DE2701744C2

DE2701744C2 -

Info

Publication number: DE2701744C2
Application number: DE19772701744
Authority: DE
Inventors: Loren E. Tulsa Okla. Us Wood
Original assignee: BS&B Safety Systems LLC
Current assignee: BS&B Safety Systems LLC
Priority date: 1976-07-21
Filing date: 1977-01-18
Publication date: 1989-04-27
Also published as: JPS5313217A; NL7700920A; AU508207B2; CA1053112A; FR2359454B1; US4073402A; AU2178577A; DE2701744A1; JPS6233480B2; FR2359454A1; GB1576857A

Description

Die Erfindung betrifft eine vormontierte Überdrucksiche rung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, die zwi schen üblichen Rohrflanschen festgeklemmt werden kann.

Eine derartige Überdrucksicherung ist beispielsweise aus DE-AS 22 60 200 bekannt. In Abweichung vom Erfin dungsgegenstand beruht das Sicherungskonzept dieser Überdrucksicherung nicht auf dem Bersten einer Scheibe sondern darauf, daß nach dem Umstülpen der Schnappschei be sich deren ebener Randbereich aus der Einspannung zwischen den beiden Haltekörpern herauszieht. Deshalb darf dieser Randbereich nicht zu fest zwischen den Hal tekörpern eingespannt sein. Darüber hinaus muß zur Er zielung eines exakt voreinstellbaren Auslösedruckes der Überdrucksicherung die Einspannkraft sehr definiert und gleichmäßig auf den Randbereich der Schnappscheibe wirken.

Zwischen der Schnappscheibe und dem Haltekörper ist ein Dichtungsring angeordnet, der - neben seiner Dichtungs funktion - dafür sorgt, die Einspannkraft auf einen niedrigen Wert zu begrenzen, um die radiale Bewegung des Randbereiches beim Auslösen der Überdrucksicherung nach dem Umschnappen der Schnappscheibe zu ermöglichen.

Ein gravierender Nachteil der in DE-AS 22 60 200 ge zeigten Konstruktion liegt darin, daß sich vor dem Einbau der aus den Haltekörpern und der Schnappscheibe vormontierten Überdrucksicherung auf der Oberseite des innenliegenden Haltekörpers ein Fremdkörper absetzen kann. Beim Einspannen der Überdrucksicherung zwischen die beiden Rohrflansche wird dieser Haltekörper in Rich tung auf den zweiten Haltekörper beaufschlagt, wodurch eine zusätzliche, undefinierte Einspannkraft auf die Schnappscheibe wirkt. Da der Auslösedruck der Überdruck sicherung signifikant von dieser Einspannkraft abhängt, ist ein definierter Auslösewert nicht mehr gewährlei stet. Es können sich dann im Kessel gefährliche Über druckzustände einstellen.

Eine weitere Überdrucksicherung ist aus GB-11 12 482 bekannt. Bei dieser sind die Schrauben zur Verspannung der beiden Haltekörper jedoch senkrecht zur Achse der Durchführungsrichtung angeordnet, wobei die Verbindung zwischen den beiden Haltekörpern über seitliche Platten erfolgt. Hier sind die erreichbaren Spannkräfte weitaus geringer, da sich die beiden Haltekörper ohne weiteres in Einspannrichtung zueinander verschieben können.

Weiterhin ist bei der aus FR-PS 13 03 272 bekannten Überdrucksicherung eine ähnliche Konstruktion gezeigt, jedoch ist die Halterung der gewölbten Berstscheibe selbst von ganz anderer Art, da der Rand der Scheibe in eine stufenartige Ausnehmung des ringförmigen Haltekör pers eingesetzt ist. Die Scheibe wird dabei durch eine Kittdichtung in ihrer Position gehalten. Eine dünne, flexible Metallfolie liegt an der konvex gewölbten Sei te der Scheibe an. Der Rand der Metallfolie liegt zwi schen einem Flansch und dem ringförmigen Haltekörper. Um den Zusammenbau der Vorrichtung zu erleichtern, ist es vorteilhaft, die Metallfolie mit dem ringförmigen Haltekörper zu verkleben oder zu verlöten. Sie kann auch durch eine Klemmvorrichtung damit verbunden wer den. Das Abdichten des Drucksystems an sich wird damit durch die Metallfolie erzielt. Die Scheibe selbst weist keinen Ringflansch auf, was dazu führt, daß die Über drucksicherung in ihrem Druckverhalten nur sehr ungenau kontrolliert werden kann.

Ganz allgemein sind bei Benutzung der vorbekannten Vor richtungen verschiedentlich Schwierigkeiten in bezug auf falsche Ausrichtung der Berstscheibe innerhalb der Haltekörper, falsche Ausrichtung der Haltekörper gegen einander sowie Auftreten einer zu hohen, zu niedrigen oder ungleichmäßigen Belastung auf die Berstscheibe eingetreten, die zum ungenauen Ansprechen der Scheibe wegen Über- oder Unterschreiten des Scheibennenndruckes geführt haben. Desgleichen können derartige Vorrichtun gen nicht zum Zwecke der Inspektion entfernt und dann wieder eingesetzt werden, ohne daß Risiko einzugehen, die Funktion der Berstscheibe durch das Widerfestklem men zwischen den Haltekörpern zu beeinträchtigen, wo durch die Berstscheibe beschädigt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Überdrucksi cherungen der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß gefährliche Abweichungen des Scheibenberstdruckes vom Nennwertdruck aufgrund von zu hohen, zu niedrigen oder ungleichmäßigen Belastungen auf die Berstscheibe vermieden werden sollen.

Weiterhin soll die Berstschei be zum Zwecke der Inspektion entfernt und wieder einge setzt werden können, ohne daß durch das Wiederfestklem men zwischen den Haltekörpern der Auslösedruck wesent lich verändert wird.

Die Lösung dieser Aufgabe ist in den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 angegeben. Die so gegebene Konstruktion bringt gegenüber dem Stand der Technik fol gende Vorteile mit sich:

Die Berstscheibe wird bei einem bestimmten, im wesentli chen durch die Ausbildung der Berstscheibe selbst gege benen Überdruck zerstört. Die Einspannkraft, die von den beiden Haltekörpern auf den ebenen Flanschbereich der Berstscheibe ausgeübt wird, hat im wesentlichen kei nen Einfluß auf den definierten Ansprechdruckwert der Scheibe und wird zu deren sicheren Halterung sehr hoch gewählt. Demzufolge wird die Berstscheibe sehr stark zwischen dem flachen Ringabschnitt des einen Haltekör pers und einem flachen Ring am zweiten Haltekörper ein gespannt. Da der Ring den Flansch der Berstscheibe be abstandet von dessen innerem Rand beaufschlagt und die Beaufschlagungsstelle also radial außerhalb des Über gangsbereiches zwischen dem Flansch und der Wölbung der Berstscheibe liegt, ist unabhängig von der hohen Ein spannkraft der Haltekörper auf die Berstscheibe gewähr leistet, daß dieser Übergangsbereich durch die Einspan nung nicht beeinflußt wird. Wäre die Berstscheibe ein fach zwischen zwei flache Haltekörper eingespannt, wie es der Stand der Technik zeigt, so würde der innerste Rand des einen Haltekörpers im Übergangsbereich zwi schen dem Flansch und der Wölbung der Berstscheibe zu liegen kommen. Dies hätte den unterwünschten Effekt, daß der tatsächliche Auslösedruck, bei dem die Berstscheibe umschnappt und bricht, auf undefinierte Weise - bei spielsweise durch innere Spannungen u. dgl. - beeinflußt werden würde. Durch die Verwendung eines Ringes bzw. ringförmigen Ansatzes an einen der Haltekörper in der vormontierten Überdrucksicherung und durch die Spannung der die Haltekörper gegeneinander fixierenden Schrauben mit einem genau definierten Drehmoment ist eine exakt ein stellbare, gleichzeitig aber sehr hohe Haltekraft für die Berstscheibe erzielbar. Durch die Schmalheit und damit verbundene kleine Stirnfläche des erfindungsge mäßen Ringes ergibt sich ein Druckverstärkungseffekt, über den die Haltekraft weiter heraufgesetzt wird, ohne negative Einflüsse auf das Ansprechverhalten der Berst scheibe befürchten zu müssen. Da gleichzeitig ein Ab stand zum Übergangsbereich zwischen dem Flansch der Berstscheibe und ihrer Wölbung vorhanden ist, wirkt die Haltekraft nur im ebenen Teil der Berstscheibe, womit innere Spannungen, Scherkräfte und damit Einflüsse auf den Berstnenndruck vermieden werden. Durch die Plazie rung der entsprechenden Schrauben radial außerhalb der oberen und unteren Klemmfläche der Haltekörper hat darüber hinaus das Einspannen der Überdrucksicherung zwischen die Rohrflansche nur einen sehr geringen Effekt auf das Ansprechverhalten der Berstscheibe. Dies ist auch deswegen der Fall, weil die Scheibe an sich bereits mit sehr hoher Spannkraft zwischen den beiden Haltekörpern fixiert ist. Die zusätzlichen Haltekräfte durch das Einsetzen der Überdrucksicherung zwischen die beiden Rohrflansche sind demgegenüber vernachlässigbar. Nicht zuletzt wird durch die erfindungsgemäße Konstruk tion eine besonders hohe Dichtheit erzielt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung löst darüber hinaus alle Probleme hinsichtlich Fehlausrichtung, usw. wie sie zum Stand der Technik geschildert wurden und kann schnell zur Inspektion entfernt und danach ohne die Not wendigkeit alle Schraubbolzen des Flansches zu lösen, wieder eingesetzt werden. Desgleichen kann eine einzige erfindungsgemäße Vorrichtung mit konventionellen Rohr flanschen für unterschiedliche Druckauslegung verwendet werden.

Die Erfindung wird beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es stellt dar

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie 2-2 der Fig. 1,

Fig. 3 und 4 Ansichten der Vorrichtung entsprechend den Linien 3-3 und 4-4 der Fig. 2,

Fig. 5 einen Querschnitt entlang der Linie 5-5 der Fig. 1,

Fig. 6 eine Draufsicht auf ein konventionelles Rohrflanschpaar, zwischen denen die Vor richtung gemäß Fig. 1-5 angeordnet ist,

Fig. 7 und 8 Querschnitte entlang der Linie 7-7 bzw. 8-8 der Fig. 6,

Fig. 9 eine Draufsicht auf ein konventionelles Rohrflanschpaar eines anderen Typs, zwi schen dem die Vorrichtung gemäß Fig. 1-5 angeordnet ist,

Fig. 10 eine Draufsicht einer zweiten Ausführungs form einer erfindungsgemäßen vormontierten Überdrucksicherung,

Fig. 11 eine Draufsicht auf ein konventionelles Rohrflanschpaar, zwischen denen die Vor richtung gemäß Fig. 10 angeordnet ist,

Fig. 12 eine Draufsicht auf ein konventionelles Rohrflanschpaar anderer Art, zwischen dem eine Vorrichtung gemäß Fig. 10 installiert ist.

Es wird zunächst auf die Fig. 1-5 Bezug genommen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung (10) weist grundsätzlich eine durch Druck zerstörbare Berstscheibe (12) auf, welche in Form einer gewölbten Scheibe zwischen dem ein laßseitigen Haltekörper (14) und dem auslaßseitigen Haltekörper (16) angeordnet ist. Jede andere Ausführung oder Konfiguration des durch Druck zerstörbaren Gliedes kann aber ebenfalls verwendet werden. Die Haltekörper (14, 16) haben die Form eines Flachquaders, dessen Kopf- und Bodenflächen quadratisch geformt sind und die je weils kreisförmige Öffnungen (18, 20) aufweisen. Die ge wölbte Berstscheibe (12) hat einen mittig angeordneten konkav-konvexen Teil, der vorzugsweise mit nicht darge stellten Ritzen versehen ist und einen ringförmigen flachen Flansch (22), der zwischen einen ringförmigen flachen Teil (26) des Haltekörpers (16) und einen fla chen kleinen Ring (28) des Haltekörpers (14) geklemmt ist. Die Berstscheibe (12) und die ein- bzw. auslaßsei tigen Haltekörper (14, 16) sind vormontiert und mitein ander verklemmt, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Kopfschrauben (32) greifen dabei in Bohrungen (30) ein, die sich in den Ecken der Haltekörper (14, 16) befinden, wobei die Schrauben unter einem vorbestimmten Drehmo ment stehen und folglich eine Vorspannung auf die Berst scheibe ausüben. Folglich verhält sich die Scheibe in gewünschter Weise, z. B. bricht sie, wenn ein vorgegebe ner Druck über dem einlaßseitigen Haltekörper (14) auf sie einwirkt.

Wie am besten aus den Fig. 3-5 hervorgeht, weist der einlaßseitige Haltekörper (14) drei abstehende, asymme trisch angeordnete Stifte (34) auf dem flachen, ringför migen Teil desselben auf, wobei im Flansch (22) der Berstscheibe (12) und im Haltekörper (16) entsprechende Öffnungen (36) und Bohrungen (38) angeordnet sind, in die die Stifte (34) hineinpassen. Damit wird die Berst scheibe (12) zentriert und kann nicht in umgekehrter Po sition installiert werden, so daß ferner die Haltekör per (14, 16) in richtiger Position gegeneinander sowie auch zur Berstscheibe (12) gehalten werden.

Naturgemäß können die Stifte (34) hinsichtlich Anzahl und Form variieren und sie können desgleichen im auslaß seitigen Haltekörper (16) angeordnet sein, wobei sich dann die Bohrungen (38) im einlaßseitigen Haltekörper (14) befinden oder alternativ ein oder mehrere Stifte (34) an dem einen Haltekörper angeordnet sind und sich die restlichen Stifte am anderen Haltekörper befinden.

In den Fig. 6-8 ist die vormontierte Überdrucksicherung (10) zwischen einem Paar konventioneller Rohrflansche (40, 42) dargestellt. Derartige Flansche weisen in den kleineren Größen, z. B. 1 Zoll, 1¹/₂ Zoll, 2 Zoll und 3 Zoll (2,54 cm, 3,81 cm, 5,08 cm und 7,62 cm) als 150-Pfund-ASA-Flansch (68 kg) und 1 Zoll und 1¹/₂ Zoll (2,54 cm und 3,81 cm) als 300- und 600-Pfund-ASA- Flansch (136 kg und 272 kg) vier Schrauben- bzw. Bolzen glieder (44) auf. Wenn die Vorrichtung (10) zwischen die Rohrflansche (40, 42) eingesetzt wird, müssen extra lange Schraubbolzen (44) zum Festklemmen der Flansche (40, 42) und der Vorrichtung (10) verwendet werden. Die Flansche (40, 42) haben ringförmig begrenzte Klemmflä chen (46, 48) und die Schraubbolzen (44) reichen durch entsprechende Öffnungen (50), die in den Flanschen (40, 42) in räumlicher Anordnung rings um die Klemmflä chen (46, 48) angeordnet sind. Zwischen den Klemmflächen der Flansche (40, 42) und der oberen bzw. unteren Ober fläche der Haltekörper (16, 14) sind konventionelle Ring dichtungen (52, 54) angeordnet.

Die Vorrichtung (10) hat eine solche Größe, daß sie zwischen die Schraubbolzen (44) der verschiedenen oben genannten Flanschgrößen paßt. Wegen der Quaderform der Haltekörper (14, 16) ragen deren Ecken über die ringför migen Klemmflächen (46, 48) des Rohrflansches (42) und die entsprechenden ringförmigen Klemmflächen der Halte körper (14, 16) hinaus. Da die Öffnungen (30) und die Kopfschrauben (32), die die Haltekörper und die Berst scheibe (12) miteinander verklemmen in den Eckteilen der Haltekörper (14, 16) angeordnet sind, welche über die äußeren Grenzen der Sitzflächen (46, 48) hinausra gen, stören sie den Sitz zwischen den Klemmflächen und den Dichtungen (52, 54) nicht.

Im Hinblick auf die Quaderform der Haltekörper (14, 16) der Vorrichtung (10) ist es nicht erforderlich, alle Schrauben (44) zu lösen, wenn die Vorrichtung aus den Rohrflanschen (40, 42) für Inspektionszwecke oder aus anderen Gründen entnommen werden soll. Falls die Flan sche vier Schrauben (44) aufweisen, wie dies in den Fig. 6-8 dargestellt ist, ist es lediglich erforder lich, diese zu lösen und eine davon aus den Flanschen (40, 42) herauszuziehen, um die Vorrichtung (10) entneh men zu können. Es liegt auf der Hand, daß die Durchmes ser der Teilkreise der Schraubenbolzenöffnungen der Flansche mit unterschiedli chen Drücken variieren. Dennoch kann eine vormontierte Vorrichtung (10) verwendet werden und paßt zwischen Teilkreise für 150-Pfund-(68 kg)-ASA-Flansche bis 300-Pfund-(136 kg)- und 600-Pfund-(272 kg)-ASA-Flansche, so daß eine leichte Verschiebung zwischen den Flanschen und der vormontierten Vorrichtung (10) nur von geringer Folge ist. Das bedeutet, daß die gleiche vormontierte Vorrichtung an 1 Zoll (2,54 cm)- oder 1¹/₂ Zoll (3,81 cm)- ASA-Flanschen, entsprechend 150, 300 oder 600 Pfund (68, 136 oder 272 kg), verwendet werden kann.

In Fig. 9 ist die Vorrichtung (10) zwischen zwei konven tionell ausgestalteten Flanschflächen (60) mit acht Schraubbolzen (62) dargestellt, wie sie für höher bela stete und größere Flansche verwendet werden. Die gleiche Vorrichtung (10), wie sie als installierbar bei Flanschen mit vier Schraubbolzen beschrieben worden und in Fig. 6 dargestellt ist, kann auch zwischen Flanschen mit acht Schraubbolzen entsprechend Fig. 9 verwendet werden. Zum Beispiel paßt die Vorrichtung (10) sowohl zwischen zwei ASA-Flansche von 2 Zoll (5,08 cm), 150 Pfund (68 kg) gemäß Fig. 6, wie auch zwischen zwei ASA-Flan sche von 2 Zoll (5,08 cm) und 300 oder 600 Pfund (136 oder 272 kg) entsprechend Fig. 9.

Die in den Fig. 10-12 dargestellte Vorrichtung (70) ent spricht der oben beschriebenen Vorrichtung (10) mit Aus nahme der Form des Haltekörpers (72), welches für die Verwendung bei größeren konventionellen Rohrflanschen mit acht oder zwölf Schraubbolzen bestimmt ist. Es ist zu erkennen, daß die Haltekörper (72) Polyederform auf weisen, deren Oberflächen seitlich zu den Achsen der Rohrflansche angeordnet und sternförmig ausgebildet sind, wobei die Sternpunkte (74) sich bis über die Gren zen der Flansch-Klemmflächen erstrecken. Die Sternpunk te (74) sind an ihren äußersten Enden abgerundet, so daß die Vorrichtung (70) in einen Zwölfbolzenflansch hineinpaßt, wie weiter unten beschrieben ist. Entspre chende Öffnungen und Kopfschrauben (76) sind in den Teilen (74) der Haltekörper angeordnet, die sich über die Grenzen der Flanschsitze erstrecken.

In Fig. 11 ist die vormontierte Vorrichtung (70) zwi schen zwei Flanschen (80) dargestellt, die acht Schraub bolzen (82) aufweisen, z. B. zwischen zwei 6 Zoll- 150 Pfund-ASA-Flanschen (15,24 cm-68 kg). Aus Fig. 12 ist ersichtlich, daß die gleiche Vorrichtung (70) zwi schen zwei Flanschen (90) mit zwölf Schrauben, bei spielsweise zwischen zwei 6 Zoll 300 Pfund-ASA-Flan schen (15,24 cm-136 kg) montiert werden kann. Ebenso wie die Vorrichtung (10) kann auch die Vorrichtung (70) schnell und leicht zwischen den Flanschen (80 und 90) entfernt werden, indem lediglich die Schraubbolzen ge löst und nur ein Teil davon entfernt wird.

Wie ersichtlich, können die erfindungsgemäßen Haltekör per eine Vielzahl von anderen Formen aufweisen, bei denen Teile sich über die Grenzen der ringförmigen Flä chensitze erstrecken und die die Kopfschrauben oder andere Mittel enthalten, die zum Festklemmen der Halte körper sowie der Berstscheibe dienen.

Claims

1. Vormontierte Überdrucksicherung,

- die zwischen zwei jeweils eine ringförmige Klemm fläche (46, 48) aufweisende Rohrflansche (40, 42) mittels mehrerer Schraubbolzen (44) einspannbar ist, wobei die die Rohrflansche (40, 42) zusammen spannenden Schraubbolzen (44) in radial außerhalb der ringförmigen Klemmflächen (46, 48) beabstande ten Durchgangsöffnungen (50) angeordnet sind,
- mit einer durch Überdruck zerstörbaren, gewölbten Berstscheibe (12),
- mit einem Paar von Haltekörpern (14, 16),
- - mit darin angeordneten zentralen Öffnungen (18, 20), die einen Durchfluß zwischen den bei den Rohrflanschen (40, 42) nach der Zerstörung der Berstscheibe (12) gestatten,
- - die die Berstscheibe (12) mit ihrem ebenen, ringförmigen Flansch (22) dichtend zwischen sich quer zur Durchflußrichtung haltern,
- - wobei die Haltekörper (14, 16) zwischen die Rohr flansche (40, 42) und deren Schraubbolzen (44) passen,
- mit darin parallel zur Achse der zentralen Öffnun gen (18, 20) in entsprechenden Bohrungen (30) angeordneten Schrauben (32) zur gegenseitigen Mon tage der Haltekörper (14, 16) und der Berstscheibe (12) vor dem Einspannen zwischen die Rohrflansche (40, 42), wobei
- - die Haltekörper (14, 16) nach dem Einspannen zwi schen die Rohrflansche (40, 42) teilweise radial über die ringförmigen Klemmflächen (46, 48) der Rohrflansche (40, 42) seitlich hinausstehen,

dadurch gekennzeichnet,

- daß die Bohrungen (30) radial außerhalb der ring förmigen Klemmflächen (46, 48) der Rohrflansche (40, 42) angeordnet sind,
- daß der Flansch (22) der Berstscheibe (12) beab standet von seinem inneren Rand auf einer Seite über einen Ring (28) von einem (14) der Haltekör per (14, 16) gegen den anderen Haltekörper (16) ge preßt wird, und
- daß die in den Bohrungen (30) befindlichen Schrau ben (32) mit einem definierten Drehmoment festge spannt sind.

2. Überdrucksicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (28) den Flansch (22) etwa mittig bezo gen auf die Flanschbreite beaufschlagt.

3. Überdrucksicherung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (28) als Ringvorsprung einstückig an den auf der Überdruckseite liegenden Haltekörper (14) angeformt ist.

4. Überdrucksicherung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Haltekörper (14, 16) im wesentlichen die Form von Flachquadern aufweisen, deren Grund- und Deckflächen senkrecht zu den Achsen der Rohrflan sche (40, 42) angeordnet und quadratisch sind und
- daß die über die Grenzen der Klemmflächen (46, 48) hinausragenden Teile die Ecken der Flachquader sind.

5. Überdrucksicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltekörper (72) die Form eines Polyeders aufweisen, deren Grund- und Deckflächen senkrecht zu den Achsen der Rohrflansche (40, 42) angeordnet sind und eine ebene, sternartige Form aufweisen, wobei die über die Grenzen der Klemmflächen (46, 48) hinaus ragenden Teile die Sternpunkte (74) dieser Form sind.