DE4316926A1

DE4316926A1 - High pressure sealing arrangement between two metal pipe flanges - has sealing ring comprising filler band between thinner outer ring and thicker inner ring to absorb forces as tension screw collars deform

Info

Publication number: DE4316926A1
Application number: DE4316926A
Authority: DE
Inventors: Hans-J Tueckmantel
Original assignee: Kempchen and Co GmbH
Current assignee: Kempchen and Co GmbH
Priority date: 1992-07-04
Filing date: 1993-05-20
Publication date: 1994-01-05
Anticipated expiration: 2013-05-21
Also published as: DE4316926C2; DE9208986U1

Abstract

The flanges (1) have on the inside sealing strips (3) moulded onto the tension screw collars (4) so that the latter can be deformed more easily than the flanges under the sealing force. The sealing ring is set near the sealing strips and comprises an inner steel ring (7) of thickness D, a spiral sealing ring (8) of metal band and a filler band of sealing material which projects axially over the inner ring before installation. The outer steel ring (9) is thinner (d) than the inner ring. ADVANTAGE- The sealing function is safeguarded against excessive tightening forces.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochdruckdichtungsanordnung zwischen zwei metallischen Flanschen einer Rohrleitung oder eines Druckbe hälters, die jeweils einen äußeren Spannschraubenbund mit Spann schraubenausnehmungen und darin eingesetzte, in axialer Richtung an geordnete Spannschrauben sowie zwischen den Flanschen ein Dichtungsringaggregat aufweisen. - Das Dichtungsringaggregat be steht üblicherweise aus einem Außenring aus Stahl, einem Spiral dichtungsring und einem Innenring aus Stahl. - Der Spiraldich tungsring besitzt im allgemeinen eine Mehrzahl von Spiralwindungen aus einem metallischen Band und dem dazwischen angeordneten Füllstoffband, die dicht an dicht gewickelt sind. Dabei ist es üblich, im Außenbereich des Spiraldichtungsringes und/oder im Innenbereich des Spiraldichtungsringes das metallische Band Metall auf Metall zu wickeln, das Füllstoffband in diesen Bereich also fehlen zu lassen. Im nichteingebauten Zustand überragt das Füll stoffband das metallische Band zumeist um einige zehntel Millimeter.The invention relates to a high pressure seal arrangement between two metallic flanges of a pipeline or a pressure vessel halters, each with an outer clamping screw collar with clamping screw recesses and inserted therein, in the axial direction orderly clamping screws and between the flanges Have sealing ring assembly. - The sealing ring assembly be usually consists of an outer ring made of steel, a spiral sealing ring and an inner ring made of steel. - The spiral dike tion ring generally has a plurality of spiral turns from a metallic band and the one in between Filler tape that is wrapped close together. It is usual, in the outer area of the spiral sealing ring and / or in The inside of the spiral sealing ring is the metallic band metal to wrap on metal, so the filler tape in this area to be missing. In the non-installed state, the fill protrudes fabric tape the metallic tape mostly by a few tenths of a millimeter.

Bei der aus der Praxis bekannten Dichtungsanordnung des be schriebenen Aufbaus und der beschriebenen Zweckbestimmung, von dem die Erfindung ausgeht, besitzen die Flansche innenseitig im Anschluß an den Spannschraubenbund angeformte Dichtleisten, die dazu dienen, eine definierte Dichtflächenpressung zu erzeugen, aber auch das Flächenträgheitsmoment der Flansche in diesem Bereich erhöhen. Der Innenring und der Außenring sind gleich dick. Das hat zur Folge, daß die Dichtkraft sehr sorgfältig aufgebracht werden muß. Insbesondere muß darauf geachtet werden, daß die Dichtleisten den Außenring nicht störend einspannen. Werden inso weit die aus der konstruktiven Gestaltung der Dichtungsanordnung insgesamt resultierenden Vorschriften für die Anzugskraft der Spannschrauben nicht eingehalten, so hat das zur Folge, daß beim Aufbringen der Dichtkraft nicht mehr lediglich der Spiraldichtungs ring die beschriebene Kompression erfährt, sondern auch der Außen ring eingespannt wird und die Anzugskräfte der Spannschrauben um den Außenring oder dessen Außenkante ein Moment erzeugen, welches die Flansche zumindest im Bereich des Spannschraubenbundes ver formt. Insoweit ist bei der bekannten Ausführungsform der Außen ring das Bauteil, dem eine besondere Sicherheitsfunktion zukommt. Bei zu hohen Anzugskräften wird die Dichtungsfunktion des Spiral dichtungsringes beeinträchtigt. Schon bei gering zu hohen Anzugs kräften kann eine erhebliche Beeinträchtigung der Dichtungsfunktion eintreten. Dem Innenring kommt insoweit bei den bekannten Aus führungsformen nur eine untergeordnete Bedeutung zu.In the known from practice sealing arrangement of be written structure and the intended purpose described, by which is based on the invention, the flanges have inside Connection to the clamping screw collar molded sealing strips, the serve to generate a defined sealing surface pressure, however also the area moment of inertia of the flanges in this area increase. The inner ring and the outer ring are the same thickness. The has the consequence that the sealing force is applied very carefully must become. In particular, care must be taken to ensure that the Do not clamp sealing strips in the outer ring. Inso far from the constructive design of the sealing arrangement overall resulting regulations for the tightening force of the Clamping screws not adhered to, this means that when Applying the sealing force no longer just the spiral seal ring experiences the compression described, but also the outside ring is clamped and the tightening forces of the clamping screws around the outer ring or its outer edge generate a moment which ver the flanges at least in the area of the clamping screw collar forms. In this respect, the outside is in the known embodiment ring the component that has a special safety function. If the tightening forces are too high, the sealing function of the spiral sealing ring impaired. Even if the suit is too low forces can significantly impair the sealing function enter. The inner ring comes out of the known ones leadership forms only of minor importance.

Bei einer ähnlichen Hochdruckdichtungsanordnung (DE-PS 9 27 359), bei der jedoch Dichtleisten nicht vorgesehen sind, besitzt der Außenring eine gegenüber der Dicke des Innenrings ein wenig reduzierte Dicke, Reduktionsfaktor größer als 0,7. Der Innenring besitzt zum Spiraldichtungsring hin eine im Axialschnitt firstförmige Kontur. Der Spiraldichtungsring besitzt eine zugeordnete Rinne, deren Basiswinkel wesentlich größer ist als der Winkel an der Spitze der firstförmigen Kontur. Auf diese Weise sollen zwischen den Flanschen Freiräume gebildet werden, in die das unter Hochdruck stehende Medium, gegen das abzudichten ist, sich entspannen kann. Daß an den Flanschen unter dem Einfluß der Dichtkraft Verfor mungen auftreten, wird nicht berücksichtigt.In a similar high-pressure seal arrangement (DE-PS 9 27 359), in which, however, sealing strips are not provided, the Outer ring a little compared to the thickness of the inner ring reduced thickness, reduction factor greater than 0.7. The inner ring has a ridge-shaped in axial section towards the spiral sealing ring Contour. The spiral sealing ring has an assigned groove, whose base angle is much larger than the angle at the Top of the ridge-shaped contour. In this way, between the Flanges free spaces are formed, in which the high pressure standing medium against which to be sealed can relax. That at the flanges under the influence of the sealing force Verfor occurrences are not taken into account.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtungsanordnung des eingangs beschriebenen Aufbaus so auszubilden, daß durch zu hohe, auf die Spannschrauben aufgebrachte Anzugskräfte die Dich tungsfunktion der Spiraldichtung nicht mehr beeinträchtigt werden kann.The invention has for its object a sealing arrangement of the construction described above so that by high tightening forces applied to the clamping screws tion function of the spiral seal are no longer impaired can.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist Gegenstand der Erfindung eine Hochdruckdichtungsanordnung zwischen zwei metallischen Flanschen einer Rohrleitung oder eines Druckbehälters, die jeweils einen äußeren Spannschraubenbund mit Spannschraubenausnehmungen und darin eingesetzte, in axialer Richtung angeordnete Spannschrauben sowie zwischen den Flanschen ein Dichtungsringaggregat aufweisen, wobei die folgenden Merkmale verwirklicht sind:
die Flansche besitzen innenseitig im Anschluß an den Spann schraubenbund angeformte Dichtleisten, so daß die Spann schraubenbunde im Vergleich zu den Flanschbereichen mit den Dichtleisten unter dem Einfluß der Dichtkraft leichter verform bar sind,
das Dichtungsringaggregat ist im Bereich der Dichtleisten angeordnet und besteht aus einem Innenring aus Stahl der Dicke D, einem Spiraldichtungsring aus einem metallischen Band und einem Füllstoffband aus Dichtungswerkstoff, der im nichteingebauten Zustand den Innenring in axialer Richtung überragt, und einem Außenring aus Stahl mit gegenüber der Dicke des Innenringes reduzierter Dicke d,
zwischen der Dicke D des Innenrings und der Dicke d des Außenrings besteht die Beziehung d = F_RD, mit F_R als Reduktionsfaktor im Bereich von 0,3 bis 0,7,
wobei eine Abstimmung zwischen D und d einerseits und der vorgegebenen Dichtkraft so getroffen ist, daß der Außenring bei zur Erzeugung der Dichtkraft angezogenen Spannschrauben von zumindest einer der Dichtleisten frei ist. Vorzugsweise beträgt der Reduk tionsfaktor etwa 0,5.To achieve this object, the subject of the invention is a high-pressure sealing arrangement between two metallic flanges of a pipeline or a pressure vessel, each of which has an outer clamping screw collar with clamping screw recesses and clamping screws inserted in the axial direction therein, and a sealing ring assembly between the flanges, the following features being realized :
the flanges have screw-on molded sealing strips on the inside, so that the clamping screw collars are more easily deformable compared to the flange areas with the sealing strips under the influence of the sealing force,
The sealing ring assembly is arranged in the area of the sealing strips and consists of an inner ring made of steel of thickness D, a spiral sealing ring made of a metallic band and a filler band made of sealing material, which in the non-installed state projects over the inner ring in the axial direction, and an outer ring made of steel with opposite Thickness of the inner ring reduced thickness d,
between the thickness D of the inner ring and the thickness d of the outer ring there is the relationship d = F _R D, with F _R as a reduction factor in the range from 0.3 to 0.7,
a coordination between D and d on the one hand and the predetermined sealing force is made such that the outer ring is free of at least one of the sealing strips when tightening screws are tightened to generate the sealing force. The reduction factor is preferably approximately 0.5.

Bei der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung ist der Innenring das sicherheitsrelevante Element. Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß bei der angegebenen Reduzierung der Dicke des Außenringes sowie im Rahmen der erfindungsgemäßen Abstimmung erreicht werden kann, daß trotz zu hoher Anzugskräfte der Spann schrauben der Spiraldichtungsring voll funktionsfähig bleibt, auch wenn die Flansche den Innenring einspannen und um diesen ein Moment aus den Anzugskräften erzeugt wird, welches die Flansche verformt. Die elastische Verformung, die die Flansche definiert erfahren, verbessert die Dichtwirkung, überraschenderweise auch in bezug auf die Standzeit und bei wechselnden Beanspruchungen.In the sealing arrangement according to the invention, the inner ring the security-relevant element. The invention starts from Recognition that with the specified reduction in the thickness of the Outer ring and as part of the vote according to the invention can be achieved that despite excessive tightening forces of the instep unscrew the spiral seal ring remains fully functional, too when the flanges clamp in and around the inner ring Moment is generated from the tightening forces, which the flanges deformed. The elastic deformation that defines the flanges experienced, improves the sealing effect, surprisingly also in in relation to the service life and with changing loads.

Im einzelnen bestehen im Rahmen der Erfindung mehrere Möglichkei ten der weiteren Ausbildung und Gestaltung. So ist bei einer bevorzugten Ausführungsform, die in funktioneller Hinsicht auch sehr hohen Anforderungen genügt, der Innenring außenseitig mit einer V-förmigen Nut versehen und der Spiraldichtungsring mit einer der V-förmigen Nut am Innenring entsprechenden Profilierung aus gerüstet, in die außenseitig der Außenring einfaßt. Dabei kann der Innenring im Bereich der V-förmigen Nut mit dem Spiraldichtungs ring verschweißt sein. Das erleichtert weiterhin die Montage und kann insbesondere dann ohne Schwierigkeiten verwirklicht werden, wenn in diesem Bereich das metallische Band des Spiraldichtungs ringes Metall auf Metall gewickelt ist. Nach einer weiteren Ausfüh rung der Erfindung besitzt der Innenring an seinen den Dichtleisten zugewandten Flächen Dichtungsprofilierungen und/oder Auflagen aus einem Dichtungswerkstoff. Bei dieser Ausführungsform wird die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung gleichsam zu einer Dop peldichtung. Von Vorteil ist die Tatsache, daß in diesem Fall eine Leckagekontrolle im Bereich der inneren Windungen des Spiraldich tungsringes, die Metall auf Metall gewickelt sind, mittels kleiner Prüfbohrungen im Flansch verwirklicht werden kann. Dazu kann der Bereich füllbandloser Metall auf Metall gewickelter Windungen in radialer Richtung gegenüber der üblichen Form ein wenig ausge dehnt werden von z. B. drei Windungen Metall auf Metall auf zehn Windungen Metall auf Metall.There are several options within the scope of the invention further training and design. So with one preferred embodiment, which in functional terms too very high requirements are met, the inner ring on the outside with a V-shaped groove and the spiral sealing ring with a the V-shaped groove on the inner ring corresponding profiling equipped, in which the outer ring surrounds on the outside. The Inner ring in the area of the V-shaped groove with the spiral seal ring welded. This further facilitates assembly and can be realized without difficulty in particular if in this area the metallic band of the spiral seal ring metal is wound on metal. After another run tion of the invention has the inner ring on its the sealing strips facing surfaces sealing profiles and / or conditions a sealing material. In this embodiment, the sealing arrangement according to the invention as it were to a dop oil seal. An advantage is the fact that in this case a Leakage control in the area of the inner turns of the Spiraldich tion ring, which are wound metal on metal, by means of small Test holes in the flange can be realized. In addition, the Area of filler-less metal on turns wound in metal radial direction a little out compared to the usual shape are stretched by z. B. three turns of metal on metal to ten Coils of metal on metal.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen in schematischer DarstellungIn the following, the invention is based on only one Exemplary embodiment drawing explained in more detail. They show a schematic representation

Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine erfindungsgemäße Dichtungs anordnung im Einbauzustand, Fig. 1 is an axial section through an inventive sealing arrangement in the installed condition,

Fig. 2 in gegenüber der Fig. 1 wesentlich vergrößertem Maßstab den Ausschnitt A aus dem Gegenstand der Fig. 1, Fig. 2 in comparison with FIG. 1 greatly enlarged scale the detail A from the object of Fig. 1,

Fig. 3 die Dichtungsanordnung nach Fig. 2 vor dem Einbauzustand und Fig. 3 shows the sealing arrangement of FIG. 2 before installation and

Fig. 4 eine andere Ausführungsform des Gegenstandes der Fig. 3. Fig. 4 shows another embodiment of the subject of FIG. 3.

In den Fig. 1 und 2 erkennt man eine Dichtungsanordnung zwischen zwei metallischen Flanschen 1, die zwei Rohrleitungsschüsse 2 verbinden. Die Flansche 1 besitzen jeweils eine angeformte Dicht leiste 3 und außenseitig einen Spannschraubenbund 4 mit Spann schraubenausnehmungen 5 und eingeführten Spannschrauben 6. Die Spannschrauben 6 verlaufen in axialer Richtung. Zur Dichtungsan ordnung gehören im grundsätzlichen Aufbau ein metallischer Innen ring 7, ein Spiraldichtungsring 8 und ein metallischer Außenring 9. Der Spiraldichtungsring 8 besteht aus einem metallischen Band 10 und einem Füllstoffband 11 aus Dichtungswerkstoff. Aus diesen Bändern 10, 11 ist der Spiraldichtungsring 8 gewickelt. Aus der Fig. 3 entnimmt man, daß im nichteingebauten Zustand der Spiral dichtungsring 8 den Innenring 7 und den Außenring 9 in axialer Richtung überragt. Der Spiraldichtungsring 8 (Fig. 1 und 2) erfährt im eingebauten Zustand durch die Dichtkraft, die über die Spann schrauben 6 aufgebracht wird und die über die Dichtleisten 3 wirkt, eine Kompression in axialer Richtung. Insoweit sind die Zusammen hänge von Bedeutung, die einleitend erläutert wurden.In Figs. 1 and 2 can be seen a sealing arrangement between two metallic flanges 1, connecting two pipe 2 shots. The flanges 1 each have a molded sealing strip 3 and on the outside a clamping screw collar 4 with clamping screw recesses 5 and inserted clamping screws 6 . The clamping screws 6 run in the axial direction. To seal arrangement include in the basic structure a metallic inner ring 7 , a spiral sealing ring 8 and a metallic outer ring 9th The spiral sealing ring 8 consists of a metallic band 10 and a filler band 11 made of sealing material. The spiral sealing ring 8 is wound from these bands 10 , 11 . From Fig. 3 it can be seen that in the non-installed state of the spiral sealing ring 8 projects beyond the inner ring 7 and the outer ring 9 in the axial direction. The spiral sealing ring 8 ( Fig. 1 and 2) experiences in the installed state by the sealing force, which is applied via the clamping screws 6 and which acts on the sealing strips 3 , a compression in the axial direction. In this respect, the interrelationships that were explained in the introduction are important.

Aus den Fig. 1 bis 3 entnimmt man, daß der Außenring 9 in axialer Richtung eine Dicke d aufweist, die um einen Reduktionsfaktor F_R kleiner ist als die Dicke D des Innenringes 7. Insoweit gilt d = F_RD. Der Reduktionsfaktor F_R ist so gewählt, daß der Außenring 9 bei zur Erzeugung der Dichtkraft angezogenen Spannschrauben 6 von zumindest einer der Dichtleisten 3 frei ist. Im Ausführungsbeispiel ist er von beiden Dichtleisten 3 frei, was einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung entspricht. Der Reduktionsfaktor F_R liegt im Bereich von 0,3 bis 0,7. Er beträgt im Ausführungsbeispiel etwa 0,5.From FIGS. 1 to 3, it takes that the outer ring has 9 in the axial direction has a thickness d, which is smaller by a reduction factor _R F than the thickness D of the inner ring 7. In this respect, d = F _R D. The reduction factor F _R is selected so that the outer ring 9 is free of at least one of the sealing strips 3 when the tightening screws 6 are tightened to generate the sealing force. In the exemplary embodiment, it is free of both sealing strips 3 , which corresponds to a preferred embodiment of the invention. The reduction factor F _R is in the range from 0.3 to 0.7. In the exemplary embodiment, it is approximately 0.5.

Insbesondere aus den Fig. 2 und 3 entnimmt man, daß der Innenring 7 außenseitig eine V-förmige Nut 12 aufweist und der Spiraldichtungsring 8 mit einer der V-förmigen Nut am Innenring 7 entsprechenden Profilierung 13 versehen ist, in die außenseitig der Außenring 9 einfaßt. Dabei kann der Innenring 7 im Bereich der V-förmigen Nut 12 mit dem Spiraldichtungsring 8 verschweißt sein.In particular from FIGS. 2 and 3, it extracts, that the inner ring 7 comprises on the outside a V-shaped groove 12 and the spiral seal ring 8 is provided corresponding to one of the V-shaped groove on the inner ring 7 profiling 13, bordering the outside of the outer ring 9 . The inner ring 7 can be welded to the spiral sealing ring 8 in the region of the V-shaped groove 12 .

In der Fig. 4 wurde dargestellt, daß der Innenring 7 an seinen den Dichtleisten 3 zugewandten Flächen Dichtungsprofilierungen 14 und/oder Auflagen 15 aus Dichtungswerkstoff aufweist.In FIG. 4 has been shown, that the inner ring 7 has at its side facing the sealing strips 3 surfaces seal profiles 14 and / or pads 15 of sealing material.

Zur Funktion der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung wird auf den allgemeinen Teil der Beschreibung verwiesen.The function of the sealing arrangement according to the invention is based on referenced the general part of the description.

Die erfindungsgemäße Gestaltung führt, wie die Figuren insgesamt erkennen lassen, dazu, daß schon im drucklosen Zustand die Spannkraft der Spannschrauben 6 über einen großen radialen Hebelarm auf den Innenring 7 wirkt und folglich ein entsprechend größeres Moment erzeugt; beim Übergang vom drucklosen Zustand in den druckbeaufschlagten Zustand tritt nur ein sehr geringer Verlust an Dichtflächenpressung ein.The design according to the invention leads, as can be seen in the figures as a whole, to the fact that even in the unpressurized state, the tensioning force of the tensioning screws 6 acts on the inner ring 7 via a large radial lever arm and consequently generates a correspondingly greater moment; during the transition from the depressurized state to the pressurized state, there is only a very small loss of sealing surface pressure.

Claims

1.High-pressure seal arrangement between two metallic flanges of a pipeline ( 2 ) or a pressure vessel, each of which has an outer clamping screw collar ( 4 ) with clamping screw recesses ( 5 ) and inserted clamping screws ( 6 ) arranged in the axial direction, and between the flanges a sealing ring assembly ( 7 , 8 , 9 ), the following features being realized:
the flanges (1) have on the inside following the clamping screws collar (4) integrally formed sealing strips (3), so that the clamping screw collars (4) rich in comparison to the Flanschbe with the sealing strips (3) under the influence of sealing force are more easily deformable,
the sealing ring assembly ( 7 , 8 , 9 ) is arranged in the area of the sealing strips ( 3 ) and consists of an inner ring ( 7 ) made of steel of thickness D, a spiral sealing ring ( 8 ) made of a metallic band ( 10 ) and a filler band ( 11 ) (9) d of sealing material which protrudes beyond the non-installed state the nenring in (7) in the axial direction, and an outer ring made of steel with respect to the thickness of the inner ring (7) of reduced thickness,
between the thickness D of the inner ring ( 7 ) and the thickness d of the outer ring ( 9 ) there is the relationship d = F _R D, with F _R as a reduction factor in the range from 0.3 to 0.7,
a coordination between D and d on the one hand and the predetermined sealing force is made such that the outer ring ( 9 ) is free of at least one of the sealing strips ( 3 ) when the tightening screws ( 6 ) are tightened to produce the sealing force.

2. High-pressure seal arrangement according to claim 1, wherein the reduction factor F _{R is} approximately 0.5.

3. High-pressure seal arrangement according to one of claims 1 or 2, wherein the inner ring ( 7 ) has a V-shaped groove ( 12 ) on the outside and the spiral sealing ring ( 8 ) with a profile corresponding to the V-shaped groove ( 12 ) on the inner ring ( 7 ) ( 13 ) is provided, in which the outer ring ( 9 ) surrounds on the outside.

4. High-pressure seal arrangement according to one of claims 1 to 3, wherein the inner ring ( 7 ) in the region of the V-shaped groove ( 12 ) is welded to the spiral sealing ring ( 8 ).

5. High-pressure seal arrangement according to one of claims 1 to 4, wherein the inner ring ( 7 ) on its the sealing strips ( 3 ) facing surfaces has sealing profiles ( 14 ) and / or supports ( 15 ) made of sealing material.