DE4219442C1 - Releasable pressure-tight coupler for high-pressure pipelines - is sealed by rings of different sizes in grooves of curved and plane faces of insert - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum lösbaren und druckdichten Verbinden der Enden von Hochdruckleitungsrohren, deren Mittelachsen unter einem bestimmten Winkel zueinander einstellbar sind.

In der DE-PS 26 35 269 ist eine Vorrichtung zum Verbinden von nicht miteinander fluchtenden Rohrenden für den Einsatz unter Wasser beschrieben. Das Ende des einen Rohres ist mit einem sogenannten Kugelkopf verbunden, der von einem Gehäuse mit kugelförmig ausgebildeter Innenfläche aufgenommen wird, das mit dem Ende des anderen Rohres verbunden ist. Über eine Vielzahl im Gehäuse ringsum angeordneter Klemmelemente, die radial nach innen bewegbar sind, wird bei ausgefahrener Position der Klemmelemente durch Andrücken der Klemmelemente an den Kugelkopf ein fester Druckkontakt mit dem Gehäuse hergestellt und der Kugelkopf blockiert, während in der zurückgezogenen Position der Klemmelemente eine freie und unbehinderte Aufnahme des Kugelkopfes in das Gehäuse ermöglicht wird. Das Ausfahren der Klemmelemente erfolgt über die axiale Bewegung eines Kreisringes beim Verschrauben mit dem Gehäuse. In der ausgefahrenen Position müssen die Klemmelemente gegen ungewolltes Lösen zusätzlich noch verklemmt werden. Diese bekannte Kupplungsvorrichtung zur Schaffung einer Fluidabdichtung ist relativ aufwendig und kompliziert und läßt sich in radialer Richtung nicht lösen.

Weniger aufwendig und kompliziert stellt sich der Aufbau eines in der DE-OS 27 37 621 beschriebenen Kugelgelenks zum Verbinden von zwei Rohrstücken einer Druckleitung, insbesondere für Wasserkraftanlagen, dar. Das Kugelgelenk zwischen den beiden Rohrstücken wird dadurch gebildet, daß das eine Rohrstück sich in einen Hohlkugelabschnitt erweitert und das andere Rohrstück eine konkave und eine konvexe Kugelabschnittsfläche aufweist, zwischen die der Hohlkugelabschnitt greift. Bei bevorzugter Ausführung liegen die beiden Kugelabschnittsflächen auf von dem Rohrstück lösbaren Ringen, die über eine Schraubverbindung mit einem an dem Rohrstück angeordneten Flansch verbunden und zusammengehalten werden. Nachteilig ist, daß die bekannte Vorrichtung sich zum Abdichten bei sehr hohen Drücken nicht eignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs bereitzustellen, die aus einfach herzustellenden Teilen besteht, leicht montierbar ist und sich für sehr hohe Drücke eignet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das eine Rohr an seinem Ende mit einem Flansch und das andere Rohr an seinem Ende mit einem kalottenförmigen Dichtungselement fest verbunden sind, wobei der Flansch sich dichtungsseitig zu einem Gehäuse mit kalottenförmig ausgebildeter Innenfläche zur paßgenauen Aufnahme eines zugeordneten, lösbaren, kalottenförmigen Dichtungselementes aufweitet, das von der Stirnfläche des Flansches her in axialer Richtung in das Gehäuse des Flansches einführbar, an dessen Innenfläche gleitend beweglich ist und radial umlaufende Dichtungsringe aufweist, die eine Abdichtung des Rohrinneren an der Innenfläche des Flansches sowie an der Stirnfläche des anderen spiegelbildlich angeordneten Dichtungselementes schaffen, daß diesem Dichtungselement ein äußerer Kreisring zugeordnet ist, der eine kalottenförmig ausgebildete Innenfläche zur paßgenauen Aufnahme dieses Dichtungselementes aufweist und vom Ende des zweiten Rohres her in axialer Richtung uber das Dichtungselement schiebbar ist, so daß das Dichtungselement an dessen Innenfläche gleitend beweglich ist, daß die kalottenförmig ausgebildete Innenfläche des Kreisringes am rohrseitigen Ende eine radial umlaufende Aussparung aufweist, die die Beweglichkeit der Dichtungselemente innerhalb des Flansches und des Kreisringes um den gemeinsamen Drehpunkt M gewährleistet, und daß der Kreisring seinerseits mit dem Flansch verschraubbar ist.

Es erweist sich für die Montage als sehr zweckmäßig, wenn außen an der Stirnfläche des lösbaren Dichtungselementes eine radial umlaufende Aussparung für einen Sicherungsring vorgesehen ist, der teilweise in einer Ringnut des Flansches eingebettet ist und teilweise in die Aussparung ragt und ein Herausfallen des Dichtungselementes aus dem Flansch verhindert, daß außen an der Stirnfläche des anderen Dichtungselementes spiegelbildlich eine weitere Aussparung vorgesehen ist, und daß beide Aussparungen die Beweglichkeit der Dichtungselemente gegenüber dem Sicherungsring gewährleisten.

Für die Abdichtung des Rohrinneren gegen die Umgebung ist von Vorteil, daß der Durchmesser d₁ des Dichtungsringes des lösbaren Dichtungselementes größer ist als der Durchmesser d₂ des in der Stirnseite angeordneten Dichtungsringes.

Außerdem ist es vorteilhaft, daß das im Kreisring angeordnete Dichtungselement Dichtungsringe aufweist, die eine Abdichtung des Rohrinneren an der Innenfläche des Kreisringes schaffen.

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß der Krümmungsradius r₁ des lösbaren Dichtungselementes kleiner ist als der Krümmungsradius r₂ des anderen Dichtungselementes, und daß beide Krümmungsradien r₁, r₂ einen gemeinsamen Ursprung haben, der der Drehpunkt M der Dichtungselemente ist.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß eine Vorrichtung geschaffen wurde, die einen einfachen und übersichtlichen Aufbau zeigt, radial montier- und demontierbar ist, und sich für den Einsatz bei sehr hohen Drücken von 250 bis 400 bar, beispielsweise in der Offshore-Technik, eignet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von zwei Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt sind, näher beschrieben.

Es zeigt

Fig. 1 einan axialen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 einan axialen Schnitt durch ein anderes Ausführungsbeispiel der erfingungsgemäßen Vorrichtung und

Fig. 3 einen axialen Schnitt durch die wesentlichen Einzelteile des in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiels.

Fig. 1 und Fig. 2 zeigen jeweils einen axialen Schnitt durch zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum lösbaren und druckdichten Verbinden der Enden von zwei Hochdruckleitungsrohren 1, 2. Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel ist eine zweckmäßige Weiterbildung der in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsform der Erfindung. Wie aus einem Vergleich der beiden Darstellungen leicht erkennbar ist, liegt der Unterschied der erfindungsgemäßen Vorrichtungen in der Größe der Krümmungsradien r₁, r₂ der beiden mit 5 und 6 bezeichneten Dichtungselemente. Während bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung die Dichtungselemente 5, 6 gleich große Krümmungsradien r₁ aufweisen, ist der Krümmungsradius r₁ des linken Dichtungselements 5 der Vorrichtung in Fig. 2 kleiner als der Krümmungsradius r₂ des rechten Dichtungselementes 6.

Dies hat zur Folge, daß eine bessere Krafteinleitung und eine optimale Flächenpressung zwischen Dichtungselement 5 und Gehäuse des Flansches 3 erzielt wird.

Bei der weiteren Beschreibung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird deshalb auf die Fig. 2 und 3 Bezug genommen, da die folgenden Ausführungen unter Einschränkung des oben Gesagten auch für die Fig. 1 gelten.

Fig. 3 zeigt eine Schnittdarstellung der wesentlichen Einzelteile, aus denen sich die erfindungsgemäße Vorrichtung zusammensetzt. Die Vorrichtung besteht demgemäß, von oben nach unten gesehen, aus einem am Ende eines Hochdruckleitungsrohres 1 in geeigneter, nicht dargestellter Weise befestigten Flansch 3, der sich dichtungsseitig zu einem Gehäuse mit kalottenförmig ausgebildeter Innenfläche 7 aufweitet, aus einem dem Flansch 3 zugeordneten, lösbaren, kalottenförmigen Dichtungselement 5, an dessen Stirnfläche 13 sich ein weiteres, kalottenförmiges Dichtungselement 6 spiegelbildlich anschließt, das mit dem Ende des zweiten Hochdruckleitungsrohres 2 fest verbunden ist und aus einem von dem Rohr 2 her über das Dichtungselement 6 schiebbaren Kreisring 4 mit kalottenförmig ausgebildeter Innenfläche 8.

Weiterhin sind noch verschiedene Dichtungsringe 15, 16, 20, sowie ein Sicherungsring 18 und eine Schraubverbindung 24 vorgesehen, wobei die Dichtungsringe 20 eine schwimmende Lagerung der Rohrverbindungen ermöglichen.

Die Dichtungsringe 15, 16 sind in der kalottenförmigen Oberfläche sowie in der Stirnfläche 13 des Dichtungselementes 5 radial umlaufend angeordnet und schaffen nach der Montage der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei Einsatz des Druckmediums in den Hochdruckleitungsrohren 1, 2 eine Druckabdichtung zwischen dem Rohrinneren und der Innenfläche 7 des Flansches 3 sowie der Stirnfläche 14 des anderen Dichtungselementes 6 und damit eine druckdichte Verbindung gegenüber der Umgebung. Wie in Fig. 1, 2 und 3 dargestellt, ist der Durchmesser d₁ des Dichtungsringes 15 des Dichtungselementes 5 stets größer als der Durchmesser d₂ des stirnseitigen Dichtungsringes 16.

Durch diese Maßnahme wird durch das Druckmedium ein Differenzdruck erzeugt, der das Dichtungselement 5 gegen die Stirnfläche 14 des anderen Dichtungselementes 6 drückt und somit die Druckabdichtung des Dichtungsringes 16 erhöht. Außerdem ist bei Bedarf die Möglichkeit gegeben, in dem Dichtungselement 6 ebenfalls radial umlaufende Dichtungsringe 20 vorzusehen, die eine weitere Abdichtung an der Innenfläche 8 des Kreisringes 4 gestatten, wobei eine Bohrung 25 den Rohrinnendruck zweckmäßigerweise zwischen die beiden Dichtungsringe 20 leitet. Dadurch kann der axiale Anpreßdruck des Dichtungselementes 6 gegen den Kreisring 4 vermindert oder ganz aufgehoben werden.

Zur Montage der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird das Dichtungselement 5 von der Stirnseite 9 des Flansches 3 her in axialer Richtung 11 in den Flansch 3 eingeführt und durch einen Sicherungsring 18 (Federring), der teilweise in einer Ringnut 19 des Flansches 3 eingebettet ist und teilweise in eine radial umlaufende Aussparung 17 des Dichtungselementes 5 ragt, in seiner Position gehalten und am Herausfallen gehindert. Dann wird der das zweite Hochdruckleitungsrohr 2 lose umschließende Kreisring 4 in axialer Richtung 11 über das fest mit dem Rohr 2 verbundene Dichtungselement 6 geschoben, so daß die kalottenförmig ausgebildete Innenfläche 8 des Kreisringes 4 an der kalottenförmigen Oberfläche des Dichtungselementes 6 anliegt. Nach Ausrichten der beiden Rohre 1, 2 wird der Kreisring 4 mittels der Schraubverbindung 24 mit dem Flansch 3 verschraubt. Fig. 2 zeigt eine Schnittdarstellung einer Vorrichtung gemäß der Erfindung nach der Montage.

Beim Ausrichten und Abwinkeln der beiden Rohre 1, 2 zueinander führen die mit ihren Stirnflächen 13, 14 fest aneinander liegenden Dichtungselemente 5, 6 Drehbewegungen um den gemeinsamen auf der Mittelachse liegenden Drehpunkt M aus, wobei die Dichtungselemente 5, 6 mit ihren kalottenförmigen Oberflächen an den zugeordneten kalottenförmig ausgebildeten Innenflächen 7, 8 des Flansches 3 und des Kreisringes 4 je nach Drehsinn in den angegebenen Pfeilrichtungen 22, 23 entlanggleiten.

Die Beweglichkeit der beiden Dichtungselemente 5, 6 wird durch die Aussparung 17 in dem losbaren Dichtungselement 5, durch eine zugeordnete radial umlaufende Aussparung 21 in dem anderen Dichtungselement 6 sowie durch eine radial umlaufende Aussparung 12 am rohrseitigen Ende der kalottenförmig ausgebildeten Innenfläche 8 des Kreisringes 4 gewährleistet. Die Aussparungen 17, 21 dienen bei der Bewegung der Dichtungselemente 5, 6 zur Aufnahme des radial innen liegenden Teilstückes des Sicherungsringes 18, während die Aussparung 12 im Kreisring 4 den notwendigen Raum für die Bewegung des mit dem Dichtungselement 6 fest verbundenen Hochdruckleitungsrohres 2 sichert.

Aufgrund des achsensymmetrischen Aufbaues der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist auch eine Drehung der Rohre 1, 2 einzeln, gemeinsam oder gegenläufig um die Mittelachsen 11, 11a der Rohre 1, 2 möglich. Nach Lösen der Verschraubung 24 sind die beiden Teilstücke der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bestehend aus dem Hochdruckleitungsrohr 1 mit Flansch 3 und Dichtungselement 5 auf der einen Seite und aus dem Hochdruckleitungsrohr 2 mit Dichtungselement 6 und Kreisring 4 auf der anderen Seite, entlang den Stirnflächen 13, 14 der Dichtungselemente 5, 6 radial nach außen bewegbar; das ist sowohl für die Demontage als auch für die Montage von Hochdruckleitungsrohren 1, 2 besonders vorteilhaft, da kein Platzbedarf in Richtung der Mittelachsen 11, 11a erforderlich ist.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum lösbaren und druckdichten Verbinden der Enden von zwei Hochdruckleitungsrohren, deren Mittelachsen unter einem bestimmten Winkel zueinander einstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Rohr (1) an seinem Ende mit einem Flansch (3) und das andere Rohr (2) an seinem Ende mit einem kalottenförmigen Dichtungselement (6) fest verbunden sind, wobei der Flansch (3) sich dichtungsseitig zu einem Gehäuse mit kalottenförmig ausgebildeter Innenfläche (7) zur paßgenauen Aufnahme eines zugeordneten, lösbaren, kalottenförmigen Dichtungselementes (5) aufweitet, das von der Stirnfläche (9) des Flansches (3) her in axialer Richtung (11) in däs Gehäuse des Flansches (3) einführbar, an dessen Innenfläche (7) gleitend beweglich ist und radial umlaufende Dichtungsringe (15, 16) aufweist, die eine Abdichtung des Rohrinneren an der Innenfläche (7) des Flansches (3) sowie an der Stirnfläche (14) des anderen spiegelbildlich angeordneten Dichtungselementes (6) schaffen, daß diesem Dichtungselement (6) ein äußerer Kreisring (4) zugeordnet ist, der eine kalottenförmig ausgebildete Innenfläche (8) zur paßgenauen Aufnahme dieses Dichtungselementes (6) aufweist und vom Ende des zweiten Rohres (2) her in axialer Richtung (11) über das Dichtungselement (6) schiebbar ist, so daß das Dichtungselement (6) an dessen Innenfläche (8) gleitend beweglich ist, daß die kalottenförmig ausgebildete Innenfläche (8) des Kreisringes (4) am rohrseitigen Ende eine radial umlaufende Aussparung (12) aufweist, die die Beweglichkeit der Dichtungselemente (5, 6) innerhalb des Flansches (3) und des Kreisringes (4) um den gemeinsamen Drehpunkt M gewährleistet, und daß der Kreisring (4) seinerseits mit dem Flansch (3) verschraubbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß außen an der Stirnfläche (13) des lösbaren Dichtungselementes (5) eine radial umlaufende Aussparung (17) für einen Sicherungsring (18) vorgesehen ist, der teilweise in einer Ringnut (19) des Flansches (3) eingebettet ist und teilweise in die Aussparung (17) ragt und ein Herausfallen des Dichtungselementes (5) aus dem Flansch (3) verhindert, daß außen an der Stirnfläche (14) des anderen Dichtungselementes (6) spiegelbildlich eine weitere Aussparung (21) vorgesehen ist, und daß beide Aussparungen (17, 21) die Beweglichkeit der Dichtungselemente (5, 6) gegenüber dem Sicherungsring (18) gewährleisten.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser (d₁) des Dichtungsringes (15) des lösbaren Dichtungselementes (5) größer ist als der Durchmesser (d₂) des in der Stirnseite (13) angeordneten Dichtungsringes (16).

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das im Kreisring (4) angeordnete Dichtungselement (6) Dichtungsringe (20) aufweist, die eine Abdichtung des Rohrinneren an der Innenfläche (8) des Kreisringes (4) schaffen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius (r₁) des lösbaren Dichtungselementes (5) kleiner ist als der Krümmungsradius (r₂) des anderen Dichtungselementes (8), und daß beide Krümmungsradien (r₁, r₂) einen gemeinsamen Ursprung haben, der der Drehpunkt M der Dichtungselemente (5, 6) ist.