DE719819C - Hochdruckgefaess - Google Patents

Description

• Hochdruckgefäß Die Erfindung betrifft ein Hochdruckgefäß, das aus einem Innenmantel mit lagenweise in Spiral'form aufgewickelten Stahlbändern besteht, die- -einen Querschnitt aufweisen, der aufgewickelt eine glatte Mantelfläche ergibt, und die unter Vorspannung so aufgewickelt sind, daß ein. oder mehrere Lagen mit den folgenden den Wicklungssinn wechseln.
• Für hohe Drücke werden vorwiegend in der chemischen Industrie Behälter benötigt, die besonders bei den die zulässigen Bean-. spruchungen des Materials stark herabsetzenden höheren Temperaturen große Wandstärken verlangen. Die Herstellung dieser Behälter macht Schwierigkeiten, da große Schmiedestücke und umfangreiche Einrichtungen erforderlich sind. Man kann solche Behälter auch schweißen. Jedoch sind hierfür die Möglichkeiten beschränkt, denn die beim Schweißen erforderliche sorgfältige Arbeitsweise und genaueste Kontrolle läßt sich oft bei den großen Wandstärken nicht mit genügend großer Sicherheit durchführen. Bei Verwendung von Sonderstahlen ist die noch mit Sicherheit zu schweißende Wandstärke außerdem noch erheblich geringer.
• Man ist bereits dazu übergegangen, Behälter aus zwei Teilen zusammenzusetzen, und. zwar hat man zur eigentlichen Druckaufnahme Körper aus Stahl mit günstigen Festigkeitseigenschaften. gewählt und das Innere mit dünnen Schichtyen aus dem Sonderwerkstoff ausgekleidet. Zur weiteren -Erhöhung der Festigkeit wurden auch schon einzelne Ringe im Abstand um Druckgefäße gelegt. - Alle diese Maßnahmen genügten jedoch natürlich bei Behältern mit sehr hohen Drücken nicht. Und so hat man dann schließlich, und zwar bei Geschützen, den Grundkörper mit dicht. aufgesetzten, unmittelbar nebeneinanderliegenden Ringen umgeben oder eine oder mehrere Schichten Stahlband um den Grundkörper gewickelt, wobei man den einzelnen Lagen eine derartige Oberfläche durch eine entsprechende Profilierung der Bänder gab, daß sie jeweils ineinan.dergriffen und so gegen ein seitliches Verschieben gesichert waren. Diese Lagen verliefen bisher stets in gleichem Wicklungssinn.
• Es ist auch schon ein 1-Iochdruckgefäl;), vorgeschlagen worden, dessen. drucktragende"-Wand aus auf einen Innenmantel lagenweise in Spiralform aufgewickelten Stahlbändern besteht, die unter Vorspannung so aufgewikkelt sind, daß die aufeinanderfolgenden Lagen abwechselnd ihren Richtungssinn ändern. Bei diesem Hochdruckgefäß besitzen die Stahlbänder einen Querschnitt, der an der Innenfläche ein Aufwickeln in dem einen Sinne und außen das Aufwickeln der folgenden entgegengesetzt gewickelten Lage bei gleicher Anlage gestattet und aufgewickelt eine glatte Mantelfläche bildet.
• Der Gangwechsel (rechts- oder linksgängig) im Wicklungssinne hebt die durch das unter Spannung und gegebenenfalls unter Wärmeschrumpf erfolgende V4'ickeln sich ergebenden Verdrehungsbeanspruchungen des Behälters, abgesehen von den axialen Komponenten, die sich als Längszug auswirken, gegenseitig auf. Die Stahlbänder nehmen in der Hauptsache die sich aus dem Behälterdruclt ergebenden Tangentialspannungen auf. Sofern aber die Stahlbänder aus .einfachem Flachstahl bestehen und aufgewickelt glatte, Zylinder ergeben, also keine senkrecht oder schräg vorspringenden Ringansätze besitzen, können die Beanspruchungen in axialer Richtung, die bekanntlich ohne die Axialkomponenten der Wicklung halb so groß wie die Tangentialbeanspruchungen sind, von den Wicklungen nur in der Höhe des Reibungswertes, mit denen die einzelnen Lagen aneinanderliegen, aufgenommen werden.
• Gemäß der Erfindung sind daher zur Aufnahme der auf die Stahlbänder wirkenden axialen Kräfte Einlagen vorgesehen. Diese können beispielsweise aus einander längs gerichteten Profilstangen, die in einer oder mehreren Lagen die Mantelfläche bedecken, oder aus radial die Stahlbandla.gen unter Ausnutzung ihrer Scherquerschnitte für die Aufnahme der Längskräfte durchsetzenden Bolzen bestehen.
• In den Zeichnungen sind zwei Aus,führuingsbeispiele der Erfindung durch Ausschnitte aus dem Mantelstück des Behälters dargestellt.
• Abb. i zeigt einen Ausschnitt aus dem Mantel mit acht durch Bolzen gesicherten Stahlbandlagen über den Grundkörper, Abb. z einen stark verkleinerten Querschnitt durch einen Behälter mit sechs Stahlbandlagen und einer mittig eingefügten Zugstäbeeinlage zur Aufnahme der Axialkräfte.
• In beiden Ausführungsbeispielen biezeichnet i den Grundkörper oder Innenmantel des Behälters, dessen Wandstärke nur so groß ist; daß er verhältnismäßig leicht aus Vollmaterial hergestellt werden kann bzw. wenn dieser aus einem gebogenen und zusammen-. geschweißten Blech hergestellt wird, die '=Schweißnaht z mit :einer für den Betrieb ausrecichenden Sicherheit hergestellt werden kann. T)as Material für diesen Grundkörper wird entsprechend dem Beschickungsgut gewählt und bei chemischen Apparaten häufig korrosionsbeständiger Stahl sein. Den Festigkeitseigenschaften des Materials fällt hier nur eine mitbestimmende Bedeutung zu. Je nach der Schweißbarkeit dieses Materials wird für gesch%veifate Innenmäntel die Wandstärke gewählt werden, die im vorliegenden Falle. um ein Zahlenbeispiel zu geben, 3o mm bei einem Zoo atü Behälter von i ooo mm Durchmesser aus säurebeständigem Chromnickelstahl mit beispieImveise iokg.'mm° zulässiger Zugbeanspruchung beträgt. Die erforderliche Wandstärke ist bei diesen Abmessungen erheblich größer und beträgt, der Kürze halber aus der Formel für dünnwandige Behälter gerechnet, etwa i oo mm, so daß noch 7o mm Wandstärke bei einem Material gleicher Festigkeit aufzubringen sind. Diese Wandstärke wird durch eine größere Anzahl von Lagen spiralig aufgewickelter Stahlbänder 3 bis i o von bandartiger, sonst aber beliebiger Querschnittsform gebildet, welche unter starker Spannung aufgewickelt werden, gegebenenfalls auch unter Ausnutzung der an sich bekannten Schrumpfwirkung warm aufgebrachter Bänder. Jedes Band 3 bis io wird in Form einer Spirale schraubenförmig um den Grund'körp.er aufgewickelt und ruft durch das unter Spannung erfolgende Wickeln eine Verdrehungsspannung s auf seiner Unterlage in Richtung der Steigung der Schraubenlinie hervor, deren tangentiale Komponente St durch eine nachfolgende Wicklung im entgegengesetzten Drehsinne und Steigung aufgehoben werden kann. Zweckmäßig wird man mit jeder Lage den Wicklungssinn wechseln und eine gerade Anzahl von Wicklungslagen 3 bis io anwenden, wobei die erste Lage 3 beispielsweise linksgängig, die zweite Lage .l, am gleichen Trominelende beginnend, rechtsgängig gewickelt wird und abwechselnd auch die weiteren Lagen 5 bis io wickeln, bis die im Hinblick auf den Tonnendruck und die herrschende Temperatur notwendige Wandstärke erreicht ist. Die an sich geringfügigen axialen Komponenten Sa dieser Wickelspannungen S könnten dadurch praktisch umwirksam gemacht werden, daß man je zwei die Tangentiaispannungen aufhebende Lagen 3, ¢ bzw. 5, 6 oder 7, ä abwechselnd von dem einen oder von dein anderen Trommelende aus wickelt. Die Stahlbänder 3 bis i o sind in erster Linie dazu berufen, die durch den Innendruck auftretenden größten Hauptspannungen, das sind die Tangentialspannungen, aufzunehmen und besitzen der Einfachheit halber rechteckige bzw. rhombische Querschnittsiormen, so daß jede Lage einen glatten zylindrischen Mantel hergibt, welcher das Aufwickeln der nächsten Lage erleichtert. Mangels vorstehender Ansätze oder Schrägflächen besteht in der Achsrichtung kein Über den Reibungswiderstand zwischen den Lagen hinausgehender kraftaufnehmender Zusammenhang, so daß Längskräfte von diesen Bändern ohne weiteres nicht aufgenommen. werden können. Diese Kräfte betragen etwa die Hälfte der Tangentialkräffie P, für das Rechnungsbeispiel etwa und können bei kleinerer Wandstärke des Innenmantels eine erhebliche Größe erreichen. Im vorliegenden Falle nimmt der Grundkörper etwa P' = (D +s) n si h, = 96o t auf, so daß für die Bandlagen noch 5oo t verbleiben, die nicht durch Reibung gehalten werden können.
• Die restliche Längskraft von 5oo t wird gemäß Abb.2 durch eine Einlage aus am Mantel nebeneinanderliegenden und an beiden Enden festgehaltenen Längsstäben i i gebildet, welche zwischen den Wickellagen 3 und q. eingeschaltet ist, jedoch auch mehrere beliebig verteilte Lagen erfassen kann.
• Eine andere, im Hinblick auf den Umfang des Behälters zweckmäßigere Möglichkeit der Aufnahme von Längskräften im gewickelten Behälterteil zeigt das Aus£ührungsbeispüel nach Abb. i. Dort werden nach Fertigstellung der Wickellagen eine größere Zahl von diese durchsetzenden Bohrungen i?. hergestellt, die bis zum Grundkörper i reichen, ohne diesen zu schwächen bzw. nur mit ihren die Verbindung herstellen. Kegelspitzen 13 Die Bohrungen 12 werden. genau ausgerieben und mit stramm sitzenden Bolzen i q. versehen, welche die Wickellagen nach Art eines Nietbolzens durchsetzen und den Längsikräften mehrere Scherquerschnitte pro Bolzen entgegensetzen.
• Der Querschnitt der Bolzen 1q. braucht nicht unbedingt .eine volle Kreisfläche zu sein,, sondern kann auch durch Längsnuten unterbrochen ivexden, wie dies bei 15 in dem strichpunktiert gezeichneten Schnitt der Abb. i gezeichnet ist. Letzteres hat den Vorteil einer sicheren Anpassung an die Wandformung und gestattet ferner das Entweichen der beim Wickeln zwischen den Lagen verbleibenden Luft, welche ohne einen solchen Ausweg beim Erwärmen nicht unerhebliche Drücke annehmen kann, die man vorsichtshalber vermeidet.
• Die Wickelbänder 3 bis io brauchen nicht aus dem für den Innenmantel vorgesehenen Material hergestellt sein, man ist vielmehr in der Lage, hierfür einen Konstruktionsstahl zu wählen, dessen Eigenschaften sich lediglich nach den Festigkeitswerten richten. Die Böden des Behälters kann man durch Anschweißen -befestigen, da die Verbindungsstelle nur durch die Axialkraft belastet isst, oder man wird eine Flanschbefes bwng wählen, wobei der Flansch durch Schweißen oder Verschraubung am zylindrischen Teil des Behälters befestigt wird.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Hochdruckgefäß, das aus einem Innenmantel mit lagerweise in Spiralform aufgewickelten Stahlbändern besteht, die einen Querschnitt aufweisen, der aufgewickelt eine glatte Mantelfläche ergibt, und die unter Vorspannung so aufgewickelt sind, daß eine oder mehre Lagen mit den folgenden den Wicklungssinn wechseln, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufnahme der auf die Stahlbänder (3 bis io) wirkenden axialen Kräfte Einlagen (1i, 1q.) vorgesehen sind. z. Behälter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den. Stahlb:änderlagen (3 bis io) besondere Lagen aus die Mantel$äche bedeckenden längs gerichteten Profilstangen (i i, Drähte) angeordnet sind. 3. Behälter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Achsrichtung sichernden. Einlagen aus radial eingesetzten Scherbolzen (1q.) bestehen, die alle Stablbandlagen (3 bis io) durchsetzen-, so daß sich die auf einen Bolzen (1q.) entfallende Axialbeanspruchung des Behälters auf mehrere Scherquerschnitte des Bolzens (i4) verteilt. q.. Behälter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Scherbolzen (1q.) auch in den Grundkörper (i) eingreifen, z. B. durch ihre kegelförmig zugespitzten Enden. 5. Behälter nach Anspruch, 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Scherbolzen (i4) ,ähnlich wie Niete mit Preßsitz in die Stahlbänderbohrungen (i2) reingesetzt sind. 6. Behälter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Scherbolzen (1q.) mit Längsnuten (15) versehen sind.