DE2224211A1 - Anordnung mit mindestens zwei zum durchfluss eines mediums dienenden hohlteilen - Google Patents

Description

• Anordnung mit mindestens zwei zum Durchfluss eines Mediums dienenden Hohlteilen Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit. mindestens zwei zum Durchfluss eines Mediums dienenden Hohlteilen, die unter dem Einfluss von Druck und/oder Wärme über eine Kompensationsvorrichtung relativ zueinander bewegbar ~sind.
• Die konstruktive Gestaltung von Anordnungen der gattungsgemässen Art kann vielgestaltig sein.
• So können derartige Anordnungen beispielsweise durch miteinander verbundene Rohrleitungen (Heiss- und Kälteleitungen) gebildet oder als in sich geschlossenes Aggregat gestaltet sein, dessen Hohlteile z.B.. einen Behälter und in diesem angeordnete Rohre darstellen und durch diese Hohlteile gleiche -oder verschiedene Medien verschiedenen Druckes und/oder verschiedener Temperatur geführt sein können.
• Der Begriff "Anordnung" soll deshalb im Sinne der Erfindung all diejenigen Baugruppen umfassen, bei denen Druck und/oder Wärme gleicher oder verschi#edener Medien eine Ausdehnung bzw.
• Relativbewegung zwischen den entsprechenden, die Medien führenden Hohlteilen bewirken.
• Bei solchen Anordnungen hat man bisher die aus dem Wärmedehnungsverhalten der Hohlteile resultierende Längung bzw. die durch Druck bewirkten Relativbewegungen mit Hilfe von teueren und aufwendig zu installierenden Kompensationsvorrichtungen ausgeglichen. Erwähnt seien in diesem Zusammenhang beispielsweise Lyra- Bogen für Rohrleitungen, bei denen durch elastisches Verformen des Lyra-Bogens die Rohrdehnungen aufgenommen werden; Lyra- Faltenrohrkompensatoren, welche insbesondere eine Verringerung der auf die Rohrleitung wirkenden Reaktionskräfte ermöglichen; Wellrohrkompensatoren oder die in ihrer Wirkung den letzteren entsprechenden Linsenausgleichern.
• Als weitere, insbesondere bei Wärmetauschern angewandte Kompensationsvorrichtung sei schliesslich noch die sogenannte Dehnungsstopfbuchse erwähnt, bei welcher ein Hohlteil in dem eine Muffe bildenden anderen Hohlteil axial und in beschränktem Masse auch radial beweglich angeordnet ist. Der Ringraum zwischen beiden Hohlteilen ist durch eine Stopfbuchse abgedichtet.
• Die Erfindung hat sich nun zur Aufgabe gestellt, bei Anordnungen der gattungsgemässen Art den zwischen deren Hohlteilen erforderlichen Dehnungsausgleich mit Hilfe einer gegenüber den bisherigen Dehnungsausgleichern wesentlich vorteilhafteren Kompensationsvorrichtung zu bewerkstelligen. Diese Kompensationsvorrichtung zeichnet sich erfindungsgemäss dadurch aus, dass sie mindestens eine Ringscheibe aufweist, die mit ihrem inneren Randteil am einen Hohlteil und mit ihrem äusseren Randteil am anderen Hohlteil so befestigt ist, dass sich zwischen den Befestigungsstellen ein elastisch verformbares Ringstück befindet.
• Die Erfindung basiert damit auf der Erkenntnis, die in axialer Richtung mögliche elastische Verformbarkeit einer sowohl am Innen- als auch am Aussenrandteil eingespannten Ringscheibe zum Zwecke einer nachgiebigen und absolut dichten gegenseitigen Verbindung von Hohlteilen solcher Anordnungen zu nutzen. Die erfindungsgemässe Anordnung ist ausserdem in der Lage, aus unterschiedlichen Wärmeeinflüssen am Umfange der Hohlteile resultierende ungleiche Dehnungen in axialer Richtung aufzunehmen, die sich in einer Abweichung der Achsflucht der Hohlteile äussert. Sowohl hinsichtlich des Materialaufwandes als auch in bezug auf die Montage einer derart konzipiertèn Kompensationsvorrichtung lässt sich dabei die Erfindung mit einem Minimum an finaziellem und zeitlichem Aufwand verwirklichen.
• Bei einer bevorzugten AusfeursugsfRem ist hierbei die Ringscheibe aus nichtrostendem/Stahl, insbesondere V4A-Stah#l hergestellt. Es können selbstverständlich auch andere metallische Werkstoffe mit entsprechender Festigkeit und Elastizität Anwendung finden.
• Die bei der Erfindung zur Anwendung kommende Ringscheibe kann als Einzelstück oder der zu erwartenden Belastung entsprechend, aus mehreren du=Een Ringstücken als Schichtscheibe in losem Verbund ausgebildet sein. In diesem Falle ergeben sich insbesondere hinsichtlich der erforderlichen Elastizität grössere Bewegungsspiele. Des weiteren kann eine mit Vorteil zu gebrauchende weitere Ausgestaltung der Erfindung darin bestehen, mehrere Ringscheiben koaxial zueinander und im Achsabstand vorzusehen. Eine derart konzipierte Anordnung schafft einmal eine verbesserte Axialführung der Hohlteile und zum anderen kann der zwischen den einzelnen Ringscheiben vorhandene Ringraum als Lecksammelraum genutzt werden, an dem beispielsweise eine Leckwarnvorrichtung angeschlossen sein kann.
• Die Befestigung der Ringscheibe kann beispielsweise dadurch geschehen, dass sie mit ihrem einen Randteil am einen der beiden Hohlteile angeschweisst wird, wobei diese Art der Befestigung bereits bei der Herstellerfirma vorgenommen werden kann. Die Befestigung des anderen Randteiles der Ringscheibe am anderen Hohlteil kann beispielsweise durch Festschrauben desselben geschehen, wobei in diesem Falle, insbesondere bei ausserordentlich hohen Drücken, der Lochabstand der die Ringscheibe durchdringenden Spannschrauben entsprechend eng zu wählen ist. Eine wesentlich vorteilhaftere Konstruktion ist jedoch erhältlich, wenn die Ringscheibe mit ihren Randteilen zwischen jeweils zwei Spannflächen der miteinander zu verbindenden Hohlteile eingespannt ist. In diesem Falle steht die gesamte Ringfläche der Ringscheibe als Anlage- undDichtfläche zur Verfügung. Die Befestigung der Ringscheibe lässt sich hierbei in einfacher Weise mit Hilfe entsprechender Spannflansche bewerkstelligen, die auch kurzfristig ein Trennen der Hohlteile bzw. ein Auswechseln einer Ringscheibe ermöglichen. In den Fällen, bei denen die Temperatur der in den Hohlteilen geführten Medien verhältnismässig niedrig ist, können Ringscheiben verwendet werden, die in unbeanspruchtem Zustand eben sind.
• Wird jedoch in solchen Anordnungen mit verhältnismässig hochtemperierten Medien gefahren, so empfiehlt es sich, Ringscheiben zu verwenden, deren Gestaltung so getroffen ist, dass sie bei ihrer Axialverformung nicht sofort einer verhältnismässig grossen Zugspannung unterliegen oder mit anderen Worten, die relativ grosse Verstellwege ermöglichen. Dies lässt sich vorteilhaft beispielsweise dadurch erreichen, dass sich der innere Randteil der Ringscheibe in einer anderen Ebene als deren äusserer Randteil befindet oder dadurch, dass die Ringscheibe zwischen ihrem äusseren und inneren Randteil mindestens eine Ringwulst7aufweist. Schliesslich lässt sich dies vorteilhaft auch dadurch bewerkstelligen, dass die Ringscheibe einen sinusförmigen Querschnitt hat. Eine derartige Gestaltung ermöglicht überdies eine erhebliche Verringerung des Materialquerschnittes für solche Ringscheiben.
• Sofern der eine Hohlteil der erfindungsgemässen Anordnung den Gehäusemantel und der andere Hohlteil ein in diesem angeordnetes, zwischen Rohrplatten gehaltenes Rohrbündel eines Wärme tauschers bildet, so ist eine vorteilhafte Konstruktion erhältlich, wenn die eine Rohrplatte mit dem Gehäusemantel fest verbunden und die andere Rohrplatte mittels der Ringscheibe abgedichtet und beweglich im Gehäusemantel gehalten ist.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist hierbei die über die Ringscheibe mit dem Gehäusemantel beweglich verbundene Rohrplatte in bekannter Weise von einem an dieser befestigten Vorkopf überfangen, und der innere Randteil der Ringscheibe ist zwischen der Rohrplatte und diesem Vorkopf dichtend eingespannt.
• Günstig ist es hierbei, wenn der äussere Randteil der Ringscheibe zwischen einem Flansch des dehäusemantes und einem am letzteren befestigten Spannflansch festgespannt ist, und wenn ausserdem der Spannflansch eine zur Gehäuseachse koaxiale Führung bildet, in welcher der an der Rohrplatte befestigte Vorkopf mit einem zylindrischen Umfangsteil mit geringem Radialspiel axial verschieblich geführt ist. Des weiteren ist es vorteilhaft, die ringförmigen Spannflächen von Gehäuseflansch und Spannflansch in einem Radialabstand vom Innenumfang des Gehäusemantels bzw. des Spannflansches anzuordnen und in weiterer Verbesserung eines derartigen Wärmetauschers den übrigen Teil der von der Ringscheibe abgedeckten Stirnfläche mindestens des Spannflansches und vorzugsweise auch des Gehäuseflansches von'der Ringscheibe zurückweichen zu lassen, so dass das erfindungsgemäss zwischen den Befestigungs--stellen der beiden Hohlteile vorhandene bewegliche Ringstück der Ringscheibe für die beabsichtigte Verformung eine optimale Breite erhält.
• In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen: Fig.l einen Teillängsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Anordnung, deren beiden Hohlteile durch miteinander in axialer Richtung beweglich verbundene Rohre gebildet sind, Fig.2 bis 5 verschiedene Querschnittsformen der in einer erfindungsgemässen Anordnung verwendbaren Ringscheibe, Fig.6 einen Teilschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Anordnung, ähnlich Fig.l, Fig.7 einen Teillängsschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Anordnung in Form eines Wärmetauschers, in ver kürzter Darstellung.
• Beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig.l sind die Hohlteile durch Rohre lo,12 gebildet, die zur Aufnahme der durch Wärme-oder Kälteeinflüsse des durch die Rohre wo,12 fliessenden Mediums bewirkten Dehnungen in axialer Richtung relativ zueinander beweglich angeordnet sind. Die bewegliche Verbindung der beiden Rohre ist mittels einer als Kompensationsvorrichtung dienenden, einfachen Ringscheibe 14 bewerkstelligt, die eine gegenseitig nachgiebige sowie druck - und flüssigkeitsdichte Rohrverbindung schafft. Des weiteren ermöglicht sie eine geringe Winkelbeweglichkeit der Rohrachse. Zu diesem Zweck ist diese Ringscheibe an jeweils einem Ende der beiden Rohre 10,12 angeordnet, wobei diese mit ihrem inneren und äusseren Randteil 16,18 an den Rohren 10kl2 festgespannt ist. Die Bebestigung kann auf verschiedene Weise geschehen. Vorzugsweise ist die Konstruktion so getroffen, dass die Ringscheibe mit ihren Randteilen 16,18 einerseits an der Rohrstirnfläche anliegt und andererseits an diese mittels des Bundes 19 bzw. 19' eines mit den Rohren dichtend verschraubten Klemmringes 21 bzw. 21' angepresst ist. Die Konstriiktion ist schliesslich noch so ausgelegt, dass sich zwischen den Befestigungsstellen der beiden Rohre ein bewegliches, d.h. in axialer Richtung elastisch verformbares Ringstück 20 der Ringscheibe befindet.
• Die Gestaltung der bei der Anordnung gemäss Fig.l verwendeten Ringscheibe 14 geht aus Fig.2 hervor. Es ist zu ersehen, dass diese eben ist. Es kann aber auch eine Ringscheibe 22 gemäss Fig.3 Verwendung finden, deren einander gegenüberliegenden Randteile in unterschiedlichen Ebenen liegen. Eine weitere Konstruktionsvariante der Ringscheibe ist in Fig.4 gezeigt.
• Diese mit 24 bezeichnete Ringscheibe weist beispielsweise zwischen ihrem inneren und äusseren Randteil 26,28 eine ringwulstartige Krümmung 30 auf. Das Ausführungsbeispiel einer Ringscheibe 32 gemäss Fig.S zeichnet sich durch eine im Querschnitt sinusförmige Gestalt aus. Die Konstruktionsvarianten de#Ringscheibe gemäss den Fig. 3 bis 5 eignen sich für den Einsatz besonders dann, wenn unter dem Einfluss besonders hoher Temperaturen der Medien mit aussergewöhnlich grossen Längenänderungen der Hohlteile gerechnet werden muss. Die gekrümmte Querschnittsform dieser Ringscheiben gewährleistet in diesem Falle, dass sie auch bei verhältnismässig starkem Wachsen der entsprechenden Hohlteile keiner grossen Zugspannung ausgeset:t sein wird.
• Fig.6 zeigt eine der Fig.l ähnliche Anordnung, jedoch weist diese im axialen Abstand voneinander zwischen den durch die Rohre 10,12 gebildeten Hohlteilen zwei Ringscheiben 23,25 auf.
• Diese beiden Ringscheiben definieren einen geschlossenen Ringraum 27, der einen Lecksammelraum bildet, in den radial ein Anschlusskanal 29 einmündet, an dem eine Leckwarnvorrichtung angeschlossen ist.
• Die Fig.7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Anordnung in Form eines Wärmetauschers, dessen Gehäusemantel mit 34 und dessen Rohrbündel als Ganzes mit 36 bezeichnet ist. Die einzelnen Rohre 38 des Rohrbündels sind in einer oberen Rohrplatte 40 und in einer unteren Rohrplatte 42 dru#k- und flüssigkeitsdåcht gehalten, wobei in an sich bekannter Weise die obere Rohrplatte mit einem Flansch 44 auf einer entsprechenden Innenringschulter des Gehäusemantels aufliegt und mittels eines oberen, auf den Gehäusemantel aufgesetzten Vorkopfes 46 auf der Ringschulter gehalten ist.
• Hierzu weist der Vorkopf einen Flansch 48 aus, der mit einem entsprechenden Flansch So des Gehäusemantels 34 druck- und flüssigkeitsdicht verschraubt ist.
• Die untere Rohrplatte 42 befindet sich ungefähr in der Ebene eines unteren Gehäuseflansches 52, und zwischen diesen beiden Teilen ist ein radialer Abstand vorhanden. Auf die gemäss Fig.7 untere Stirnseite der Rohrplatte 42 ist in an sich bekannter Weise ein unterer Vorkopf 54 druck- und flüssigkeitsdicht aufgesetzt, der mitSpannschrauben 56 auf dieser befestigt ist.
• Zur axial beweglichen, jedoch druck- und flüssigkeitsdichten Verbindung des Gehäusemantels 34 mit der unteren Rohrplatte 42 bzw. mit dem Gehäuseflansch 52 dient eine als Ganzes mit 58 bezeichnete, in unbelastetem Zustand beispielsweise ebene Ringscheibe, die mit ihrem äusseren Randteil zwischen einer Spannfläche des Gehäuseflansches 52 und einer ringförmigen Spannfläche eines auf den Gehäuseflansch 52 aufgesetzten Spannflansches 60 festgespannt ist und deren innerer Randteil zwischen einem entsprechenden Ringstück 62 des unteren Vorkopfes 54 und einer geeigneten Ringschulter der unteren Rohrplatte 42 festgespannt ist.
• Der Spannflansch 60 weist einen zylindrischen Durchgang 64 auf, dessen axiale Länge wesentlich grösser als die Dicke des Flansches ist. Dieser zylindrische Durchgang definiert eine zum Gehäusemantel 34 des Wärmetauschers koaxiale Führung für das Ringstück 62 des unteren Vorkopfes 54, der dementsprechend mit einer zylindrischen Umfangsfläche 66 in der Führung 64 axial verschiebbar geführt ist Zwischen beiden Zylinderflächen 64,66 ist ein minimaler Radialabstand vorhanden, um einmal Reibungseinflüsse zu verringern und zum anderen sicherzustellen, dass im Falle einer plötzlich auftretenden Undichtigkeit das Medium an der undicht gewordenen Stelle nicht schlagartig ausströmen kann. Der durch die zylindrischen Umfangsflächen 64,66 definierte Ringspalt wirkt in sochem Falle als-gefahrmindernder Drosselspalt. Die'Ringscheibe 58 ist an ihrem inneren Randteil beidseitig mit einer Dichtung bzw. mit Dichtungsmasse belegt, um einmal sicherzustellen, dass einmal das in den Vorkopf einströmende bzw. aus diesem abströmende Medium nicht zwischen der Ringscheibe und dem Ringstück 62 des Vorkopfes hindurch und über den zwischen den Zylinderflächen 64 und 66 vorhandenen Ringspalt nach aussen abströmen kann und zum anderen zu verhindern, dass das in der Vorkammer des Vorkopfes 54 vorhandene Medium auch nicht in das Innere des Gehäuses eindringen kann. Im Bereich des äusseren Randteiles, mit welchem die Ringscheibe zwischen dem Gehäuseflansch 52 und dem Spannflansch 60 festgespannt ist, ist es lediglich notwendig, gehäuseseitig ein Dichtmittel vorzusehen, um einen Austritt des im Gehäuse vorhandenen Mediums nach aussen zu verhindern.
• Im Betriebszustand des Wärmetauschers werden durch Druck- und Temperaturdifferenzen der verschiedenen, den Gehäusemantel und das Rohrbündel durchströmenden Medien Längendifferenzen entstehen, indem die Rohre des Rohrbündels und der Gehäusemantel verschieden stark wachsen. Demgemäss wird sich die untere Rohrplatte und/oder das untere Gehäuseende gemäss Fig.7 nach unten bewegen. Hierbei erfährt dann die Ringscheibe eine Verformung in axialer Richtung und gleicht bei unverändert aufrechterhaltender gegenseitiger Verbindung des Rohrbündels bzw. der unteren Rohrplatte 42 mit dem Gehäusemantel 34 diese Materialdehnungen aus.
• #Wie oben bereits erwähnt worden ist, ist am Spannring 60 eine ringförmige, mit 68 bezeichnete Spannfläche angeformt.
• Diese ringförmige Spannfläche definiert unterhalb der Ringscheibe 58 zwischen dieser und dem Spannflansch einen Ringraum 70, der die Verformung der Ringscheibe in der Weise begünstigt, als sich deren Verformung über einen verhältnismässig breiten radialen Bereich vollziehen kann. Derartige Ringräume können auch beidseits der Ringscheibe vorgesehen sein, indem auch an der unteren Stirnfläche 72 des Gehäuseflansches 52 eine entsprechende Ringfläche angeformt ist.

Claims (14)

Patentansprüche:

1. Anordnung mit mindestens zwei zum Durchfluss eines Mediums dienenden Hohlteilen, die unter dem winfluss von Druck und/oder Wärme über eine Kompensationsvorrichtung relativ zueinander bewegbar sind, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , dass die Kompensationsvorrichtung mindestens eine Ringscheibe (14,22,24,32,58) aufweist, die mit ihrem inneren Randteil (16) am einen Hohlteil (lo) und mit ihrem äusseren Randteil (18) am anderen Hohlteil (12) so befestigt ist, das sich zwischen den Befestigungsstellen ein elastisch verformbares Ringstück (20) befindet.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringscheibe <14,22,24,34,58) aus nichtrostendem elastischem Stahl hergestellt ist.

3. --Anordnung-nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringscheibe aus mehreren dünneren Ringstücken als Schichtscheibe in losem Verbund gebildet ist, wobei die Ringstücke gegebenenfalls an ihrem inneren und äusseren Randbereich zum Zwecke der Abdichtung beschichtet sind.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Ringscheiben koaxial zueinander und in axialem Abstand zueinander angeordnet sind.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an dem sich zwischen den Ringscheiben befindenden Ringraum eine Leckwarnvorrichtung anschliessbar ist.

6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringscheibe (14)22,24 32,58) mit ihren Randteilen zwischen jeweils zwei Spannflächen der miteinander zu verbindenden Hohlteile (34,36) eingespannt ist.

7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die unbeanspruchte Ringscheibe (14) eben ist.

8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die einander gegenüberliegenden Randteile der unbeanspruchten Ringscheibe (22) in unterschiedlichen Ebenen befinden.

9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringscheibe (24) zwischen ihrem äusseren und inneren Randteil mindestens eine Ringwulst aufweist.

lo. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringscheibe (32) einen sinusförmigen Querschnitt hat.

11. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, deren eines Hohlteil den Gehäusemantel und deren anderes Hohlteil ein in diesem angeordnetes, zwischen Rohrplatten gehaltenes Rohrbündel eines Wärmetauschers bildet, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Rohrplatte (40) mit dem Gehäusemantel (34) fest verbunden und die andere Rohrplatte (42) mittels der Ringscheibe (58) abgedichtet und beweglich im Gehäusemantel (34) gehalten Bse,

12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die über die Ringscheibe (58) mit dem Gehäusemantel C34) beweglich verbundene Rohrplatte (42) in bekannter Weise von einem an dieser befestigten Vorkopf (54) überfangen ist und dass der innere Randteil der Ringscheibe t58) zwischen der Rohrplatte (42) und dem Vorkopf (54) abgedichtet eingespannt ist.

13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der äussere Randteil der Ringscheibe (58) zwischen einem Flansch (52) des Gehäusemantels (34) und einem Spannflansch (60) festgespannt ist und dass der Spannflansch (60) eine zur Gehäuseachse koaxiale Führung (64) bildet, in welcher der an der Rohrplatte (42) befestigte Vorkopf~(54) mit einem zylindrischen Umfangsteil (66) mit geringem Radialspiel axial verstellbar geführt ist.

14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmigen Spannflächen (68,72) des am Gehäusemantel (34) befestigten Flansches (52) und des Spannflansches (60) in einem Radialabstand vom Innenumfang des Gehäusemantels bzw. des Spannflansches (6o) liegen und dass der übrige Teil der von der Ringscheibe (58) abgedeckten Stirnfläche mindestens des Spannflansches (60) und vorzugsweise auch des Gehäuseflansches (52) von der Ringscheibe (58) zurückweicht.

L e e r s e i t e