DE2344327C3 - Dichtungsanordnung für eine Rohrleitung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung für eine von einem heißen Strömungsmittel durchströmte Rohrleitung, wie sie im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben und beispielsweise aus der DE-PS 8 35 238 bekannt ist.

Bei der Dichtungsanordnung nach der DE-PS 8 35 238, die in einer Rohrschnellkupplung eingebaut ist, besteht der Dichtring aus einem elastischen Stoff, und die Einrichtung zum elastischen Vorspannen des Dichtringes besteht aus einem handbedienbaren Hebelgestänge, mit dem die Schnellkupplung gelöst und geschlossen werden kann. Eine solche Dichtungsanordnung kann nur in sehr beschränktem Ausmaß •geometrische Veränderungen zwischen den beiden Rohrleitungsabschnitten aufnehmen, die zum Beispiel durch thermische oder Schubbeanspruchungen hervorgerufen werden.

Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtungsanordnung der im Oberbegriff des Hauptanspruchs angegebenen Gattung so auszubilden, daß sie im Betrieb Verformungen der beiden Rohrleitungsabschnitte relativ zueinander sehr genau folgen kann, um die Abdichtung der Rohrverbindung aufrechtzuerhalten.

Diese Aufgabe wird bei einer Dichtungsanordnung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst

Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Dichtungsanordnung kann der aus Metall bestehende Dichtring veränderlicher Umfangslänge der Geometrie der Verformungen mit großer Genauigkeit (bei einem konkreten Ausführungsbeispiel in der Größenordnung von Vio mm) folgen. Dies wird dadurch sichergestellt, daß die Zugfedern bei Längsverformungen der Rohrleitung ihre Zugkräfte auf den Dichtring so übertragen, daß der Dichtring die Abwinkelung zwischen den beiden Rohrleitungsabschnitten ausgleichen kann.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Rohrleitung;

Fig.2 einen schematischen Querschnitt durch die Rohrleitung zur Veranschaulichung der Verformungen im Betrieb;

Fig.3 einen halben Längsschnitt durch eine Rohrleitung mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer Dichtungsanordnung;

Fig.4 einen Längsschnitt entlang der Linie IV-IV in Fig.5 zur Veranschaulichung einer Einzelheit des in F i g. 3 gezeigten Dichtrings;

Fig.5 einen Querschnitt entlang der Linie V-V in F ig. 4;

F i g. 6,7 der F i g. 3 ähnliche Schnitte zur Veranschaulichung des Zusammenbaus der beiden Rohrleitungsabschnitte;

Fig.8 einen halben Längsschnitt durch eine Rohrleitung mit einem zweiten Ausführungsbeispiel einer Dichtungsanordnung;

Fig.9 einen Querschnitt entlang der Linie IX-IX in Fig. 8;

F i g. 10 einen Schnitt entlang der Linie X-X in F i g. 9;

F i g. 11 einen Längsschnitt entlang der Linie Xl-Xl in Fig. 12;

Fig. 12 einen Querschnitt entlang der Linie XII-XII in Fi g. II.

In Fig. 1 ist eine im Betrieb von einem Strömungsmittel F, etwa einem gasförmigen Medium unter hohem Druck und hoher Temperatur, durchströmte Rohrleitung 1 gezeigt. Die Rohrleitung 1 wird z. B. von der Verkleidung eines Triebwerks, etwa einer Strahlturbine

gebildet. Diese Verkleidimg ist beim dargestellten Beispiel aus drei axial aufeinanderfolgenden Abschnitten zusammengesetzt, nämlich einem stromaufwärts gelegenen Abschnitt A mit dem Verdichter, der Brennkammer und der Turbine, einem Zwischenabschnitt B mit dem Nachverbrennungskanal, und einem stromabwärts gelegenen Abschnitt C mit der Schubdüse.

Um die Anpassung des Triebwerks an d»e nicht gezeigte Zelle eines Flugzeugs zu erleichtern, sind die aufeinanderfolgenden Abschnitte, etwa A und B oder B und C, miteinander mittels kugelgelenkartiger Gelenke K verbunden. Jedes Gelenk K enthält einen äußeren Bundring 2, der mit einem inneren Bundring 3 in Form eines Kugelgelenkstutzens zusammenarbeitet, sowie ein nicht gezeigtes, inneres Abstreifband, das die Rolle einer Fugenleiste spielt

Das Gelenk K ist beträchtlichen Kräften thermischen und mechanischen Ursprungs ausgesetzt, die Verformungen des Gelenks Ksowie das Auftreten eines sichel- oder halbmondförmigen Durchtrittszwischenraums 4 zwischen den äußeren Bundringen 2 und dev. inneren Bundringen 3 des Gelenks nach sich ziehen. Die im folgenden zu beschreibenden Dichtunganordnungen haben zum Ziel, diesen Durchtrittszwischenraum 4 zu verschließen.

Es wird nun anhand der Fig.3 bis 7 eine erste AusfGhningsform der Erfindung beschrieben.

In diesen Figuren ist eine Rohrleitung 1 mit einer Achse X'-X dargestellt, mit zwei in einer Verbindungszone K axial aufeinanderfolgenden und miteinander verbundenen Rohrleitungsabschnitten A und B. Der Rohrleitungsabschnitt A ist mit einem äußeren Bundring 10 fest verbunden, der in einer Abschrägung 11 endet

Der Rohrleitungsabschnitt B ist mit einem Führungsring 12 fest verbunden, der an seinem Außenumfang eine schräge Fläche 13 aufweist die z. B. von einem konischen, kugelförmigen oder kugelförmig-konischen Oberflächerabschnitt gebildet wird. Die schräge Fläche 13 bildet eine erste Anschlagfläche, die mit dem Abschnitt B fest verbunden und so ausgerichtet ist, daß sie eine zur Achse X'-X der Rohrleitung 1 parallele Kraftkomponente aufnehmen kann. Auf dem inneren Umfang des mit dem Rohrleitungsabschnitt A fest verbundenen, äußeren Bundrings ?0 ist eine zweite Anschlagfläche 14 vorgesehen, die so ausgerichtet ist, daß sie eine zur Achse der Rohrleitung 1 senkrechte Kraftkomponente aufnehmen kann.

Die Anschlagflächen O und 14 sind Bestandteil einer im folgenden beschriebenen Dichtungsanordnung, die die Rohrleitung 1 in der Verbindungszone K der Rohrleitungsabschnitte A und 0 abdichten soll.

Das wesentliche Element dieser Dichtungsanordnung ist ein zu den ftohrleilungsabschnitten A und B koaxialer, aus Metall bestehender Dichtring 15, der in seinem äußeren Profil 26 die Form eines Kugelabschnitts aufweist vgl. F i g. 6 und 7. Der Dichtring 15 stützt sich auf dem äußeren Bundring 10 ab und dient daher als Kugelgelenkzapfen. Er ist überdies so angeordnet, daß er dichiend mit den Anschlagflächen 13 und 14 zusammenarbeitet

Der Dichtring 15 ist gegenüber den beiden Abschnitten A und B parallel zur Achse X'-X der Rohrleitung beweglich eingebaut Er hat überdies eine veränderliche Umfangslänge. Eine im einzelnen noch zu beschreibende Einrichtung belastet Ίιη Dichtring 15 so, daß er sich parallel zur Achse X'-X der Rohrleitung verschieben und gleichzeitig seine Umfangslänge verändern kann, um gleichzeitig gegen die beiden Anschlagflächen 13 und 14 angedrückt zu werden.

Diese »Belastungseinrichtung« enthält einerseits den bereits beschriebenen Führungsring 12 mit der schrägen Fläche 13 und andererseits eine Reihe von am Umfang mit gleichen Abständen verteilten Zugfedern 16, von denen jede mit einem ihrer Enden an einem mit dem Dichtring 15 fest verbundenen Steg 17 und mit ihrem

ίο anderen Ende an einem mit dem Rohrleitungsabschnitt S fest verbundenen Steg 18 befestigt ist

Der Leitungsabschnitt B ist ebenfalls mit wenigstens einem Hilfsanschlag 19 fest verbunden, der so angeordnet ist daß er unter gewissen Bedingungen mit einer Verlängerung 20 des Dichtringes 15, wie noch zu beschreiben, zusammenarbeitet

Wie Fig.4 und 5 zeigt kann der Dichtring 15 ein offener Ring sein mit zwei oder mehreren Teilen (oder Segmenten), die in der Umfangsrichtung des Dichtrings gegeneinander beweglich sind. Zwei aufeinanderfolgende und gegeneinander bewegliche Unrfangsteile 15a und \5b des Rings 15 sind gegenseitig überlappend angeordnet und gleiten entlang Flächen 15ax, 15/« ganz dicht aufeinander. Die beiden Teile 15a, \5b sind mittels zweier Zapfen 21 gegeneinander geführt Der stromabwärts guiegene Teil jedes Zapfens 21 ist auf das Teil \5b geschweißt und bei 22 bündig abgeschnitten. Der stromaufwärts gelegene Teil jedes Zapfens 21 gleitet in einer im Teil 15a angebrachten Ausnehmung 23.

Es können ebenfalls zwei innere, mit dem Leitungsabschnitt A fest verbundene Abstreifbinder 24, 25 vorgesehen werden, die die Rolle einer Fugenleiste spielen.

Die Dichtungsanordnung nach der Erfindung arbeitet

in folgender Weise:

Der Dichtring 15 wird unter der Wirkung der Zugfedern 16 (und unter Umständen unter der Wirkung des die Rohrleitung 1 durchströmenden Strömungsmittels kräftig gegen die schräge Fläche 13 des Führungs- rings 12 gedruckt Er ist daher bestrebt, sich längs dieser sch^rägen Fläche 13 aufwärts zu bewegen. Es ist in dieser Hinsicht selbstverständlich, daß die Neigung der schrägen Fläche 13 wie auch die Neigung der Flächen des Dichtrings 15, der mit der schrägen Fliehe 13 in Berührung steht von vornherein in Anbetracht des Reibungskoeffizienten der vorliegenden Materialien, so bemessen werden, daß keine Selbsthemmung eintritt.

Diese Aufwärtsbewegung äußert sich einerseits durch eine zur Achse X'-X der Rohrleitung parallele Verschiebung des Dichtrings 15 und andererseits durch eine Vergrößerung der Umfangslänge des Dichtrings 15.

Der Dichtring 15 bleibt somit gleichzeitig in Anlage gegen die mit dem Rohrleitungsabschnitt B fest

γ, verbundene Anschlagfläche 13 und gegen die mit dem Rohrleitungsabschnitt A fest verbundene Anschlagfläche 14, was die gewünschte Dichtheit zwischen den beiden Rohrleitungsabschnitten A und B gewährleistet. Insbesondere wird, falls ein siehe!- oder halbmondförmi ger Durchtrittszwischenraum (etwa der schematisch in F i g. 2 dargestellte DurchtrittszwischeüräUm 4) auftritt, dieser Zwischenraum automatisch zuminrfesi teilweise durch den Dichtring ⁽5 mit veränderlicher Umfangslänge verschlossen.

Es ist ebenfalls zu bemerken, daß die Überlappungen der Teile 15a, iSb des Dichti'inges 15, vgl. F i g. 4 und 5, eine ausreichende Dichtheit in Höhe des Stoßes dieses Rings gewährleisten.

Wenn die beiden Rohrleitungsabschnitte A und ß, vgl. F i g. 6 und 7, voneinander getrennt werden, bewegt sich der Dichtring 15 auf die schräge Fläche 13 des Führungsrings 12 hinauf, bis die Verlängerung 20 dieses Rings an den Hilfsanschlag 19 stößt. Die Axialverschiebung und die Umfangsverformung des Dichtrings 15 bleiben somit in der Weise in vorgeschriebenen Grenzen, daß die gegenseitige Anordnung der die Dichtungsanordnung bildenden Hauptelemente — Dichtring 15, Führungsring 12, Zugfedern 16 — ziemlich gewahrt bleibt. Die Dichtungsanordnung 12, 15, 16 bildet daher ein Modulbauelement, das gleichzeitig mit dem Rohrleitungsabschnitt B als einziger Block gehandhabt werden kann.

Beim Zusammenbau der beiden Rohrleitungsabschnitte A und B befindet sich der Dichtring 15 in der Abschrägung M des äußeren Bundrings 10, und es genügt dann ein Druck auf den Rohrleitungsabschnitt B, um die innere Anordnung in den äußeren Hundring ΐυ einzusetzen.

Bei der gerade beschriebenen Ausführungsform spielt der Dichtring 15 mit veränderlicher Umfangslängc gleichzeitig die Rolle eines Kugelgelenkstutzens. Wie jedoch aus den Fig. 8 bis 12 zu sehen, ist diese Anordnung nicht zwingend.

Die Fig. 8 bis 12 beziehen sich auf eine zweite Ausführungsform der Erfindung.

In diesen Figuren sind wie vorher die beiden, axial aufeinanderfolgenden und miteinander gelenkig verbundenen Abschnitte einer Rohrleitung 1 mit einer Achse X'Xmit den Bezugszeichen A und Bbezeichnet. Der Rohrleitungsabschnitt A ist fest mit einem äußeren Bundring 30 verbunden. Dieser Bundring endet in einer ersten Anschlagfläche 32, die so ausgerichtet ist. daß sie eine zur Achse X'-X der Rohrleitung parallele Kraftkomponente aufnehmen kann. Der Rohrleitungsabschnitt B ist fest mit einem inneren Bundring 31 in Form eines Kugelgelenkstutzens fest verbunden, der mit dem äußeren Bundring 30 zusammenarbeitet. Der innere Bundring 31 hat eine zweite Anschlagfläche 33. die in der Weise ausgerichtet ist. daß sie eine zur Achse

X'-X Hpr Rnhrlpitlina Qpntrprhtp \C r^\\/r\vnnr\nf^ntp

aufnehmen kann.

Ein Dichtring 34 ist koaxial zu den beiden Rohrleitungsabschnitten A und B angeordnet. Der Dichtring 34 ist gegenüber den beiden Rohrleitungsabschnitten A und B in einer zur Achse X'-X der Rohrleitung parallelen Richtung beweglich angeordnet und hat eine veränderliche Umfangslänge.

Ein koaxial zu den beiden Rohrleitungsabschnitten A und B angeordnrMer Führungsring 35 ist ebenfalls gegenüber den genannten Abschnitten in einer zur Achse X'-X der Rohrleitung parallelen Richtung beweglich angeordnet Der Führungsring 35 hat eine schräge Fläche 36. die zum Dichtring 34 gerichtet und in unmittelbarer Nähe dieses Rings angeordnet isL Am Umfang der Rohrleitung 1 verteilte Zugfedern 37 gestatten ein Gegeneinanderdrücken des Führungsrings 35 und des Dichtrings 34 in der Weise, daß der Dichtring 34 gleichzeitig in Anlage gegen die beiden Anschlagflächen 32 und 33 gedruckt wird.

Jede Zugfeder 37 ist mit einem ihrer Enden am Führungsring 35 und mit ihrem anderen Ende an einer Achse 38 befestigt, die Bestandteil einer vom Rohrleitungsabschnitt A getragenen Gabel 39 ist. Jede Gabel 39 ist um eine tangentiale Achse 40 schwenkend angeordnet Die Achse 40 wird in einem Sitz gehalten, der am Außenumfang des Rohrlcilungsabschnittes A durch eir Blech 41 mit eingerolltem Rand begrenzt wird, da? seinerseits mit Hilfe von Nieten 42 am Rohrleitungsabschnitt A befestigt ist.

ί Die Winkelstellungen der Gabel 39 kann mittels einet radialen Schraube 43 eingestellt werden, die sich in einet in der Wand des Rohrleitungsabschnitts A angebrach ten Ausnehmung 44 dreht. Die Schraube 43 arbeitet mil einer Mutter 45 zusammen, die so angeordnet ist, daß sie

H) sich gegenüber dem Rohrleitungsabschnilt A in radialei Richtung verschiebt. Die Mutter 45 ist mit zwei 7.apfcr 46 versehen, von denen jeder mit einer in der Gabel 3S angebrachten Nut 47 zusammenarbeitet. Zum Dreher der Gabel 39 um die Achse 40 genügt es daher, die Schraube 43 zu drehen. Im Verlauf dieser Bewegung kann sich somit die Befestigungsachse 38 der Zugfedei 37 von einer Stellung 38 in eine Stellung 38i (vgl. F i g. 8 bewegen. Man verfügt somit über eine Einrichtung zuir Einsteiien der Kraft der Zugfeder 37.

Der Dichtring 34 ist ein offener Ring mit zwei odei mehreren gegeneinander in Umfangsrichtungdes Ring; beweglichen Teilen (oder Segmenten). Wie F i g. 11 unc 12 zeigen, sind zwei aufeinanderfolgende und gegenein ander bewegliche Umfangsteile 34a. 34£> gegenseitig

2Ί überlappend angeordnet. Zu diesem Zweck hat der eine Teil 34a an seinem Ende eine Ausnehmung in Forrr eines Sektors, der ein Viertel von dessen Querschnit bedeckt, vährend der andere Teil 34/j an seinem Ende einen sektorförmigen, entsprechenden Keil hat, der ir

J" der genannten Ausnehmung gleitet. Diese Anordnung gestattet dem Ring 34, eine zufriedenstellende Um fangsabdichtung zu bewahren.

Die gerade beschriebene Dichtungsanordnung arbei tet in der folgenden Weise:

}? Die schräge Fläche 36 des Führungsringes 35 wire unter der Wirkung der Zugfedern 37 fest gegen der Dichtring 34 gedrückt. Dieser letztere ist daher bestrebt sich entlang der schrägen Fläche 36 abwärts zi bewegen, was sich einerseits durch eine Verschiebung

■to des Dichtrings 34 parallel zur Achse X'-X dei Rohrleitung und andererseits durch eine Verminderung dpr I lmfanp<;länfjpHp<: Dirhfrines 34 bemerkbar macht

Der Dichtring 34 bleibt somit gleichzeitig in Anlage gegen die mit dem Rohrleitungsabschnitt A ies

■" verbundene Anschlagfläche 32 und gegen die mit derr Rohrleitungsabschnitt B fest verbundene Anschlagflä ehe 33. was die gewünschte Dichtheit zwischen der beiden Rohrleitungsabschnitten A und B gewährleistet Insbesondere wird, wenn ein sichel- oder halbmondför

y> miger Durchtrittszwischenraum, etwa der in Fig.; gezeigte Durchtrittszwischenraum 4, erscheint, diisei Zwischenraum automatisch durch den Dichtring 34 mii veränderlicher Umfangslänge wenigstens teilweise geschlossen. Es versteht sich wie bei dem Fall der erster Ausführungsform von selbst, daß die Neigung dei schrägen Fläche 36 in Anbetracht des Reibungskoeffizienten der vorliegenden Materialien so festgelegt wird daß es keine Selbsthemmung zwischen der schrägen Fläche 36 und dem Dichtring 34 gibt

Zum Einbauen und Ausbauen des Dichtrings 34 genügt es, die Schraube 43 loszuschrauben, was eine Bewegung der Befestigungsachse 38 der Zugfeder 37 von der Stellung 38 in die Stellung 38| bewirkt Die Zugfeder 37 entspannt sich dann und gestattet eine Verschiebung des Führungsringes 35 von der Stellung 35 in die Stellung 35|. Man kann somit den Dichtring 34 leicht einsetzen oder herausnehmen.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche;

1. Dichtungsanordnung für eine von einem heißen Strömungsmittel durchströmte Rohrleitung aus zwei axial aufeinanderfolgenden, gelenkig miteinander verbundenen Abschnitten, mit einer ersten Anschlagfläche an einem der beiden Abschnitte zur Aufnahme von zur Rohrleitungsachse parallelen Kraftkomponenten, einer zweiten Anschlagfläche an dem anderen Abschnitt zur Aufnahme von zur Rohrleitungsachse senkrechten Kraftkomponenten, einem Dichtring veränderlicher Umfangsläinge, der koaxial zur Rohrleitung und unmittelbar benachbart zu den beiden Anschlagflächen angeordnet ist, einem Führungsring, der koaxial zur Rohrleitung angeordnet ist und unmittelbar benachbart zum Dichtring angeordnet ist, und einer Einrichtung, die den Führungsring elastisch gegen den Dichtring oder den Dichtring elastisch gegen den Führungsring drücke, wobei der Dichtring gleichzeitig axial verschiebbar, hierbei gegen die beiden Anschlagflächen andrückbar und somit in Unfangsiichtung aufweitbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (15; 34) aus Metall und die Einrichtung zum elastischen Andrücken aus Zugfedem (16) besteht und die mit dem Dichtring (15; 34) zusammenwirkende Fläche (13; 36) schräg verläuft

2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (15; 34) ein offener Ring mit wenigstens zwei in Umfajngsrichtiing gegeneinander beweglichen Teilen (153, ir, 34a, b)\st

3. Dichtungsanordnung nacii Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei aufeinanderfolgende und gegeneinander bewegliche Umt ngsteile(15.%i>;34a, b) des Dichtringes gegenseitig überlappend angeordnet sind.

4. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsring (12) mit einem (B)dar Rohrleitungsabschnitte fest verbunden ist (F i g. 3 bis 7).

5. Dichtungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugfeder (16) mil ihrem einen Ende am Dichtring (15) und mit ihrem anderen Ende an dem mit dem Führungsring (12) fest verbundenen Rohrleitungsabschnitt (B) befestigt ist (F ig. 3 bis 7).

6. Dichtungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an dem den Führungsring (12) aufweisenden Rohrleitungsabschnitt (B) ein Hilfsanschlag (19) zur Begrenzung der Axialverschiebung und Umfangsveriormung des Dichtrings (12) vorgesehen ist.

7. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugfeder (37) mit ihrem einen Ende am Führungsring (35) und mit ihrem anderen Ende an einem (A) der Rohrleitungsabschnitte (A, b) befestigt ist (F ig. 8 bis 12).

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