DE1252483B - Flanschverbindung fur Druckbehälter oder Rohre mit abwechselnd in entgegengesetzter Richtung geneigten Spannschrauben - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

F161

Deutsche Kl.: 47 f - 7/20

Nummer: 1 252 483

Aktenzeichen: A 42201XII/47 f

Anmeldetag: 30. Januar 1963

Auslegetag: 19. Oktober 1967

Die Erfindung betrifft eine Flanschverbindung für miteinander fluchtende Wandteile von Druckbehältern oder Rohren mit zwei dichtend aneinandergepreßten Flanschen, deren Spannschrauben abwechselnd nach entgegengesetzter Richtung zur Flanschtrennebene geneigt sind. Die Flanschverbindung gemäß der Erfindung ist insbesondere bei Druckbehältern vorteilhaft anwendbar, welche in Atomreaktoren Verwendung finden und die sehr hohen Arbeitsdrücken in der Größenordnung von 50 at sowie beträchtlichen Temperaturunterschieden zwischen den verschiedenen Teilen der Flanschverbindung während des Anlauf vorganges und des Abschaltvorganges unterliegen.

Es ist bereits eine Flanschverbindung bekannt, bei welcher entweder eine die Flansche zusammenpressende Verbindungsklammer oder aber der an einer Wandung sitzende Flansch weitgehend von Biegebeanspruchungen entlastet werden kann. Es ist mit dieser bekannten Flanschverbindung jedoch nicht möglich, sowohl die Verbindungsklammer als auch den Flansch vollständig von Biegekräften zu entlasten. Um diese teilweise Entlastung zu erreichen, sind gemäß der genannten Patentschrift Dehnschrauben und Dehnhülsen erforderlich, welche die ganze Anordnung verhältnismäßig kompliziert machen.

Bei weiteren bekannten Flanschverbindungen wird eine Verminderung der auftretenden Biegebelastungen bezweckt. Alle diese Ausführungsformen weisen jedoch höchstens bei einem bestimmten Druck oder bei einer bestimmten Temperatur eine geringe Biegebelastung auf, während sie bei anderen Drücken und Temperaturen starken Biegebelastungen unterworfen sind.

Durch bekannte Flanschverbindungen mit abwechselnd gegensinnig zur Trennebene der Flansche geneigten Spannschrauben können die Biegebelastungen zwar herabgesetzt, jedoch nicht beseitigt werden. In jedem Fall weist die von den Spannschrauben ausgeübte Kraft eine parallel und eine senkrecht zur Trennebene der Flansche verlaufende Komponente auf, wobei die senkrecht zur Trennebene wirkende Komponente ein Biegemoment hervorruft.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Flanschverbindung, bei welcher das Auftreten von Biegemomenten an den Flanschen vermieden oder doch wenigstens gegenüber bekannten Flanschverbindungen stark vermindert wird. Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Flanschverbindung der eingangs definierten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jede der mit einem Ende an dem einen Flansch festgelegten Spannschrauben mit ihrem anderen Ende an Flanschverbindung für Druckbehälter oder Rohre mit abwechselnd in entgegengesetzter Richtung
geneigten Spannschrauben

Anmelder:

Aktiebolaget Atomenergi, Stockholm

Vertreter:

Dr. H. H. Willrath, Patentanwalt,

Wiesbaden, Hildastr. 18

Als Erfinder benannt:

Carl Ake Moberg, Bromma (Schweden)

Beanspruchte Priorität:

Schweden vom 1. Februar 1962 (1135)

einem Druckstück angreift, das sich einerseits gleitbar an der senkrecht zur Trennebene verlaufenden Außenfläche des anderen Flansches und andererseits auf zwei dem Druckstück benachbarten, aber auf der anderen Seite der Trennebene, liegenden Druckstücken abstützt.

Infolge des gleitbaren Abstützens der Druckstücke an den Außenflächen der Flansche wird die senkrecht zur Flanschtrennebene verlaufende Kraftkomponente der Spannschrauben von den Druckstücken ohne Rückwirkung auf die Flansche vollständig aufgenommen. Die verbleibende, parallel zur Trennebene verlaufende Kraftkomponente ist nicht in der Lage, Biegebeanspruchungen der Flansche hervorzurufen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist jedes Druckstück auf den benachbarten Druckstücken über Abstandhalter abgestützt, die als flache rechteckige Platten ausgebildet und senkrecht zur Außenfläche der Flansche angeordnet sind. Zur Anpassung an eine ungleichmäßige Wärmeausdehnung der beiden Flansche ist es vorteilhaft, die an den Druckstücken anliegenden Stützflächen der Abstandhalter zylindrisch gewölbt auszubilden oder als Abstandhalter zylindrische Walzen oder Rollen zu verwenden.

Um eine möglichst geringe Reibung zwischen den Flanschaußenflächen und den, Druckstücken zu erzielen und um die auf die Flansche wirkende Kraft möglichst genau zu lokalisieren, erstreckt sich die

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Berührungsfläche zwischen jedem Druckstück und der Außenfläche des anliegenden Flansches vorteilhafterweise über höchstens ein Viertel der Flanschdicke.

Optimale Verhältnisse, d. h. eine völlige Ausschaltung von Biegemomenten, werden erzielt, wenn sich die Mittelfläche der fluchtenden Wandteile, die von den Achsen der in gleicher Richtung geneigten Spannschrauben bestimmte Fläche und die von den Kraftkomponenten, welche durch die Druckstücke der anderen Spannschrauben senkrecht zur Berührungsfläche wirken, gebildete Ebene in einer Linie schneiden. Auch bei größeren Abweichungen von diesen optimalen Bedingungen sind aber die auftretenden geringen Biegebelastungen wesentlich geringer als bei allen bekannten Flanschverbindungen.

Aus Herstellungsgründen ist es weiter zweckmäßig, daß in an sich bekannter Weise der Neigungswinkel der abwechselnd nach entgegengesetzter Richtung geneigten Spannschrauben zur Flanschtrennebene etwa gleich groß ist.

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 eine Teilschrägansicht einer Flanschverbindung,

F i g. 2 und 3 Axialschnitte längs einer schräg nach oben bzw. schräg nach unten gerichteten Spannschraube gemäß F i g. 1 und

F i g. 4 und 5 weitere Ausführungsformen der Abstandhalter.

Die in F i g. 1 gezeigte Flanschverbindung dient zur Verbindung eines Wandteiles 1 mit einem Wandteil 2, die z. B. Mantelteile eines Kernreaktors sein können.

Ein Flansch 11 ist an dem Wandteil 1 längs einer Fläche 13 mittels einer Schweißnaht 12 befestigt. Auf die gleiche Weise ist ein Flansch 15 an dem Wandteil 2 mittels einer Schweißnaht 12 entlang einer Fläche 16 verbunden. Die beiden Flansche liegen einander in der Trennebene 18 gegenüber und sind gegeneinander durch eine Dichtung 21 abgedichtet, die, fluchtend zu den Wandteilen 1 und 2, zwischen Dichtflächen 22 und 23 liegt, und zwar zwischen einem vorstehenden Teil 24 des einen Flansches und einer Nut 25 des anderen Flansches.

In eine Bohrung 33 mit Gewinde 34 des Flansches 11 ist eine Spannschraube 31 mit Kopf 32 eingeschraubt. Entsprechend trägt der Flansch 15 eine Spannschraube 35, die in eine Bohrung 39 mit Gewinde 40 eingeschraubt ist und einen Endteil 37 mit Gewindegängen 36 und eine Axialbohrung 38 aufweist in die ein Anziehwerkzeug einsetzbar ist. Jede zweite Schraube gehört zu dem Flansch 11 bzw. zu dem Flansch 15. Als Abstützung für die Spannschraube 31 ist ein Druckstück 41 mit einer Stützfläche 42 für den Kopf 32 vorgesehen. Die Stützfläche liegt rechtwinklig zur Einschraubrichtung der Spannschraube 31 in dem Flansch 11, und zwar unter etwa 30° zur Axialrichtung. Das Druckstück 41 ist derart angeordnet, daß es sich gegen den anderen Flansch 15 in einer in axialer Richtung begrenzten Druckfläche 43 abstützt, wo eine Gleitplatte 44 in eine Nut in dem Drucksegment eingesetzt ist.

In ähnlicher Weise arbeitet die Spannschraube 35 mit einem Druckstück 45 zusammen, das über eine Gleitplatte 46 mit einer Druckfläche 47 des Flansches 11 in Berührung steht. Die Druckstücke 41 und 45 stützen sich auf zwischen denselben angeordneten Abstandhaltern in Form von radial gestellten Platten 50 ab, die an den Druckstücken durch Paßstifte 51 gehalten sind, welche in Bohrungen 52 in den Druckstücken eingreifen.

Jedes obere Druckstück 45 stützt sich gegen zwei benachbarte untere Druckstücke 41 ab. Die Abstandhalter können, wie in F i g. 4 dargestellt ist, mit zylindrischen Stützflächen 55 versehen sein, deren Krümmungsmittelpunkt in der Mitte der Platten liegt und welche an den Druckstücken mit zylindrischen

ίο Flächen 56 zusammenwirken, die einen etwas größeren Krümmungsradius aufweisen. Als Abstandhalter können gemäß F i g. 5 auch zylindrische Walzen vorgesehen sein. Bei der Verwendung von hohen und schmalen Abstandhaltern können diese Umfangsverschiebungen zwischen benachbarten Druckstücken ausgleichen, die sich bei Temperaturveränderungen ergeben können.

Die obere Spannschraube 35 stützt sich auf dem Druckstück 45 über eine Mutter 61 ab, die auf das

ao Gewinde 36 aufgeschraubt ist. Die Mutter 64 wirkt über eine kugelige Unterlegscheibe auf eine Stützfläche 63 auf dem Druckstück 45, welche der Fläche 42 am Druckstück 41 entspricht.

Beim Zusammenbau der Flanschverbindung wird das Oberteil mit dem daran befestigten Flansch 11 z. B. von einem Kran getragen. Mittels eines Winkeleisens 66 und Schrauben 67 wird das obere Druckstück 45 mit der Gleitplatte 46 an dem Flansch 11 angebracht, wonach die Spannschrauben 31 mit dem Druckstück 41 in den Flansch 11 eingeschraubt und die Gleitplatten 44 eingesetzt werden. Die Abstandhalter 50 werden zwischen die Druckstücke 41 und 45 eingelegt, und die Spannschrauben 31 werden so fest angezogen, daß sie die Teile zusammenhalten.

Das Oberteil mit dem Flansch 15 und den daran gehaltenen Verbindungsteilen wird sodann auf das Unterteil aufgesetzt, wobei die Dichtung 21 eingefügt wird. Wenn der Flansch 11 genau auf dem Flansch 15 ausgerichtet ist, wird die Spannschraube 31 weiter angezogen, bis die Abstandhalter 50 fest eingespannt sind. Anschließend wird die Flanschverbindung durch ein Anziehwerkzeug festgezogen, das in die Bohrung 38 der Spannschraube 35 eingeschraubt wird. Das Winkeleisen wird abgenommen.

In F i g. 3 sind Vektordiagramme der bei der erfindungsgemäßen Flanschverbindung auftretenden Kräfte eingezeichnet. Die Spannschraube 35 übt auf den Flansch 15 eine mit α bezeichnete Kraft aus. Diese Kraft kann in zwei Komponenten b und c zerlegt werden. Die Kraft b ist gleich der von dem Druckstück 41 auf den Flansch ausgeübten Kraft. Die Kraft c ist dagegen gleich der von der Dichtung 21 auf den Flansch ausgeübten Kraft d. Die Kräfte b und e liegen auf derselben Geraden. Ebenso liegen die Kräfte c und d auf einer Geraden. Infolgedessen gleichen sich die Kräfte b und e wie auch die Kräfte c und d gegenseitig aus. Es bleibt daher keine freie Kraft übrig, welche im Flansch 15 irgendein Biegemoment erzeugen könnte. Es treffen sich vielmehr alle Kräfte in einem Punkt.

Der dargestellte Fall ist der günstigste, bei welchem überhaupt kein Biegemoment erzeugt wird. Wenn die Dichtung 21 etwas verschoben wird, so daß die Kraft d nicht mehr auf einer durch den Punkt O verlaufenden Wirkungslinie liegt, so ergibt dies ein Biegemoment im Flansch 15, jedoch ist dieses Biegemoment sehr gering, da die Kraft α ja immer zerlegt werden kann in eine Komponente, welche die Kraft e

praktisch vollständig ausgleicht, und in eine Komponente, welche die Kraft d praktisch vollständig ausgleicht.

Die Spannschrauben in den beiden Flanschen sollen etwa gleiche Winkel mit der Axialrichtung einschließen. Falls das Druckstück mit dem Flansch in einem in axialer Richtung begrenzten Bereich 47, 43 in Berührung steht, so wird die senkrechte Kraft innerhalb dieses begrenzten Bereichs rechtwinklig zur Axialrichtung der Flanschverbindung übertragen. Im Dichtungsbereich 22, 23 zwischen den beiden Flanschen ergibt sich ein Dichtungsdruck, der durch die zusammenziehende Wirkung der beiden Spannschrauben 31, 35 auf die beiden Flansche entsteht. Dieser Dichtungsdruck setzt sich zusammen aus der Axialkomponente der in den Spannschrauben herrschenden Zugkräfte, und wenn der Dichtungsbereich zwischen den Flanschen mit den Befestigungsstellen der Flansche an den Wandteilen 1 und 2 fluchtet, so liegen die Axialkomponenten der Zugkräfte auf der gleichen Linie. Die rechtwinklig dazu liegende Radialkomponente übt ein Biegemoment in den Flächen 13, 16 aus, dem zumindest teilweise durch das Moment der von den Druckstücken auf die Druckflächen 47 bzw. 43 ausgeübten Kraft entgegengewirkt wird.

Um eine Beanspruchung infolge von Temperaturdifferenzen zu vermeiden, soll für die Gleitplatten 44, 46 ein Material mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten, wie Aluminiumbronze, gewählt werden, welches mit Graphit geschmiert ist. Dadurch kann der Reibungskoeffizient auf einen Wert von 0,2 oder darunter erniedrigt werden. An Stelle der Gleitplatten können auch Walzen verwendet werden.

Claims (7)

Patentansprüche: 35

1. Flanschverbindung für miteinander fluchtende Wandteile von Druckbehältern oder Rohren mit zwei dichtend aneinandergepreßten Flanschen, deren Spannschrauben abwechselnd nach entgegengesetzter Richtung zur Flanschtrennebene geneigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede der mit einem Ende an dem einen Flansch (z. B. 11) festgelegten Spannschrauben (z. B. 31) mit ihrem anderen Ende an einem Druckstück (z. B. 41) angreift, das sich einerseits gleitbar an der senkrecht zur Trennebene (18) verlaufenden Außenfläche (z. B. 43) des anderen Flansches (z. B. 15) und andererseits auf zwei dem Druckstück (z. B. 41) benachbarten, aber auf der anderen Seite der Trennebene (18) liegenden Druckstücken (z. B. 45) abstützt.

2. Flanschverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Druckstück (41) auf den benachbarten Druckstücken (45) über Abstandhalter abgestützt ist, die als flache rechteckige Platten (50) ausgebildet und senkrecht zur Außenfläche (43, 47) der Flansche (11,15) angeordnet sind.

3. Flanschverbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützflächen der rechteckigen Abstandhalter (50) als zylindrisch gewölbte Flächen (55) ausgebildet sind.

4. Flanschverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Druckstück (41) auf den benachbarten Druckstücken (45) über zylindrische Walzen (59) abgestützt ist.

5. Flanschverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Berührungsfläche (z. B. 47) zwischen jedem Druckstück (z. B. 45) und dem anliegenden Flansch (z. B. 11) sich über nicht mehr als ein Viertel der Flanschdicke erstreckt.

6. Flanschverbindung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Mittelfläche der fluchtenden Wandteile (1,2), die von den Achsen der in gleicher Richtung geneigten Spanschrauben (z. B. 35) bestimmte Fläche und die von den Kraftkomponenten, welche durch die Druckstücke (z. B. 41) der anderen Spannschrauben (z. B. 31) senkrecht zur Berührungsfläche (z. B. 47) wirken, gebildete Ebene in einer Linie schneiden.

7. Flanschverbindung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise der Neigungswinkel der abwechselnd in entgegengesetzter Richtung geneigten Spannschrauben (31 bzw. 35) etwa gleich groß ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschrift Nr. 853 451;
französische Patentschrift Nr. 1 070 697;
britische Patentschriften Nr. 728 400, 879 213;
USA.-Patentschriften Nr. 1 957 699, 2 452 227,
878 041.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1 217 711.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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