DE1921173A1

DE1921173A1 - Pipe connection for high pressure and temperature loads

Info

Publication number: DE1921173A1
Application number: DE19691921173
Authority: DE
Inventors: Axel Remberg; Engelke Dipl-Ing Wilhelm
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-04-25
Filing date: 1969-04-25
Publication date: 1970-11-12
Also published as: SE361726B; CH499052A; FR2040238A1; BE749508A; JPS4939563B1; NL7005327A

Description

Erlangen, ti APff. JgfigErlangen, ti APff. Jgfig

Werner-von-üieniens-Str. 50Werner-von-üieniens-Str. 50

• Ü liSMKIiü -AKTIBNGESELLSCHAPT I 92 1 173• Ü liSMKIiü -AKTIBNGESELLSCHAPT I 92 1 173

Unser Zeichen: PLA- 69/0707 ßu/PlOur reference: PLA- 69/0707 ßu / Pl

Rohrverbindung für hohe Druck- und TemperaturbelastungPipe connection for high pressure and temperature loads

Die Erfindung bezieht sich auf eine Rohrverbindung für ein gas- oder dampfförmiges Medium hohen Druckes und hoher Temperatur führende Leitungen, bei der die Plansche der miteinander zu verbindenden Rohre durch die von einer äußeren Spannvorrichtung erzeugten Kräfte mechanisch verspannt werden, zur Abdichtung konzentrisch innerhalb der Plansche liegend eine unter dem Druck der Rohrleitung zur Wirkung gebrachte metallische Ringdichtung vorgesehen und bei der zwischen den inneren und äußeren Umfnngsbereichen der Plansche ein sich über die Trennfuge in beide Flansche erstreckender Ringspalt als den Wärmefluß -vom Rohrinneren über die Ringdichtung nach außen dämmender Zwischenraum eingeschaltet ist.The invention relates to a pipe connection for a gas or vaporous medium of high pressure and high temperature conduits in which the puddles of the pipes to be connected to one another Pipes are mechanically tensioned by the forces generated by an external tensioning device, concentrically for sealing A metallic ring seal which is brought into effect under the pressure of the pipeline is provided lying within the pool and in the case between the inner and outer circumferential areas of the planche a parting line in both flanges extending annular gap as the heat flow -from the inside of the pipe the ring seal is switched on to isolate the space from the outside is.

Eine derartige Rohrverbindung ist bekannt (Schweizer Patentschrift Nr. 431 208). Hierbei ist vorzugsweise die äußere Spannvorrichtung als Überwurfmutter ausgeführt, welche die auMerhaLb des die Wärmedämmung bewirkenden Ringspaltes gelegenen, in Richtung der Rohrachse nachgiebige Federkörper bildenden äußeren Planschteile der Rohrverbindung zusammenspannt. Diese äußeren Planschteile bleiben aufgrund der vorgeschalteten Ringdichtung und des wärmedämmenden Ringspaltes auf einem niedrigeren Teraperaturniveau, so daß sie auch bei hoher Druck— und Temperaturbeanspruchung der Planschverbindung im elastischen Bereich verbleiben können. Die Planschverbindung ist damit auch bei großer Temperaturwechselbeanspruchung für Dauerbelastung geeignet. Die Ringdichtung besteht bei der bekannten Rohrverbindung aus zwei auf unterschiedlichen Durchmessern liegenden und sich in Achsrichtung erstreckenden Knorpelringen, deren Zwischenraum an eine Leckabsaugung angeschlossen sein kann. Der Erfindung liegt nun .die Aufgabe zugrunde, die bekannte Rohrverbindung, die sich an sich bei hohen Dampftemperaturen und -drucken bewährt hat, nochSuch a pipe connection is known (Swiss patent specification No. 431 208). The outer tensioning device is preferably used here designed as a union nut, which the of the annular gap causing the thermal insulation, in the direction the pipe axis flexible spring body forming outer planar parts of the pipe connection clamps together. This outer Due to the upstream ring seal and the heat-insulating ring gap, splash parts remain at a lower temperature level, so that they are also subject to high pressure and temperature stress the splash connection can remain in the elastic area. The paddling connection is therefore also at large Temperature fluctuations suitable for permanent use. In the known pipe connection, the ring seal consists of two Cartilage rings lying on different diameters and extending in the axial direction, the space between them being attached to a Leak suction can be connected. The invention is now. The object of the known pipe connection, which is based on has proven itself at high steam temperatures and pressures, yet

009846/0617 - ² -009846/0617 - ² -

BAOORtQINAL 'BAOORtQINAL '

weiter zu verbessern und zu vereinfachen, ohne d'.iu din Abdientfunktion beeinträchtigt würde. .to further improve and simplify, without d'.iu din serving function would be affected. .

Die Erfindung besteht bei einer Rohrverbindung der eingangs geschilderten Art darin, daß die Ringdichtung mindestens zwei konzentrisch zueinander angeordnete Dichtungsringe von jeweils etwa U-förmigem Querschnitt aufweist, welche aich unter dem Druck des Mediums mit ihren dem Rohrinneren zugewandten Schenkeln elastisch gegen die Wand der zugehörigen, entsprechend konzentrisch angeordneten, sich beidseits der Trennfuge und zum Rohrinneren hin erstreckenden Aufnahmeringräume legen, wobei der der Druck- und Temperaturbelastung durch das Medium unmittelbar ausgesetzte innere Dichtungsring hinsichtlich seiner Abmessungen und Wandstärken im Vergleich zum nachgeschalteten Dichtungsring bei entsprechender Vergrößerung seines Aufnahmeringraumes vergrößert ist. Als besonderer Vorteil ist hervorzuheben, daß durch die Erfindung die Montage und Demontage der Rohrverbindung erheblich vereinfacht wird, da das Einfügen der U-förmigen Dichtungsringe in die zugehörigen Aufnahmeringräume bzw. das Herausnehmen der Dichtungsringe sich sehr einfach gestaltet. Durch die sich unter dem Innendruck aufspreizenden Schenkel der Dichtungsringe werden beide Plansche gleichmäßig in radialer Richtung beansprucht, d. h. in der Richtung, wo der größte Querschnitt gegeben ist. Die Aufnahmeringräume haben bei U-förmigen Dichtungsringen eine einfachere Gestalt als bei sogenannten Knorpelringen und sind deshalb einfacher herstellbar.In a pipe connection of the type described above, the invention consists in that the ring seal has at least two concentrically arranged sealing rings each of approximately U-shaped cross-section, which under the pressure of the medium with their legs facing the inside of the pipe elastically against the wall of the associated, correspondingly concentrically arranged, on both sides of the joint and extending towards the inside of the pipe, the inner sealing ring, which is directly exposed to the pressure and temperature load by the medium, is enlarged in terms of its dimensions and wall thickness compared to the downstream sealing ring with a corresponding enlargement of its receiving ring space. It should be emphasized as a particular advantage that the assembly and disassembly of the pipe connection is considerably simplified by the invention, since the insertion of the U-shaped sealing rings into the associated receiving ring spaces or the removal of the sealing rings is very simple. As a result of the legs of the sealing rings expanding under the internal pressure, both planes are stressed uniformly in the radial direction , ie in the direction where the largest cross section is given. With U-shaped sealing rings, the receiving ring spaces have a simpler shape than with so-called cartilage rings and are therefore easier to manufacture.

Zweckmäßig weisen" die- Schenkelenden der Dichtungsringe an sich bekannte Anlagevorsprünge auf, damit eine definierte Anlage der Schenkelenden an den Gegenflächen erzielt wird. Hierdurch verbleibt zugleich ein freier Raum innerhalb des An1ageringraumes, , der, ohne daß zusätzliche Räume vorgesehen werden müßten, vorteilhaft an einen Leckdampf-Absaugekanal direkt angeschlossen werden kann.Desirably, "DIE leg ends of the seal rings in a known system projections, so that a defined contact of the leg ends is obtained at the mating surfaces. In this way, at the same time leaves a free space within the at 1ageringraumes, without would have to be provided of that additional rooms, advantageously at a leakage steam suction duct can be connected directly.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung liegt der die Wärmedämmung bewirkende Ringspalt etwa auf dem gleichen Durchmesser According to a further development of the invention , the annular gap causing the thermal insulation is approximately on the same diameter

009846/0817 ,009846/0817,

PM ^9/0707 - V- PM ^ 9/0707 -V-

wie dor Aufnahmeringraum des äußeren Dichtungsringes, wobei er -nit ienem Bereich des Aufnnhmeringraumee in Verbindunf steht, ler durch die Schenkelenden des äußeren Dichtungsring"er? zum weiter rohreinwärts gelegenen Ringraumbereich abgedichtet int.like dor the receiving ring space of the outer sealing ring, where he -not connected to an area of the receiving ring room through the leg ends of the outer sealing ring "he?" Annular space area located inside the pipe sealed int.

Der prößte Teil des äußeren Aufnahmeringraumes ist damit mit dem 'lie Wärmedämmung bewirkenden Ringspalt vereinigt, so daß damit un nötige Querschnittsschwächungen vermieden sind un 1 der Κΐηρερηΐ t weiter ^n Richtung auf das Flanschinnere verlegt werden kann. Hierdurch ist der die Stützfläche bildende FlanRchbereich mit der catt aufeinanderliegenden Trennfugen-Fläeheri vergrößert, und in diesen Flächen 1st damit ausreichender Platz zur Aufnahme von Paßbolzen gegeben. In diesem Zusammenhang ist en vorteilhaft, wenn die beiden Rohrflansche über radiale und/oder axiale Paßbolzen , welche in zugehörigen, zylindrischen, symmetrisch zur Trennfuge angeordneten Nuten des radial auswärts zum Kingspalt gelegenen Planschbereiches eingelegt sind, miteinander in Verbindung r-tehen. Hierdurch wird eine Zentrierung der bniden miteinander zu verbindenden Rohre und eine Verdrehungssicherung bzw. starre Kupplung bei Drehbeanspruchung und bei auf die beiden Hohrteile wirkenden Scherkräften erzielt, wodurch die äußere Spannvorrichtung von diesen Kräften weitgehend entlastet.wird.The pressed part of the outer receiving ring space is thus with the 'Let heat insulation causing annular gap united, so that un necessary cross-sectional weaknesses are avoided un 1 the Κΐηρερηΐ t further ^ n direction to the inside of the flange can be relocated. As a result, the flange area forming the support surface is aligned with the catt superimposed joint surfaces enlarged, and in This gives these surfaces sufficient space to accommodate fitting bolts. In this context, it is advantageous if the two pipe flanges have radial and / or axial fitting bolts , which in associated, cylindrical grooves arranged symmetrically to the parting line of the radially outward to the king gap located paddling area are inserted, in connection with each other r-tehen. This results in a centering of the bniden with one another Pipes to be connected and an anti-twist device or rigid coupling in the event of torsional stress and on both Hohrteile acting shear forces achieved, whereby the outer The clamping device is largely relieved of these forces.

ΛηηπηΊ d^pr in der Zeichnung dargestellten Aus \\-ird die Erfindung im folgenden noch näher erläutert.ΛηηπηΊ d ^p r shown in the drawing From \\ - ird the invention is explained in more detail below.

Die einzige Fig. zeigt in einem Axialschnitt eine Rohrverbindung für Dampfleitungen von Hochdruckdampfturbinen, wo in Extrenfallen Frischdampftemperaturen bis zu 650° C und Drücke bis zu 33" atü auftreten können. Die Flansche 1a, 2a der miteinander zu verbindenden Rohre 1, 2 werden durch die von der äußeren Spannvorrichtung 3 erzeugten Kräfte mechanisch zusammengesparint. Die Spannvorrichtung 3 ist, wie ersichtlich, als Überwurfmutter ausgeführt, welche sich mit einem Ringkragen 3a an einer Ringschulter 1b des Rohrflansches 1a abstützt und an ihrem anderen br.de <ziA Pinen Innengewinde 3b auf ein AußengewiDde TV- -:op Rohrflansches 2a nuf ge schraubt ist. Zur Verdrehurigssicherunr Vr '.'r-r-The only figure shows in an axial section a pipe connection for steam lines of high-pressure steam turbines, where in extreme cases live steam temperatures of up to 650 ° C. and pressures of up to 33 "atmospheres can occur. The flanges 1a, 2a of the pipes 1, 2 to be connected to one another are through the Forces generated by the outer tensioning device 3 are mechanically saved together. As can be seen, the tensioning device 3 is designed as a union nut, which is supported by an annular collar 3a on an annular shoulder 1b of the pipe flange 1a and on its other pin internal thread 3b Outer thread TV- -: The pipe flange 2a is not screwed. To secure against rotation Vr '.'rr-

00 9 8 A6 /.0 6 1 700 9 8 A6 /.0 6 1 7

J¹Li, ί>·)/ΟΊ<)'' J ¹ Li, ί>) / ΟΊ <) ''

v;urf'·: ^Jl ' ' i::t eir. p] echptück 4 voiv^pehen, w^Lchet- Libf?r· die J'.-hv.-f j . ι: Mf '".--, 4b mit dor Ringmutter und dem hohrtoil . ? verhun-■ji.-i: j . Ji ι-.b·^ :'jh^! jnr >lcs Rohrinnenrautues 5 nacti außen 1.7t kon- ΓΛ-Ώΐϊ -J . -ο:, innerhalb der Plansehe 1a, :^;'a liegend ei η f.- unter dem Druck in Φ r "Rohrleitung 1, 2 zur Wirkung gebrachte metal]ischf rting:Ji'-'htung n vorgesehen. Zwischen den inneren und äußeren Umfangsboreichen i, a der Flansche 1a, 2a ist ein pich über die Trenn fuge 7 in beide Flansche 1a, 2a erstreckender JtingSTj.iit 8 als den V.^rärmeflu-.?. vom Rohrinneren 5 über die Ringdichtung h nnch •iu:.-en dätnuender Ξν/ischenraum eingeschaltet. Der Außenbereich η bleibt deshalb auf einem niedrigeren Temperaturniveau ale der Innenbereich i der Plansche 1a, 2a, und da die /.ueenbereiche ii eine verhältnismäßig große Erstreckung in Richtung der Rohrnchse r ebenso v/io die liingmutter 3 aufweisen, so ergibt sich, daß diese Au£sf.:nbereiche a als im elastischen Bereich'verbleibende Stutzteile wirken, welche durch die Ringrautter 3 unter Vorspannung' zusammengepreßt- werden, wobei jedoch bei Wärmedehnungen oder Schrumpfungen der Rohrverbindung innerhalb dieses elastischen rereicheε immer eine ausreichende Flächenpressung zwischen den Flanschen "⁴^, 2a aufrechterhalten bleibt. Eine weitere Wärmedämmung bewirken die Ringspalte 9 und 10 zwischen Ringmutter 3 einerleitr und den Flanschen 1a bzw. 2a andererseits.v; urf '·: ^J l''i :: t eir. p] echptück 4 voiv ^ pehen, w ^ Lchet- Libf? r · the J '.- hv.-fj. ι: Mf '".--, 4b with dor ring nut and the hohrtoil. ? verun ■ ji.-i: j. Ji ι-.b · ^:' jh ^! jnr> lcs inner pipe 5 nacti outside 1.7t kon- ΓΛ-Ώΐϊ -J. -Ο :, within plan view 1a,: ^; 'a lying ei η f.- under the pressure in Φ r "pipeline 1, 2 brought into effect metal] ischf rting: Ji' - 'htung n intended. Between the inner and outer circumferential areas i, a of the flanges 1a, 2a there is a gap 8 extending over the parting line 7 into both flanges 1a, 2a as the V. ^r ärmeflu -.?. from the inside of the pipe 5 via the ring seal h nnch • iu: .- en dätnuender Ξν / ischenraum switched on. The outer area η therefore remains at a lower temperature level than the inner area i of the plansche 1a, 2a, and since the / .ueen areas ii have a relatively large extension in the direction of the pipe axis r as well as the line nut 3, it follows that this Outside areas a act as support parts remaining in the elastic area, which are pressed together by the ring nut 3 under prestress, but with thermal expansion or shrinkage of the pipe connection within this elastic area there is always a sufficient surface pressure between the flanges " ⁴ ^ The annular gaps 9 and 10 between the ring nut 3 on the one hand and the flanges 1a and 2a on the other hand provide additional thermal insulation.

firfindungsgemäi weist nun die Ringdichtung b mindestens 2 konzentrisch zueinander angeordnete Dichtungsringe 11, 1.-¹ von jeweils etv/a U-för^rüigetn Quer-schnitt auf, welche sich unter dem Dampfdruck mit ihren dem Rohrinneren b, zugewandten Schenkeln 11a, 12s elastisch gegen die Wand 13a bzw. 14a der zugehörigen, entsprechend konzentrisci-i angeordneten, sich beidseits der Trennfuge 7 und zum Rohrinneren 5 hin erstreckenden Aufnahmeringräume 13, legen. Der der Druck- und Temperaturbelastung durch den Damnf unmittelbar ausgesetzte innere Dichtungsring 11 ist hinsichtlich seiner Abmessungen und Wandstärken - wie ersichtlich - im Vergleich zum nachgeschalteten Dichtungsring 12 bei entsprechender Vergrößerung seines Aufnahmeringraumee 13 vergrößert. Die Enden ^er Schenkel 11a, 12a weisen zwecke definierter Anlage an den Wänden 13a, ^Λ·ία Anlagevorsnrünge 11b, 1?b auf. Her -ixe V/ärme-firfindungsgemäi now has the annular seal b is at least 2 concentrically arranged sealing rings 11, 1.- ¹ of each etv / a U-för ^r üigetn cross-section, which b is below the vapor pressure with their the pipe interior, facing legs 11a, 12s elastically against the wall 13a or 14a of the associated, correspondingly concentric arranged, on both sides of the parting line 7 and extending towards the pipe interior 5 receiving ring spaces 13. The inner sealing ring 11, which is directly exposed to the pressure and temperature load by the damnf, is enlarged in terms of its dimensions and wall thicknesses - as can be seen - compared to the downstream sealing ring 12 with a corresponding enlargement of its receiving ring space 13. The ends of he ^ legs 11a, 12a have the purpose of defined contact with the walls 13a, 11b ^Λ · ία Anlagevorsnrünge, 1? B on. Her -ixe V / arm-

0098^6/0617 _₅ _,0098 ^ 6/0617 _ ₅ _,

!■.i\"r;un,r bewirkende RingsnaLb 6 Liegt etwa ^ruif den gleichen uurcii- -lors^er wie eier Aufnahmer in:/raum 14 des äußeren Dichtungsringes 12, wr-bei er mit jenem Bor»ich des AnLagerinpraum^s M in V^r- !''tidunc steht, der durch die ochenkelenden i;'b -.!es ηί<·'ίΊΐυηρ?-ΐ·ίη- ;>..:: ¹ :■' ^¹JiH weiter* rohreinwärto gelegenen Ringrauiwbisre·icii 14e abgedichtet ist. Wach Vorstehendem ergibt sich ein t-tufenforuiiger Druckabbau von innen nach außen bis zum Hingspalt B, wobei letzterer an die äußere Atmosphäre angeschlossen werden kann. Der grüßten Druck- und 'Temperaturbelastung ist der Dichtungsring 11 ausgesetzt; einer wesentlich geringeren der nachgeschaltete Dichtungsring 12, der dementsprechend schwächer ausgeführt ist. Die Abdichtung kann *noch dadurch verbessert werden, daß an den ersten Aufnahmeringraum 1'5 ein Leckdampfabsaugkanal 1S angeschlossen wird, wobei dieser Leckdampf als Sperrdampf für L'urbinenwellendichtungen dienen oder einer auf einem niedrigeren Druckniveau liegenden Turbinenstufe zugeführt werden kann*! ■ .i \ "r; un, r causing RingsnaLb 6 Located about ^r uif the same uurcii- -lors ^ he, like eggs Aufnahmer in: / space 14 of the outer sealing ring 12, wr at it with that Bor I" of AnLagerinpraum ^ s M in V ^ r-! '' tidunc stands, through the ochenkelenden i; 'b -.! es ηί <·' ίΊΐυηρ? -ΐ · ίη-;> .. :: ¹ : ■ '^ ¹ JiH Ringrauiwbisre · icii 14e located further inside the pipe is sealed. The above results in a t-step-shaped pressure reduction from the inside to the outside up to the opening B, whereby the latter can be connected to the outside atmosphere. The greatest pressure and temperature load is the sealing ring 11 The sealing ring 12 connected downstream, which is correspondingly weaker, is exposed to a significantly lower level. The seal can be improved by connecting a leakage steam suction duct 1S to the first receiving ring space 1'5, this leakage steam serving as sealing steam for the turbine shaft seals or one at a lower pressure level li can be fed to the next turbine stage *

Die beiden Rohrflansche 1a, 2a sind über radiale Paßbolzen 16 und axiale Paßbolzen 17, welche in zugehörige zylindrische und symmetrisch zur Trennfuge 7 angeordnete Nuten 16a bzw. 17a des radial auswärts zum Ringspalt abgelegenen Planschbereiches a eingelegt sind, miteinander in Eingriff gebracht, ilierdurah werden die beiden Planschteile 1a, 2a zueinander zentriert und derart starr miteinander gekuppelt, daß Torsionsbeanspruchungen der beiden Rohre 1, 2 sowie Scherbeanspruchungen von der äußeren Spannvorrichtung 3 weitgehend ferngehalten werden.The two pipe flanges 1a, 2a are via radial fitting bolts 16 and axial fitting bolts 17, which are in associated cylindrical and symmetrically to the parting line 7 arranged grooves 16a and 17a of the are inserted radially outward to the annular gap remote splash area a, are brought into engagement with one another, ilierdurah the two Planschteile 1a, 2a centered on each other and so rigidly coupled together that torsional stresses of the both tubes 1, 2 and shear stresses are largely kept away from the outer clamping device 3.

1 Pigur1 Pigur

5 Ansprüche5 claims

0 0 '0 0 '

Claims

PLA

Godparents test marriage

Pipe connection for a gaseous or vaporous -i-ledium of high pressure and high temperature conduits, in the case of the; ^M nnt be provided for sealing concentrically within a flange under the pressure: brought into action in the pipeline metallic ring seal and in which between the inner and outer circumferential areas of the plane an annular gap extending over the parting line in both flanges as the heat flow from Inside of the pipe insulating space is switched on via the ring seal to the outside, characterized in that the ring seal has at least two concentrically arranged sealing rings of approximately U-shaped cross-section, which under the pressure of the medium with their legs facing the inside of the pipe elastically against the wall the associated, according to conc Entrisch arranged, on both sides of the parting line and extending towards the inside of the pipe, the inner sealing ring, which is directly exposed to the pressure and temperature load by the medium, is enlarged in terms of its dimensions and wall thickness compared to the downstream sealing ring with a corresponding enlargement of its receiving ring space.

2. Pipe connection according to claim 1, characterized in that the leg ends of the sealing rings known abutment-projections exhibit.

3. Pipe connection according to claim 1 or 2, characterized in that that the annular space of the inner sealing ring is connected to a leak suction.

<i. Pipe connection according to one of Claims 1 to 3, characterized in that that the annular gap causing the thermal insulation is approximately on the same diameter as the receiving ring space

009846/06 17 ~ ⁷ ~

•! Of outer sealing ring, said he stands with .leneni dop Aufnahraerin ^, space in combination, animal by you gifts! Ends of the outer sealing ring for further tubularly-inward located annulus area sealed irt.

S. Pipe connection according to one of claims 1 to ·· ', characterized in that the two pipe flanges ^; Via radial and / o, v * r axial pin bolts, which are embedded in associated, cylindrical grooves of the flange area located radially upstream of the annular gap, which are arranged in relation to the parting line, are connected to one another.

0098A6 / 06T7

L e e r s e s ί eL e r s e s ί e