DE1146317B

DE1146317B - Flange connection for pressure pipelines of large diameter, especially in water power plants

Info

Publication number: DE1146317B
Application number: DEV9753A
Authority: DE
Inventors: Hans Koepke
Original assignee: Eisenbau Albert Ziefle KG
Current assignee: Eisenbau Albert Ziefle KG
Priority date: 1955-11-19
Filing date: 1955-11-19
Publication date: 1963-03-28

Description

Flanschverbindung für Druckrohrleitungen großen Durchmessers, insbesondere in Wasserkraftanlagen Bei Rohrleitungen, die ein flüssiges oder gasförmiges Medium leiten, werden die einzelnen Rohre und insbesondere die Flanschverbindungen dieser Rohre häufig sehr stark dadurch beansprucht, daß sich durch Erdverschiebungen oder durch Setzerscheinungen bei neuen Bauwerken die Fundamente oder Halterungen der Rohrleitung gegeneinander verschieben. Hierbei hat es sich gezeigt, das besonders bei großen Bauten, wie z. B. bei größeren Wasserkraftanlagen, die einzelnen Bauteile sich oft in der Höhenlage zueinander etwas verändern, so daß die Abschnitte einer in diesen Bauteilen gelagerten Rohrleitung achsparallel zueinander verschoben werden. Die hierbei auftretenden Beanspruchungen können so groß sein, daß die Rohrleitung an einer oder mehreren Stellen bricht.Flange connection for pressure pipelines of large diameter, in particular in hydropower plants in pipelines that carry a liquid or gaseous medium guide, the individual pipes and especially the flange connections of these Pipes often very heavily stressed by the fact that they are due to displacement of the earth or the foundations or brackets of the Move pipes against each other. It has been shown that this is particularly so in large buildings, such as B. in larger hydropower plants, the individual components often change somewhat in relation to one another in terms of altitude, so that the sections of a The pipeline stored in these components can be displaced axially parallel to one another. The stresses occurring here can be so great that the pipeline breaks in one or more places.

Zur Vermeidung dieser übermäßigen Beanspruchungen hat man bereits Gelenke oder winkelverstellbare Flanschverbindungen vorgesehen, die durch paarweise Anordnung eine beschränkte Parallelbewegung der angeschlossenen Leitungsteile erlauben, so daß die einzelnen Rohre bei Änderungen in ihrer Lagerung durch eine Abwinkelung der beiden Gelenke oder Flanschverbindungen ausweichen können. Diese gelenkförmigen Verbindungen erfordern aber, da sie immer paarweise verwendet werden müssen, sehr viel Raum und eine gewisse Länge der Rohrleitung zwischen gegebenen Festpunkten, die oft nicht vorhanden ist.To avoid these excessive stresses one already has Joints or angle-adjustable flange connections are provided by means of pairs Arrangement allow limited parallel movement of the connected parts of the line, so that the individual tubes in case of changes in their storage by a bend the two joints or flange connections can evade. This articulated However, connections, since they must always be used in pairs, are very demanding a lot of space and a certain length of the pipeline between given fixed points, which is often not there.

Es sind auch Flanschverbindungen bekannt, bei denen der mit dem Ende des einen Rohres fest verbundene Flansch von dem mit dem Ende des anderen Rohres fest verbundenen Flansch oder von einem Druckring umfaßt wird und die beiden Flansche mit ihren Stirnflächen durch starre oder nachgiebige Andruckmittel dicht zusammengehalten werden. Diese Verbindungen lassen zwar eine seitliche, nicht aber eine axiale Verschiebung der beiden Rohre gegeneinander zu, da ein axiales Ausdehnen der Rohre nicht möglich ist und ein axiales Zusammenziehen derselben die Aufhebung der dichten Verbindung zwischen den Stirnfläche zur Folge hat.There are also known flange connections in which the end of the one pipe firmly connected flange of the one with the end of the other pipe firmly connected flange or is covered by a pressure ring and the two flanges with their end faces held tightly together by rigid or flexible pressure means will. These connections allow a lateral, but not an axial displacement of the two pipes against each other, since an axial expansion of the pipes is not possible and an axial contraction of the same results in the breaking of the tight connection between the end faces.

Bei einer anderen bekannten Rohrverbindung ist ein mittels einer Stopfbüchse auf dem Ende eines Rohres dichtend festgeklemmter Losflansch mit seinem Gegenflansch durch Schrauben stirnseitig dicht zusammengehalten. Diese Anordnung ermöglicht zwar eine axiale Verschiebung und auch eine gewisse Winkelbeweglichkeit, jedoch keine achsnormale Verschiebung der Teile gegeneinander.In another known pipe connection, a stuffing box is provided Loose flange with its mating flange clamped tightly sealingly on the end of a pipe held tightly together at the front by screws. This arrangement allows an axial displacement and also a certain angular mobility, but none Axially normal displacement of the parts against each other.

Eine weitere bekannte Rohrverbindung macht sowohl eine axiale als auch eine achsnormale Verschiebung sowie eine Winkelbeweglichkeit der Teile gegeneinander dadurch möglich, daß am Ende des einen Rohres eine überschubhaube befestigt ist, gegen deren das Ende des anderen Rohres mit Spiel umgreifenden flanschartigen Boden ein elastischer Dichtungsring mittels eines inneren Anpreßringes gepreßt wird. Bei einer achsnormalen Verschiebung der beiden Rohre gegeneinander wird der Dichtungsring auf der einen Seite stärker, auf der gegenüberliegenden Seite jedoch im gleichen Maße weniger zusammengepreßt, weshalb diese Einrichtung in einem solchen Fall kein sicheres Abdichten gewährleistet. Darüber hinaus läßt diese Anordnung nur ein sehr geringes radiales Spiel zwischen dem Rohrende und der überschubhaube zu, da sonst die Gefahr besteht, daß der Dichtungsring durch den Spalt zwischen diesen Teilen hindurchgeblasen wird.Another known pipe connection makes both an axial and also a normal axis displacement as well as an angular mobility of the parts against each other made possible by the fact that at the end of one pipe a hood is attached, against which the end of the other tube with play encompassing flange-like floor an elastic sealing ring is pressed by means of an inner pressure ring. at an axially normal displacement of the two pipes against each other becomes the sealing ring stronger on one side, but the same on the opposite side Dimensions less compressed, which is why this device is not in such a case secure sealing guaranteed. In addition, this arrangement leaves only a very small radial play between the pipe end and the cover, otherwise there is a risk that the sealing ring through the gap between these parts is blown through.

Zur Vermeidung der Nachteile der bekannten Verbindungen wird nun gemäß der Erfindung für eine Flanschverbindung für Druckrohrleitungen großen Durchmessers, insbesondere in Wasserkraftanlagen, bei der einer der beiden Flansche mit dem Stopfbüchsengehäuse eines Stopfbüchsendehnungsausgleichers verbunden ist, in welches das Ende des zugehörigen Rohrleitungsabschnitts längsverschiebbar und in geringem Maße auch winkelbeweglich eingreift, vorgeschlagen, daß der mit dem Stopfbüchsengehäuse verbundene Flansch von seinem aus mindestens zwei Ringscheiben zusammengesetzten U-förmigen Gegenflansch in an sich bekannter Weise mit erheblichem radialem Spiel und geringem, eine Querbewegung der Flansche gegeneinander zulassendem axialem Spiel umfaßt wird und daß zur überbrückung des axialen Spiels zwischen den Stirnflächen der Flansche ein die Querbeweglichkeit der Flansche nicht behindernder Dichtungsring, vorzugsweise eine elastische Rundgummidichtung, vorgesehen ist: Damit wird eine Flanschverbindung geschaffen, die bei allen Lageveränderungen der Teile gegeneinander ein sicheres Abdichten gegenüber flüssigen oder gasförmigen Betriebsmedien gewährleistet. Da hierbei die Beweglichkeit der Teile gegeneinander in einer einzigen Verbindung erreicht wird, kann sie besonders vorteilhaft dort angewendet werden, wo zwischen zwei Festpunkten nur eine Rohrverbindung vorhanden ist.In order to avoid the disadvantages of the known compounds, FIG the invention for a flange connection for pressure pipelines of large diameter, especially in hydropower plants where one of the two flanges is connected to the stuffing box housing a stuffing box expansion compensator is connected, in which the end of the associated Pipe section longitudinally displaceable and, to a small extent, also angularly movable engages, proposed that the flange connected to the gland housing of its U-shaped counter-flange, which is composed of at least two ring disks in a manner known per se with considerable radial play and little one transverse movement the flanges against each other allowing axial play is included and that for bridging the axial play between the end faces of the flanges a transverse mobility the flanges non-hindering sealing ring, preferably one elastic round rubber seal, is provided: This creates a flange connection created, the safe with all changes in position of the parts against each other Sealing against liquid or gaseous operating media guaranteed. There in this case the mobility of the parts against each other is achieved in a single connection it can be used particularly advantageously where between two fixed points there is only one pipe connection.

Bei manchen Rohrleitungen, so z. B. bei Druckrohrleitungen von großen Wasserkraftanlagen, treten an den Verbindungsstellen der einzelnen Rohre oft große Zugkräfte, in Richtung der Rohrachse auf, die bestrebt sind, die Verbindung auseinanderzuziehen. Zur Aufnahme dieser Axialkräfte werden daher nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung lange Dehnschrauben vorgesehen, die an dem U-förmigen Flansch befestigt und an dem in die Stopfbüchse eingreifenden Rohr über einen zusätzlichen Festflansch axial federnd und in radialer Richtung nachgiebig abgestützt worden. In vorteilhafter Weise können die Dehnschrauben dabei gleichzeitig als. Verbindungsschrauben für die Ringscheiben des Festflansches ausgebildet werden.In some pipelines, e.g. B. in pressure pipelines of large Hydropower plants, often large ones, occur at the junctures of the individual pipes Tensile forces, in the direction of the pipe axis, which strive to pull the connection apart. To absorb these axial forces are therefore according to a further proposal of the invention long expansion bolts are provided, which are attached to the U-shaped flange and to the Axial pipe engaging in the stuffing box via an additional fixed flange been supported resiliently and resiliently in the radial direction. In advantageous Way, the expansion screws can be used at the same time as. Connecting screws for the ring disks of the fixed flange are formed.

In zweckmäßiger weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, die Dehnschrauben in an sich bekannter Weise mit einem dem radialen Spiel zwischen dem umfaßten und dem umfassenden Flansch entsprechenden Spiel durch Bohrungen im zusätzlichen Festflansch hindurchzuführen, wobei sich nach einem weiteren Vorschlag die Dehnschrauben über einen Gleitring auf dem zusätzlichen Festflansch abstützen können.In an expedient further embodiment of the invention, it is proposed that the expansion screws in a manner known per se with a radial play between the included and the comprehensive flange corresponding game through holes in the additional fixed flange to pass through, according to a further proposal Support the expansion screws on the additional fixed flange using a sliding ring can.

Um ein dichtes; aber die Querbeweglichkeit der Flansche gegeneinander nicht behinderndes Andrücken der Flanschdichtung zu erreichen; wird zwischen den auf der Seite des mit dem losen Flansch versehenen Rohres einander gegenüberliegenden Stirnflächen der Flansche ein zusätzlicher Dichtungsring vorgesehen, der durch im Festflansch angeordnete, von außen zugängliche Druckschrauben in an sich bekannter Weise in axialer Richtung verstellt werden kann.To a dense; but the transverse mobility of the flanges against each other to achieve non-hindering pressure on the flange seal; is between the on the side of the tube provided with the loose flange opposite to each other End faces of the flanges an additional sealing ring is provided, which by im Fixed flange arranged, externally accessible pressure screws in known per se Way can be adjusted in the axial direction.

Die Erfindung wird an zwei Ausführungsbeispielen einer Druckleitung bei einer Wasserkraftanlage an Hand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt Fig. 1 eine Rohrverbindung, bei welcher der den anderen Flansch umfassende U-förmige Flansch aus drei Teilen besteht, und Fig. 2 eine Ausführung mit zweiteiligem Außenflansch.The invention is based on two exemplary embodiments of a pressure line described for a hydropower plant on the basis of the drawings. It shows Fig. 1 a pipe connection in which the U-shaped flange surrounding the other flange consists of three parts, and FIG. 2 shows an embodiment with a two-part outer flange.

Auf dem Rohr 1 (Fig. 1) ist an seinem Ende 2 eine Stopfbüchse 3 mit einer Weichpackung 4 und einer mittels Schrauben 5 nachspannbaren Stopfbüchsenbrille 6 angeordnet. Mit der Wand dieser Stopfbüchse 3 fest verbunden ist ein Flansch 7, der von zwei aufgesetzten Flanschringen 8 und 9 des mit dem anderen Rohr 11 fest verbundenen Flansches 10 derart umfaßt wird, daß am Umfang des Flansches 7 ein freier Ringraum 12 mit der radialen Breite s vorhanden ist. Zum Ausgleich von achsnormalen Unterschieden in der Lagerung oder Halterung der Rohrleitung kann der Flansch 7 mit dem Rohr 1 sich um den Betrags in achssenkrechter Richtung gegenüber dem Rohrflansch 10 bzw. dem Rohr 11 oder umgekehrt das Rohr 11 gegenüber dem Rohr 1 bewegen. Zur Abdichtung gegen den Druck des im Rohr fließenden Wassers ist an der dem Flansch 10 zugewandten Stirnfläche 13 des Flansches 7 eine Dichtung 14 vorgesehen, die gegen eine zur Erreichung einer besseren Abdichtung und zur Erreichung eines besseren Gleitens mit dem Flanschring 9 fest verbundenen Platte 15 aus rostfreiem Stahl anliegt: Auf der dem Flansch 10 abgewandten Stirnfläche 16 des Flansches 7 ist eine Plattierung 17 aus rostfreiem Stahl vorhanden, gegen die eine Zusatzdichtung 18 mittels Druckschrauben 19 angepreßt werden kann. Diese Dichtung 18 ist nur als zusätzliche Dichtung gedacht; Hauptdichtung ist die Dichtung 14. Der Flansch 7 verjüngt sich an seinem äußeren Umfang 20 in Richtung auf den Gegenflansch 10 zu konisch, wodurch der Durchmesser der Rohrverbindung kleiner gehalten werden kann.On the pipe 1 (Fig. 1) a stuffing box 3 is at its end 2 with a soft packing 4 and a packing gland that can be tightened by means of screws 5 6 arranged. Fixed to the wall of this stuffing box 3 is a flange 7, that of two attached flange rings 8 and 9 of the other tube 11 firmly connected flange 10 is included in such a way that on the periphery of the flange 7 a free Annular space 12 with the radial width s is present. To compensate for axis normals The flange 7 with the pipe 1 by the amount in the direction perpendicular to the axis with respect to the pipe flange 10 or the pipe 11 or vice versa move the pipe 11 relative to the pipe 1. To the Sealing against the pressure of the water flowing in the pipe is at the flange 10 facing end face 13 of the flange 7 a seal 14 is provided which against one to achieve a better seal and to achieve a better one Sliding with the flange ring 9 firmly connected plate 15 made of stainless steel: On the end face 16 of the flange 7 facing away from the flange 10 there is a plating 17 made of stainless steel, against which an additional seal 18 by means of pressure screws 19 can be pressed. This seal 18 is only intended as an additional seal; The main seal is seal 14. The flange 7 tapers on its outer side Perimeter 20 in the direction of the counter flange 10 to be conical, whereby the diameter the pipe connection can be kept smaller.

Die beiden Flanschringe 8 und 9 sind an dem Rohrflansch 10 durch Gewindebolzen 21 und Muttern 22 befestigt. Die Gewindebolzen 21 sind Teile voll Dehnschrauben 30, deren andere Enden 26 durch Bohrungen 24 n einem am Rohr 1 angeschweißten zusätzlichen Festflansch 25 hindurchgeführt sind. Die Bohrungen 24 sind hierbei so groß ausgeführt; `daß auch an dieser Stelle das für die radiale Relativbeweglichkeit der Rohre 1 und 11 erforderliche Spiel s vorhanden ist. Zur Aufnahme axialer Zugkräfte, die das Rohr 1 aus der Stopfbüchse 3 herauszuziehen: versuchen, ist am freien Ende 26 jeder Dehnschraube 30 eine Mutter 27 vorgesehen, die sich über ein oder mehrere Federpaare 28 und einen Gleitring 29 auf dem Flansch 25 abstützt. Eine angeschweißte Stütze für den Flansch 25 ist mit 31 bezeichnet: Die Zahl 32 kennzeichnet einen Schmiernippel an dem Gleitring 29, mittels dessen die Auflagefläche 33 des Gleitringes 29 geschmiert werden kann. Die Reibungskräfte und die Biegebeanspruchungen auf die Dehnschrauben 30 werden damit klein gehalten.The two flange rings 8 and 9 are fastened to the pipe flange 10 by threaded bolts 21 and nuts 22. The threaded bolts 21 are parts full of expansion screws 30, the other ends 26 of which are passed through bores 24 in an additional fixed flange 25 welded to the tube 1. The bores 24 are made so large here; `that the game s required for the radial relative mobility of the tubes 1 and 11 is also present at this point. To absorb axial tensile forces that attempt to pull the pipe 1 out of the stuffing box 3, a nut 27 is provided at the free end 26 of each expansion screw 30, which is supported on the flange 25 via one or more pairs of springs 28 and a sliding ring 29. A welded support for the flange 25 is denoted by 31: The number 32 denotes a lubricating nipple on the sliding ring 29, by means of which the bearing surface 33 of the sliding ring 29 can be lubricated. The frictional forces and the bending stresses on the expansion screws 30 are thus kept small.

Auch zwischen der Wand der Stopfbüchse 3 und der Innenseite des Flanschringes 8 muß ein Abstand in der Größe des Spiels s vorhanden sein, um die , radiale Beweglichkeit der Rohre 1 und 11 zu gewährleisten.Also between the wall of the stuffing box 3 and the inside of the flange ring 8, there must be a distance the size of the clearance s in order to achieve radial mobility the pipes 1 and 11 to ensure.

Eine gewisse Winkelbeweglichkeit des einen Rahres zum anderen Rohr wird dadurch ermöglicht, daß zwischen der Stopfbüchsenbrille 6 und dem hindurchgeführten Rohr 1 ein geringes Spiel W vorhanden ist: Zur weiteren Unterstützung dieser Winkelbeweglichkeit ist der Flansch 7 an seiner Innenseite 34 abgeschrägt. Wie bei einer achsparallelen Verschiebung wird bei einer Abwinkelung die erforderliche Beweglichkeit der Dehnschrauben am Flansch 25 durch das Spiel s erreicht, wobei der Gleitring 29 mit seiner Gleitfläche 33 etwas auf dem Flansch 25 gleitet. 'Bei einer Abwinkelung wird das Tellerfederpäar 28 einseitig etwas stärker zusammengedrückt.A certain angular mobility of one pipe to the other pipe is thereby made possible that between the gland 6 and the passed through Tube 1 has a slight play W: To further support this angular mobility the flange 7 is beveled on its inside 34. As with an axially parallel Displacement becomes the required mobility of the expansion screws in the event of a bend reached on the flange 25 by the game s, the sliding ring 29 with its sliding surface 33 slides somewhat on the flange 25. 'With a bend, the pair of disc springs 28 compressed a little more on one side.

Zum Zwecke einer leichteren Bearbeitbarkeit ist der den Flansch 7 umfassende Flansch bei dem Beispiel nach Fig. 1 aus drei Teilen 8, 9 und 10 gebildet.For the purpose of easier machinability, this is the flange 7 comprehensive flange formed in the example of FIG. 1 from three parts 8, 9 and 10.

Es ist auch möglich, daß der den Flansch 7 umfassende Flansch nur aus zwei Teilen besteht. Eine derartige Ausführung ist in der Fig. 2 dargestellt. Hierbei ist die Unterteilung so gewählt, daß der mit dem Rohr 11 fest verbundene Flansch 10 unmittelbar an den Flansch 7 angrenzt, während der zweite Flanschring 35 im Profil !-förmig ist und den Flansch 7 mit radialem Spiel s umfaßt. An seiner Innenseite besitzt der Flansch 7 unmittelbar neben der Stopfbüchsenpackung 4 einen gewölbten Bund 36, der an dem Rohr 1 anliegt. Dieser gewölbte Bund 36 dient zur Führung des Rohres 1 und erlaubt gleichzeitig dessen Abwinkelung.It is also possible that the flange 7 comprising the flange only consists of two parts. Such an embodiment is shown in FIG. Here, the subdivision is chosen so that the tube 11 is firmly connected Flange 10 directly adjoins the flange 7, while the second flange ring 35 in profile! -Shaped and includes the flange 7 with radial play s. At the flange 7 has its inside immediately adjacent to the gland packing 4 a curved collar 36 which rests against the tube 1. This arched collar 36 is used for guiding the tube 1 and at the same time allows it to be bent.

Der feste Flansch 25 des Rohres 1 ist hierbei gegenüber der in Fig. 1 dargestellten Ausführung in einem größeren Abstand von dem Flansch 10, 35 des anderen Rohres 11 angeordnet, so daß die Dehnschrauben 30 eine größere Länge haben und bei einer seitlichen Verschiebung der Rohre 1 und 11 gegeneinander durch Verbiegen nachgeben. Deshalb können die beim zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel vorhandenen und erforderlichen Gleitflächen 33 der Gleitringe 29 wegfallen. Auch ist es nicht mehr notwendig, daß das zwischen dem umfaßten Flansch 7 und dem umfassenden Flanschring 35 vorhandene Spiel s auch an der Durchtrittsstelle des Endes 37 der Dehnschrauben 30 durch den festen Flansch 25 vorgesehen ist.The fixed flange 25 of the pipe 1 is here compared to the one shown in Fig. 1 embodiment shown at a greater distance from the flange 10, 35 of the other tube 11 arranged so that the expansion screws 30 have a greater length and when the tubes 1 and 11 are laterally displaced relative to one another by bending give in. Therefore, the existing in the embodiment described above and the required sliding surfaces 33 of the sliding rings 29 are omitted. Nor is it more necessary that that between the encompassing flange 7 and the encompassing flange ring 35 existing play s also at the point of passage of the end 37 of the expansion screws 30 is provided by the fixed flange 25.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Flange connection for pressure pipelines of large diameter, especially in water power plants, in which one of the two flanges is connected to the stuffing box housing of a stuffing box expansion compensator, in which the end of the associated pipe section engages longitudinally displaceably and to a small extent also angularly movable, characterized in that the with the gland housing (3) connected to the flange (7) from its U-shaped counterflange composed of at least two annular disks (8, 9, 10 or 10, 35) in a known manner with considerable radial play (s) and little transverse displacement the flanges against each other permitting axial play (a) and that to bridge the axial play between the end faces of the flanges (7 and 9 or 10) a sealing ring which does not impede the transverse mobility of the flanges, preferably an elastic round rubber seal (14), is provided .

2. Flange connection according to claim 1, characterized in that long to absorb the axial forces Expansion screws (30) are provided, which are attached to the U-shaped flange (8, 9, 10 or 10, 35) and attached to the tube (1) engaging in the stuffing box (3) an additional fixed flange (25) axially resilient and flexible in the radial direction are supported.

3. Flange connection according to claim 2, characterized in that the expansion screws (30) at the same time as connecting screws for the washers (8, 9, 10 or 10, 35) of the fixed flange are formed.

4 .. flange connection according to claim 2 or 3, characterized in that the expansion screws (30) in known way with one of the radial play (s) between the flange encompassed (7) and the comprehensive flange (8, 9, 10 or 10, 35) corresponding play Bores (24) are passed through in the additional fixed flange (25).

5. Flange connection according to one of claims 2 to 4, characterized in that the additional Fixed flange (25) passed through expansion screws (30) on this via a Support the sliding ring (29).

6. flange connection according to one of claims 1 to 5, characterized in that for pressing the flange seal (14) between the on the side of the tube (1) provided with the loose flange (7) opposite one another End faces of the flanges (7 and 8 or 35) through in the fixed flange (8 or 35) arranged pressure screws (19) in a known manner axially adjustable sealing ring (18) is provided. Publications considered: German Patent Specifications No. 509 002, 669 605, 805 470, 864 340, 901482, 937 263; Austrian patent specification No. 169 025; Swiss patents No. 262 365, 263 367; French patents No. 856 486, 930 589.