DE693854C

DE693854C - Flange connection

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Publication number: DE693854C
Application number: DE1933K0131723
Authority: DE
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Priority date: 1933-10-05
Filing date: 1933-10-05
Publication date: 1940-07-20

Description

Flanschverbindung Bei Flanschverbindungen, bei denen die Flansche zeitweise oder dauernd höhere Temperaturen als die Verbindungsbolzen haben, erhalten die Verbindungsbolzen hohe zusätzliche Beanspruchungen, die meist die zur Abdichtung an sich erforderliche : Vorspannung übertreffen. Zur Verringerung dieser zusätzlichen Beanspruchungen hat man die verschiedensten Vorschläge gemacht, die entweder auf der Erhöhung der Federungslänge durch Verlängerung der Bolzen und durch hohe, auf die Flanschen gesetzte rohrförmige Unterlagscheiben, auf Erhöhung der Federung durch lose Flansche oder unterteilte Flansche oder Schaffung elastischer Stege an den Flanschen selbst oder auf dem Einbau federnder Unterlagschei,ben beruhen. Alle diese Vorschläge haben ihre besonderen Nachteile.Flange connection For flange connections where the flanges temporarily or permanently higher temperatures than the connecting bolts have received the connecting bolts are subject to high additional stresses, which are usually necessary for sealing required per se: exceed preload. To reduce this additional Stresses one has made the most diverse proposals that either on the increase of the suspension length by lengthening the bolts and by high, on the flanges placed tubular washers, to increase the suspension through loose flanges or subdivided flanges or creating elastic webs on the Flanges themselves or based on the installation of resilient washers. All these Proposals have their particular drawbacks.

Die Verwendung hoher rohrförmiger Unterlagscheiben auf den Flanschen ergibt verlängerte Bolzen, was für die Isolierung der Rohrleitung und für den Ausbau dieser Bolzen gegenüber dem normalen Zustand Schwierigkeiten schafft. Außerdem ist der Aufbau schwerer und teurer. Er ermöglicht dazu eine genügende Herabsetzung der zusätzlichen Spannungen erst bei wesentlichen Verlängerungen der Bolzen, wobei Temperaturunterschiede zwischen Bolzen und Unterlagscheiben auch diesen Vorteil beseitigen können. Federnde Unterlagscheiben ermüden, insbesondere bei höheren Temperaturen, setzen ferner voraus, daß die Vorspannung nicht so groß ist, daß der restliche Federungsweg - o wird, und benötigen bei brauchbaren Ausführungen ähnliche Höhen wie die rohrförmigen Unterlagscheiben.The use of tall tubular washers on the flanges results in elongated bolts, which is important for the insulation of the pipeline and for the expansion this bolt creates difficulties compared to the normal state. Also is the construction heavier and more expensive. To this end, it enables the additional stresses only when the bolts are significantly lengthened, with temperature differences between bolts and washers can also eliminate this advantage. Resilient Washers tire, especially at higher temperatures, also require that the preload is not so great that the remaining suspension travel becomes - o, and require similar heights as the tubular washers in useful designs.

Lose Flansche ergeben zwar etwa die dreifache Durchbiegung fester Flansche gleicher Abmessungen. Ihr Abstand ist aber größer als bei festen Flanschen, so daß Wärmeunterschiede zwischen Bolzen und Flanschen bzw. Rohrbunden vergrößerte Unterschiede der Wärmedehnungen ergeben. Dadurch kann der Vorteil der vorhandenen zusätzlichen Federung der Flansche wieder verlorengehen. Außerdem ergibt-die verstärkte Durchbiegung der 'Flansche zusätzliche Biegungsbeanspruchungen der Schraubenbolzen.Loose flanges result in about three times the deflection more firmly Flanges of the same dimensions. But their distance is greater than with fixed flanges, so that heat differences between bolts and flanges or pipe bundles increased Differences in thermal expansion result. This can take advantage of the existing additional springing of the flanges will be lost again. Also gives-the reinforced Deflection of the 'flanges additional bending stresses on the screw bolts.

Für mehrere übereinander angeordnete schwächere Flansche gilt das für lose Flansche Gesagte sinngemäß. Bei näherer Prüfung sind Vorteile dieser sperrigen Bauart gegenüber den vorerwähnten Ausführungen für die Bolzenbeanspruchung nicht erreichbar.This applies to several weaker flanges arranged one above the other for loose flanges what has been said accordingly. Upon closer examination, advantages of this are bulky Design compared to the above-mentioned designs for bolt loading not accessible.

Flansche mit elastischen Ringstegen oder mit Dichtungseinlagen mit elastischen Ringstegen zeigen die gleiche Empfindlichkeit und ähnliche- Nachteile wie die federnden Unterlagscheiben; sie lassen nach oder verlieren ihre Elastizität nach einmaliger Überbelastung, sei es durch zu starkes Anziehen der Schrauben,- sei es durch Biegungskräfte in der Rohrleitung u. dgl. m. Ihre Auswechselung ist dann teuer und umständlich, erfordert Betriebsunterbrechung.Flanges with elastic ring webs or with sealing inserts with elastic ring webs show the same sensitivity and similar disadvantages like the resilient washers; they subside or lose their Elasticity after a one-off overload, be it due to excessive tightening of the Screws - be it due to bending forces in the pipeline and the like with their replacement is then expensive and cumbersome, requires business interruption.

Gegenüber diesen Ausführungen mit ihren Nachteilen wird die bekannte Erkenntnis nutzbar gemacht, daß man eine Krankheit am gründlichsten oder dauernd heilt, wenn man die Entstehungsursache, in diesem Fall die Unterschiede der Wärmedehnungen zwischen Flanschen und Befestigungsgliedern, mildert oder beseitigt. Dazu hat man in bekannten Ausführungen die Temperaturunterschiede selbst durch Verbesserung des Wärmeübergangs zwischen Flanschen und Befestigungsgliedern, die man beispielsweise als Paßbolzen ausbildete, zu 'verringern versucht. Der Erfolg ist nicht genügend sicher erreicht worden, auch eignen sich diese Ausführungen nicht für alle Flanschverbindungen oder würden diese zu stark verteuern.Compared to these versions with their disadvantages, the known Realization harnessed that one can find a disease most thoroughly or permanently heals if one considers the cause, in this case the differences in thermal expansion between flanges and fasteners, mitigated or eliminated. You have to do that in known designs, the temperature differences themselves by improving the Heat transfer between flanges and fastening members, which one for example when dowel bolts trained, tried to 'reduce. The success is not enough safely achieved, and these designs are not suitable for all flange connections or would make them too expensive.

Nach der Erfindung wird die Herabsetzung der zusätzlichen Beanspruchungen der Bolzen infolge von Temperaturunterschieden durch eine Verringerung der wirksamen Wärmedehnung der gegenüber den Bolzen heißeren Flanschteile, möglichst unabhängig von dem Temperaturunterschied zwischen Bolzen und Flanschen, angestrebt. Diese Wirkungsminderung der heißeren Flanschteile erzielt die Erfindung durch Verringerung der für die Wärmedehnung wirksamen Stärke der Flanschteile. Gleichzeitig damit wird die Dehnungslänge der Bolzen vorteilhaft unverändert gelassen oder vergrößert, die Gesaintdehnungslänge erhöht. Die Verringerung der für die Wärmedehnung wirksamen Stärke der Flanschen, vorzugsweise ohne Verringerung der Dehnungslänge der Bolzen, kann dadurch erfolgen, daß in den Flanschen an den Durchtrittsstellen der Bolzen mit einem wesentlichen Teil innerhalb der Flanschen befindliche Druckglieder angeordnet sind, die durch ihren unteren Teil die Kraft auf die Flanschen übertragen.According to the invention, the reduction of the additional stresses the bolt as a result of temperature differences by reducing the effective Thermal expansion of the flange parts, which are hotter than the bolts, as independently as possible of the temperature difference between bolts and flanges. This reduced effectiveness of the hotter flange parts the invention achieves by reducing the thermal expansion effective strength of the flange parts. At the same time, the elongation length is the Bolts advantageously left unchanged or increased, the total expansion length elevated. The reduction in the strength of the flanges, which is effective for thermal expansion, preferably without reducing the elongation length of the bolts, this can be done that in the flanges at the points of passage of the bolts with a substantial Part located within the flanges pressure members are arranged through their lower part transfer the force to the flanges.

An den in den Abb. i bis 5 dargestellten Beispielen soll die Erfindung weiter erläutert werden.The invention is based on the examples shown in FIGS further explained.

In Abb. i sind die Flanschen a und b mit topfartigen Einsenkungen versehen, gegen deren Böden sich die Druckglieder c und d stützen, während sich der Bolzenkopfgegen d, die Mutter gegen c legt. Das Druckglied d ist an seiner Auflagefläche kugelig ausgebildet, passend zu dem zugehörigen Stützboden des Flansches b. Dadurch ist eine Selbsteinstellung des Druckgliedes d zur Vermeidung von größeren Biegungsbeanspruchungen des Bolzens e gegeben. Der Abstand der zusammengehörenden Kraftangriffsstellen der Druckglieder c und d ist wesentlich verkleinert. Da nur auf dieser Länge die gegenüber dem Bolzen e erhöhte Temperatur der Flansche a und b als zusätzliche Dehnung in Erscheinung tritt, wird die zusätzliche Beanspruchung des Bolzens durch Temperaturunterschiede gegenüber der bekannten üblichen Flanschausführung wesentlich herabgesetzt. Durch Wahl der Einlaßtiefe-im Flansch für die Druckglieder hat man es also in der Hand, die zusätzliche Beanspruchung der Bolzen in gewünschter Höhe zu halten.In Fig. I, the flanges a and b are provided with cup-like depressions, against the bottom of which the pressure members c and d are supported, while the bolt head lies against d and the nut against c. The pressure member d is spherical on its bearing surface, matching the associated support base of the flange b. As a result, the pressure member d adjusts itself to avoid greater bending stresses on the bolt e. The distance between the associated force application points of the pressure members c and d is significantly reduced. Since the temperature of the flanges a and b , which is higher than that of the bolt e, only occurs over this length as additional expansion, the additional stress on the bolt due to temperature differences is significantly reduced compared to the known conventional flange design. By choosing the inlet depth in the flange for the pressure members, you have the ability to keep the additional stress on the bolts at the desired level.

Man erkennt -bei näherer Utnersuchung, daß der Gewinn am größten ist, wenn die Temperatur der Druckglieder und der Bolzen gleich hoch ist. 'Daraus folgt, daß man zweckmäßig den Wärmeübergang vom Flansch zum Druckglied herabsetzt, beispielsweise durch Isolierung (vgl. f in Abb. i), durch Wahl eines schlechteren Wärmeleiters als Werkstoff für die Druckglieder, durch einen großen Luftspalt zwischen Flansch und Druckglied bei kleinstem Spalt zwischen Bolzen und Druckglied u. a. m. Auch Wahl eines Werkstoffs mit kleinerem Ausdehnungskoeffizienten für das Druckglied ist vorteilhaft, desgleichen ein 'kleinerer Elastizitätsmodul, sofern die zulässige Beanspruchung sich nicht ändert. Da die Formgebung des Druckgliedes kleinere Spitzenspannungen als im Gewindebolzen ermöglicht, kann man im Druckglied eine höhere Spannung als in der Schraube zulassen, wodurch die Druckdehnung im Druckglied steigt, den Bolzen bei Wärmedehnungen entlastet. Weitere Entlastung würde eine Verkleinerung des genormten Spalts zwischen den Flanschen a und b der Abb. i bringen. i Dieser Spalt ist bekanntlich bei losen Flanschen sehr groß. Er hebt die Vorteile loser Flansche für Hochdruckdampfleitungen zum Teil wieder auf.On closer examination you can see that the profit is greatest, when the temperature of the compression members and the bolts are the same. 'It follows, that one appropriately reduces the heat transfer from the flange to the pressure member, for example by insulation (see f in Fig. i), by choosing a poorer heat conductor as a material for the compression members, through a large air gap between the flange and pressure member with the smallest gap between bolt and pressure member, among other things. m. also Choice of a material with a lower expansion coefficient for the pressure member is advantageous, as is a 'smaller modulus of elasticity, provided that the permissible Stress does not change. Because the shape of the pressure member has smaller peak stresses than is possible in the threaded bolt, a higher tension than allow the bolt in the screw, which increases the compressive strain in the compression member relieved of thermal expansion. Further relief would be a downsizing of the standardized Bring a gap between the flanges a and b in Fig. I. i This gap is well known very large with loose flanges. He highlights the advantages of loose flanges for high pressure steam lines partly up again.

Ein wesentlicher Vorteil ist, daß die elastischen Längen von Bolzen und Druckgliedern wesentlich größer sind als bei der üblichen Flanschenausführung. Man braucht also, um bei Änderung der Dehnung der Teile der Flanschverbindung in dem Bolzen einen flacheren Spannungsanstieg zu erhalten, nicht die Bolzenlänge zu vergrößern oder den Bolzenquerschnitt zu verkleinern. Damit wird die Erfindung auch vorteilhaft für Fianschverbindungen, die keine Temperaturunterschiede aufweisen.A major advantage is that the elastic lengths of bolts and pressure members are much larger than with the usual flange design. So you need to change the expansion of the parts of the flange connection in to get a flatter tension rise on the bolt, not to increase the bolt length enlarge or reduce the bolt cross-section. So the invention is too advantageous for flange connections that do not show any temperature differences.

In Abb. 2 sind die Druckglieder an ihrem unteren Ende mit den Flanschen verschweißt. Die Wirkung ist wie zu Abb. i beschrieben. Während aber in Abb. i das Druckglied c sich radial im Topf einstellen kann, fällt diese Möglichkeit bei dem angeschweißten Druckglied fort; man wird deshalb zweckmäßig mindestens bei einem Druckglied den Spalt zwischen Bolzen und Druckglied nach der erforderlichen radialen Einstellung des Bolzens ausführen.In Fig. 2 the compression members are at their lower end with the flanges welded. The effect is as described for Fig. I. But while in Fig Pressure member c can adjust radially in the pot, this possibility falls in the welded pressure link away; one therefore becomes expedient at least in the case of a pressure member, the gap between the bolt and the pressure member according to the required carry out radial adjustment of the bolt.

Die Abb.3 zeigt eine Flanschverbindung mit Stiftschrauben. Das in dem Topf sitzende Druckglied' besteht aus dem Rohrteil h und der Scheibe i. Wie ersichtlich, kommt hier nur die Wärmedehnung des Flansches a zwischen der Auflage des Druckgliedas und der Einschraubfläche der Stiftschraube in Betracht, andererseits ist eine kürzere Bolzendehnlänge und nur ein Druckglied vorhanden.Figure 3 shows a flange connection with studs. This in the pressure member seated on the pot consists of the tubular part h and the disk i. As As can be seen, only the thermal expansion of the flange a between the support comes here the pressure member and the screw-in surface of the stud into consideration, on the other hand there is a shorter bolt expansion length and only one compression link.

Befinden sich in der gleichen Flanschverbindung Stiftschrauben und Durchgangsschrauben, so läßt sich, wie aus Abb.3 ersichtlich, die kürzere Dehnlänge der Stiftschraube durch das Druckglied h nahezu vollständig der Dehnlänge der Durchgangsschraube angleichen. Der Spannungsanstieg wird in beiden Bolzenarten bei Belastung der Flanschverbindung annähernd gleich, während sich bei der üblichen Ausführung eine höhere Beanspruchung der kürzeren Stiftschraube ergibt.Are stud bolts and in the same flange connection Through bolts, as can be seen from Fig. 3, the shorter expansion length can be achieved the stud screw through the pressure member h almost completely corresponds to the expansion length of the through screw align. In both types of bolts, the increase in tension occurs when the flange connection is loaded approximately the same, while the usual design is subject to higher stress the shorter stud screw results.

In manchen Fällen wird die Ausführung nach Abb. q. mit einem Druckglied j genügen. In dem gezeichneten Beispiel ist die Tragmutter mit dem Druckglied vereinigt. j trägt auf der ganzen Innenlänge Gewinde, um den Wärmeübergang zum Bolzen zu erhöhen. Der Bolzen k besitzt dagegen nur am Mutterende das erforderliche Gewinde, ist in seinem Schaftteil auf Kerndurchmesser abgedreht, um erhöhte Dehnungen zu ergeben.In some cases the execution according to fig. Q. with a pressure link j suffice. In the example shown, the support nut is combined with the pressure member. j has threads along the entire inner length in order to increase the heat transfer to the bolt. The bolt k, on the other hand, only has the required thread at the end of the nut, is in its shaft part turned to the core diameter in order to result in increased elongation.

Die Abb. 5 beweist; daß es nach der Erfindung möglich ist, auch Stiftschrauben mit sehr großer Bolzendehnlänge und geringer wirksamer Wärmedehnung der Flanschen einzubauen, ohne größeren verfügbaren Raum zu beanspruchen.Fig. 5 proves; that it is possible according to the invention, also studs with a very large bolt expansion length and low effective thermal expansion of the flanges can be installed without taking up any large amount of available space.

Mit dem Flansch L sind die Druckglieder m, welche an ihren freien Enden Innengewinde für das Einschraubende der Stiftschrauben tragen, an dem inneren Ende verschweißt. Im Flansch a ist das Druckglied g nicht unmittelbar mit dem Flansch verbunden, sondern es ist im Flansch eine Zwisehenbüchse n eingelassen, die sich mit einem Bund am oberen Ende gegen den Flansch abstützt und an ihrem unteren freien Ende mit dem Druckglied g verschweißt ist. Da die Zwischenbüchse ohne Spiel im Flansch sitzt, wird sie nahezu gleiche Temperatur wie der Flansch besitzen, sich somit bei gleichem Ausdehnungskoeffizienten -auch gleichviel wie der Flansch dehnen. Diese Dehnung ist aber, bezogen auf den Bolzen, der Flanschdehnung entgegengerichtet, hebt diese auf. Somit wirkt die Länge der Zwischenbüchse als zusätzliche Dehnlänge für den Bolzen. Die Anordnung der auf Dehnung beanspruchten Büchse gehört-jedoch nicht zur Erfindung; Beim Vorschrauben der Tragmutter wird der Bolzen infolge der Reibung im Gewinde etwas verdreht. Diese Verdrehung teilt sich dem Druckglied mehr oder weniger mit. Bei Fortfall des Anzugsmoments wird sich die Verdrehung.des Druckgledes ausgleichen. Damit wird aber auch die Verdrehung im Bolzen verschwinden oder verringert. Im letzteren Fall wirkt die restliche Bolzenverdrehung rückwärts drehend auf das Druckglied, d. h. die Bolzenverdrehung wird weiter gemindert. Diese Verringerung der Verdrehbeanspru-Chung des Bolzens ermöglicht höhere Vorspannung im Bolzen.With the flange L are the pressure members m, which at their free The ends have internal threads for the screw-in end of the studs, on the inner one Welded end. In the flange a, the pressure member g is not directly connected to the flange connected, but there is a Zwisehenbüchse embedded in the flange, which is with a collar at the upper end against the flange and free at its lower end End is welded to the pressure member g. Because the intermediate sleeve has no play in the flange sits, it will have almost the same temperature as the flange, thus at the same expansion coefficient - also stretch the same amount as the flange. These However, in relation to the bolt, expansion is opposite to the flange expansion, cancels this. The length of the intermediate sleeve thus acts as an additional stretching length for the bolt. However, the arrangement of the liner, which is subject to stretching, belongs not for invention; When pre-screwing the support nut, the bolt is due to the Friction in the thread is slightly twisted. This twist is shared more by the pressure member or less with. If the tightening torque is omitted, the twisting of the pressure link will decrease balance. In this way, however, the twist in the bolt will also disappear or be reduced. In the latter case, the remaining bolt rotation acts on the rotating backwards Compression member, d. H. the bolt rotation is further reduced. This reduction the torsional stress on the bolt enables higher preload in the bolt.

Wirtschaftlich ergibt die Ausschaltung-zusätzlicher Spannungen oft die Möglichkeit der Wahl billigerer Schraubenwerkstoffe ohne Gefahr der überschreitung der. Dauerfestigkeit.The elimination of additional voltages often results economically the possibility of choosing cheaper screw materials without risk of exceeding the. Fatigue strength.

Insgesamt zeigt die Erfindung Mittel und Wege, auch den schärfsten Anforderungen in bezug auf ,.die Minderung zusätzlicher Beanspruchungen oder auf Erreichung eines flachen Spannungsanstiegs in den Verbindungsgliedern von Flanschverbindungen zu entsprechen.Overall, the invention shows ways and means, even the sharpest Requirements with regard to,. The reduction of additional stresses or to Achieving a flat tension rise in the connecting links of flange connections correspond to.

Die Erfindung soll vorzugsweise für Flanschverbindungen aller Art angewendet, werden.The invention is preferably intended for flange connections of all kinds be applied.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Flange connection with between the parts to be connected and its connecting members (screw head or support nut) on one or both sides switched on one or more pressure member to achieve a flatter increase in tension in the connecting member when the expansion of the parts of the flange connection changes, characterized in that the Distance between the associated force application points of the pressure members (c, d; g, h, m) or a pressure member (ih, j, r) and a connecting member (e, k) of a connection point by letting in the pressure members (the pressure member) (c, d , g, h, j, m) is lowered into the parts to be connected or one of them (a, b, l).

2. Flange connection according to claim i, characterized in that the pressure member is cut by approximately half the flange thickness or more is embedded in the flange.

3. Flange connection according to claim i and 2, characterized in that the part to be connected (a, l) is drilled through in its entire height for receiving the pressure member (g, m) and the pressure member introduced into the resulting opening ('g, na ) connected to the part to be connected at the inner end of the recess, e.g. B. is welded (Fig. 2 and 5). q ..

Flange connection according to claims z, z and 3, characterized in that the part of the connecting links carrying the nut thread and the pressure member ... form one piece (Fig. q :).

5. Flange connection according to claims z to q., Characterized in that the pressure member (c, d, g, h, m, j) at least partially against heat absorption or heat absorption compared to the part to be connected (a, b, l), for example is protected by the interposition of insulating materials.