DE1112357B

DE1112357B - Flange connection for pressure vessels

Info

Publication number: DE1112357B
Application number: DEA28038A
Authority: DE
Inventors: Townsend Tinker
Original assignee: American Radiator and Standard Sanitary Corp
Current assignee: American Radiator and Standard Sanitary Corp
Priority date: 1956-10-08
Filing date: 1957-10-07
Publication date: 1961-08-03

Description

Flanschverbindung für Druckgefäße Die Erfindung bezieht sich auf eine Flanschverbindung für Druckgefäße mit auf die zylindrischen Enden der Gefäßwände aufgeschobenen ringscheibenförmigen Vorschweißflanschen, die nur durch eine innere Schweißnaht mit der Stirnkante der zugehörigen Gefäßwand verschweißt sind.Flange connection for pressure vessels The invention relates to a Flange connection for pressure vessels with on the cylindrical ends of the vessel walls Slid-on annular disc-shaped welding neck flanges, which are only supported by an inner Weld seam are welded to the front edge of the associated vessel wall.

Es ist bei großen Druckgefäßen üblich, ringförmige Flansche an ein oder beide Stirnenden der zylindermantelförmigen Gefäßwand anzuschweißen. Bei derartigen Flanschverbindungen treten Schwierigkeiten auf, wenn sie in üblicher Weise mit der Gefäßwand dort fest verbunden sind, wo die Stirnfläche des Flansches mit der Wand des Gefäßes zusammentrifft. Die Ursache dieser Schwierigkeiten ist, daß durch den Innendruck im Gefäß Axialkräfte auf die Flanschverbindungsschrauben und dadurch Biegemomente auf die Flansche hervorgerufen werden, welche die Gefäßwand im Bereich der Flanschbefestigung beträchtlich verformen können.It is common for large pressure vessels to attach annular flanges to a or to weld both ends of the cylinder jacket-shaped vessel wall. With such Flange connections arise when they are in the usual way with the Vessel wall are firmly connected where the face of the flange with the wall of the vessel meets. The cause of these difficulties is that by the Internal pressure in the vessel and axial forces on the flange connection screws Bending moments are caused on the flanges, which the vessel wall in the area the flange mounting can deform considerably.

Es ist bereits versucht worden, die an der Verbindungsstelle von Flansch und Gefäßwand auftretenden Verformungen dadurch zu vermindern, daß der auf die zylindermantelförmigen Enden der Gefäßwand aufgeschobene Flansch nur durch eine innere Schweißnaht mit der Stirnkante der Gefäßwand verschweißt ist. Hierbei ergeben sich jedoch infolge der plötzlichen Zunahme des tragenden Querschnittes am Übergang von der Gefäßwand zum Flansch hohe Spannungsspitzen. Die Spannungen sind am höchsten in dem scharfen Winkel an der Verbindungsstelle zwischen Gefäßwand und Flansch.Attempts have already been made to attach the flange to the junction and to reduce the deformations occurring in the vessel wall by the fact that the cylinder jacket-shaped Flange pushed onto the ends of the vessel wall only through an inner weld seam the front edge of the vessel wall is welded. However, this results in the sudden increase in the load-bearing cross-section at the transition from the vessel wall high voltage peaks to the flange. The tensions are highest in the sharp one Angle at the junction between the vessel wall and the flange.

Diese Nachteile werden erfindungsgemäß in einfacher Weise dadurch vermieden, daß am Übergang zwischen der Schweißnaht und der Bohrungswand jedes Flansches eine torusförmige Ringnut angeordnet ist, wobei durch entsprechende Bemessung dieser Ringnut sowie ihres Abstandes von der Stirnfläche des Flansches und durch Abrundung der Kante zwischen der Stirnfläche des Flansches und der Innenfläche der Gefäßwand ein stetiger Übergang der Biegequerschnitte vom Querschnitt der Gefäßwand auf den radialen Querschnitt des Flansches erzielt wird.According to the invention, these disadvantages are thereby easily eliminated avoided that at the transition between the weld seam and the bore wall of each flange a toroidal annular groove is arranged, with this by appropriate dimensioning Ring groove and its distance from the face of the flange and by rounding the edge between the end face of the flange and the inner surface of the vessel wall a steady transition of the bending cross-sections from the cross-section of the vessel wall to the radial cross-section of the flange is achieved.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Flanschverbindung liegt darin, daß der Querschnitt, der die Biegebeanspruchung aufnimmt, allmählich von dem Querschnitt der Gefäßwand bis zum tragenden Querschnitt des Flansches anwächst, so daß Spannungserhöhungen, soweit möglich, vermieden werden. Diese Vorteile wirken sich nicht nur bezüglich der mechanischen Beanspruchung durch den Druck im Inneren des Gefäßes, sondern auch auf die thermisch bedingten Spannungen aus. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist jeder Flansch in an sich bekannter Weise einen seiner Stirnfläche benachbarten Innenbund auf, der mit der Stirnkante der zugehörigen Gefäßwand verschweißt ist.The advantage of the flange connection according to the invention is that the cross section that receives the bending stress gradually from the cross section the vessel wall grows up to the load-bearing cross-section of the flange, so that increases in tension, should be avoided as far as possible. These benefits don't just affect each other the mechanical stress caused by the pressure inside the vessel, but also on the thermally induced stresses. In a further embodiment of the invention each flange has, in a manner known per se, one of its end faces adjacent to it Inner collar, which is welded to the front edge of the associated vessel wall.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt Fig. 1 einen Schnitt durch eine Flanschverbindung für Druckgefäße, Fig.2 in graphischer Darstellung die tragenden Querschnitte des Flansches bei Biegebeanspruchung, Fig. 3 eine abgewandelte Form des Flansches im Schnitt.An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing. 1 shows a section through a flange connection for pressure vessels, FIG in a graphic representation the load-bearing cross-sections of the flange under bending stress, 3 shows a modified form of the flange in section.

In Fig. 1 bezeichnet die Bezugsziffer 10 zylindermantelförmige Gefäßwände, die mittels der Flansche 12 verbunden werden. Zwischen den einander gleichen Flanschen 12 befindet sich ein Dichtungsring 14.In FIG. 1, the reference numeral 10 designates cylinder jacket-shaped vessel walls which are connected by means of the flanges 12. A sealing ring 14 is located between the mutually identical flanges 12.

Jeder Flansch 12 hat etwa rechteckigen Querschnitt, besitzt jedoch an seiner Innenfläche 18, die die Gefäßwand 10 umfaßt, eine torusförmige Ringnut 17 und einen seiner Stirnfläche benachbarten Innenbund 16. Die Außenkante des Bundes 16 ist abgerundet und seine der Flanschstimfläche abgewandte Seite ist so abgeschrägt, daß sie mit dem ebenfalls abgeschrägten Ende der Gefäßwand 10 eine Nut zur Aufnahme einer Schweißnaht 20 bildet. Fig. 2 veranschaulicht schematisch die allmähliche Querschnittszunahme von der Gefäßwand auf den Flanschquerschnitt. Wie durch eine Folge von gestrichelt dargestellten Linien angedeutet, bilden Gefäßwand und Flansch ein gekrümmtes Profil, dessen effektive Dicke allmählich und progressiv anwächst, wobei die Minimalstärke an einem Ende gleich der Dicke der Gefäßwand und ihre Maximalstärke am anderen Ende gleich der Entfernung vom Grunde der Ringnut 17 zum äußeren Umfang des Flansches 12 ist.Each flange 12 has an approximately rectangular cross section, but has a toroidal annular groove 17 on its inner surface 18, which surrounds the vessel wall 10, and an inner collar 16 adjacent to its end face. The outer edge of collar 16 is rounded and its side facing away from the flange face is beveled that it forms a groove for receiving a weld seam 20 with the likewise beveled end of the vessel wall 10. FIG. 2 schematically illustrates the gradual increase in cross section from the vessel wall to the flange cross section. As indicated by a series of dashed lines, the vessel wall and flange form a curved profile, the effective thickness of which increases gradually and progressively, the minimum thickness at one end being equal to the thickness of the vessel wall and its maximum thickness being equal to the distance from the base of the annular groove at the other end 17 to the outer periphery of the flange 12 is.

Die erfindungsgemäße Verbindung des Flansches mit der Gefäßwand vermeidet somit scharfe Ecken und plötzliche Querschnittsveränderungen und bewirkt einen stetigen Spannungsverlauf. Die Bruchsicherheit der Flanschbefestigung wird dadurch an der Stelle erheblich verbessert, an der infolge Kerbwirkung bei bekannten Flanschanordnungen häufig Brüche auftreten.The inventive connection of the flange to the vessel wall avoids thus sharp corners and sudden changes in cross-section and causes a steady Stress curve. The resistance to breakage of the flange attachment is thereby reduced to the Significantly improved location, due to the notch effect in known flange arrangements fractures occur frequently.

Fig.3 zeigt eine etwas andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flanschverbindung. Die Anordnung gleicht der eben beschriebenen mit der Ausnahme, daß der Innenbund 16 fehlt. Die Gefäßwand ist mit 30 bezeichnet, der Flansch mit 31 und die torusförmige Ringnut mit 32. Der Endteil der Innenwand des Flansches 31 und das abgeschrägte Ende der Gefäßwand 30 sind durch eine außen abgerundete Schweißnaht 33 so verbunden, daß ein der Fig. 1 im Querschnittsverlauf gleichartiger Übergang entsteht. Die schematische Darstellung von Fig. 2 trifft somit sowohl auf die Ausführungsform gemäß Fig. 1 als auch auf die Ausführungsform gemäß Fig. 3 zu.3 shows a somewhat different embodiment of the invention Flange connection. The arrangement is similar to the one just described with the exception that the inner collar 16 is missing. The vessel wall is denoted by 30 and the flange by 31 and the toroidal ring groove with 32. The end part of the inner wall of the flange 31 and the beveled end of the vessel wall 30 are rounded off on the outside Weld 33 connected so that one of FIG. 1 is similar in cross-section Transition occurs. The schematic representation of FIG. 2 thus applies to both the embodiment according to FIG. 1 as well as the embodiment according to FIG. 3.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Flange connection for pressure vessels with annular disc-shaped welding neck flanges pushed onto the cylinder jacket-shaped ends of the vessel walls, which are only welded to the front edge of the associated vessel wall by an inner weld seam, characterized in that at the transition between the weld seam (20 or 33) and the Bore wall of each flange (12 or 31) a toroidal annular groove (17 or 32) is arranged, whereby by appropriate dimensioning of this annular groove (17 or 32) and its distance from the end face of the flange and by rounding the edge between the end face of the Flange and the inner surface of the vessel wall (10 or 30) a steady transition of the bending cross-sections from the cross-section of the vessel wall (10 or 30) to the radial cross-section of the flange (12 or 31) is achieved.

2. Flange connection according to claim 1, characterized in that each flange (12) in a known manner one its end face adjacent inner collar (16), which with the end edge the associated vessel wall (10) is welded. Considered publications: German Patent No. 554 605; French Patent No. 1111425; U.S. Patent No. 2,274,439.