DE2829640B2

DE2829640B2 - Mehrwandiger Hochdruckbehälter mit unter Zwischendruck stehendem Zwischenraum

Info

Publication number: DE2829640B2
Application number: DE19782829640
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl.-Ing. 5820 Gevelsberg Solmecke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-07-06
Filing date: 1978-07-06
Publication date: 1980-05-08
Also published as: DE2829640A1; DE2829640C3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen mehrwandigen Hochdruckbehälter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Solche Hochdruckbehälter werden z. B. in der chemischen und pulververarbehenden Industrie dann eingesetzt, wenn etwa einwandige und damit dickwandige Behälter wegen ungleichmäßiger Werkstoffeigenschaften oder zu großer Spannungen über der Behälterwand nicht mehr verwendet werden können, wenn Schrumpfbehälter fertigungstechnisch Schwierigkeiten bereiten oder zu teuer werden oder wenn Mehrlagen- oder Wickelbehälter zu schwer und zu teuer werden oder nach den Ahnahmevorschriften außerhalb des zugelassenen Durchmesserverhältnisses D^aiciJD_1n „cn < 1,5 liegen.

Solche mehrwandigen Hochdruckbehälter mit unter Zwischendruck stehendem Zwischenraum werden z. B. als Druckflaschen zum Abpressen von Hochdruckarmaturen, als Behälter für das isostatische Pressen oder als Reaktionsbehälter für die Ammoniaksynthese oder die Herstellung von Hochdruckpolyäthylen eingesetzt. Dabei können im Hochdruckbehälter Drücke von über 4000 bar und Temperaturen von über 100⁰C herrschen.

Der Zwischendruck im Zwischenraum eines Hochdruckbehälters erbringt eine Verminderung des in Richtung Bersten des Behälters auf die Wände wirkenden Druckunterschiedes. Durch die Verwendung eines entsprechenden Vordruckes lassen sich Gewichtseinsparungen von bis zu 50% erzielen.

Angestrebt wird eine möglichst gleichmäßige Spannungsverteilung über der Behälterwand; diese läßt sich nach dem Stand der Technik durch eine Füllung des Zwischenraumes mit Flüssigkeit oder Gas erreichen, da hier ein gleichmäßiger Vordruck im gesamten Zwischenraum ohne weiteres herstellbar ist (s. hierzu »Festigkeit im Apparate- und Anlagenbau« von E. Klapp, Werner-Verlag, Düsseldorf, S. 253-255).

Die erforderliche gleichmäßige Spannungsverteilung über der Behälterwand läßt sich bei einer Füllung des Zwischenraumes mit festen Stoffen nicht erreichen, weil vor aüem über die Länge des Zwischenraumes wegen innerer Reibung und Reibung an den Wänden ein gleichmäßiger Vordruck nicht erzeugbar ist.

Bei der Verwendung von Flüssigkeit ode~ Gas als Druckübertragungsmittel im Zwischenraum besteht die Gefahr, daß schon bei kleinsten Undichtheiten, die z. B. an Dichtungen oder an Haarrissen der Außenwand auftreten können, der Vordruck abgebaut wird, was zum Bersten des Behälters führen kann.

Fs ist Aufgabe der Erfindung, einen mehrwandigen Hochdruckbehälter mit einem unter Vordruck stehenden Druckübertragungsmittel in jedem Raum zwischen den Wänden so zu verbessern, daß kleinere Undichtheiten, z. B. an Dichtungen oder an Haarrissen der Außenwand, keinen nennenswerten Druckabbau im Zwischenraum bewirken.

Diese Aufgabe wird alternativ gemäß den Merkmalen in den Ansprüchen 1,2 oder 3 gelöst.

Auf dem Markt ist ein Kunststoff zur hydraulischen Druckübertragung, der sich etwa wie eine Flüssigkeit verhält, wenn er einem entsprechenden Druck ausgesetzt wird. Dieser Kunststoff läßt sich über die gesamte Länge des Zwischenraumes gleichmäßig unter Druck setzen und ermöglichen so eine gleichmäßige Spannungsverteilung über die Behälterwände. Im Gegensat/ zu einer Flüssigkeit und in noch größerem Gegensat/, zu Gas, welches dazu noch komprcssibel ist, entweicht dieser Kunststoff bei kleineren Undichtheiten an Dichtungen oder Harrissen nicht in nennenswertem Ausmaß; dadurch bleibt der Zwischendruck im Zwischenraum erhalten und die Sicherheit des Hochdruckbehälters gewährleistet.

An die Stelle des genannten Kunststoffes können auch Metalle oder ein eutektisches Salz treten, das im festen Zustand ein größeres Volumen als im flüssigen Zustand hat. Das flüssige Volumen im Zwischenraum erzeugt beim Erstarren einen Zwischendruck, der sich, wie erwünscht, gleichmäßig radial auswirkt. Dieser Zwischendruck kann dadurch auf die erwünschte Höhe gebracht werden, daß der den Zwischenraum abdichtende Deckel bzw. die einschraubbaren Deckel in eine besonders berechnete bzw. versuchsmäßig ermittelte Stellung gebracht wird.

An die Stelle des Kunststoffes können schließlich auch feste oder aufgeschmolzene Stoffe mil der besonderen Eigenschaft treten, die bei Erwärmung eine etwa doppelt so große Ausdehnung wie die Stahlmäntel haben. Deshalb erzeugt das fest eingespannte Volumen im Zwischenraum bei Erwärmung einen Zwischendruck, der sich wie erwünscht gleichmäßig radial auswirkt. Dieser Zwischendruck kann wieder dadurch auf die erwünschte Höhe gebracht werden, daß der den Zwischenraum abdichtende Deckel bzw. die einschraubbaren Deckel in eine besonders berechnete bzw. versuchsmäßig ermittelte Stellung gebracht werden.

Die Erfindung wird nun mit mehreren Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung erläutert; dabei zeigt

A b b. 1 einen Teillängsschnitt eines doppelwandigen Hochdruckbehälters mit stirnseitigein Deckel,

Abb. la desgleichen, jedoch mit einer anderen Möglichkeit der Zwischendruckerzeugung im Zwischenraum, und

Abb. 2 einen Teillängsschnitt eines vierwandigen

Hochdruckbehälters mit unterteiltem stirnseitigem Deckel.

Gemäß A b b. 1 umschließt ein Kernrohr 1 den Innenraum 7 eines doppelwandigen Hochdruckbehälters. Ein Deckel 8 begrenzt den Innenraum axial und ι dichtet ihn mittels eines am Kernrohr anliegenden konischen Ansatzes 8' nach außen hin ab. Ein das Kernrohr mit gleichem Abstand umhüllendes Mantelrohr 2 bildet einen ringförmigen Zwischenraum 3, der mit Kuny'stoff derartiger Zusammensetzung gefüllt ist, κι daß er bei den vorgesehenen Werten von Druck und Temperatur (z. B. bei 4000 bar und 100⁰C) im Zwischenraum derart thermoelastisch ist. daß er auf ihn einwirkende Kräfte oder Drücke wenigstens näherungsweise wie eine Flüssigkeil überträgt. Auf einen r> diesen Zwischenraum axial abdichtenden Ring 4 wirken zur Erzeugung des erwünschten Zwischendruckes im Deckel eingesetzte Schrauben 5 ein. Der Deckel ist mit dem Mantelrohr axial zusammengespjnnt und so bemessen, daß die Drücke im Innenraum und im _·ο Zwischenraum aufgenommen weiden können.

Gemäß Abb. la ist der Hochdruckbehälter so abgeändert, daß der den mit Kunststoff gefüllten ringförmigen Zwischenraum 3./ abdichtende Ring 4./ mit einem Innengewinde versehen ist, das zur Erzeugung j. des erwünschten Zwischendruckes mit einem entsprechenden Gewindeansat/. im Kernrohr \;ι / isammenwirkt. Hier nimmt der mit dem Mantelrohr /i;sanimengespannte Deckel &i nur den Druck im Innenraum 7;j auf.

Gemäß Abb.2 umschließt ein Kernrohr Γ den Innenruum 7' eines vierwundigen Hochdruckbehälter. Ein das Kernrohr mit gleichem Abstand umhüllendes Zwischenrohr 9 bildet einen ringförmigen Zwischenraum 3' und ein weiterhin mit Abstand umhüllendes Zwischenrohr 9' einen weiteren rirgförmigen Zwischenraum 3". Schließlich bildet ein mit Abstand umhüllendes Mantelrohr 2' noch einen ringförmigen Zwischenraum 3'". Diese Zwischenräume sind mit Kunststoff gefüllt und stehen unter jeweils verschiedenem Zwischendruck, und zwar ist dieser in den äußeren Zwischenräumen jeweils stufenweise geringer.

|e ein Deckel 10, II, 12 ist mittels eines Außengewindes in das Mantelrohr bzw. in die Zwischenrohre so eingeschraubt, daß ein axialer Abstand verbleibt. Diese Deckel wirken zur Erzeugung des erwünschten Zwischendruckes auf je einen ringförmigen Zwischenraun) abdichtenden Ring 13, 14, 15 ein. Die Deckel weisen je ein zylindrisches Ansatzstück 10', 11 bzw. einen zylindrischen Ansatz 12' auf, die kon/.emrisch ineinander angeordnet und gegeneinander radial abgedichtet sind.

Die Verstellung des Zwischendruckes kann du-eh eine selbsttätig wirkende Vorrichtung während aes Betriebes vorgenommen werden. .

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Mehrwandiger Hochdruckbehälter mit einem unter Zwischendruck stehenden Druckübertragungsmittel in jedem Raum zwischen den Wänden, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckübertragungsmittel ein gießbarer Kunststoff ist, der durch mechanische, hydraulische oder pneumatische Mittel unter Druck gesetzt, im festen Zustand sich wie eine Flüssigkeit verhält.

2. Mehrwandiger Hochdruckbehälter mit einem unter Zwischendruck stehenden Druckübertragungsmittel in jedem Raum zwischen den Wänden, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckübertragungsmittel Antimon, Wismut, Gallium oder ein cutektisches Salz ist, das in aufgeschmolzenem Zustand eingefüllt wird und beim Erstarren sein Volumen vergrößert.

3. Mehrwandiger Hochdruckbehälter mit einem unter Zwischendruck stehenden Druckübertragungsmittel in jedem Raum zwischen den Wänden, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckübertragungsmittel Zn, Sn, Al oder Pb ist, das in festem oder aufgeschmolzenem Zustand eingefüllt wird und nach Erkalten und Abdichten einer Betriebstemperatur ausgesetzt wird, die die Temperatur des crkal'etcn Druckübertragungsmittels übersteigt.

4. Mehrwandiger Hochdruckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischendruck einstellbar ist.