DE4316926C2

DE4316926C2 - Installation method for a high pressure seal arrangement between two metallic flanges

Info

Publication number: DE4316926C2
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: 1997-11-27
Anticipated expiration: 2013-05-21
Also published as: DE4316926A1; DE9208986U1

Description

Die Erfindung betrifft ein Einbauverfahren für eine Hoch druckdichtungsanordnung zwischen zwei metallischen Flanschen einer Rohrleitung oder eines Druckbehälters, die jeweils einen äußeren Spannschraubenbund mit Spann schraubenausnehmungen und darin eingesetzte, in axialer Rich tung angeordnete Spannschrauben sowie zwischen den Flanschen ein Dichtungsringaggregat aufweisen. - Das Dichtungsring aggregat besteht üblicherweise aus einem Außenring aus Stahl, einem Spiraldichtungsring und einem Innenring aus Stahl. Der Spiraldichtungsring 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 Spiral dichtungsringes 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 an installation method for a high pressure seal arrangement between two metallic flanges a pipeline or a pressure vessel, each an outer tension screw collar with tension screw recesses and inserted therein, in the axial direction clamping screws and between the flanges have a sealing ring assembly. - The sealing ring aggregate usually consists of an outer ring made of steel, a spiral sealing ring and an inner ring made of steel. The spiral seal ring generally has a plurality of spiral windings from a metallic band and the interposed filler tape that is close to each other are wrapped. It is common for the exterior of the Spiral sealing ring and / or in the interior of the spiral sealing ring the metallic band metal to metal wrap, so the filler tape in this area is missing to let. In the non-installed state, the fill protrudes fabric tape the metallic tape mostly by a few tenths Millimeter.

Bei der aus der Praxis bekannten Dichtungsanordnung des beschriebenen Aufbaus und der beschriebenen Zweckbestimmung (Firmenschrift Kempchen: Kempchen Dichtungen, April 1977, Seite 19) 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 insoweit die aus der konstruktiven Gestal tung der Dichtungsanordnung insgesamt resultierenden Vor schriften für die Anzugskraft der Spannschrauben nicht einge halten, so hat das zur Folge, daß beim Aufbringen der Dichtkraft nicht mehr lediglich der Spiraldichtungsring die beschriebene Kompression erfährt, sondern auch der Außenring eingespannt wird und die Anzugskräfte der Spannschrauben um den Außenring oder dessen Außenkante ein Moment erzeugen, welches die Flansche zumindest im Bereich des Spannschrauben bundes verformt. Insoweit ist bei der bekannten Ausführungs form der Außenring das Bauteil, dem eine besondere Sicher heitsfunktion zukommt. Bei zu hohen Anzugskräften wird die Dichtungsfunktion des Spiraldichtungsringes beeinträchtigt. Schon bei gering zu hohen Anzugskräften kann eine erhebliche Beeinträchtigung der Dichtungsfunktion eintreten. Dem Innen ring kommt insoweit bei den bekannten Ausführungsformen nur eine untergeordnete Bedeutung zu. In the seal arrangement known from practice described construction and the described purpose (Kempchen company name: Kempchen seals, April 1977, Page 19) have the flanges on the inside the clamping screw collar molded sealing strips that serve to generate a defined sealing surface pressure, but also the area moment of inertia of the flanges in this Increase range. The inner ring and the outer ring are the same thick. As a result, the sealing force is very careful must be applied. Particular attention must be paid to this be that the sealing strips do not disturb the outer ring clamp. To this extent, the constructive shape device of the sealing arrangement overall resulting not specified for the tightening force of the clamping screws hold, this has the consequence that when applying the Sealing force no longer only the spiral sealing ring experienced compression, but also the outer ring is clamped and the tightening forces of the clamping screws around generate a moment on the outer ring or its outer edge, which the flanges at least in the area of the clamping screws deformed federal. To that extent is in the known execution the outer ring forms the component that is particularly safe function. If the tightening forces are too high, the Sealing function of the spiral sealing ring impaired. Even if the pulling forces are too low, this can be a considerable one Impairment of the sealing function. The inside ring comes only in the known embodiments a subordinate meaning too.

Bei einer ähnlichen Hochdruckdichtungsanordnung (DE-PS 9 27 359), bei der jedoch Dichtleisten nicht vorgesehen sind, besitzt der Außenring nach Fig. 1 bis 4 eine gegenüber der Dicke des Innenrings ein wenig reduzierte Dicke, während er nach den Fig. 5 und 6 eine erhöhte Dicke aufweist. Dadurch wird deutlich, daß dem Verhältnis der Dicken des Außenringes zum Innenring keine Bedeutung beigemessen wird. 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 Verformungen auftreten, wird nicht berücksichtigt.In a similar high-pressure seal arrangement (DE-PS 9 27 359), but in which sealing strips are not provided, the outer ring according to FIGS. 1 to 4 has a thickness which is somewhat reduced compared to the thickness of the inner ring, while according to FIGS. 5 and 6 has an increased thickness. This makes it clear that no importance is attached to the ratio of the thicknesses of the outer ring to the inner ring. The inner ring has a contour that is ridge-shaped in axial section towards the spiral sealing ring. The spiral sealing ring has an assigned groove, the base angle of which is considerably larger than the angle at the tip of the ridge-shaped contour. In this way, free spaces are to be formed between the flanges into which the high-pressure medium against which it is to be sealed can relax. The fact that deformations occur on the flanges under the influence of the sealing force is not taken into account.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Einbauverfahren für eine Hochdruckdichtungsanordnung des eingangs beschriebenen Aufbaus so zu verbessern, daß durch zu hohe, auf die Spann schrauben aufgebrachte Anzugskräfte die Dichtungsfunktion der Spiraldichtung nicht mehr beeinträchtigt werden kann.The invention has for its object installation methods for a high pressure seal arrangement of the above To improve the structure so that by too high, on the instep applied tightening forces screw the sealing function of the Spiral seal can no longer be affected.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Einbauverfahren für eine Hochdruckdichtungsanordnung zwischen zwei metallischen Flan schen einer Rohrleitung oder eines Druckbehälters, die je weils einen äußeren Spannschraubenbund mit Spannschraubenaus nehmungen und darin eingesetzte, in axialer Richtung angeord nete Spannschrauben sowie zwischen den Flanschen ein Dich tungsringaggregat aufweisen, wobei die Hochdruckdich tungsanordnung die folgenden Merkmale aufweist:
die Flansche besitzen innenseitig im Anschluß an den Spannschraubenbund angeformte Dichtleisten, so daß die Spannschraubenbunde im Vergleich zu den Flanschbereichen mit den Dichtleisten unter dem Einfluß der Dichtkraft leichter verformbar sind,
das Dichtungsringaggregat ist im Bereich der Dicht leisten angeordnet und besteht aus einem Innenring aus Stahl der Dicke D, einem Spiraldichtungsring aus einem metallischen Band und einem Füllstoffband aus Dichtungs werkstoff, der im nichteingebauten Zustand den Innenring in axialer Richtung überragt, und einem Außenring aus Stahl mit gegenüber der Dicke des Innenrings reduzierter Dicke d,
mit der Maßgabe, daß zwischen der Dicke D des Innenrings und der Dicke d des Außenrings die Beziehung d = F_RD verwirklicht wird, mit F_R als Reduktionsfaktor im Bereich von 0,3 bis 0,7 und mit der weiteren Maßgabe, daß eine Abstimmung zwischen D und d einerseits und der vorgegebenen Dichtkraft so getroffen wird, daß der Außenring bei zur Erzeugung der Dichtkraft angezogenen Spannschrauben von zumindest einer der Dicht leisten frei ist. Vorzugsweise wird der Reduktionsfaktor F_R zu etwa 0,5 gewählt.This object is achieved with an installation method for a high-pressure seal 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 therein inserted clamping screws arranged in the axial direction and between the flanges, a sealing ring assembly, whereby the high pressure sealing arrangement has the following features:
the flanges have molded sealing strips on the inside in connection with the clamping screw collar, so that the clamping screw collars are easier to deform under the influence of the sealing force in comparison to the flange areas with the sealing strips,
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, when not installed, projects beyond the inner ring in the axial direction, and an outer ring made of steel with reduced thickness d compared to the thickness of the inner ring,
with the proviso that the relationship d = F _R D is realized between the thickness D of the inner ring and the thickness d of the outer ring, with F _R as a reduction factor in the range from 0.3 to 0.7 and with the further proviso that a Coordination between D and d on the one hand and the predetermined sealing force is made so that the outer ring is free when tightening screws tightened to generate the sealing force of at least one of the sealing strips. The reduction factor F _R is preferably selected to be about 0.5.

Beim erfindungsgemäßen Einbauverfahren für die Hochdruckdichtungsanordnung ist der Innen ring 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 Anzugs kräfte der Spannschrauben der Spiraldichtungsring voll funk tionsfähig 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 installation method according to the invention for the high-pressure seal arrangement, the inside is ring the safety-relevant element. The invention starts from the knowledge that with the specified reduction of Thickness of the outer ring and within the scope of the invention Vote can be achieved that despite too high a suit forces of the tensioning screws of the spiral sealing ring fully radio remains functional, even if the flanges cover the inner ring clamp and around this a moment from the pulling forces is generated, which deforms the flanges. The elastic Deformation experienced by the flanges improves the sealing effect, surprisingly also in relation to the Service life and with changing loads.

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

Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine erfindungsgemäße Dichtungsanordnung im Einbauzustand, Fig. 1 is an axial section through an inventive seal assembly in the assembled state,

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 den Einbauzustand und Fig. 3 shows the sealing arrangement according to Fig. 2 before installation and

Fig. 4 eine andere Ausführungsform des Gegenstan des der Fig. 3. Fig. 4 shows another embodiment of the item of the FIG. 3.

In den Fig. 1 und 2 erkennt man eine Dichtungsanord nung zwischen zwei metallischen Flanschen 1, die zwei Rohrleitungsschüsse 2 verbinden. Die Flansche 1 besit zen jeweils eine angeformte Dichtleiste 3 und außensei tig einen Spannschraubenbund 4 mit Spannschrauben ausnehmungen 5 und eingeführten Spannschrauben 6. Die Spannschrauben 6 verlaufen in axialer Richtung Zur Dichtungsanordnung gehören im grundsätzlicher Aufbau ein metallischer Innenring 7, ein Spiraldich tungsring 8 und ein metallischer Außenring 9. Der Spi raldichtungsring 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 nicht eingebauten Zustand der Spiraldichtungsring 8 den In nenring 7 und den Außenring 9 in axialer Richtung über ragt. Der Spiraldichtungsring 8 (Fig. 1 und 2) erfährt im eingebauten Zustand durch die Dichtkraft, die über die Spannschrauben 6 aufgebracht wird und die über die Dichtleisten 3 wirkt eine Kompression in axialer Rich tung. Insoweit sind die Zusammenhänge von Bedeutung, die einleitend erläutert wurden.In Figs. 1 and 2 can be seen a Dichtungsanord voltage between two metallic flanges 1, connecting two pipe 2 shots. The flanges 1 each have a molded sealing strip 3 and a clamping screw collar 4 on the outside, with clamping screw recesses 5 and inserted clamping screws 6 . The tensioning screws 6 extend in the axial direction. The basic arrangement of the sealing arrangement comprises a metallic inner ring 7 , a spiral sealing ring 8 and a metallic outer ring 9 . The Spi sealing seal 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, the inner ring 7 and the outer ring 9 protrudes in the axial direction. The spiral sealing ring 8 (FIGS . 1 and 2) experiences in the installed state by the sealing force which is applied via the clamping screws 6 and which acts via the sealing strips 3, a compression in the axial direction Rich. In this respect, the relationships that were explained in the introduction are important.

Aus den Fig. 1 bis 3 entnimmt man, daß der Außen ring 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 Reduk tionsfaktor F_R ist so gewählt, daß der Außenring 9 bei zur Erzeugung der Dichtkraft angezogenen Spann schrauben 6 von zumindest einer der Dichtleisten 3 frei ist. Im Ausführungsbeispiel ist er von beiden Dichtlei sten 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 Ausführungsbei spiel etwa 0,5.From FIGS. 1 to 3, it takes that the outer ring 9 has 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. To this extent, d = F _R D. The reduction factor F _R is selected so that the outer ring 9 when tightened to generate the sealing force screws 6 from at least one of the sealing strips 3 is free. In the exemplary embodiment, it is free from both Dichtlei 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. It is approximately 0.5 in the exemplary embodiment.

Insbesondere aus den Fig. 2 und 3 entnimmt man, daß der Innenring 7 außenseitig eine V-förmige Nut 12 auf weist und der Spiraldichtungsring 8 mit einer der V-för migen Nut am Innenring 7 entsprechenden Profilierung 13 versehen ist, in die außenseitig der Außenring 9 ein faßt. Dabei kann der Innenring 7 im Bereich der V-för migen Nut 12 mit dem Spiraldichtungsring 8 ver schweißt sein.In particular from FIGS. 2 and 3, it extracts, that the inner ring 7 the outer side has a V-shaped groove 12, and the spiral seal ring 8 is provided corresponding to one of the V-för-shaped groove on the inner ring 7 profiling 13 in the outer side of the outer ring 9 summarizes. The inner ring 7 can be welded ver in the region of the V-shaped groove 12 with the spiral sealing ring 8 .

In der Fig. 4 wurde dargestellt, daß der Innenring 7 an seinen den Dichtleisten 3 zugewandten Flächen Dich tungsprofilierungen 14 und/oder Auflagen 15 aus Dich tungswerkstoff aufweist.In Fig. 4 it was shown that the inner ring 7 has on its the sealing strips 3 facing surfaces you profiling 14 and / or pads 15 from you processing material.

Zur Funktion der erfindungsgemäßen Dichtungsan ordnung wird auf den allgemeinen Teil der Beschrei bung verwiesen.For the function of the seal according to the invention order is added to the general part of the description exercise.

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 Innen ring 7 wirkt und folglich ein entsprechend größeres Mo ment 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 from the figures as a whole, to the fact that the clamping force of the clamping screws 6 acts via a large radial lever arm on the inner ring 7 even in the depressurized state and consequently generates a correspondingly larger element; during the transition from the depressurized state to the pressurized state, there is only a very small loss of sealing surface pressure.

Claims

1.Installation procedure for a high-pressure seal arrangement between two metallic flanges of a pipeline ( 2 ) or a pressure vessel, each with an outer clamping screw collar ( 4 ) with clamping screw recesses ( 5 ) and clamping screws inserted therein, arranged in the axial direction ( 6 ) and between the Flanges have a sealing ring assembly ( 7 , 8 , 9 ), the high-pressure sealing arrangement having the following features:
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) compared to the flange portions of 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 ) made of sealing material, which, when not installed, projects beyond the inner ring ( 7 ) in the axial direction, and an outer ring ( 9 ) made of steel with a reduced thickness d compared to the thickness of the inner ring ( 7 ),
with the proviso that the relationship d = F _R D is realized between the thickness D of the inner ring ( 7 ) and the thickness d of the outer ring ( 9 ), with F _R as a reduction factor in the range from 0.3 to 0.7 and with the further requirement that 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 generate the sealing force.

2. Installation method according to claim 1, wherein the reduction factor F _{R is} chosen to be about 0.5.