DE8707965U1

DE8707965U1 - Muffenlose Rohrkupplung für Kohlenwasserstoff-Pumprohrleitungen

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Publication number: DE8707965U1
Application number: DE8707965U
Authority: DE
Original assignee: Dalmine SpA
Current assignee: Dalmine SpA
Priority date: 1987-06-04
Filing date: 1987-06-04
Publication date: 1987-07-30
Also published as: IN169724B

Description

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Beschreibung

Die Neuerung betrifft eine muffenlose Rohrkupplung für

Kohlenwasserstofff-Pumprohrleitungen mit verbesserter Dicht- !

wirkung auch nach längerer Benutzung und wiederholtem Zu- |j

sämmeri- und Auseinander schrauben. &bgr;

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Rohrkupplungen für die dichte Verbindung von Leitungs- ^v &igr;

Rohren, insbesondere in der Ölindustrie, sind an sich 1

seit langem bekannt. Derartige Kupplungen weisen ein Innen- J

element öder Spitzende am einen und sin Äußenelement oder f

Muffenende am anderen Ende auf. Diese Enden sind dabei .

jeweils mit komplementären konischen Gewinden verschen, |

so daß beim Pestziehen der Kupplung durch Einschrauben [

des einen Elements in das andere eine dichte Verbindung f

zwischen den Gewinden hergestellt wird. i J Es ist auch bekannt, daß aufgrund unvermeidbarer Ferti- \ gungstoleranzen die zwischen Innen- und Außenelement auftretenden Abweichungen einen ungünstigen Einfluß auf die &rgr; Dichtheit der Rohrkupplung haben können, insbesondere | nach mehrmaligem Zusammen- und Auseinanderschrauben der | Rohre. Aus diesem Grund wurde häufig die Wiederverwendung f solcher Rohre verboten, speziell dann, wenn die Rohre f mit einem über dem Nennwert, zu dem die Trägheit der ver- * wendeten Festzieh- oder Spannwerkzeuge addiert werden . muß, liegenden Drehmoment zusammengeschraubt worden sind. I

Aufgabe der Neuerung ist die Schaffung von Metall-Rohren //
der oben angegebenen Art, die unter Vermeidung der geschilderten Mängel und ohne Beeinträchtigung ihrer ; Flüssigkeitsdichtheit, sowohl nach außen als auch nach

innen, mehrfach wiederverwendet werden können, wobei Ver- ^!

formungen erst bei Anziehdrehmomenten entsprechend mindestens -

dem Dreifachen der empfohlenen Größe auftreten sollen. |

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Diese Aufgabe wird bei einer müffenlosen Rohrkupplung an zusammenzusetzenden Rohren für Kohlenwasserstoff-Rohrleitungen, umfassend ein Inneneiement mit einem konischen Außengewinde und ein mit einem entsprechenden (komplementären) konischen Innengewinde versehenes Aüßenelement, neuerüngsgemäß gelöst durch eine am Aüßenelement angeformte Primär- oder Außenschulter, die einen Endanschlag für sins Außenkante des ÄüßeneieiTients bildet, und eine an der Innenwand des Außenelements hinter dessen Gewinde·- abschnitt angeformte Sekundär- oder Innenschulter als Endanschlag für eine Endkante des Innenelements, wobei die Endkante in einem Endbereich hinter dem Außengewinde eine konvex abgerundete Stirnfläche, die mit einer entsprechend konisch ausgebildeten Fläche an der Innenwand des Außenelements in Eingriff bringbar ist/ aufweist.

Neuerungsgemäß legt die Erzeugende der den primären oder Hauptanschlag bildenden Außenschulter mit der Kupplungsachse einen Winkel zwischen 70° und 90° fest; sie liegt jedoch bevorzugt senkrecht zu dieser Achse. Die für diesen Winkel gewählte Größe ermöglicht das Trennen der Rohrkupplung unabhängig von Reibungswirkung an der Schulterebene. Allgemein lassen sich mit der neuerungsgemäßen Rohrkupplung auch durch weniger qualifiziertes Arbeitspersonal die Sicherheitsanforderungen ohne weiteres erfüllen.

Die als Sekundäranschlag, der - mit anderen Worten - seine Anschlagfunktion nur bei übermäßig starkem Anziehen erfüllt, wirkende Innenschulter bildet im allgemeinen einen Winkel von 70 - 90° zur Kupplungsachse.

Es ist darauf hinzuweisen, daß die Außenschulter deshalb als "Primär"- oder "Haupt"-Schulter bezeichnet wird, weil sie das erste Element darstellt, das eine Begrenzungsoder Anschlagfunktion bei den verschiedenen Zusammen-

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schraubschritten erfüllt und damit eine perfekte Montage aufgrund einer einwandfreien Positionierung der Gewinde und der eine Dichtwirküng gewährleistenden, aneinander anliegenden Metallflächen sicherstellt. Die als "Sekundär"-Schulter bezeichnete Innenschulter der Rohrkupplung hat im wesentlichen die Funktion einer Begrenzungseinheit, die/ wie erwähnt, erst dann in Eingriff gelangt, wenn das &Igr;&pgr;&pgr;&bgr;&pgr;&bgr;&Igr;&ogr;&Pgr;&Iacgr;&ogr;&udigr;&idiagr;. mit einem größeren, als Sera empfohlenen Anziehdrehmoment in das Außenelement eingeschraubt wird, z.B. bei einem übermäßig starken Verspannen (blocking).

Dank der konstruktiven Merkmale der neuerungsgemäßen Rohrkupplung gewährleistet die Berührung zwischen der konischen Fläche des Außenelements und der entsprechenden konvexen Zone des Innenelements sowie zwischen den Paarungsflächen der konischen Gewinde aufgrund des resultierenden Festsitzes oder Eingriffs (interference), daß ein solcher (Flächen-)Druck hergestellt wird, der nicht nur das Eindringen von Strömungsmitteln von außen her verhindert, sondern auch eine Kupplungsdichtheit bei dem Druck der das Innere der Rohrleitung durchströmenden Strömungsmittel sichergestellt ist.

Bei einem den empfohlenen Wert übersteigenden Anziehdrehiaoment wird wegen der Form der Innen- oder Sekundärschulter das Ende des Innenelements nach aiußen gedrückt, so daß auch nach mehrmaliger Benutzung der Rohrkupplung, d.h. mehrmaligem Zusammenschrauben eines Innenelements mit Äiiußenelementen und umgekehrt, eine sichere Abdichtung aufgrund einer Metall-Metall-Dichtflächenberührung erreicht wird.

Das Vorhandensein einer Außen- und einer Innenschulter, die bei einem übermäßig starken Anziehen oder Verspannen nacheinander wirksam werden, f.ührt zu einer Begrenzung der Spannungen in den verschiedenen Zusammenschraub- oder

MontagesG'hritten, wahrend Verformungen des Werkstoffs bis ZU Drehmomenten entsprechend etwa dem Dreifachen d€§ empfohlenen Srehmömenfcwefts unter¹ der Dehnungsgrerize gehalten werden. Infolge der Form der Sekundärschulter ist zudem das Ende des Innenelemönts nicht bestrebt, in die Rohrleitung hineinzuragen, weil die Schulterfläche dieses Ende nach außen ablenkt.

(Lämäß einem speziellen Merkmal der Neuerung weisen Innen- und Außenelement an der Verbindungsfläche einen vergrößerten nützbaren Querschnitt auf, der durch einen Warmstauchvorgang an den Enden der Rohrelemente hervorgebracht wird. Hierdurch ergeben sich bessere Festigkeitseigenschaften im Vergleich zum Rohrkörper mit entsprechender Verbesserung der Rohrkupplung unter verschiedenartigen Spannungs- oder Belastungsbedingungen aufgrund von Druck-, Zug-, Torsions- und Biegebeanspruchungen_ä Aus diesem Grund wird jedes Rohr, das am einen Ende als Außenkupplungselement und am anderen Ende als Innenkupplungselement ausgebildet ist, vorzugsweise an beiden Enden angestaucht.

Durch Einhaltung enger Toleranzen an Außen- und Innenfläche wird auch die Festigkeit erhöht. Dies bedingt eine geringere Abweichung der betreffenden Querschnitte und damit eine gleichmäßigere Verteilung der (mechanischen) Spannungen oder Beanspruchungen.

Gemäß einem anderen Merkmal der Neuerung ist die Form des konischen Gewindes so gewählt, daß bei der Montage (beim Zusammenschrauben) ein Freiraum oder (Flanken- und Spitzen-)· Spiel zwischen den Sohlen der Innengewindegänge und den entsprechenden Spitzen der Außengewindegänge vorliegt, während andererseits eine vollkommene Flankenanlage (adhesion) erreicht wird. Weiterhin ist das Gewindeprofil mit einer Primärflanke für den Eingriff zwischen Innen- und Außenelement versehen, während an der gegenüberliegen-

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den Flanke ein geringer Zwischenraum vorliegt, welcher I

die Gewindeanpassung (thread accomodation) gewährleirtet. Diese, von der Gewindeform herrührenden Zwischenräume in Verbindung mit zweckmäßig abgerundeten Abschnitten der Gewinde gewährleisten eine Verminderung einer Beschädigungsgefahr an den Gewinden selbst beim Zusammen- und Auseinanderschrauben bei gleichzeitiger Begrenzung der verschiedenartigen Spannungen oder Beanspruchungen aufgrund \ wechselnder oder wiederholter Belastungen, wie Drehdruckermüdung, Zugbeanspruchung, Schwingungsermüdung usw.. Es ist zu beachten, daß die deutlich konische bzw. kegelförmige Hüllkurve am Außengewinde (des Innenelements) ein : leichteres Zusammensetzen ermöglicht und die Gefahr einer

&ggr; 5 Beschädigung der Spitzen des Innengewindes durch die Außengewindegänge beim Zusammensetzen der beiden Kupplungselemente vor dem Festziehen derselben mindert.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Neuerung kann es im Fall ^von innenseitig mit einer elastischen oder nachgiebigen Schutzschicht beschichteten Rohren zum Schütze der Metall-Metalldichtfläche vor korrodierenden und/oder erodierenden Flüssigkeiten vorteilhaft sein, einen Kunststoff-Dichtring vorzusehen, der in eine entsprechende Ausnehmung in der Innenfläche des Außenelements eingesetzt ist.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Neuerung /&sfgr; anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigern

Fig. 1 einen Längsschnitt durch zwei Elemente (Innen-

und Außenelement) einer neuerungsgemäßen Rohrkupplung an den betreffenden Enden zweier miteinandeii ZU veifbxndendei? Röhife,

I Fig. 2 eitle IjMngssehfiittänsidhfc delf Elemente nach Pig« I

in ihifem zusammengesetzten Zustand/

Fig. 3 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Teilansicht eines Ausschnitts I in Fig. 2 zur besseren Verdeutlichung der (primären) Außenschulter,

Fig. 4 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Teilansicht eines Ausschnitts II in Fig. 2 zur Verdeutlichung der Metall-Metalldichtfläche und der (sekundären) Innenschulter,

Fig. 5 einen in gegenüber Fig. 2 vergrößertem Maßstab

gehaltenen Teillängsschnitt zur Verdeutlichung der neuerungsgemäß ausgestalteten Gewinde und

Fig. 6 einen Teillängsschnitt durch die Rohrkupplung zur Veranschaulichung eines im Fall von innenbeschichteten Rohren vorgesehenen zusätzlichen Dichtungselements.

Fig. 1 veranschaulicht ein am einen Ende eines Rohrs angeformtes Innenelement 1 mit einem konischen Außengewinde 2, vor dem, d.h. am Außenende der Rohrkupplung, eine Primär- oder Außenschulter 3 ausgebildet ist, während das |

Innenende, an welchem das Gewinde 2 endet, eine konvex abgerundete Stirnfläche 4 aufweist, die in einer Endkante 5 ausläuft. &Ggr;

Das am anderen Ende desselben Rohrs angeformte und vorliegend als das zugeordnete Ende des anschließenden Rohrs

gO der Rohrkupplung gemäß Fig. 2 dargestellte Außenelement ist mit einem dem Gewinde 2 des Innenelements 1 komplemen- | tären konischen Innengewinde 8 versehen, das an der einen Seite an einer Außenkante 7 ausläuft, die sich mit einer Stoßanlage an die primär- oder Außenschulter 3 des Innen-*

gg elements anzulegen vermag, An der gegenüberliegenden Seite döä Gewindes 8 befindet Sich eine konische Dichtfläche 9, die in eine Sekundärschulter 10, an welche sieh die Endkänte S des InnenelementE! 1 anzulegen Vermag/ übergeht*

Fig. 3 veranschaulicht die Anlage der Außenkante 7 des Außenelements gegen die Außenschulter 3 des Innenelements. Durch diese Anlage wird ein einwandfreies Zusammensetzen der beiden Gewindeabschnitte und der Metall-Metall-Dichtflächen der beiden Elemente sichergestellt; dieser Zusammensetz zustand kann einfach überprüft werden, weil die Berührung zwischen den betreffenden Teilen an einer unmittelbar sichtbaren äußeren Stelle stattfindet. 10

Zu beachten ist die größere Dicke der Rohrwandungen an der Verbindungsstelle und auch längs eines bestimmten Bereichs des Gewindeabschnitts auf beiden Seiten desselben im Vergleich zur Wanddicke über den restlichen Teil der

'15 Länge des Rohrelements. Diese, vorzugsweise durch Anstauchen oder Warmstauchen erreichte vergrößerte Dicke verbessert die Festigkeit des Verbindungs- oder Kupplungsabschnitts, der offensichtlich den am stärksten beanspruchten Abschnitt des Rohrs darstellt, gegenüber Beanspruchungen jeglicher Art.

Fig. 4 verdeutlicht die am Ende des Innenelements 1 vorgesehene konvexe Fläche 4, die bei der Montage bzw. beim Zusammenschrauben (der Rohrelemente) in eine Festsitzbeziehung zur konischen Innenfläche 9 des Außenelements gelangt. Falls die Rohrelemente übermäßig stark gegeneinander verspannt werden, legt sich gleichzeitig die Endkante 5 des Innenelements 1 gegen die Sekundär- oder Innenschulter des Außenelements 6 an.

Da durch die Anlage an der Primär- oder Außenschulter 3 nicht nur der erreichte Zusammensetzzustand angezeigt, sondern auch den Spanndrehmomenten aufgrund der Masse der verwendeten Anfcieh- oder Spannwerkzeuge/ die großetf sein

8B können als die optimalen empfohlenen Anziehdfehmomente/ Entgegengewirkt wird/ und zusätzlich möglicherweise auch öiile Anläcfe an detf Sekundär- oder Innenächulter auftritt,

wird auch nach mehreren wiederholten Zusammen- und Auseinanderschraubvorgängen eine außerordentlich gute Abdichtung zwischen der konischen Fläche 9 des Außenelements 6 und der konvex abgerundeten Fläche 4 des Innenelements gewährle istet.

Neuerungsgemäß liegt der an Außenschulter 3 und Innenschulter 10 zur Rohrachse festgelegte Winkel im Bereich von 70 - 90°. Wie jedoch aus den Fig. 3 und 4 hervorgeht, liegt der Winkel del· Außenschulter 3 bevorzugt am oberen Grenzwert dieses Bereichs, d.h. die Außenschulter verläuft im wesentlichen radial und damit senkrecht zur Rohrachse, während die Innenschulter 10 vorzugsweise unter einem Winkel von annähernd 70° geneigt ist (vgl. Fig. 4j.

Fig. 5 veranschaulicht deutlich das (Flanken- und Spitzen-)-Spiel, das vorzugsweise zwischen dem Abschnitt des Profils 2a des Gewindes des Innenelements, bestehend aus den Gewindespitzen und den der Innenseite der Rohrkupplung zugewandten Flanken, und dem entsprechenden Abschnitt 8a des Gewindes im Außenelement 6 vorhanden ist. Aufgrund dieser Ausbildung in Verbindung mit einer an sich bekannten abgerundeten Form des Gewindeprofils können die im Gewinde auftretenden (ruechanischen) Spannungen, die durch verschiedenartige, bei Montage und im Gebrauch auftretende Beanspruchungen hervorgerufen werden, innerhalb der Dehnungsgrenze (des Rohrmaterials) gehalten v/erden.

Gemäß Fig. 6 ist in der Innenschulter 10 des Außenelements 6 eine Ausnehmung 11 ausgebildet, in welche ein zusätzlicher Dichtungsring 13 aus Kunststoff eingesetzt ist, falls die Innenwände von Innen- und Außenelement mit

&mgr; einer elastischen Schutzschicht 12 beschichtet sind. Die

|| 35 Ränder oder Seiten des vorzugsweise aus !tetrafluorethylen '|| bestehenden DiehfeUngsrings 13 stöhen mit Flächen der Il Schutzschicht in Berührung/ die sich in Abschnitten 12a

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fortsetzen/ Welche* einerseits auf die Innenfläche der Ausnehmung 11 Und andererseits auf die Endkänte 5 des Innenelemerits 1 aufgebracht sind/ d.h* auf die beiden Flächen, die an dei' Innen- öder Sekundär schulter mit schengefügtem Dichtüngsfing 13 in gegenseitige Berühi'üng gelängen sollen- Durch den Dichtungsring 13 wird mithin eine Beschädigung der aus z<6. Epoxy- oder Pheriolharz bestehenden SchutÄRckiehfc 12 vo^hAniSö^t . uiülrron/S or nlalsiU — zeitig eine flüssigkeitssichere Abdichtung zur Verhinderung eines Eindringens von korrodierenden oder erodierenden Flüssigkeiten in die Rohrleitung herstellt.

Claims

Muffenlose Rohrkupplung für Kohlenwasserstoff-Pumprohrleitungen Schutz a. &eegr; Sprüche

1. Muffenlose Rohrkupplung an zusammenzusetzenden Rohren für Kohlenwasserstoff-Rohrleitungen, umfassend ein Innenelement (1) mit einem konischen Außengewinde (2) und ein mit einem entsprechenden (komplementären) konischen Innengewinde (8) verssehenes Außenelement {6), gekennzeichnet durch eine am Außenelement (1) angel^rmte Primär- oder Außenschulter (3), die einen Endanschlag für eine Außenkante (7) des Außenelements (6) bildet, und ;ine an der Innenwand des Außenelements (6) hinter dessen Gewindeabschnitt angeformte Sekundär- oder Innenschulter (10) als Endanschlag für eine Endkante (5) des Innenelements (1), wobei die Endkante (5) in einem Endbereich (4) hinter dem Außengewinde eine konvex abgerundete Stirnfläche, die mit einer entsprechend konisch ausgebildeten Fläche (9) an der Innenwand des Außenelements (6) in Eingriff bringbar ist, aufweist.

2. Rohrkupplung nach Anspruch I₁. dadurch gekennzeichnet, daß Außen- und Innengewinde (2, 8) im zusammengeschraubten Zustand Profilzonen oder -bereiche (2a, 8a) mit dazwischen vorliegendem (Flanken- und Spitzen-)Spiel aufweisen.

3. Rohrkupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekehnzeichnet, daß &aacgr;&uacgr;&idigr; Von AUßetiSOhulter (3) Und Innenschultet¹ (10) zur Rohrachse festgelegte Winkel im Bereich van 70 - 90° liegt.

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4. Rohrkupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenschulter (3) senkrecht zur Achse der Rohr innen- und -Außenelemente (1, 6) verläuft.

5. Rohrkupplung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Rohr-Innen- und -Außenelemente (1, 6) jeweils mit einer Innenauskleidung (12) versehen sind und die Sekundär- oder Innenschulter (10) mit einer Ausnehmung (11) z'xr Aufnahme eines Dichtungsrings (13) aus Kunststoff versehen ist.

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