DE853451C - Flanschverbindung an Druckgefaessen, insbesondere an Gehaeusen von Dampf- und Gasturbinen - Google Patents

Description

• Flanschverbindung an Druckgefäßen, insbesondere an Gehäusen von Dampf- und Gasturbinen Die Lösung der Aufgabe, die Gehäuseteile von Dampf- oder Gasturbinen durch eine Flanschverbindung dicht miteinander zu verbinden, wird mit ständiger Zunahme der Frischdampfdrücke oder Temperaturen immer schwieriger. Die benötigten Flanschschrauben müssen dabei besonders stark bemessen werden, weil die Gehäuseflansche sich beim Anfahren der Turbine erheblich schneller erwärmen als die Schrauben, so daß derartig an und für sich schon stark beanspruchte Schrauben hierbei überbeansprucht Werden. Aus diesem Grunde werden solche Schrauben oft als sogenannte Dehnschrauben ausgebildet, d. h. man verjüngt den Schaft zwischen den beiden Gewinden und verlängert ihn über das notwendige Maß, um dann zwischen dem Gehäuseflansch und der Mutter eine Hülse einzusetzen, deren Querschnittsfläche etwa der Fläche des verjüngten Schaftquerschnitts entspricht.
• Die insbesondere bei Dampfturbinen auftretenden Drücke erfordern bereits so große Schraubendurchmesser, daß die Gehäuseflansche unverhältnismäßig groß und breit werden und die Symmetrie des Gehäuses stören, was erfahrungsgemäß zu Verziehungen und insbesondere zum Unrundwerden der Gehäuse führt. Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, hat man Flanschverbindungen vorgeschlagen, die im wesentlichen aus einzelnen, nebeneinander angeordneten Klammern bestehen, die die Gehäuseflansche zusammenpressen, indem Schraubenbolzen die Klammern in Richtung der Gehäuseteilung gegen die Gehäuseflansche ziehen. Die Klammern bestehen aus einem quer zur Teilfuge liegenden Steg mit daran sitzenden Wangen, die von beiden Seiten her auf entsprechende schräge Flächen an den Gehäuseflanschen drücken. Die Schrauben sind in Richtung der Flansche in das Gehäuse eingeschraubt und so angeordnet, daß sie den an der Teilfuge des Gehäuses entstehenden höhen Druck nicht selbst aufnehmen. Bei dieser Bauart müssen die Klammern sehr . breit ausgebildet werden, da sie stark auf Biegung beansprucht werden. Eine solche Klammerverbindung stellt im Vergleich zu den eingangs beschriebenen Dehnschrauben erst recht ein starres Svstem dar. Die Klammern erwärmen sich beim Anfahren der Turbinen langsamer als die vom Dampf bespülten Flansche, so daß sie infolge der größeren Wärmedehnung der Flansche zusätzlich auf Biegung beansprucht und leicht bleibend verformt werden. Die Folge davon ist, daß entweder das Gehäuse undicht wird oder aber daß die Turbine nur sehr langsam angefahren werden kann, was ihren Wert stark beeinträchtigt.
• Die vorliegende Erfindung erstrebt eine verbesserte Ausführung einer derartigen Flanschverbindung, bei der einzelne, nebeneinander angeordnete Klammern mittels parallel zur Flanschdichtfläche angeordneter Schraubenbolzen die Gehäuseflansche zusammenpressen und dabei die Klammern unter Keilwirkung gegen die Flansche ziehen. Das Neue der Erfindung besteht darin, daß die Flansche, Klammern und Bolzen so ausgebildet und angeordnet sind, daß die durch die Anzugskraft der Schraubenbolzen entstehenden, schräg gerichteten Auflagekräfte der Klammer Spannkräfte im Flansch und in der Klammer hervorrufen, von denen die eine oder die andere der Spannkräfte sich mit den beiden Kraftrichtungen von. Bolzen und Auflager wenigstens angenähert in einem gemeinsamen Punkt schneiden, womit bewirkt wird, daß entweder die Klammer oder das Gehäuse nahezu völlig von Biegebeanspruchungen entlastet ist. Zur Unterstützung dieser Wirkung insbesondere beim Auftreten der starken Erwärmung des Gehäuses können ebenfalls Dehnschrauben in Verbindung mit Dehnhülsen, die innerhalb der Klammer angeordnet sind, oder elastische Druckstücke zwischen Klammer und Gehäuseflanschen angeordnet werden. Zur besseren übertragung der Wärme auf die Klammer kann die Klammer unmittelbar wärmeleitend am Gehäuse anliegen, oder es kann der Spalt zwischen Klammer und Gehäuse mit wärmeleitendem Material ausgefüllt sein.
• Weitere Einzelheiten der Erfindung sind an Hand einiger Ausführungsbeispiele, die in der Zeichnung dargestellt sind, im folgenden beschrieben; Fig. i zeigt eine einfache Flanschverbindung nach der Erfindung im Querschnitt; Fig.2 stellt eine ähnliche Flanschverbindung unter Verwendung von elastischen Druckstücken dar; Fig.3 ist eine Flanschverbindung, bei der die Befestigungsschrauben unmittelbar am Flansch angreifen, so daß das Gehäuse biegungsfrei wird.
• Nach Fig. i ist als Flanschverbindung zwischen den Gehäuseteilen i und 2 eines geteilten Turbinen- , gehäuses eine Klammer 3 verwendet, die mittels der Schrauben 4 gegen abgeschrägte Auflageflächen 5 der Gehäuseflansche i und 2 gepreßt wird. Hierbei ist die senkrechte Entfernung zwischen der schrägen Auflagefläche 5 und den waagerecht angeordneten Schrauben 4 so groß gewählt, daß die Richtung der schrägen Auflagekraft mindestens angenähert durch den Schnittpunkt der waagerecht verlaufenden Schraubenachse mit der Richtung der im Klammersteg verlaufenden Spannkraft hindurchgeht. Das Moment aus der Schraubenkraft und der Entfernung zwischen der Auflagefläche 5 und der Schraubenachse hebt das Biegemoment der außerhalb der Klammerstegachse angreifenden Auflagekraft auf. Hierdurch wird erreicht, daß die Klammer fast gar nicht mehr auf Biegung, sondern vorwiegend nur noch auf Zug beansprucht wird. Der Fortfall der Biegebeanspruchung ermöglicht es, den Querschnitt der Klammer bedeutend geringer zu bemessen, so daß das Volumen der Klammer gegenüber einer Klammer bisheriger Bauart fast auf ein Viertel zusammenschrumpft. Die Klammer vermag mit ihrer Wärmeaufnahme über die Auflagefläche 5 einer Erwärmung des Gehäuses erheblich schneller zu folgen, so daß unzulässig hohe Biegebeanspruchungen in Klammer und Gehäuse vermieden werden.
• Im Gegensatz zu der obenerwähnten bekannten Klämmerverbindung, die sehr starr ist und bei der die Schrauben nur zum Aufbringen und Festhalten der Klammern dienen, nehmen bei der erfindungsgemäßen Ausbildung die Schrauben 4 an der Kraftübertragung teil, so daß sie auch wirksam als Dehnschrauben ausgebildet werden können, wobei ihre Dehnlänge, wie bei der üblichen Schraubenverbindung, durch Dehnhülsen zwischen Klammer und Mutter künstlich vergrößert werden kann.
• Bei einer Ausführungsform nach Fig. 2 wird die Verbindung dadurch noch elastischer gestaltet, daß zwischen der Klammer 3 und der Auflagefläche 5 an den Gehäuseflanschen Druckstücke 6 angeordnet werden, die in ähnlicher Weise wirken wie die bekannten Dehnhülsen; d. h. eine gewisse Wärmedehnung der hier verhältnismäßig niedrig gehaltenen Flansche i und 2 verteilt sich auf die Höhe der beiden Druckstücke 6 und die Höhe der Klammer 3, was somit eine prozentual viel kleinere Zusammendrückung der Druckstücke bzw. Längung der Klammer, also eine sehr viel kleinere Überbeanspruchung als bei einer starren Klammer bedeutet. Zusätzlich wirken aber auch 'hier die beiden parallel zur Teilfuge liegenden Schrauben als Dehnschrauben, da auch sie unter der Beanspruchung elastisch nachgeben und somit die Überbeanspruchung herabsetzen können. Zur Erhöhung der Elastizität lassen sich (hier nicht eingezeichnete) Dehnbüchsen zwischen der Mutter und der Klammer vorsehen, -wie es an dem weiteren Beispiel nach Fig. 3 gezeigt ist.
• Bei der Ausbildung einer Flanschverbindung nach Fig.3 wird die Dichtkraft zwischen den Flanschen durch eine starre, auf Biegung beanspruchte Klammer 7 aufgebracht, die die beiden niedrig gehaltenen Gehäuseflansche i und 2 mit Hilfe von möglichst langen Druckstücken 6 zusammenpreßt. Die Schrauben .4 sind unmittelbar in die Flansche eingeschraubt und befinden sich daher zwischen den Auflageflächen 5. Hierbei wird die Biegebeanspruchung der Klammer zwar nicht vermieden. Dagegen wird durch die Druckstücke 6 einerseits und durch die langen Schrauben 4 andererseits eine ausreichende 1?lastizität der Verbindung erreicht. Diese Elastizität kann auch hier wieder durch in der unteren Hälfte der Fig. 3 dargestellte Dehnhülsen 8 zwischen der Mutter 9 und der Klammer 7 gesteigert werden, wobei die Dehnhülsen 8 vorteilhafterweise ins Innere der Klammer verlegt werden, wie dies ebenfalls aus der unteren Hälfte der Fig.3 ersichtlich ist.
• Die Lösung nach Fig. 3 hat den Vorteil, daß die Wirklinien der Schraubenkraft und derAuflagekraft der Klammer 7 sich mit der senkrecht zur Dichtfläche verlaufenden Spannkraft innerhalb des Gehäuseflansches schneiden, so daß also durch die Flanschverbindung kein Biegemoment auf das Gehäuse selbst ausgeübt wird. Bei dünnwandigen, zylindrischen Gehäusen, die nicht durch ihre Formgebung oder durch Rippen versteift sind, kann durch diese Ausführung ein Unrundwerden des Gehäuses mit Sicherheit verhindert werden.
• Die Ausbildung einer Verbindung nach Fig. 3 kann ferner noch dadurch vervollkommnet werden, daß der zwischen den beiden Gehäuseflanschen i und 2 und der Klammer 7 befindliche Spalt io wegfällt. Durch Anpressen der Klammer 7 an die beiden Gehäuseflansche i und 2 und durch saubere Bearbeitung der Berührungsflächen oder durch Ausfüllen des Spaltes io mit wärmeleitendem Material kann dabei erreicht werden, daß auch an diesen Berührungsflächen die Wärme von den Flanschen i und 2 auf die Klammer? schnell übertragen wird. Hierbei erwärmt sich die innere Seite der Klammer 7 schneller als die äußere Seite, wobei ebenfalls die Beanspruchungen beim plötzlichen Anfahren vermindert werden. Diese Wirkung kann schließlich noch dadurch verstärkt werden, daß die Klammer 7 in ihrer neutralen Zone einen Schlitz i i erhält, der den Wärmefluß von der inneren zur äußeren Seite der Klammer 7 hemmt.
• Die Anwendung der Erfindung ist nicht allein auf Dampfturbinen oder Gasturbinen beschränkt, sondern sie ist in gleicher Weise auch in allen anderen Fällen möglich, in denen zwei Flansche mit großen Kräften wärmeelastisch zusammengepreßt werden sollen.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Flanschverbindung von Druckgefäßen, insbesondere Gehäusen von Dampf- und Gasturbinen, im wesentlichen bestehend aus einzelnen, nebeneinander angeordneten Klammern, die mittels parallel zur Flanschdichtfläche angeordneter Schraubenbolzen die Gehäuseflansche zusammenpressen, indem sie die Klammern unter Keilwirkung gegen die Flansche ziehen, dadurch gekennzeichnet, daß Flansche, Klammern und Bolzen so ausgebildet und angeordnet sind, daß die durch die Anzugskraft der Schraubenbolzen entstehenden, schräg gerichteten Auflagekräfte der Klammer Spannkräfte im Flansch und in der Klammer hervorrufen, von denen die eine oder die andere der Spannkräfte sich mit den beiden Kraftrichtungen von Bolzen und Auflager wenigstens angenähert in einem gemeinsamen Punkt schneiden. 2. Flanschverbindung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenbolzen in solcher Entfernung von den Auflageflächen der Klammer an den Flanschen angeordnet sind, daß sich die Richtungen der Auflagekräfte mit den Mittelachsen der Bolzen und der Mittelachse des Klammersteges wenigstens angenähert in je einem Punkt schneiden. 3. Flanschverbindung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Flansche, Klammern und Schraubenbolzen so ausgebildet und angeordnet sind, daß die Mittelachse eines Bolzens sich mit der Richtung der schräg gerichteten Auflagekraft einer Klammer in einem Punkt innerhalb des Gehäuseflansches schneidet. .4. Flanschverbindung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenbolzen als Dehnschrauben ausgebildet sind und mit Dehnhülsen zwischen Schraubenmutter und Klammer versehen sind. 5. Flanschverbindung nach Anspruch i oder 4, dadurch gekennzeichnet, daßzwischen den Klammern und Gehäuseflanschen elastische Druckstücke angeordnet sind. 6. Flanschverbindung nach einem der Ansprüche i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Klammer wärmeleitend an den Gebäuseflanschen anliegt. 7. Flanschverbindung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt zwischen Klammer und Gehäuse mit wärmeleitendem Material ausgefüllt ist. B. Flanschverbindung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Klammer in einer neutralen Zone geschlitzt ist, um die Wärmeleitung von innen nach außen zu verzögern. Angezogene Druckschriften: Zeitschrift »Brennstoff, Wärme, Kraft«, Bd.
2. 2, Heft 4, vom .4. 4. 195o, S. 97, Abb. 9.