DE1193749B

DE1193749B - Hochdruckflanschverbindung fuer Rohrleitungen

Info

Publication number: DE1193749B
Application number: DESCH30396A
Authority: DE
Inventors: Erich Meinecke
Original assignee: SCHOENEBECKER BRUNNENFILTER GE
Current assignee: SCHOENEBECKER BRUNNENFILTER GE
Priority date: 1961-10-09
Filing date: 1961-10-09
Publication date: 1965-05-26
Also published as: US3215166A

Description

Hochdruckflanschverbindung für Rohrleitungen Um an den Verbindungs- oder Anschlußflanschen von unter hohem Innendruck stehenden Rohren, Rohrleitungen, Armaturen, Behältern und dergleichen Einrichtungen wie auch an Prüfflanschen, die bei den Druckproben derartiger Einrichtungen verwendet werden, einen ausreichend dichten Abschluß zu erzielen, ist es erforderlich, die betreffende Dichtung mit um so höherem Andruck an die Gegenfläche zu pressen, je höher der Innendruck ist. Bei den üblichen Flanschverbindungen wird diese Andruckkraft durch die Verbindungsschrauben erzeugt, die durch kreisförmig in den zusammengehörigen Flanschen angeordnete Bohrungen gehen.
Da der erforderliche Anpreßdruck auch von dem Zustand der Dichtflächen an den Flanschen und von dem Werkstoff abhängt, aus dem die Dichtung besteht, ist es häufig erforderlich, die Schrauben an den Flanschverbindungen nachzuziehen, wenn sich bei steigendem Innendruck Undichtigkeiten an den Verbindungen zeigen. Derartige Undichtigkeiten können auch dann nicht vermieden werden, wenn die Schrauben aller Verbindungen beim Zusammenbau mit gleichem Drehmoment festgezogen werden. Das Auftreten der Undichtigkeiten beruht zumeist darauf, daß sich die Befestigungsschrauben längen oder sich die Dichtungen verformen. Die Notwendigkeit, die Schrauben nachträglich fester zu ziehen, erfordert nicht nur zusätzlichen Arbeitsaufwand, sondern bringt auch die Gefahr mit sich, daß in den nachzuziehenden Schrauben Drehspannungen hervorgerufen werden, die zum Bruch der Schraubenbolzen führen können.
Bei den hohen Prüfdrücken, die z. B. bei der Druckprüfung von Bohrlochverflanschungen und Preventern das Eineinhalbfache bzw. Doppelte des Betriebsdrucks betragen, ergeben sich hinsichtlich des Undichtwerdens der Flanschverbindungen bei steigendem Innendruck besonders große Schwierigkeiten, die bisher nur dadurch vermieden werden konnten, daß der Prüfdruck stufenweise erhöht und jeweils nach einer derartigen Druckerhöhung die Befestigungsschrauben des Prüfflansches nachgezogen wurden. Diese umständliche Arbeitsweise erfordert großen Zeit- und Arbeitsaufwand, der die Druckprüfung erschwert.
Ein schwerwiegender Nachteil des Nachziehens der Schrauben bei unter Innendruck stehenden Flanschverbindungen besteht darin, daß nach Wegfall des Innendrucks dann die Schraubenvorspannung nur auf die Dichtung wirkt und diese zerstört. Diese Erscheinung führt beispielsweise dazu, daß bei Prüfflanschen die oft sehr teuren Dichtungen nach jeder Prüfung ersetzt werden müssen.
Allgemein ist es zwar bei druckdichten Verbindungen von Leitungen und an Behältern bekannt, den Innendruck zu einer wirksamen Abdichtung heranzuziehen, indem dieser auf die Dichtung über geeignete Druckflächen zur Einwirkung gebracht wird und diese gegen ihren Sitz preßt: Bei Bajonettverschlüssen von Schlauch- oder Rohrleitungen hat man zu diesem Zweck auch bereits mit einer Dichtung zusammenwirkende Ringkolben zur Anwendung gebracht, welche beim Herstellen der Verbindung von der Stirnfläche des Vaterendes zurückgedrückt werden und auf der gegenüberliegenden Seite vom Innendruck beaufschlagt sind. Die vorstehend genannten Nachteile von mittels Schraubenbolzen zusammengehaltener Flanschverbindungen treten bei diesen Bajonettverbindungen jedoch nicht auf.
Zur Beseitigung der geschilderten Nachteile der bekannten Flanschverbindungen geht die Erfindung aus von einer Hochdruckflanschverbindung, bestehend aus zwei durch Schraubenbolzen miteinander verbundenen Flanschen und aus einer zwischen den Stirnflächen der Flanschen angeordneten Dichtung, insbesondere aus Weicheisen, welche in Abhängigkeit vom Innendruck selbsttätig auf ihre Gegenfläche gepreßt wird. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß in dem einen Flansch üblicher Bauart gegenüberliegenden Flansch in an sich bekannter Weise ein axial bewegbarer Ringkolben angeordnet ist, dessen der Dichtung abgewandte Rückseite einen größeren Durchmesser als der Innendurchmesser der Dichtung aufweist.
Durch die Erfindung werden insbesondere folgende technische Vorteile gegenüber bekannten Flanschverbindungen erreicht: Die Verbindungsschrauben der selbsttätig dichtenden Hochdruckflanschverbindung brauchen nur leicht angezogen zu werden, da der Ringkolben in Abhängigkeit von dem Innendruck die Flanschdichtung auf die Gegenfläche preßt. Dies bedeutet eine schnelle und leichte Montage der neuen Flanschverbindung.
Ein Nachziehen der Verbindungsschrauben ist auch bei den höchsten Betriebsdrücken und nach einer etwaigen Dehnung der Verbindungsschrauben nicht mehr erforderlich.
Die Verbindungsschrauben werden nur noch auf Zug beansprucht; die sonst bei einer normalen Flanschverbindung durch das starke Anziehen in ihnen auftretenden Drehspannungen entfallen.
Außerdem treten keine zu großen Verformungen an den Dichtungen und Dichtungsnuten auf, da diese Teile nur noch den Anpreßdruck, der im gleichbleibenden Verhältnis zum Innendruck steht, aufzunehmen brauchen. Bei Innendruckentlastung sinkt gleichzeitig der Anpreßdruck.
Infolge der Längsverschieblichkeit der Dichtung lassen sich Einbauten und insbesondere Auswechselungen von Armaturen in Leitungen ohne Schwierigkeiten durchführen.
Vorzugsweise ist bei der Erfindung der Ringkolben in einer zylindrischen erweiterten Öffnung in dem einen Flansch axial beweglich und abdichtend geführt und liegt an der dem anschließenden Flansch zugekehrten Seite an einer ringförmigen Dichtung an, die im Durchmesser kleiner als die den Ringkolben in der erweiterten Öffnung abdichtende Dichtung ist. Um zu gewährleisten, daß die der anzupassenden Dichtung abgekehrte Kolbenfläche vom Innendruck beaufschlagt wird, sind der Ringkolben und die ihn ; aufnehmende Öffnung stufenförmig abgesetzt. Die somit einen Anschlag bildende Stufe an den genannten Teilen ist so ausgebildet, daß zwischen der Rückseite des Ringkolbens und der gegenüberliegenden Stirnwand der erweiterten Öffnung bei Anlage des Ringkolbens an dem stufenförmigen Absatz in der Öffnung ein freier Ringraum verbleibt. Eine Begrenzung der Beweglichkeit des Ringkolbens in axialer Richtung kann durch die Anbringung von Begrenzungsschrauben erzielt werden, die den Kolben mit Spiel in axialer Richtung in der erweiterten Öffnung führen. Der Ringkolben kann mittels einer Nutringmanschette gegenüber der den Kolben führenden Bohrung im Flansch abgedichtet sein und an seiner dem anschließenden Flansch zugekehrten Stirnseite mit einer ringförmigen Dichtung formschlüssig im Eingriff stehen. Die auf diese Weise ausgebildete Flanschverbindung ist sowohl für die Anbringung in durchgehenden Rohrsträngen wie auch bei einem Prüfflansch anwendbar.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt F i g. 1 eine erfindungsgemäße Flanschverbindung im Längsschnitt, F i g. 2 einen mit einer erfindungsgemäßen Flanschverbindung versehenen Prüfflansch im Längsschnitt und F i g. 3 einen anderen Prüfflansch nach der Erfindung.
Die in F i g. 1 dargestellte Flanschverbindung besteht aus den beiden Flanschen A und B, die an den Enden von Rohren angeordnet sind. Der Flansch B ist in üblicher Weise ausgebildet und an seiner Stirnseite mit einer Ringnut 5b zur Aufnahme einer die Verbindung abdichtenden Metalldichtung 5 versehen. Zur Befestigung der Flansche A und B aneinander sind über den Umfang verteilt in beiden Flanschen Bohrungen 6 angeordnet, durch die Befestigungsschrauben hindurchgesteckt und auf deren Gewindeteil Muttern aufgeschraubt werden.
Zur Erzeugung eines vom Innendruck abhängigen Anpreßdrucks auf die Dichtung 5 ist im Flansch A ein Ringkolben 3 angeordnet, der in einer erweiterten zylindrischen Bohrung 2 im Flanschende axial beweglich ist.
Der Ringkolben 3 ist an seinem Außenumfang mit Hilfe einer z. B. durch einen Druckring 6 angepreßten Nutringdichtung 4 abgedichtet (F i g. 2 und 3). Der Druckring ist mit Hilfe mehrerer Senkschrauben 8 an der Stirnfläche des Ringkolbens 3 befestigt und an seinem Rand bei 6a zur Dichtung 4 hin umgebogen.
An der dem Flansch B zugekehrten Seite liegt der Ringkolben 3 an einer Dichtung 5 an, wobei eine dem Querschnitt der Dichtung 5 entsprechende Ringnut 5a am Kolben 3 vorgesehen ist. Der Innendurchmesser der Dichtung 5 ist kleiner als der Außendurchmesser der Dichtung 4, so daß der Ringkolben 3 auf der dem Flansch B zugekehrten Seite 3 c eine kleinere vom Kolbeninnendruck beaufschlagte Kolbenfläche aufweist als auf der gegenüberliegenden Seite 3 b.
Damit die Oberseite 3 b des Ringkolbens 3 stets vom Innendruck beaufschlagt wird, ist der Ringkolben 3 in der Bohrung 2 bei 3 a stufenförmig abgesetzt, so daß bei Anlage des Absatzes an der entsprechend abgesetzten zylindrischen Innenwand der Bohrung 2 zwischen der Oberseite 3 b des Ringkolbens 3 und der gegenüberliegenden Endfläche der zylindrischen Bohrung 2 ein freier Ringraum 12 verbleibt. Der Ringkolben 3 ist in der Bohrung 2 in axialer Richtung begrenzt beweglich und undrehbar geführt. Zu diesem Zweck sind zwei oder mehr Schrauben 7 vorgesehen, die durch entsprechende abgesetzte Bohrungen im Ringkolben 3 gehen und in Gewindelöcher in der Endfläche der Bohrung 2 eingeschraubt sind. Zwischen dem Schraubenkopf 7a und dem Absatz in der Bohrung im Ringkolben 3 ist ein dem erforderlichen Hub des Kolbens 3 entsprechendes Spiel vorgesehen. Die Schrauben 7 sorgen dafür, daß der Ringkolben 3 nicht aus dem Flansch A herausfällt, wenn die Verbindung getrennt wird, wobei es trotzdem möglich ist, den Kolben 3 bei Bedarf auszuwechseln oder zur Erneuerung der Dichtung 4 herauszunehmen.
Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Flanschverbindung ist wie folgt: Der Flansch A wird in üblicher Weise mit dem entsprechenden Gegenflansch B verbunden, wobei die hierzu verwendeten Befestigungsschrauben nur mäßig festgezogen zu werden brauchen. Wenn dann der Innenraum der Rohrleitung unter Druck gesetzt wird, preßt der Ringkolben 3 die Dichtung 5 an die Gegenfläche am Flansch B an, weil die wirksame Kolbenfläche am Kolben 3 auf der der Dichtung 5 abgekehrten Seite 3 b größer als auf der der Dichtung 5 zugekehrten Seite 3 c ist. Das Verhältnis der Anpreßkraft der Dichtung zum Innendruck kann auf einfache Weise durch entsprechende Abstimmung der wirksamen oberen und unteren Kolbenflächen vorher festgelegt werden. Die Befestigungsschrauben an den Flanschen haben hierbei lediglich die Reaktionskraft des die Dichtung 5 anpressenden Ringkolbens aufzunehmen, wobei die Verbindung zwischen den Flanschen A und B auch bei hohen Drücken dicht bleibt, weil der die Dichtung 5 anpressende Druck, der sich aus der Differenz des die Kolbenoberseite 3 b und die Kolbenunterseite 3 c beaufschlagenden Druckes ergibt, ständig verhältnisgleich zum Innendruck bleibt.
Die erfindungsgemäße Flanschverbindung ist besonders zweckmäßig bei der Befestigung von Prüfflanschen. Zwei Ausführungsbeispiele derartiger Prüfflansche sind in den F i g. 2 und 3 wiedergegeben. Der im ganzen mit C bezeichnete Prüfflansch hat ein einseitig offenes, zylindrisches Gehäuse, dessen Abschlußwand 1 parallel zur Kolbenoberseite 3 b verläuft. Der Prüfflansch C wird in üblicher Weise mit Hilfe von durch am Umfang verteilten Löchern 6 geführten Bolzen und Schrauben am zu prüfenden Rohr oder Behälter befestigt, dessen Flansch mit B bezeichnet ist.
Der die Dichtung 5 zwischen dem Prüfflansch C und dem Flansch B am zu prüfenden Teil anpressende Ringkolben 3 ist in gleicher Weise ausgebildet, wie bei dem vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispiel, mit der Ausnahme, daß es hierbei nicht erforderlich ist, die mittlere Öffnung im Ringkolben ebenso groß zu bemessen, wie den freien Querschnitt der Rohrleitung. Aus diesem Grund können die Begrenzungsschrauben 7 durch Öffnungen geführt sein, die in einem die Mittelöffnung des Kolbens 3 umgebenden Bund angeordnet sind.
An der Oberseite des Prüfflansches C ist in der Abschlußplatte 1 eine Öffnung 9 zum Anschluß der das Prüfungsmedium zuführenden Leitung vorgesehen. Der Anschluß 9 liegt seitlich der Mittelöffnung des Ringkolbens 3, damit der Druck des Prüfungsmediums sich sofort bei Beginn des Prüfungsvorgangs auf die Kolbenoberseite 3 b auswirkt und den Ringkolben 3 nach unten gegen die Dichtung 5 drückt. Zur besseren Handhabung des Prüfflansches beim Ein- und Ausbauen kann an dessen Oberseite eine Ringschraube 10 angeordnet sein.
Der in F i g. 3 dargestellte Prüfflansch, der vom Gegenflansch B getrennt abgebildet ist, entspricht der Ausführungsform nach F i g. 2 mit der Ausnahme, daß zu seiner Befestigung Stiftschrauben 11 Verwendung finden.

Claims

Patentansprüche: 1. Hochdruckflanschverbindung für Rohrleitungen, bestehend aus zwei durch Schraubenbolzen miteinander verbundenen Flanschen und einer zwischen den Stirnflächen der Flansche angeordneten Dichtung, insbesondere aus Weicheisen, die in Abhängigkeit von dem Innendruck selbsttätig auf ihre Gegenfläche gepreßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in dem einen Flansch üblicher Bauart gegenüberliegenden Flansch (A) in an sich bekannter Weise ein axial bewegbarer Ringkolben (3) angeordnet ist, dessen der Dichtung (5) abgewandte Rückseite einen größeren Durchmesser als der Innendurchmesser der Dichtung aufweist.
2. Flanschverbindung nach Anspruch 1, dadadurch gekennzeichnet, daß der Ringkolben (3) in einer zylindrischen erweiterten Öffnung (2) in dem einen Flansch (A) axial beweglich und abdichtend geführt ist und an der dem anschließenden Flansch (B) zugekehrten Seite an einer ringförmigen Dichtung (5) anliegt, die im Durchmesser kleiner als die den Ringkolben in der erweiterten Öffnung abdichtenden Dichtung (4) ist.
3. Flanschverbindung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkolben (3) und die ihn aufnehmende Öffnung (2) stufenförmig (bei 3a) abgesetzt sind und der im Durchmesser größere Teil des Ringkolbens dem anschließenden Flansch (B) zugekehrt ist.
4. Flanschverbindung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkolben (3) mittels Begrenzungsschrauben (7) mit Spiel in axialer Richtung in der erweiterten öffnung (2) geführt ist.
5. Flanschverbindung nach den Ansprüchen 1 bis 4, - dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkolben (3) mittels einer Nutringmanschette (4) in der ihn führenden Öffnung (2) abgedichtet ist und an seiner dem anschließenden Flansch (B) zugekehrten Stirnseite formschlüssig (bei 5a) mit der Ringdichtung (5) im Eingriff steht.
6. Anwendung einer Flanschverbindung nach den Ansprüchen 1 bis 5, bei einem geschlossenen Prüfflansch (C) zum Verschließen eines Rohres bei der Druckprobe. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 469 576, 891646, 956 902, 1072 031; deutsche Auslegeschrift Nr. 1096 774; britische Patentschriften Nr. 397 966, 538 192, 653 274, 749 219; USA.-Patentschriften Nr. 1117 762, 2 305 809; schweizerische Patentschrift Nr. 202 299.