DE4107652A1

DE4107652A1 - Vorrichtung zum kuppeln doppelwandiger rohrleitungen fuer fluide, insbesondere vakuumisolierte rohrleitungen fuer kryogene fluide

Info

Publication number: DE4107652A1
Application number: DE4107652A
Authority: DE
Inventors: Hans-Christian Fickel
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1991-03-09
Filing date: 1991-03-09
Publication date: 1992-09-10

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Kuppeln doppelwandiger Rohrleitungen für Fluide gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 beschriebenen Bauart.

Bei dieser als John-Cox-Kupplung bekannten Bauart tritt bei gekuppelten Rohrleitungen über den Mündungsspalt kryogenes Fluid in den Ringspalt der Kupplungskammer aus. Der Ringspalt wird bei gekuppelten Rohrleitungen verschlußseitig über mit Dichtflächen versehenen, metallenen Teilen des Kupplungsverschlusses begrenzt, die mit der freien Umgebung in Wärmeaustausch stehen. Der Kupplungsverschluß bildet somit eine Wärmebrücke zur Kupplungskammer mit der Folge der Verdampfung eines Teiles des in die Kupplungskammer ausgetretenen Fluids, wobei das Gas- bzw. Dampfpolster temperaturabhängig den Ringspalt mehr oder weniger ausfüllt. Gegenüber dem als Isoliermittel wirkenden Gas- bzw. Dampfpolster wirkt das in der Kupplungskammer den Mündungsspalt umspülende Fluid als Sperre, wobei diese hydraulische Sperre ein Vordrin gen von Dampf- bzw. Gas-Blasen über den Mündungsspalt in das über die gekuppelten Fluidleitungen fließende Fluid verhindert. In das strömende Fluid vordringende Gas- und Dampf-Blasen wirken in nachteiliger Weise temperatur erhöhend.

Aus dem vorbeschriebenen Umstand ergibt sich eindeutig, daß die bekannte Vorrichtung zum Kuppeln doppelwandiger Rohrleitungen für insbesondere kryogene Fluide zur Vermeidung des vorgenannten Nachteiles lediglich in einer im wesentlichen vertikalen Anordnung verwendbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Kupplungs-Vorrichtung derart zu verbessern, daß die Vorrichtung ohne Einspülung von Gas- und Dampfblasen in das strömende Fluid in jeder Lage und damit richtungs unabhängig verwendbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruches 1 vorgeschlagen, daß die gekuppelten Rohrleitungen über je eine elastische Dichteinrichtung im mündungsseitigen Endbereich und im kupplungsverschluß seitigen Endbereich des Ringspaltes in Verbindung stehen, wobei die mündungsseitige Dichteinrichtung zumindest in Richtung der Mündungen der Fluidleitungen als gas-/dampfdichte Sperre zwischen dem Ringspalt und dem Mündungsspalt der Kupplungskammer dient. Hinsichtlich einfachem Aufbau der Kupplungs-Vorrichtung sowie einer einfachen Handhabung der Vorrichtung kennzeichnet sich die Erfindung in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung durch die Kombination eines Radial-Dichtringes mit einem Axial-Dichtring als jeweilige Dichteinrichtung in den voneinander beabstandeten Endbereichen des Ringspaltes der gekuppelten Rohrleitungen.

Der Vorteil der Erfindung ist in der beliebig nahe dem Mündungsspalt anordbaren Gas-/Dampf-Sperre aus einer elastischen Dichteinrichtung zu sehen, wobei der im wesentlichen beim Kuppeln mit Umgebungsatmosphäre gefüllte Ringspalt unverändert der Wärmeisolierung dient. Durch die erfindungsgemäß unmittelbar dem Mündungsspalt anordbare Gas-/Dampf-Sperre wird eine Verdampfung des Fluids und damit die Einspülung von Gas-/Dampf-Blasen in das strömende Fluid unterbunden. Da somit ein aus dem Fluid gebildetes Gas-/Dampf-Polster als Isoliermittel im Ringspalt entfällt und die Gas-Dampf-Sperre eine lage unveränderbare, gesonderte Dichteinrichtung ist, kann die Kupplungs-Vorrichtung in weiterer vorteilhafter Weise völlig richtungsunabhängig Verwendung finden. Weiter ist mit der mündungsnah angeordneten, erfindungsgemäß gestal teten Gas-/Dampf-Sperre einer Kupplungs-Vorrichtung bei Rohrleitungen für kryogene Fluide der Vorteil erreicht, daß mit dem Fortfall des aus dem Fluid gebildeten Gas /Dampf-Polsters im Ringspalt eine Vereisung des Kupplungsverschlusses und angrenzender Bereiche der Rohr leitungen vermieden ist. Dies ermöglicht ferner die Ver wendung einer relativ einfachen Dichteinrichtung zum Abschluß des Ringspaltes gegenüber der freien Umgebung. Schließlich wird mit der erfindungsgemäßen Kombination einer radial wirkenden Dichteinrichtung und einer axial wirkenden Dichteinrichtung in den voneinander entfernten Endbereichen des Ringspaltes die Dichtwirkung der Kupplungs-Vorrichtung auch bei temperaturbedingt unter schiedlichen Wärmedehnungen der Kupplungsbauteile sicher aufrechterhalten.

Bevorzugte Ausgestaltungen und Anordnungen der erfin dungsgemäßen Dichteinrichtungen beschreiben die Unter ansprüche.

Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung darge stellten, bevorzugten Ausführungsbeispielen erläutert. Die in den Figuren jeweils in einem hälftigen Längs schnitt dargestellten Kupplungs-Vorrichtungen zeigen in den

Fig. 1 und 2 jeweils einen Radial-Dichtring, und in den

Fig. 3 und 4 jeweils einen Axial-Dichtring als Gas-/Dampf-Sperre.

Die Fig. 1 mit 4 zeigen jeweils eine Vorrichtung 1 zum Kuppeln doppelwandiger Rohrleitungen 2 und 3 für insbe sondere kryogene Fluide. Jede Rohrleitung 2, 3 umfaßt eine in einem äußeren Hüllrohr 4, 5 über einen der Isolierung dienenden Zwischenraum 6, 7 angeordnete Fluidleitung 8, 9. In der Rohrleitung 2 dient kupplungsseitig eine im Hüll rohr 4 angeordnete Erweiterung 10 der Fluidleitung 8 der Aufnahme der anderen Rohrleitung 3 über ihr Hüllrohr 5. Hierbei begrenzt die eingesteckte Rohrleitung 3 mit der Erweiterung 10 der aufnehmenden Rohrleitung 2 eine Kupplungskammer 11, die einen zwischen der Erweiterung 10 und dem Hüllrohr 5 der eingesteckten Rohrleitung 3 mittels einer Dichteinrichtung 12 bewirkten Ringspalt 13 sowie einen zwischen den über einen Kupplungsverschluß 14 axial beabstandet gehaltenen Mündungen 15, 16 der Fluid leitungen 8, 9 gebildeten Mündungsspalt 17 umfaßt.

Die gekuppelten Rohrleitungen 2, 3 stehen über je eine elastische Dichteinrichtung 12, 18 im mündungsseitigen Endbereich und im kupplungsverschlußseitigen Endbereich des Ringspaltes 13 in Verbindung, wobei die mündungs seitige Dichteinrichtung 12 zumindest in Richtung der Mündungen 15, 16 der Fluidleitungen 8, 9 als gas-/dampf dichte Sperre zwischen dem Ringspalt 13 und dem Mündungs spalt 17 der Kupplungskammer 11 dient. Bevorzugt für die Dichtungsanordnung in der Kupplungs-Vorrichtung 1 ist die Kombination eines radial wirkenden Dichtringes mit einem axial wirkenden Dichtring als jeweilige Dichtein richtung 12, 18 in den Endbereichen des Ringspaltes 13.

Wie aus Fig. 1 näher hervorgeht, trägt die steckkuppel bare Rohrleitung 3 in ihrem freien Endbereich einen Radial-Dichtring 19, der in einer Außenumfangsnut 20 eines zylindrischen Absatzes 21 einer das Hüllrohr 5 mit der Fluidleitung 9 verbindenden stirn- bzw. mündungs seitigen Begrenzung 21′ des Isolierzwischenraumes 7 ange ordnet ist.

Wie demgegenüber die Fig. 2 zeigt, ist die aufnehmende Rohrleitung 2 im boden- bzw. mündungsseitigen Endbereich der Erweiterung 10 mit einem Radialdichtring 22 ausge rüstet, der in einer Innenumfangsnut 23 einer topfförmi gen, den Isolierzwischenraum 6 zwischen der Erweite rung 10 und der Fluidleitung 8 abschließenden Begren zung 24 angeordnet ist.

Während die Ausführungsbeispiele der vorbeschriebenen Fig. 1 und 2 als Gas-/Dampf-Sperre jeweils einen Radial Dichtring 19, 22 aufweisen, zeigt Fig. 3 demgegenüber einen im freien Endbereich der steckkuppelbaren Rohr leitung 3 angeordneten Axial-Dichtring 25, der in einer Innenumfangsnut 26 einer topfförmigen, das Hüllrohr 5 mit der Fluidleitung 9 verbindenden Begrenzung 27 angeordnet ist. Aus der Fig. 3 geht weiter hervor, daß der Axial Dichtring 25 bei gekuppelten Rohrleitungen 2, 3 mit einem in die Erweiterung 10 vorstehenden Fortsatz 28 zusammen wirkt, der an einer die Erweiterung 10 mit der Fluid Leitung 8 verbindenden Begrenzung 29 des Isolierzwischen raumes 6 ausgebildet ist. Diese Ausgestaltung ermöglicht die Schaffung eines kleinvolumigen Mündungsspaltes 17. Schließlich kann, wie aus Fig. 4 zu entnehmen ist, die aufnehmende Rohrleitung 2 im boden- bzw. mündungsseitigen Endbereich der Erweiterung 10 mit einem Axial-Dicht ring 30 ausgerüstet sein, der in einer Innenumfangsnut 31 einer topfförmigen, die Erweiterung 10 mit der Fluid leitung 8 verbindenden Begrenzung 32 des Isolierzwischen raumes 6 angeordnet ist.

Wie die Fig. 3 und 4 ferner zeigen, kann jeder Axial Dichtring 25, 30 kupplungsverschlußseitig mit einem O-Ring 33, 34 kombiniert sein, wobei jeder der O-Ringe 33, 34 durch die Anordnung in einer Umfangs nut 35, 36 eines Kupplungsverschlußteiles 37, 38 als Radial-Dichtring wirkt.

Demgegenüber wirken die in den Fig. 1 und 2 mit den Radial-Dichtringen 19, 22 kombinierten O-Ringe 39, 40 durch ihre jeweilige Anordnung in einer Stirnnut 41, 42 eines Kupplungsverschlußteiles 43, 44 jeweils als Axial-Dicht ring.

Claims

1. Vorrichtung zum Kuppeln doppelwandiger Rohrleitungen für Fluide, insbesondere vakuumisolierte Rohr leitungen für kryogene Fluide,

- wobei jede Rohrleitung (2, 3) eine in einem äußeren Hüllrohr (4, 5) über einen der Isolierung dienenden Zwischenraum (6, 7) angeordnete Fluidleitung (8,9) umfaßt, und
- in einer Rohrleitung (2) kupplungsseitig eine im Hüllrohr (4) angeordnete Erweiterung (10) der Fluid leitung (8) der Aufnahme der anderen Rohrleitung (3) über ihr Hüllrohr (5) dient, wobei
- die eingesteckte Rohrleitung (3) mit der Erweite rung (10) der aufnehmenden Rohrleitung (2) eine Kupplungskammer (11) begrenzt, die
- einen zwischen der Erweiterung (10) und dem Hüll rohr (5) der eingesteckten Rohrleitung (3) mittels einer Dichteinrichtung (19, 22, 33, 34) bewirkten Ringspalt (13), und
- einen zwischen den über einen Kupplungsverschluß (14) axial beabstandet gehaltenen Mündungen (15, 16) der Fluidleitungen (8, 9) gebildeten Mündungsspalt (17) umfaßt, dadurch gekennzeichnet,
- daß die gekuppelten Rohrleitungen (2, 3) über je eine elastische Dichteinrichtung (12, 18) im mündungsseiti gen Endbereich und im kupplungsverschlußseitigen End bereich des Ringspaltes (13) in Verbindung stehen, wobei die mündungsseitige Dichteinrichtung (12) zumindest in Richtung der Mündungen (15, 16) der Fluidleitungen (8, 9) als gas-/dampfdichte Sperre zwischen dem Ringspalt (13) und dem Mündungs spalt (17) der Kupplungskammer (11) dient.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Kombination eines radial wirkenden Dichtringes (19, 22, 33, 34) mit einem axial wirkenden Dichtring (25, 30, 39, 40) als jeweilige Dichteinrichtung (12, 18) in den Endbereichen des Ringspaltes (13).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,

- daß die steckkuppelbare Rohrleitung (3) in ihrem freien Endbereich einen Radial-Dichtring (19) trägt,
- der ggf. in einer Außenumfangsnut (20) eines zylindrischen Absatzes (21) einer das Hüllrohr (5) mit der Fluidleitung (9) verbindenden stirn- bzw. mündungsseitigen Begrenzung (21′) des Isolier Zwischenraumes (7) angeordnet ist (Fig. 1).

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,

- daß die aufnehmende Rohrleitung (2) im boden- bzw. mündungsseitigen Endbereich der Erweiterung 10 mit einem Radial-Dichtring (22) ausgerüstet ist,
- der ggf. in einer Innenumfangsnut (23) einer topf förmigen, den Isolier-Zwischenraum (6) zwischen der Erweiterung (10) und der Fluidleitung (8) ab schließenden Begrenzung (24) angeordnet ist (Fig. 2).

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,

- daß die steckkuppelbare Rohrleitung (3) in ihrem freien Endbereich einen AIial-Dichtring (25) trägt,
- der ggf. in einer Innenumfangsnut (26) einer topf förmigen, das Hüllrohr (5) mit der Fluidleitung (9) verbindenden Begrenzung (27) angeordnet ist (Fig. 3).

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

- daß der Axial-Dichtring (25) bei gekuppelten Rohr leitungen (2, 3) mit einem in die Erweiterung (10) vorstehenden Fortsatz (28) zusammenwirkt,
- der an einer die Erweiterung (10) mit der Fluid leitung (8) verbindenden Begrenzung (29) des Isolier Zwischenraumes (6) ausgebildet ist (Fig. 3).

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,

- daß die aufnehmende Rohrleitung (2) im boden- bzw. mündungsseitigen Endbereich der Erweiterung (10) mit einem Axial-Dichtring (30) ausgerüstet ist,
- der ggf. in einer Innenumfangsnut (31) einer topf förmigen, die Erweiterung (10) mit der Fluid leitung (8) verbindenden Begrenzung (32) des Isolier zwischenraumes (6) angeordnet ist (Fig. 4).

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1, 2 und 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet,

- daß ein kupplungsverschlußseitig vorgesehener Radial Dichtring als O-Ring (33, 34) gestaltet ist, der
- in einer Umfangsnut (35, 36) eines Kupplungs verschlußteiles (37, 38) angeordnet ist (Fig. 3, 4).

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1, 2 und 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,

- daß ein kupplungsverschlußseitig vorgesehener Axial Dichtring als O-Ring (39, 40) gestaltet ist, der
- in einer Stirnnut (41, 42) eines Kupplungsverschluß teiles (43, 44) angeordnet ist (Fig. 1, 2).