DE1201134B

DE1201134B - Tight flange connection for components exposed to strong temperature changes, especially for pipes

Info

Publication number: DE1201134B
Application number: DEB64906A
Authority: DE
Inventors: Frantisek Zimmer; Peter Robert Marshall
Original assignee: Ind Fernand Courtoy S A Bureau; METAL AND PLASTIC COMPONENTS L
Current assignee: Ind Fernand Courtoy S A Bureau; METAL AND PLASTIC COMPONENTS L
Priority date: 1961-11-24
Filing date: 1961-11-24
Publication date: 1965-09-16

Description

Dichte Flanschverbindung für starken Temperaturänderungen ausgesetzte Bauteile, insbesondere für Rohrleitungen Die Erfindung bezieht sich auf eine dichte Flanschverbindung für starken Temperaturänderungen ausgesetzte Bauteile, insbesondere für Rohrleitungen, mit Bohrungen der Flansche durchsetzenden Verbindungsschrauben und mit Mitteln zur Verbesserung des Wärmeüberganges zwischen den Flanschen und den Verbindungsschrauben.Tight flange connection for exposed to strong temperature changes Components, especially for pipelines The invention relates to a tight Flange connection for components exposed to strong temperature changes, in particular for pipelines, with connecting screws penetrating the flange holes and with means to improve the heat transfer between the flanges and the connecting screws.

Bei derartigen Flanschverbindungen werden die Flanschteile gewöhnlich schneller erwärmt und abgekühlt als die Bolzen. Messungen haben gezeigt, daß der maximale Temperaturunterschied zwischen den Flanschteilen und den Bolzen zwischen rund 10° bis etwa 100° C liegen kann und daß dieser Unterschied unter anderem von der Geschwindigkeit der Erwärmung oder Abkühlung abhängt. Dieser Temperaturunterschied bewirkt eine unterschiedliche Ausdehnung oder Zusammenziehung der Bolzen und der Flanschteile, was die Festigkeit der Verbindung ungünstig beeinflussen kann. Bei einigen Konstruktionen, die untersucht wurden, erzeugte ein Unterschied von 10° C einen Spannungsunterschied in den Bolzen von 2,3 kg/mm2, d. h. von 23 kg/mm2 bei einem Unterschied von l00° C.In such flange connections, the flange parts become common heated and cooled faster than the bolts. Measurements have shown that the maximum temperature difference between the flange parts and the bolts between about 10 ° to about 100 ° C and that this difference, among other things, from depends on the rate of heating or cooling. This temperature difference causes a different expansion or contraction of the bolts and the Flange parts, which can adversely affect the strength of the connection. at some designs that were examined produced a difference of 10 ° C a tension difference in the bolts of 2.3 kg / mm2, i.e. H. of 23 kg / mm2 a difference of 100 ° C.

Der Spannungsunterschied kann bei einer schnellen Erwärmung die Spannung in den Bolzen auf einen solchen Betrag anwachsen lassen, daß die Elastizitätsgrenze überschritten wird. Dadurch werden die Bolzen für dauernd gestreckt mit dem Ergebnis, daß die Verbindung aller Voraussicht nach undicht wird.The voltage difference can increase the voltage in the case of rapid heating let grow in the bolt to such an amount that the elastic limit is exceeded. As a result, the bolts are permanently stretched with the result, that the connection is likely to leak.

Bei schnellem Abkühlen bleiben die Bolzen gewöhnlich eine Zeit lang wärmer als die Flansche; durch diesen Umstand kann ihre Spannung zeitweise unter dem Wert liegen, der zum Sicherstellen einer ausreichenden Dichtungskraft erforderlich ist. ' Es sei bemerkt, daß auch nur vorübergehend auftretende Undichtigkeiten in Verbindungen, die unter dem Einfluß von hohen Drücken und hohen Temperaturen stehen, zu Erosionen an den Dichtflächen führen können, was kostspielige Reparaturen nach sich ziehen kann.With rapid cooling, the studs usually stay for a period of time warmer than the flanges; this can temporarily reduce their tension the value required to ensure sufficient sealing force is. 'It should be noted that even temporary leaks in Compounds that are under the influence of high pressures and high temperatures, can lead to erosion on the sealing surfaces, which leads to costly repairs can pull itself.

Vielfach werden Heizeinrichtungen verwendet, um die unerwünschten Temperaturunterschiede zwischen den Bolzen und den Flanschen zu beseitigen. So ist es beispielsweise bei Dampfturbinen bekannt, Dampf durch die Bolzen und zwischen den Flanschen hindurchzuleiten. Diese Einrichtungen sind teuer und kompliziert, so daß ihre Anwendung auf Sonderfälle beschränkt ist.In many cases, heating devices are used to prevent the undesired Eliminate temperature differences between the studs and the flanges. So is it is known for example in steam turbines, steam through the bolts and between pass through the flanges. These facilities are expensive and complicated, so that their application is restricted to special cases.

Man hat auch bereits versucht, die Temperaturunterschiede durch Verbesserung des Wärmeüberganges zwischen Flanschen und den Verbindungsschrauben zu verringern, indem man die Schrauben als Paßbolzen ausbildete. Der Erfolg ist dabei jedoch nicht genügend sicher erreicht worden. Außerdem sind Paßbolzen nicht für alle Flanschverbindungen geeignet oder würden diese zu stark verteuern.Attempts have also been made to reduce the temperature differences by improving to reduce the heat transfer between the flanges and the connecting screws, by forming the screws as fitting bolts. However, the success is not there has been reached with sufficient certainty. In addition, dowel bolts are not for all flange connections suitable or would make them too expensive.

rs wurden auch bereits Versuche unternommen, eine Herabsetzung der zusätzlichen Beanspruchung der Bolzen infolge von Temperaturunterschieden durch eine Verringerung der wirksamen Wärmeausdehnung der gegenüber den Bolzen heißeren Flanschteile, möglichst unabhängig von dem Temperaturunterschied zwischen Bolzen und Flanschen zu bewirken. Hierbei wird die für die Wärmeausdehnung wirksame Stärke der Flanschteile vermindert. Eine derartige Verminderung führt aber zwangläufig zu einer Schwächung der beanspruchten Querschnitte, was in vielen Fällen nicht zulässig ist.Attempts have also been made to reduce the additional stress on the bolts due to temperature differences a reduction in the effective thermal expansion of the hotter compared to the bolts Flange parts, if possible independent of the temperature difference between bolts and flanges to effect. This becomes the effective strength for thermal expansion of flange parts reduced. However, such a reduction inevitably leads to a weakening of the stressed cross-sections, which is not permissible in many cases is.

Es ist weiterhin eine Flanschverbindung an starken Temperaturänderungen ausgesetzten Bauteilen mit Bohrungen der Flansche durchsetzende Verbindungsschrauben bekannt. Das Problem der thermischen Spannungen zwischen den Verbindungsbolzen und den Flanschen wird hierbei dadurch gelöst, daß einerseits die Schrauben die Flansche möglichst frei durchsetzen und daß zwischen den Flanschen und den Schraubenmuttern elastische Hülsen und Isolierscheiben angeordnet sind. Bei dieser bekannten Flanschverbindung wird angestrebt, die Schrauben und die Flansche gegeneinander thermisch zu isolieren. Die unterschiedlichen Wärmeausdehnungen werden durch die elastischen Hülsen aufgenommen. Diese Anordnung ist ziemlich aufwendig und schon wegen der Länge der elastischen Hülse nicht für alle Anwendungszwecke geeignet.It is still a flange connection at large temperature changes exposed components with Holes penetrating the flanges Known connecting screws. The problem of thermal stresses between the Connecting bolt and the flanges is solved in that on the one hand the screws penetrate the flanges as freely as possible and that between the flanges and elastic sleeves and insulating washers are arranged on the screw nuts. In this known flange connection, the aim is to have the screws and the flanges to thermally insulate against each other. The different thermal expansions are added by the elastic sleeves. This arrangement is quite complex and not for all purposes because of the length of the elastic sleeve suitable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln eine dichte Flanschverbindung der eingangs definierten Art zu schaffen. Zu diesem Zweck wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Verbindungsschrauben im Bereich ihres die Bohrungen der Flansche durchsetzenden glatten Schaftes von zusammendrückbaren Hülsen aus porösem Sintermetall derart umgeben sind, daß diese Hülsen beim Anziehen der Schrauben zwischen den Flanschen und den Schrauben gut leitende Wärmebrücken bilden.The invention is based on the object of using simple means to create a tight flange connection of the type defined at the outset. To this end is proposed according to the invention that the connecting screws in the area of their the bores of the flanges penetrating smooth shaft of compressible Sleeves made of porous sintered metal are surrounded in such a way that these sleeves are tightened of the screws between the flanges and the screws are good conductive thermal bridges form.

Um das Aufbringen der Hülsen auf die Schrauben zu erleichtern, können die Hülsen aus gegeneinandergesetzten Halbschalen bestehen, die miteinander verklebt sind oder umlaufende Nuten zur Aufnahme von Halteringen haben.In order to facilitate the application of the sleeves to the screws, you can the sleeves consist of opposing half-shells that are glued together or have circumferential grooves to accommodate retaining rings.

Ein besonders vorteilhaftes Material für die Hülsen ist gesintertes Kupfer.A particularly advantageous material for the sleeves is sintered Copper.

Auf dem Schaft der Schrauben kann an jedem Ende der Hülsenpackung eine ringförmig, aus halben Schalen bestehende Stahlbüchse angeordnet sein, die an den Endabschnitten der Schrauben anliegt. Dabei kann eine Stahlhülse vorgesehen sein, die auf ein mit einem Schraubengewinde versehenes Ende der Schraube geschoben ist und an der Stahlbüchse und an einer von einer Mutter erfaßten Unterlagscheibe anliegt, wobei diese Stahlhülse beim Anziehen der Schrauben das Zusammendrücken und die radiale Ausdehnung der Hülsen bewirkt.On the shaft of the screw can be placed at each end of the sleeve pack a ring-shaped, made of half shells steel sleeve be arranged, the rests against the end portions of the screws. A steel sleeve can be provided be pushed onto a screw-threaded end of the screw is and on the steel sleeve and on a washer gripped by a nut rests, this steel sleeve pressing together when tightening the screws and causes the radial expansion of the sleeves.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt F i g. 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Flanschverbindung vor dem Aufbringen der Schraubenmuttern, F i g. 2 die Flanschverbindung im zusammengezogenen Zustand, F i g. 3 eine Sintermetallhülse und F i g. 4 eine Stahlbüchse.An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing. It shows F i g. 1 shows a section through a flange connection according to the invention the application of the nuts, F i g. 2 the flange connection in the contracted State, F i g. 3 a sintered metal sleeve and FIG. 4 a steel can.

Die F i g. 1 und 2 zeigen zwei Flansche 1 und 2, die durch Bolzen 3 zusammengehalten, sind. Jeder Bolzen 3 weist einen Schaft 4 auf, der dünner als seine mit Schraubengewinde versehenen Enden ist. Die Bohrungen 5 in den Flanschen haben etwas größeren Durchmesser als die Bolzenenden. Mehrere ringförmige Hülsen 6, die vorzugsweise aus porösem Kupfer auf pulvermetallurgischem Wege in Form von Halbschalen hergestellt sind, sind nebeneinander auf dem Schaft 4 jedes Bolzens angeordnet (F i g. 3). In dieser Stellung werden sie entweder mit Hilfe von Federringen, die in auf dem Umfang der Halbschalen befindlichen Nuten 7 eingelegt sind, gehalten oder sie werden durch einen auf die Trennflächen der Halbschalen aufgebrachten Kontaktklebstoff zusammengeklebt. An jedem Ende der aus den Hülsen 6 bestehenden Packung sind auf dem Schaft 4 gleichfalls aus Halbschalen bestehende Stahlbüchsen 8 (F i g. 4) angeordnet. Die Bohrungen dieser Stahlbüchsen sind in ihrer Form an den übergang vom Schaft 4 zu den Gewindeenden des Schraubenbolzens 3 angepaßt. über jedes Gewindeende ist eine Stahlhülse 9 so geschoben, daß sie an der Stahlbüchse 8 und an der Schraubenmutter 10 anliegt. Der äußere Durchmesser der gesinterten Kupferhülsen 6 und der Stahlbiichsen 8 sowie der Hülsen 9 ist so groß, daß sie mit dem Bolzen 3 leicht durch die Bohrungen 5 der Flansche 1 und 2 geschoben werden können. Sind die Muttern 10 aufgeschraubt und festgezogen, wie in F i g. 2 gezeigt, so übertragen die Hülsen 9 den axialen Druck auf die Hülsen 6 und auf die Büchsen 8 und drücken die Kupferhülsen 6 zusammen, wodurch sich diese radial ausdehnen und in enge Berührung mit dem Bolzenschaft und den Wänden der Bohrungen 5 gelangen. Dabei werden auch die Flansche 1 und 2 zusammengezogen und abgedichtet.The F i g. 1 and 2 show two flanges 1 and 2 which are held together by bolts 3. Each bolt 3 has a shank 4 that is thinner than its screw-threaded ends. The holes 5 in the flanges have a slightly larger diameter than the bolt ends. Several ring-shaped sleeves 6, which are preferably made of porous copper by powder metallurgy in the form of half-shells, are arranged next to one another on the shaft 4 of each bolt (FIG. 3). In this position, they are either held with the aid of spring washers which are inserted into grooves 7 located on the circumference of the half-shells, or they are glued together by a contact adhesive applied to the separating surfaces of the half-shells. At each end of the pack consisting of the sleeves 6, steel sleeves 8 (FIG. 4) also consisting of half-shells are arranged on the shaft 4. The shape of the bores in these steel bushings is adapted to the transition from the shaft 4 to the threaded ends of the screw bolt 3. A steel sleeve 9 is pushed over each threaded end in such a way that it rests against the steel sleeve 8 and the screw nut 10. The outer diameter of the sintered copper sleeves 6 and the steel sleeves 8 as well as the sleeves 9 is so large that they can easily be pushed through the bores 5 of the flanges 1 and 2 with the bolt 3. If the nuts 10 are screwed on and tightened, as shown in FIG. 2, the sleeves 9 transmit the axial pressure to the sleeves 6 and to the sleeves 8 and press the copper sleeves 6 together, causing them to expand radially and come into close contact with the bolt shank and the walls of the bores 5. The flanges 1 and 2 are also pulled together and sealed.

Sobald die Verbindung zusammengezogen ist, befinden sich die Kupferhülsen in enger Berührung mit den Flanschen und mit den Bolzen und übertragen alle Temperaturänderungen in den Flanschen sehr schnell auf die Bolzen, so daß die unterschiedliche Ausdehnung der Flansche und Bolzen wesentlich herabgesetzt ist.As soon as the connection is tightened, the copper sleeves are in place in close contact with the flanges and with the bolts and transmit all temperature changes in the flanges very quickly on the bolts, so that the different expansion the flanges and bolts are significantly reduced.

Damit die Gleitfähigkeit der Hülsen auf den Bolzen und in den Bohrungen beim axialen Zusammendrücken verbessert wird, werden die Bolzen und die Bohrungen beim Zusammenbau, z. B. durch kolloidalen Graphit oder Molybdändisulfid, geschmiert. Die Hülsen können entweder in ein Schmiermittel eingetaucht oder mit diesem bestrichen werden oder sie können während der Herstellung mit dem Schmiermittel imprägniert sein.So that the sleeves slide on the bolts and in the bores when the axial compression is improved, the bolts and the bores when assembling, e.g. B. by colloidal graphite or molybdenum disulfide, lubricated. The sleeves can either be dipped in a lubricant or coated with this or they can be impregnated with the lubricant during manufacture be.

Claims

Claims: 1. Tight flange connection for strong temperature changes exposed components, in particular for pipelines, with bores in the flanges penetrating connecting screws and with means to improve the heat transfer between the flanges and the connecting screws z e i c h n e t that the connecting screws (3, 4) in the area of their holes (5) the flanges (1) penetrating smooth shaft (4) of compressible Sleeves (6) made of porous sintered metal are surrounded in such a way that these sleeves (6) when Tightening the screws between the flanges and the screws with good conductive thermal bridges form.

2. Flange connection according to claim 1, characterized in that the sleeves (6) consist of opposing half-shells that are glued together or have circumferential grooves (7) for receiving retaining rings.

3. Flange connection according to claim 1 and 2, characterized in that the sleeves are made of sintered copper exist.

4. Flange connection according to Claim 1 to 3, characterized in that on the shaft of the screws at each end of the sleeve packing (6) an annular, consisting of half shells Steel bushing (8) is arranged, the rests against the end portions of the screws.

5. Flange connection according to claim 4, characterized by a steel sleeve (9) which is pushed onto an end of the screw provided with a screw thread and rests on the steel bushing (8) and on a washer detected by a nut and which when the screw is tightened Compression and the radial expansion that causes the sleeves (6). Considered publications: German Patent Nos. 540 678, 693 854, 725 908; French patent specification No. 1050 247.