DE1160701B

DE1160701B - Flanschverbindung fuer Gehaeuseteile von Hochdruckgefaessen

Info

Publication number: DE1160701B
Application number: DEG28871A
Authority: DE
Inventors: Myron Milton Sees
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1959-01-29
Filing date: 1960-01-23
Publication date: 1964-01-02
Also published as: GB879213A; US3083863A; FR1246032A; BE586992A; CH381031A

Description

Flanschverbindung für Gehäuseteile von Hochdruckgefäßen Die Erfindung betrifft eine Flanschverbindung für Gehäuseteile von Hochdruckgefäßen mit entlang der Gehäusetrennebene verlaufenden, von Spannschrauben zusammengehaltenen Außenflanschen.
Um Gehäuseteile von Druckgefäßen, wie beispielsweise Strahltriebwerksgehäusen, miteinander zu verbinden, ist es üblich, Außenflansche vorzusehen, die mittels Spannschrauben dichtend zusammengehalten werden. Wenn derartige Druckgefäße unter einem hohen Innendruck stehen, müssen diese Flansche sehr breit sein, da die die Druckkräfte übertragenden Spannschrauben einen großen Schaftquerschnitt und eine entsprechend große Kopfbreite aufweisen müssen. Die Spannschrauben müssen dann zwangläufig in einem größeren Abstand von der Wand des Druckgefäßes angeordnet - werden. Infolgedessen tritt ein Biegemomentam Außenflansch auf, dessen Größtwert u.a. vom Innendruck und vom Abstand der Schraubenmittellinie von der Gehäusewand abhängig ist.
Ein erhöhter Druck im Hochdruckgefäß bringt also nicht nur eine proportionale Steigerung des Biegemoments, sondern wegen der erforderlichen größeren Schraubenquerschnitte und des damit verbundenen größeren Hebelarmes eine progressive Momentenzunahme mit sich. Ein über einen zulässigen Wert ansteigendes Biegemoment bewirkt ein Abheben der inneren Dichtungsflächen voneinander, so daß eine einwandfreie Abdichtung des Hochdruckgefäßes nicht mehr gewährleistet ist. Wenn zu der Druckbeanspruchung noch eine Temperaturbeanspruchung hinzukommt, treten bei Inbetriebnahme der Anlage, beispielsweise an Strahltriebwerken oder Turbinengehäusen, unterschiedliche Dehnungen zwischen Gehäuse, Außenflanschflächen und Schrauben auf. Dadurch werden Spannungen erzeugt, die eine elastische und möglicherweise auch eine bleibende Verformung der Verbindungsteile bewirken, so daß das Hochdruckgefäß bei verschiedenen Betriebsbedingungen nicht mehr dicht ist. Dieser nachteilige Effekt nimmt mit der Breite des Verbindungsflansches progressiv zu.
Es wurde bereits versucht, die oben dargelegten Probleme zu lösen und eine Verbindung zu schaffen, die auch bei starker kombinierter Druck- und Temperaturbeanspruchung lediglich ein geringes Biegemoment erzeugt. Diese bekannten Lösungen bestehen darin, einen möglichst schmalen Außenflansch an den Gehäuseteilen der Hochdruckgefäße vorzusehen, um den Hebelarm des Biegemomentes und damit dieses selbst gering zu halten. Bei hohen Druckdifferenzen ergibt sich jedoch auch bei kleinem Hebelarm ein Biegemoment von solcher Größe, daß insbesondere bei schnellen Temperaturschwankungen Undichtigkeiten der Flanschverbindung nicht zu vermeiden sind. Falls das Hochdruckgefäß biologisch schädliche oder leicht entflammbare Stoffe enthält, entstehen hierdurch erhebliche Gefahren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die im vorstehenden dargelegten Nachteile von Flanschverbindungen für Gehäuseteile von Hochdruckgefäßen zu beheben. Erfindungsgemäß sind längs der Innenseite der Gehäusetrennebene abgeschrägte, von Spannklammern mit Keilanzug zusammengehaltene Innenflansche vorgesehen, die von der Außenseite des Gehäuses her durch die Außen- und die Innenflansche in der Gehäusetrennebene durchsetzende, in Gewindelöcher der Spannklammern eingreifende Schrauben anziehbar sind. Durch die Erfindung ist es möglich, die auf die Hansche wirkenden Biegemomente wesentlich zu verringern, so daß eine sichere Abdichtung auch bei sehr starken, schnell wechselnden Druck- und Temperaturbeanspruchungen gewährleistet ist.
Es ist zwar bereits bekannt, Kraftstoffbehälter für Flugzeuge aus Gehäuseteilen herzustellen, die durch Spannklammern zusammengehaltene abgeschrägte Innenflansche aufweisen. Bei derartigen Behältern treten aber keine hohen Druck- und Temperaturbeanspruchungen auf. Bei dieser bekannten Flanschverbindung ist eine Klammer vorgesehen, die mittels einer von außen anziehbaren Schraube auf zwei lose Innenflansche wirkt und diese gegen sich überlappende Innenbunde an den Enden der Gebäuseteile drückt. Die Abdichtung wird durch einen weichelastischen Dichtungsring bewirkt, der für hohe Drucke und Temperaturen völlig ungeeignet ist. Da bei dieser Flanschverbindung keine Außenflansche vorgesehen sind, kann sie für die Verbindung der Gehäuseteile von Hochdruckgefäßen nicht verwendet werden.
Es ist auch bereits eine Flanschverbindung für rohrförmige Bauteile bekannt, bei der innen liegende Flansche an den Bauteilen mit Hilfe einer Klammer verbunden sind, die durch eine einen der Flansche radial durchsetzende Schraube von außen angezogen werden kann. Hierbei handelt es sich nicht um eine dichte Verbindung, sondern es soll an einem Gehäuse ohne Innendruck eine glatte Außenfläche erzeugt werden. Die Klammer weist keine schrägen Flächen auf und kann deshalb in axialer Richtung keinen Druck auf die Verbindungsteile ausüben.
In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigt: F i g. 1 eine perspektivische Schnittdarstellung der Flanschverbindung nach der Erfindung im zusammengebauten Zustand, F i g. 2 eine perspektivische Darstellung der Einzelteile der Flanschverbindung, teilweise im Schnitt und F i g. 3 eine Ansicht der Flanschverbindung von außen mit Blickrichtung gegen das Gehäuse.
In F i g. 1 und 2 sind mit 10 die Wände zweler Teile eines Hochdruckgefäßes mit geteiltem Außenmantel bezeichnet. Die Gehäuseteile sind mittels Außenflanschen 12 miteinander verbunden, die sich entlang der Gehäusetrennebene X-X (F i g. 3) erstrecken.
Längs der Innenseite der Gehäusetrennebene sind Innenflansche 14 vorgesehen, die Verlängerungen der Außenflansche 12 bilden. Jeder Innenflansch 14 ist etwa halb so stark wie der entsprechende Außenflansch 12 und hat ein Viertel von dessen Ausladung. Die Innenflansche 14 liegen in der gleichen Weise wie die Außenflansche 12 aneinander. Die Außenflächen 16 der Innenflansche 14 sind abgeschrägt und bilden, wenn die Innenflansche aneinanderliegen, nach innen konvergierende Keilflächen.
Für das Zusammenpressen der Innenflansche 14 sind Spannklammern 18 vorgesehen, die von der Außenseite des Gehäuses 10 her derart anziehbar sind, daß eine Abdichtung längs der Gehäusetrennebene erfolgt. DieHöhe derSpannklammer entspricht etwa der Stärke der aneinander gelegten Außenflansche 12. Die Spannklammer 18 erstreckt sich ins Innere des Gehäuses nur etwa halb so weit wie die Außenflansche 12 nach außen. Die Spannklammer 18 weist eine Längsnut 20 auf. Die Nut 20 hat einander gegenüberliegende, nach außen zu divergierende Keilflächen 22, die voneinander einen derartigen Abstand haben, daß diese die beiden Innenflansche 14 im aufeinandergelegten Zustand umfassen können. Die konvergierenden äußeren Keilflächen 16 der Innenflansche 14 sind so ausgebildet, daß diese zusammen mit den divergierenden Keilflächen 22 der Nut 20 einen einwandfreien Sitz gewährleisten, ohne daß -übermäßig enge Toleranzen für die Abmessungen der Nut und der Innenflansche erforderlich sind.
Zum Anziehen der Spannklammer 18 gegen die Innenflansche 14 sind Schrauben 28 vorgesehen, die in Gewindelöcher 24 im Boden der Nut 20 eingreifen und sich durch Öffnungen 26 in den Flanschen hindurch erstrecken. Die Öffnungen 26 werden von zwei Nuten 29-29 von halbkreisförmigem Querschnitt in den Trennflächen der Gehäuseteile gebildet. Zur Erzielung eines besseren Sitzes für den Kopf der Schraube 28 ist die öffnun- 26 bei 36 an-esenkt.
Die Gehäuseteile 10 werden so zusammengefügt, daß die Schrauben 28 teilweise in die Gewindelöcher 24 in der Spannklammer 18 eingeschraubt werden und daß die Spannklammer 18 an der Innenseite eines der Gehäuseteile 1.0 in eine Stellung gebracht werden, in der die Nut 20 dem Innenflansch 14 zugekehrt ist. Dann werden die Schrauben 28 in die Nuten 29 im Außenflansch 12 derart eingelegt, daß die Schrauben 28 weit genug aus den Gewindelöchern 24 herausragen, um zu verhindern, daß sich die Spannklammern und die Innenflansche 14 gegenseitig behindern. Dann wird der Außenflansch 12 des zweiten Gehäuseteiles 10 zur Anlage gegen den anderen Außenflansch derart gebracht -, daß die halbkreisförmigen Nuten 29 des zweiten Außenflansches zu denen des ersten Außenflansches ausgerichtet sind. Wenn nun die Gehäuseteile 10 so zusammengefügt sind, werden die Flanschen vorgespannt, indem man die Schrauben 28 anzieht.
Die Verbindung der Gehäuseteile wird dadurch vollendet, daß Schrauben 30 durch fluchtende Löcher 32 in den Außenflanschen 12 durchgesteckt und in diesen durch Muttern 34 verspannt werden.
F i g. 3 zeigt, daß eine Spannschraube 28 für die inneren Spannklammern 18 je zwischen dem fünften und sechsten Durchgangsloch 32 einer Außenflanschschraube vorgesehen ist. Dieses Zahlenverhältnis ist aber nicht von entscheidender Bedeutung. Es hat sich jedoch gezeigt, daß verhältnismäßig wenige Schrauben für die Spannklammern erforderlich sind. um zu gewährleisten -, daß diese die Flanschverbindung verläßlich vorspannen und abdichten.

Claims

Patentanspruch: Flanschverbindung für Gehäuseteile von Hochdruckgefäßen mit entlang der Gehäuseetrennebene verlaufenden, von Spannschrauben zusammengehaltenen Außenflanschen, dadurch gekennzeichnet, daß längs der Innenseite der Gehäusetrenneb--ne(X-X) abgesehrägte, von Spannklammern(18) mit Keilanzug(16, 22) zu- sammengehaltene Innenflansche(14) vorgesehen sind, die von der Außenseite des Gehäuses (10) her durch die Außen- und die Innenflansche in der Gehäusetrennebene durchsetzende, in Gewindelöcher (24) der Spannkammern eingreifende Schrauben (28) anziehbar sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 853 451, 897 029; USA.-Patentschriften Nr. 180 781, 1957 699, 2 793 779, 2 868 565.