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Flanschverbindung zwischen Rohranordnungen
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Flanschverbindung zwischen Rohrlängen
und/oder Rohrpaßstücken in Rohranordnungen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.
Insbesondere ist die Erfindung für Rohranordnungen anwendbar, welche in der Zelluloseindustrie,
chemischen Industrie, im Schiffsbau und anderen Branche verwendet werden, in welchen
die Rohranordnungen aus säurefestem oder rostfreiem Stahl bestehen müssen.
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Das Zusammenfügen von Rohrlängen und/oder Rohrpaßstücken zur Bildung
einer Rohranordnung wird meistens mittels Flanschverbindungen durchgeführt, welche
aus ringförmigen Flanschen bestehen, die an die Rohrenden angeschweißt oder auf
andere Weise fest angefügt wurden und miteinander durch Bolzen
verbunden
werden. Im einzelnen ist es ferner bekannt, bei dieser Verbindung sogenannte lose
Flanschen zu verwenden, welche an den Rohrenden hinter den fixierten Flanschen angebracht
wurden und mit Durchbrüchen versehen sind, durch welche sich die Bolzen außerhalb
des Umfangs der fixierten Flanschen erstrecken.
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In der Praxis wurde jedoch gefunden, daß die angeschweißten ringförmigen
Flanschen, im nachfolgenden Schweißringe genannt, aufgrund der während des Schweißvorgangs
auftretenden technischen Spannungen derart deformiert wurden, daß es oft unmöglich
war, eine zufriedenstellende Dichtung zwischen den Flanschen der Flanschverbindung
durch Spannen der Muttern an den Verbindungsbolzen zu erhalten. Es ist bekannt,
der Verformung der fixierten Schweißringe dadurch entgegenzuwirken, daß man sie
mit einer relativ breiten und tiefen Nut versieht, die an der Rückseite (und möglicherweise
auch an der Vorderseite) der Schweißringe ausgedreht ist. Durch diese Nut werden
die Schweißringe außerdem etwas federnd, was bewirkt, daß mögliche Abweichungen
von einem ebenen Verlauf der Abdichtoberflächen nach dem Schweißvorgang kompensiert
werden können, wenn die Oberflächen durch Anziehen der Muttern an den Bolzen zusammengepreßt
werden.
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Dabei wurde jedoch gefunden, daß im Falle der Flanschverbindungen,
welche lose Flanschen hinter den fixierten Schweißringen aufweisen und bei welchen
somit die Verbindung durch diese losen Flanschen durchsetzende Bolzen erfolgt, das
Vorsehen nur derartiger Nuten an der Rückseite der Schweißringe zwar eine spürbar
verbesserte, jedoch noch nicht ganz zufriedenstellende Dichtungswirkung zwischen
den Schweißringen beim Spannen der Bolzen ergab, und zwar insbesondere wenn es sich
um Rohranordnungen handelte, in welchen das strömende Medium sich unterhalb eines
bestimmten Drucks befindet. Es wurde gefunden, daß der Grund hierfür darin lag,
daß die anfänglich ebenen losen Flanschen beim Spannen der Bolzen, welche außerhalb
des Umfangs der Schweißringe angeordnet sind,
eine Form annehmen,
die etwas konisch nach unten über die Schweißringe gebogen ist, was bewirkt, daß
die losen Flanschen an der ringförmigen, jenseits der Nut in dem betreffenden Schweißring
befindlichen Kontaktfläche an der Rückseite des Schweißrings mit einem hohen Druck
aufsitzen, jedoch andererseits einen niedrigeren und möglicherweise gegen Null gehenden
Druck auf die ringförmige Kontaktfläche ausüben, welche mit Bezug auf die Nut innen
liegt. Infolge der ungleichmäßigen Druckverteilung auf die Schweißringe ergibt sich
eine nicht zufriedenstellende Dichtungswirkung beim Zusammenpressen dieser.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache
und wirksame Flanschverbindung zu schaffen, welche nicht die Nachteile der bekannten
Flanschverbindung aufweist und bei welcher sich insbesondere eine gute Dichtungswirkung
zwischen den Schweißringen ergibt.
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Diese Aufgabe wird bei einer Flanschverbindung der zur Rede stehenden
Gattung erfindungsgemäß durch die Kennzeichenmerkmale des Patentanspruchs gelöst.
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Demnach schafft die Erfindung eine gegenüber dem Stand der Technik
wesentlich verbesserte Flanschverbindung für das Aneinanderfügen von Rohranordnungen.
Ein fixierter Dichtungsflansch ist jeweils an die einander gegenüberliegenden Enden
von zwei benachbarten Rohrlängen und/oder Rohrpaßstücken angeschweißt. Jeder Dichtungsflansch
hat zwei ringförmige konzentrische Kontaktflächen an seiner Rückseite, welche durch
eine relativ tiefe und breite kreisförmige Nut in dieser Rückseite oder durch eine
Anzahl von relativ tiefen, jedoch schmalen ringf(irmigen konzentrischen Nuten voneinander
getrennt sind. Ein loser 441anscll ist jeweils auf die beiden einander gegenüberliegenden
Enden der Rohrlänge oder des Ikohrfittings hint;er dem fixierten Dichtungsflansch
aufgeföd##t, wobei die losen Flanschen einen größeren Durchmesser al tlie fixierten
Dichtungsflanschen aufweisen. Die Flanschverbindung wird mittels
Bolzen
und Muttern gespannt, welche in einer Anzahl von Durchbrüchen aufgenommen werden,
die sich in dem außerhalb des Umfangs der fixierten Dichtungsflanschen liegenden
Bereich der losen Flanschen befinden. Das Spannen der Flanschverbindung bewirkt,
daß die losen Flanschen mit den ringförmigen konzentrischen Kontaktflächen der Dichtungsflanschen
in Eingriff kommen. Die äußere dieser Kontaktflächen soll mit Bezug auf die innere
Kontaktfläche etwas niedriger liegen.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung schematisch
dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 im Querschnitt einen abgebrochenen Endabschnitt
einer Rohrlänge und einen an diese angeschweißten Schweißring von herkömmlicher
Konstruktion, Fig. 2 im Querschnitt eine erfindungsgemäße Flanschverbindung zwischen
zwei Rohrenden mit fixierten Schweißringen und hinter diesen losen Flanschen vor
dem Gegeneinanderpressen der Schweißringe, wobei die obere Hälfte der Flanschverbindung
im Querschnitt dargestellt ist, und Fig. 3 ein vergrößertes Detail eines Rohrendes
mit seinem Schweißring und seinem losen Flansch im Querschnitt zur Veranschaulichung
des Aufsitzens des losen Flansches gegen den Schweißring, wenn die Flanschverbindung
zusammengebaut ist und die Schweißringe dicht gegeneinander gepreßt gehalten werden.
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Gemäß Fig. 1 ist am Ende eines Rohrs 1 aus säure festem oder rostfreiem
Stahl ein Schweißring 2 derart angebracht, daß das Ende des Rohrs 1 nicht ganz die
plangedrehte Vorderfläche des Schweißrings 2 erreicht. Der Schweißring 2 ist mittels
zwei ringförmigen Schweißnähten 3 und 4 am Rohr 1 befestigt, von denen die eine
3 eine innere Schweißnaht rund um die Endkante des Rohrs 1 und die andere 4 eine
äußere Schweißnaht an der
Rückseite des Schweißrings 2 ist, wo das
Rohr 1 den Schweißring 2 verläßt. Die Zeichnungsfigur zeigt in gestrichelten Linien
und übertriebenem Maßstab die Verformung, welche der Schweißring 2 aufgrund der
beim Schweißen auftretenden thermischen Spannungen erleiden kann.
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Auf allgemein bekannte Weise umfaßt die in Fig. 2 gezeigte Flanschverbindung
zwischen zwei Rohrenden 1 und 5 einen Schweißring 2 bzw. 6, welcher an jedes Rohr
1 bzw. 5 ähnlich wie in Fig. 1 mittels Schweißnähten 3 und 4 (nur für die obere
Hälfte der Schweißverbindung gezeigt) derart angeschweißt ist, daß die Kante des
Rohrendes 1 bzw. 5 nicht ganz bis zur plangedrehten Vorderfläche des Schweißrings
2 bzw. 6 reicht. Ferner umfaßt die Flanschverbindung einen losen Flansch 7 bzw.
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8, welcher hinter jedem Schweißring 2 bzw. 6 angebracht ist.
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Die losen Flanschen 7 bzw. 8 weisen eine Anzahl von Bohrungen 9 bzw.
10 auf, welche außerhalb des Umfangs der Schweißringe 2 und 6 zum Durchtritt von
Spannbolzen mit Muttern angeordnet sind, durch welche die Flanschverbindung zusammengebaut
werden kann, wobei die plangedrehten Vorderflächen der Schweißringe 2 und 6 eng
miteinander im Eingriff stehen. Einer dieser Spannbolzen mit seiner zugehörigen
Mutter ist in gestrichelten Linien bei 11 gezeigt. Jeder Schweißring 2 bzw. 6 hat
eine relativ tiefe und breite ringförmige Nut 12 an seiner Rückseite, durch welche,
wie weiter oben erläutert, eine Deformation der Schweißringe 2 bzw. 6, wie sie in
Fig. 1 angedeutet ist, beim Anschweißen dieser an die Rohrenden 1 bzw. 5 vermieden
wird und die Schweißringe 2 bzw. 6 außerdem etwas federnd werden. Falls erwünscht,
kann jeder Schweißring 2 bzw. 6 mehrere relativ tiefe, jedoch schmale ringförmige
konzentrische Nuten an seiner Rückseite aufweisen. Erfindungsgemäß hat jeder Schweißring
2 bzw. 6 ferner zwei ringförmige Kontaktflächen 13 bzw. 14 für den losen Flansch
7 bzw. 8, wobei die Kontaktflächen 13 bzw. 14 durch die Nut 12 voneinander getrennt
sind und wobei die äußere Kontaktfläche 14 mit Bezug auf die innere Kontaktfläche
13 um eine kleine Entfernung tiefer liegt, welche entsprechend dem Durchmesser der
Schweißringe
2 oder 6 zwischen 0,1 und 0,4 mm variieren kann, jedoch
gewöhnlich in der Größenordnung von 0,2 mm liegt.
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Wenn die losen Flanschen 7 und 8 durch Spannen der durch die Bohrungen
9 und 10 hindurchgesteckten Bolzen 11 zusammengeklemmt werden, erfahren die losen
Flanschen 7 und 8 eine gewisse Abbiegung über die Schweißringe 2 und 6. Wenn die
beiden Kontaktflächen 13 und 14 der Schweißringe 2 und 6 miteinander fluchten würden,
würde diese Abbiegung bewirken, daß die Schweißringe 2 und 6 gegen die äußeren Kontaktflächen
14 mit einem höheren Druck zusammengepreßt werden als gegen die inneren Kontaktflächen
13, so daß eine zufriedenstellende Abdichtung zwischen den Stirnflächen der Schweißringe
2 und 6 nur über einen Teil ihrer Oberflächen erreicht werden würde.
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Dadurch, daß die äußere Kontaktfläche 14 mit Bezug auf die Kontaktfläche
13 tiefer liegt, wird jedoch der Klemmdruck wieder-verteilt, so daß eine Vergleichmäßigung
des Drucks auf die innere 13 und äußere 14 Kontaktfläche und folglich eine zufriedenstellende
Dichtung über die gesamten Stirnflächen der Schweißringe 2 und 6 erreicht iris.
Es ist wichtig, zu bemerken, daß die Höhenc fferenz zwischen den Kontaktflächen
15 und 14 nicht zu groß sein darf, da dies dazu führen würde, daß der gesamte Klemmdruck
im Grenzfall auf die inneren Kontaktflächen 13 aufgebracht wird, wodurch sich eine
geringere Dichtungswirkung ergibt.
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