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Rohrverbindung, insbesondere für Hochdruckdampfleitungen Gegenstand
der Erfindung ist eine Rohrverbindung, die insbesondere für Hochdruckdampfleitungen
bestimmt ist. Eine solche Rohrverbindung muß einerseits eine vollkommene Dichtheit
gegenüber dem Betriebsdruck und andererseits eine in jeder Beziehung ausreichende
Widerstandsfähigkeit gegenüber den Biegungsbeanspruchungen aufweisen, die durch
Dehnungen der Hochdruckleitungen hervorgerufen werden.
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Den Flanschen einer Rohrverbindung liegt die Sicherung der Steifheit
der gesamten Rohrverbindung ob. Wenn diese Flanschen aber, wie es meist der Fall
ist, nicht in eine unmittelbare Berührung miteinander kommen, so übertragen sich
die Biegungsbeanspruchungen, die von den in einer mehrfach gebogenen Dampfleitung
unvermeidlichen Dehnungen hervorgerufen werden, auf das zwischen den Flanschen liegende
Dichtungsmittel. Durch örtliches, einseitiges Zusammenpressen kann dabei die Bruch-
oder Quetschfestigkeit des Werkstoffs des Dichtungsmittels überstiegen werden, so
daß, wenn eine Minderung des Zusammenpressens des Dichtungsmittels eintritt, jeder
Flansch teilweise in seine Ursprungslage zurückkehrt, während das Dichtungsmittel,
das durch das vorhergehende und überaus starke Zusammenpressen auf der einen Seite
schwächer geworden ist, unter Druck Dampf austreten läßt. Auf- diesen Vorgang sind
die meisten Undichtigkeiten in Hochdruckleitungen und insbesondere in Hochdruckdampfleitungen
zurückzuführen, die zufolge hoher Temperaturen beträchtlichen Dehnungen unterliegen.
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Es sind bereits Rohrdichtungen vorgeschlagen worden, bei denen die
Dichtheit durch radial wirkende Dichtungsteile gewährleistet werden soll und die
Flansche in unmittelbare Berührung miteinander kommen, um den Beanspruchungen der
Rohrleitungen zu widerstehen. Bei diesen bekannten Flanschverbindungen aber bewirkt
der Druck des durch die Rohrleitung fließenden Stoffes ein Anpressen jener Dichtungsteile
an die Rohrwandungen. Dieser Stoff muß also den Widerstand, den jene Dichtungsteile
einer Ausdehnung entgegensetzen, überwinden. Demzufolge ist der Druck, mit dem die
Dichtung zusammengepreßt wird, stets geringer als der Druck oder die Spannung des
in der Rohrleitung fließenden Stoffes. Es läßt sich also auf diese Weise keine zuverlässige
Dichtheit erzielen.
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Die Erfindung geht, um eine insbesondere für Hochdruckdampfleitungen
bestimmte Rohrverbindung zu schaffen, von diesen bekannten Flanschverbindungen aus,
bei denen die zwei unmittelbar aufeinandergepreßten Flansche am Innenrand mit Aussparungen
zum Einlegen zweier beim Zusammenpressen der Flansche
miteinander
in Eingriff kommender Dichtungselemente versehen sind. Die Erfindung besteht darin,
daß die Aussparungen eine zylinderförmige Eindrehung bilden, in die ein mit Spiel
zwischen den Grundflächen der Aussparungen liegender, aus einem Metall von verhältnismäßig
niedriger Elastizitätsgrenze bestehender Dichtungsring mit konischer Innenfläche
eingesetzt und von einem ebenfalls mit Spiel zwischen den Grundflächen der Aussparungen
liegenden, aus einem Metall von verhältnismäßig hoher Elastizitätsgrenze bestehenden
Ring mit konischer Außenfläche auseinandergepreßt werden kann, wobei sich seine
zylindrische Außenfläche fest gegen die Mantelfläche der Aussparungen in den Flanschen
legt. Es handelt sich also um eine Rohrverbindung mit einander berührenden Flanschen
und inneren Dichtungsteilen, die mit einer innerhalb praktischer Grenzen beliebig
wählbaren und vom Innendruck bzw. der Spannung des durch die Rohrleitung fließenden
Stoffes unabhängigen Kraft zusammengepreßt werden. Der bei der Annäherung der Flansche
auftretende Längsdruck setzt sich in eine Radialpressung der vorerwähnten beiden
Ringe um.
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Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Abb. i ist ein Mittenschnitt durch die betriebsfertige Rohrverbindung, und Abb.
2 und 3 verdeutlichen die Vorgänge beim Zusammenbau der zur Rohrverbindung nach
Abb. i gehörenden Teile.
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An den mit i bzw. 2 bezeichneten Flanschen sind die Rohre 3 bzw. q.
in herkömmlicher Weise befestigt. Zur Abdichtung dienen die Ringe 5 und 6. Der Ring
5 bildet das eigentliche Dichtungsmittel, entspricht also dem sog. Dichtungsstulp
bekannter Rohrdichtungen und wird . aus einem verhältnismäßig weichen Metall hergestellt.
Der Durchmesser seines glatten zylindrischen Außenmantels ist vor dem Zusammenbau
um einige Zehntel Millimeter kleiner als die lichte Weite der Mantelflächen i" bzw.
2" der zylindrischen Aussparungen bzw. Eindrehungen in den Flanschen i bzw. 2. Die
Innenfläche des Rings 5 ist kegelförmig und steht in Wirkungsverbindung mit der
Außenfläche des Rings 6, der aus einem verhältnismäßig harten Metall, beispielsweise
Stahl, hergestellt wird und ein vom Ring 5 unabhängiges elastisches Glied bildet.
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Die miteinander in Wirkungsverbindung stehenden Mantelflächen der
Ringe 5 und 6 sind so bemessen, daß der Innenring 6 ohne besondere Kraftanwendung
um einen Teil seiner Länge, etwa um ein Drittel, in den Außenring 5 eingeschoben
werden kann, wie dies aus Abb. 2 ersichtlich ist. In dieser Lage werden die Ringe
in die Aussparungen der Flansche i und 2 eingelegt. Der Zusammenbau der Rohrdichtung
gestaltet sich von da ab so, daß die Muttern der Flanschenschrauben nach und nach
angezogen werden, so daß die einander zugekehrten Stirnflächen der Flansche i und
z einander näher kommen, stets aber parallel bleiben. Auf den Innenring 6 wirkt
dabei eine Kraft in der Achsrichtung, und zufolge der dadurch hervorgerufenen Beanspruchung
weitet sich der Außendichtungsring 5 allmählich, bis er den vorerwähnten Spielraum
überwunden hat und in Berührung mit den Mantelflächen i" bzw. 2d der zylindrischen
Eindrehungen in den Flanschen i bzw. 2 kommt.
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Eine Steigerung des auf den Ring 6 wirkenden Längsdrucks bewirkt ein
festes Anpressen des Rings 5 an die Mantelflächen der zylindrischen Flanscheindrehungen.
Schließlich hat sich der Ring 5 den Grenzflächen der Flanscheindrehungen vollständig
angeschmiegt. Von da ab gibt auch der elastische Innenring 6 etwas nach und drückt
sich zusammen, bis die Flansche i und 2 einander berühren, wie dies aus Abb. i zu
ersehen ist.
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Alle auf eine Formänderung abzielenden Kräfte werden von. den Flanschen
und ihren Bolzen bzw. Schrauben übernommen und bleiben ohne unmittelbare Wirkung
auf das eigentliche Dichtungsglied. Die Dichtheit und die auf den Ring 5 wirkende
Preßkraft sind unabhängig von der Elastizität dieses Rings und hängen ausschließlich
von der Elastizität des Innenrings 6 ab. Der Querschnitt dieser Ringe und ihre Werkstoffe
werden so gewählt, daß der auf den Außenring 5 wirkende Preßdruck die Elastizitätsgrenze
dieses Rings überschreitet und er demzufolge ständig einer Formänderungskraft unterliegt,
ohne daß jedoch die Elastizitätsgrenze des Innenrings 6 bei der Betriebstemperatur
der Rohrdichtung erreicht wird.
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Ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, kann der Innenring 6 in
zwei Ringe mit konischen Wirkungsflächen unterteilt werden. Dann kann der Außendichtungsring
5 innen zylindrisch sein. Schließlich können statt eines Innenrings auch zwei formgleiche
Innenringe mit konischem Außenmantel benutzt werden, -wobei der Innenmantel des
Außenrings aus zwei gleichen Kegelstumpfflächen zusammengesetzt ist.