DE1231975B

DE1231975B - Welding neck flange

Info

Publication number: DE1231975B
Application number: DE1963G0039088
Authority: DE
Inventors: Hermann Meinke
Original assignee: Gutehoffnungshutte Sterkrade AG
Current assignee: Gutehoffnungshutte Sterkrade AG
Priority date: 1963-11-02
Filing date: 1963-11-02
Publication date: 1967-01-05

Description

Vorschweißflansch Die Abmessungen von Vorschweißflanschen für Rohre und Apparate sind von einigen vorgegebenen Werten abhängig. Am meisten beeinflußt der vorgegebene Innendruck die Spannungsverhältnisse in den einzelnen Elementen des Flansches, dem Teller, dem kegelförmigen Halsansatz und dem Rohrabschnitt. Die Spannungsverhältnisse sind jedoch nicht homogen. Verschiedene Querschnitte sind stärker beansprucht als die übrigen. Insbesondere an den Stellen, wo die den Flansch beanspruchenden Kräfte umgelenkt werden, also am Übergang vom Teller zum Halsansatz und vom Halsansatz zum Rohrabschnitt, ist der Flansch gefährdet. Um eine bestimmte Sicherheit in diesen gefährdeten Bereichen zu erzielen, ist ein Mindestmaß an Werkstoffaufwand erforderlich. Bisher wurden die Flanschabmessungen jedoch nicht so getroffen, daß in wirtschaftlicher Hinsicht eine optimale Form zustande kam.Welding neck flange The dimensions of welding neck flanges for pipes and apparatus are dependent on some predetermined values. Most influenced the specified internal pressure the tension in the individual elements the flange, the plate, the conical neck and the pipe section. the However, tension relationships are not homogeneous. Different cross sections are more stressed than the rest. Especially in the places where the flange stressing forces are deflected, i.e. at the transition from the plate to the base of the neck and from the neck to the pipe section, the flange is at risk. To a certain Achieving safety in these endangered areas requires a minimum of material expenditure necessary. So far, however, the flange dimensions have not been made so that from an economic point of view an optimal shape came about.

Für den wirtschaftlichsten Flansch ist vor den Bearbeitungskosten erst der Materialaufwand entscheidend. Das Materialgewicht ist daher so niedrig wie möglich zu halten. Flansche werden in Deutschland bisher allgemein nach den Regeln des Normblattes DIN 2505 bemessen, nach denen die Abmessungen meist nur durch Probieren brauchbar festgelegt werden können. Den rechnerischen Ansatz dazu muß man öfter wiederholen, was unter Umständen einen großen Arbeitsaufwand erfordert.For the most economical flange is before machining costs only the cost of materials is decisive. The material weight is therefore so low as possible to keep. Flanges are generally used in Germany according to the Rules of the standard sheet DIN 2505 dimensioned, according to which the dimensions are usually only by Trying usable can be set. The computational approach must be be repeated more often, which may require a lot of work.

Eine Flanschberechnung nach DIN 2505 kann aber auch zu unbrauchbaren Konstruktionen führen, wie das z. B. für große Flansche in der Praxis bekannt ist. Desgleichen kann eine so berechnete Flanschkonstruktion unter bestimmten Voraussetzungen instabil sein. Diese Unsicherheiten sind aus der DIN 2505 nicht ersichtlich.A flange calculation according to DIN 2505 can also lead to useless Constructions lead, such as the z. B. is known in practice for large flanges. A flange construction calculated in this way can also be used under certain conditions be unstable. These uncertainties are not evident from DIN 2505.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Beseitigung der vorerwähnten Mängel. Zu diesem Zweck soll eine Flanschform geschaffen werden, die in den gefährdeten Querschnitten an den beiden Enden des Ansatzkegels (Ebenen A-A und B-B gemäß F i g. 1) in etwa eine gleiche Sicherheit aufweist. Die Spannungsmessung hierzu ergibt für den Flanschhals einen kubischen a"-Verlauf und für den Teller einen parabolischen a,2-Verlauf (vgl. ZVDI105 [1963], Nr. 13, S. 550, Abb. 2). Setzt man beide Werte zueinander in ein Verhältnis, so liegt aus mathematischen Gründen der Schnittpunkt E entlang einer semikubischen Parabel nach der Kurve b.The object of the present invention is to eliminate the aforementioned Defects. For this purpose, a flange shape is to be created, which is in the endangered Cross-sections at the two ends of the extension cone (planes A-A and B-B according to F i G. 1) has approximately the same security. The voltage measurement for this gives a cubic a "course for the flange neck and a parabolic one for the plate a, 2 course (cf. ZVDI105 [1963], No. 13, p. 550, Fig. 2). If you set both values in relation to one another, the point of intersection lies for mathematical reasons E along a semicubic parabola following curve b.

Diese Aufgabe soll erfindungsgemäß in der Weise gelöst werden, daß die Dicke der Flanschwandung s1 am Fuß des Ansatzkegels und die Tellerhöhe h im Verhältnis stehen. Außerdem soll gleichzeitig bei einer effektiven Flanschbreite B, einem vom Innendruck abhängigen Faktor x sowie einem Innendurchmesser di dem Verhältnis entsprochen werden.This object is to be achieved according to the invention in such a way that the thickness of the flange wall s1 at the foot of the shoulder cone and the plate height h in relation stand. In addition, with an effective flange width B, a factor x dependent on the internal pressure and an internal diameter di should be the ratio be met.

Mit dem Maß B der Gleichung x-B-sl di + S1 sind auch der Lochkreisdurchmesser ds und der Dichtungsdurchmesser dD nach DIN 2505 zwangläufig festgelegt. Der Dichtungsdurchmesser dD ergibt sich aus DIN 2505 nach der Gleichung Die Schraubenkraft P" ergibt sich mit dem gewählten Werkstoffkennwert k und dem Sicherheitsbeiwert S nach Während W aus dem Wert B mit der Rohrdicke so ergeht, verläuft der Hebelarm a nach A b b. 1 zu Für den Dichtungskennwert k1 sind in der DIN 2505 Werte angegeben.With the dimension B of the equation xB-sl di + S1, the pitch circle diameter ds and the seal diameter dD according to DIN 2505 are inevitably determined. The seal diameter dD results from DIN 2505 according to the equation The screw force P "results from the selected material parameter k and the safety factor S according to While W results from the value B with the pipe thickness, the lever arm a runs to A b b. 1 to For the gasket parameter k1 values are given in DIN 2505.

Im Interesse einer Werkstoffeinsparung empfiehlt es sich weiterhin, die Höhe des Halsansatzes h, in Abhängigkeit von der Flanschtellerhöhe h und einem druckabhängigen Wert x zu wählen, so daß die Bedingung hl = 4 + x - h erfüllt ist.In the interest of saving material, it is also advisable to choose the height of the neck h, depending on the flange plate height h and a pressure-dependent value x, so that the condition hl = 4 + x - h is met.

Da bei der Flanschherstellung die Werkstoffkosten besonders ins Gewicht fallen, lassen sich durch die erfindungsgemäße Flanschform Ersparnisse von etwa 50 °/o gegenüber den Kosten der herkömmlichen Flansche erzielen.Because the material costs are particularly important in the manufacture of flanges fall, savings of about can be made by the flange shape according to the invention 50 ° / o compared to the cost of traditional flanges.

In der Zeichnung sind ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes und ein Diagramm dargestellt. Es zeigt F i g. 1 einen Teilschnitt durch einen Flansch und F i g. 2 ein Diagramm für die Werte x und x abhängig vom Innendruekpi.The drawing shows an exemplary embodiment of the subject matter of the invention and a diagram. It shows F i g. 1 shows a partial section through a flange and FIG. 2 a diagram for the values x and x depending on the internal pressure.

Mit zunehmendem Innendruck pi werden die effektive Tellerbreite B zum Verhältnis des Innendurchmessers d2 zur unteren Ansatzdicke s, sowie die Halshöhe hl zur Flanschtellerhöhe h relativ kleiner. In Übereinstimmung mit F i g. 2 verläuft diese Abnahme empirisch für die Tellerbreite B nach der mathematischen Beziehung zu x = 2,41 - 0,006 - pi und für die Halshöhe h,. zu x = 1,5 - 0,00375 -pi. Der Vorschweißflansch besteht aus drei Teilen, dem Teller 1, dem kegelförmigen Halsansatz 2 und dem Rohr 3, das an ein teilweise dargestelltes Leitungsrohr 4 mit der Wanddicke so angeschweißt ist. Wie das Rohr 4 haben alle genannten Flanschteile den Innendurchmesser dz. Zum Anschrauben des Flansches sind im Teller 1 mehrere Bohrungen 5 vorgesehen. Der Flanschteller hat die Höhe h und den Außendurchmesser da. Die Flanschdichtung 6 weist einen mittleren Durchmesser dD auf. Am Fuß des Ansatzkegels 2 mit der Höhe hl beträgt die Dicke der Flanschwandung s1. Hier liegt der eine gefährdete Querschnitt A-A des Flansches. Der zweite gefährdete Querschnitt B-B befindet sich am Übergang vom kegelförmigen Teil 2 zum Rohr 3. Wenn beide gefährdeten Bereiche bezüglich ihrer Dauerfestigkeit eine 1,5fache Sicherheit aufweisen, ist der Flansch optimal bestimmt. Die übrigen Abmessungen des Flansches, wie z. B. da und di, können nicht verbessert werden, weil sie vorgegeben sind.With increasing internal pressure pi, the effective plate width B becomes the ratio of the internal diameter d2 to the lower attachment thickness s, and the neck height hl relative to the flange plate height h is relatively smaller. In accordance with Fig. 2, this decrease runs empirically for the plate width B according to the mathematical relationship to x = 2.41 - 0.006 - pi and for the neck height h,. to x = 1.5-0.00375 -pi. The welding neck flange consists of three parts, the plate 1, the conical neck extension 2 and the tube 3, which is welded to a partially shown pipe 4 with the wall thickness. Like the tube 4 , all of the named flange parts have the inside diameter dz. Several bores 5 are provided in the plate 1 for screwing on the flange. The flange plate has the height h and the outer diameter da. The flange seal 6 has an average diameter dD. At the foot of the extension cone 2 with the height hl, the thickness of the flange wall is s1. One endangered cross-section AA of the flange is located here. The second endangered cross-section BB is located at the transition from the conical part 2 to the pipe 3. If both endangered areas have a 1.5-fold safety with regard to their fatigue strength, the flange is optimally determined. The other dimensions of the flange, such as. B. da and di cannot be improved because they are given.

Ein Vergleich zwischen einem Flansch gemäß DIN 2638 und berechnet nach DIN 2505 mit einem Flansch, der durch das erfindungsgemäße Verhältnis gekennzeichnet ist, zeigt folgendes: Gemäß DIN 2638 sei pi = 250 atü, di = 250 mm, so = 27 mm, ein Werkstoffkennwert K = 24 kg/mm2 und die Sicherheit S = 1,5.A comparison between a flange according to DIN 2638 and calculated according to DIN 2505 with a flange that is characterized by the ratio according to the invention shows the following: According to DIN 2638, let pi = 250 atü, di = 250 mm, so = 27 mm, a material characteristic value K. = 24 kg / mm2 and the safety S = 1.5.

Die bisher umfangreichen Berechnungen gemäß DIN 2505 ergeben im Schnitt A-A eine Sicherheit S = 2,546 und im Schnitt B-B eine Sicherheit S=3,778.The extensive calculations according to DIN 2505 up to now result in a safety factor of S = 2.546 on section AA and a safety level of S = 3.778 on section BB.

Im Unterschied hierzu lassen sich s1 und h sofort mit den Formeln und bestimmen. Durch Einsetzen von s, und h in die erfindungsgemäßen Verhältnisse erhält man und Die Nachprüfung der Sicherheit ergibt im Querschnitt A-A = 1,537 und für B-B = 1,557.In contrast to this, s1 and h can be immediately used with the formulas and determine. Substituting s and h in the ratios according to the invention gives and The safety check results in the cross-section AA = 1.537 and for BB = 1.557.

Infolge der geringeren Material- und Bearbeitungskosten läßt sich durch die erfindungsgemäße Flanschausbildung eine Kostensenkung von etwa 50111, erzielen. In der gleichen Größenordnung liegt die Gewichtsersparnis.As a result of the lower material and processing costs by the flange design according to the invention a cost reduction of about 50111, achieve. The weight savings are of the same order of magnitude.

Claims

Claims: 1. Welding neck flange, consisting of a flange plate and a conical neck extension, characterized in that the thickness of the flange wall s1 at the foot of the extension cone (2) and the plate height h in relation stand and that with an effective flange width B, a factor x dependent on the internal pressure according to the equation K = 2.41-0.006 - pi and an internal diameter di the ratio is complied with.

2. Welding neck flange according to claim 1, characterized in that the height of the neck cone (2) hl as a function of the flange plate height h and a factor x of the condition hl ( mm) = 4 (mm) + x - h (mm). References considered: U.S. Patent No. 2,535,437; Construction, Vol. 11 (1961), H. 12, pp. 467 to 477; Research in the field of engineering, Vol. 23 (1957), No. 4, pp. 113-134; VDI magazine, vol. 100 (1958), no.34, C 1622, image 30; Standard sheet DIN 2505, draft March 1961