmenden
großen Metallmenge und zum anderen infolge der iii der Schmiede und Wärmehehandlungswerkstatt
auftretenden Schwierigkeiten und erheblichen Betriebskosten; hierzu kommen bei Gefäßen,
die dem Angriff von Chemikalien widerstehen sollen, die hohen Kosten des Konstruktionsmaterials.
Große geschmiedete Gefäße dieser Art, die bis zu 50 t wiegen können, haben überdies
den Nachteil, daß sie für ihren Einbau und ihre Entfernung zwecks Überwachung und
bzw. Ausbesserung die Anordnung schwerer Hebezeuge erfordern.
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Es ist ferner vorgeschlagen worden, Zylinder der notwendigen Wandstärke
aus ineinandergefügten konzentrischen Rohren zusammenzusetzen, an deren Enden zur
Anbringung der Deckel dienende Flansche angeschweißt sind. Bei dieser Konstruktion
sind die Schweißungen der vollen auf die Enddeckel ausgeübten Zugbelastung unterworfen,
und es müssen daher Werkstoffe verwendet werden, in denen einwandfreie Schweißungen
erstklassiger
Qualität ausgeführt werden können. Durch die Erfindung
soll ein Druckgefäß geschaffen werden, das im Vergleich mit bekannten Druckgefäßen
einen oder mehreren der folgenden Vorteile aufweist: I. die Konstruktion kann zumindest
teilweise aus Metall in leichter erhältlicher und billiger Form ausgeführt werden;
2. schnellere Ausführung der Konstruktion; 3. wenige oder keine Schweißungen sind
schwerer Zugbeanspruchung ausgesetzt; 4. für den Einbau und die Entfernung ist ein
leichteres Hebezeug erforderlich; 5. eine geringere Menge von gegen den Angriff
von Chemikalien widerstandsfähigen Speziallegierungen ist erforderlich; 6. geringere
Beanspruchung an der Innenfläche'des Druckgefäßes.
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Das den Gegenstand der Erfindung bildende Druckgefäß besitzt einen
Hohlzylinder, der aus einem an beiden Enden offenen und zur Aufnahme des inneren
Flüssigkeitsdruckes durch eine Mehrzahl von Ringen aus Platten oder Blech verstärkten
Innenrohr besteht, wobei die Ringe sämtlich gleichachsig mit dem Innenrohr und mit
diesem in Eingriff sind. Für das offene Ende bzw. die offenen Enden des Rohres ist
bzw. sind Deckel vorgesehen.
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Außerhalb des Rohres sind Zugstangen angeordnet, die das Rohr von.
der durch den Flüssigkeitsdruck auf den Deckel oder die Deckel hervorgerufenen Zugspannung
entlasten und den bzw. die Deckel in flüssigkeitsdichtem Eingriff mit dem offenen
Ende bzw. den Enden des Rohres halten.
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Bei dieser Konstruktion kann der Hohlzylinder weitgehend oder vollständig
aus Metall in leicht erhältlicher und billiger Form, das ist aus Platten oder Blech,
aufgebaut werden, wobei wenige oder keine Schweißstellen vorhanden sind, die schweren
Zugbeanspruchungen ausgesetzt werden. Jeder Ring kann in Berührung mlit benachbarten
Ringen stehen oder im Abstand von diesen angeordnet sein; der höchstzulässige Abstand
zwischen benachbarten Ringen hängt von der Stärke des inneren Rohres und dem Innendruck,
dem dieses ausgesetzt wird, ab.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung besitzt ein Druckgefäß
fiir hohe innere Flüssigkeits- bzw. Gasdrücke einen an beiden Enden offenen Hohlzylinder,
der geeignet ist, die durch den Flüssigkeits- bzw. Gasdruck hervorgerufene Ring-
oder Mantelbeanspruchung aufzunehmen, einen Deckel oder je einen Deckel für das
offene Ende oder die Enden des Zylinders und außerhalb des Zylinders angeordnete
Zugstangen; die Zugstangen bestehen aus einer Mehrzahl von nebeneinander angeordneten
Zugblechen, die den Zylinder von der durch den Flüssigkeits- bzw. Gasdruck auf den
Deckel oder. die Deckel. hervorgerufenen Zugspannung entlasten und den bzw. die
Deckel in flüssigkeitsdichtem Eingriff mit dem offenen Ende bzw. den Enden des Zylinders
halten.
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Bei dieser abgeänderten Ausführungsform der Erfindung kann der Hohlzylinder
aus einem Schmiedestück bestehen, das jedoch leichter ist und einfacher herzustellen
ist als die bisher übliche Bauart, da es die Gestalt eines einfachen Zylinders aufweisen
kann, ohne die I,reiten Endflansche; die hisher zum Widerstand der Belastung auf
die Enddeckel erforderlich waren. Überdies wird ein leichteres Hebezeug für seinen
Einbau bzw. seine Entfernung benötigt, da er unabhängig von den Zugstangen bewegt
werden kann. Der Hohlzvlinder kann auch vorteilhaft in Gestalt eines zur Aufnahme
hoher Innendrücke geeigneten, durch einen oder mehrere Außenteile, wie z. B. gleichachsige
Umhüllungsrohre oder durch eine Mehrzahl von Ringen in der beschriebenen Weise verstärkten
Innenrohres aufgebaut werden.
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Bei Verwendung der zusammengesetztenZylinderkonstruktion können die
Verstärkungselemente auf das Innenrohr aufgeschrumpft sein, um die an dessen Innenfläche
auftretende Ring- oder Mantelbeanspruchung zu verringern oder sogar aufzuheben,
derart, daß ein mittels Längsschweißung aus Blech oder Plattenmaterial hergestelltes
Rohr ruhig verwendet werden kann. Soll überdies das Druckgefäß Stoffe enthalten,
die das Innenrohr angreifen, so wird durch die beim Aufschrumpfen der Verstärkungselemente
erzielte Verringerung der Spannung im Innenrohr der Grad des Angriffs oder der Einwirkung
herabgesetzt.
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Das Innenrohr selbst kann aus einer Tafel oder einem Blech durch
Längsschweißung odet durch Zusammenwickeln einer Tafel oder eines Bleches zu einem
geschlossenen, an aneinandergrenzenden Kanten verschweißten Schraubenzylinder oder
aus zwei oder mehr umfänglich Ende an Ende miteinander verschweißten Rohren hergestellt
bzw. aufgebaut werden. Das Innenrohr kann auch aus zwei oder mehr Ende an Ende angeordneten
Rohren ohne Umfangsverschweißungen bestehen, wobei jedoch Dichtungen zwischen die
aneinandergrenzenden Enden eingefügt sind.
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Die zusammengesetzte Zylinderkonstruktion hat den weiteren Vorteil,
daß das Innenrohr aus einem anderen Metall hergestellt werden kann als die Verstärkungselemente.
So können die letzteren aus einer Stahllegierung von hoher Zugfähigkeit hergestellt
werden, während das Innenrohr aus einem Metall angefertigt werden kann, das im Hinblick
auf chemische Angriffe, denen es beim Gebrauch ausgesetzt ist, ausgewählt ist; z.
B. kann für das Innenrohr eine Stahllegierung Verwendung finden, die dem Angriff
von Wasserstoff unter hohem Druck und erhöhter Temperatur widersteht.
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Bei einer abgeänderten Ausführungsform der Erfindung kann der Zylinder
mit einem ständig geschlossenen Ende ausgebildet sein, indem z. B. eine Platte auf
dieses Ende aufgeschweißt wird. In diesem Fall liegt vorzugsweise eine Abdeckplatte,
mit der die Zugstangen verbunden sind, gegen das geschlossene Ende an und verstärkt
dieses zur Aufnahme des inneren Flüssigkeitsdruckes. Es ist auch möglich, ein Ende
des Zylinders mittels einer Platte von zur Aufnahme des inneren Flüssigkeits- bzw.
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Gasdruckes ausreichender Festigkeit ständig abzudichten, wobei die
Zugstangen mit dieser Platte in Verbindung stehen.
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Die äußeren Zugstangen können unmittelbar mit den Deckeln verbunden
sein, welche in diesem Fall
mit .\iisiitzcii versehen sind oder
sich über die Wän(le des Zylinders tiach außen erstrecken, oder sie können mit Querstangen
in Verbindung stehen, die gegen die Außenlläche der Deckel anliegen. Die Verbindungen
zwischen den Querstangen und den Zugstangen sind zweckmäßig massiv, d. h. die Ouerstangen
und Zugstangen sind zusammenhängend in Gestalt eines rechteckigen Rahmens ausgebildet.
Die Querstangen und die Zugstangen, gleich ob getrennt oder zusammenhängend ausgebildet,
können massiv sein; vorzugsweise sind sie jedoch geschichtet, d. h. aus einer Mehrzahl
von auf- oder nebeneinandergelegten Platten gebildet. So können zusammenhängend
ausgebildete Zugstangen und Querstangen aus einer Mehrzahl von aufeinandergelegten
Rahmen aus Blech aufgebaut sein, während im Fall getrennter Zugstangen und Ouerstangen
die Zugstangen je aus einer Mehrzahl aufeinandergelegter Zugbleche und die Querstangen
je aus einer Mehrzahl aufeinandergelegter Metallbleche bestehen, deren jedes sich
über den Deckel von einer Zugstange zur anderen erstreckt.
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Irgendwelche geeigneten bekannten Mittel können zur Abdiclltullg
der Fuge zwischen den Deckeln und dem Zylinder verwendet werden. So kann z. B. ein
Fugenring solcher Art Verwendung finden, der infolge radialen Druckes gegen die
Innenwand des Innenrohres abdichtet, oder ein Fugenring, der zwischen den Deckel
und das Ende des inneren Rohres paßt. 13ei Verwendung eines Fugenringes der letztgenannten
Art werden die Enden der Innenrohre zur lildung eines geeigneten Sitzes zweckmäßig
mit liinendanschen versehen. Diese Flansche können an die Enden des Innenrohres
angeschweißt werden, da sie nur geringen Beanspruchungen ausgesetzt werdeii. Vird
das Innenrohr mit lnnenflanschen versehen, so wird vorzugsweise ein Dichtungsring
von C-fiirmigem Querschnitt verwendet, derart, daß der im Innern des Ringes und
auf das andere Ende des Gefäßes wi rken<le Fliissigkeits- bzw. Gasdruck dem auf
den Flansch nach außen hin wirkenden l)ruck entgegenwirkt. Durch geeignete Wahl
der Ahmessungen des Ringes ist es möglich, die Drücke auf den einander gegenüberliegenden
Flächen des Flansches auszugleichen und dadurch das Innenrohr von Liingsbeanspruchun:en
zu entlasten.
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Gewünschienfalls kann auch das Innenrohr zur .Aufnahme eines Teils
der I,ängsbeanspruchungen bestimmt sein. wobei die von den Zugstangen aufzunehmentle
Entllast verringert wird, indem man es mit einem Innenflansch versieht und einen
nichtungs- oder Fugen ring von kleinerem Durchmesser als demjenigen der Bohrung
des Rohres verwendet.
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Gewünsehtenfalls kann das innere Rohr einer Druckheanspruchung unterworfen
werden, indem es mit einem äußeren Flansch versehen wird und ein Verbindungsring
von einem größeren Durchmesser als die Bohrung des Rohres angewandt wird. i»eim
Schließen des Druckgefäßes kann der Anfangsdichtungsdruck auf die Verbindung zwischen
den 1)deckeln und dem Zylinder in zweckmäßiger NVeise dadurch erzielt werden, daß
die Zugstangen z. n. mittels elektrischer Spulen erhitzt werden und das hierbei
erzeugte Spiel ausgeglichen wird, z. bei Verwendung von Querstangen durch Einsetzen
von Packungen zwischen diese und die Deckel, und daß man sodann die Zugstangen abkühlen
läßt.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der
folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und deren Darstellung in den Zeichnungen:
Fig. r ist ein Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Druckgefäß, dessen Deckel
in ihrer Lage gehalten werden mittels geschichteter Querstangen und getrennter geschichteter
Zugstangen; Fig. 2 ist eine Draufsicht des in Fig. I dargestell. ten Druckgefäßes;
Fig. 3 ist ein Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Druckgefäß, dessen Deckel
in ihrer Lage gehalten werden mittels aus zusammenhängenden Querstangen und Zugstangen
bestehender geschichteter Rahmen; Fig. 4 ist eine Draufsicht auf das Druckgefäß
gemäß Fig.3; Fig. 5 ist ein Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Druckgefäß,
dessen Zylinder an seinen Enden mit Innenfianschen versehen ist, die je einen Sitz
für Dichtungsringe bilden; Fig. 6 ist ein Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes
Druckgefäß mit nur einem offenen Ende.
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Bei der Ausführungsform gemäß Fig. I und 2 ist das Druckgefäß aus
einem Innenrohr I und einer Mehrzahl von aus Metallplatten hergestellten Verstärkungsringen
2 zusammengesetzt. Die Enden des Rohres I sind durch Deckel 3 und 4 verschlossen;
diese sind zur Unterbringung von gegen die flachen Enden des Rohres I anliegenden
im Querschnitt hufeisenförmigen Dichtungsringen 7 mit kreisförmigen Vertiefungen
5 und 6 versehen. Die Deckel werden mittels geschichteter Querstangen g in ihrer
Lage gehalten, deren Enden in Löcher in den Enden von geschichteten Zugstangen Io
eingreifen. Eine Blechzwischenlage I2 wird zwischen die Bodenquerstangen und den
Deckel 4 eingesetzt, wenn die Zugstangen durch Hitze verlängert worden sind, so
daß bei der Zusammenziehung der Zugstangen ein dichter Abschluß erzielt wird. In
dem Deckel 3 sind Löcher I3 für Leitungsanschlüsse vorgesehen.
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Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 und 4 werden die Deckel durch
zwei geschichtete Rahmen I4 in ihrer Lage gehalten, deren jeder aus sechs einteiligen
Platten besteht. Die Platten werden zweckmäßig durch Ausschneiden aus je einer zusammenhängenden
Platte hergestellt oder durch Zusammenschweißen von je einem Paar von End- und Seitenteilen.
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Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 ist das Druckgefäß an einem
Innenrohr I und einer Mehrzahl von Verstärkungszylindern I6 zusammengesetzt. No
den Enden des Innenrohres 1 sind Innenflächen 8 durch Schweißungen 6 befestigt;
diese Flansche bilden Sitze für die Dic'htungsringe 7.
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Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6 ist das Druckgefäß an seinem
einen Ende ständig durch eine Platte 15 geschlossen, die an dem Innenrohr I
durch
Schweißung befestigt ist. Die Deckelplatte 4 liegt gegen die Platte 15 an und verstärkt
diese gegen die Wirkung des inneren Flüssigkeitsdruckes.