DK159859B

DK159859B - Indretning til sammenfoejning af hoejtryksledninger

Info

Publication number: DK159859B
Application number: DK303884A
Authority: DK
Inventors: Robert C Hagner
Original assignee: Robert C Hagner
Priority date: 1983-06-22
Filing date: 1984-06-21
Publication date: 1990-12-17
Also published as: JPS6014692A; NL8401879A; DK159859C; GB8414922D0; NO172261B; GB2142106A; DK303884A; FR2549194B1; IT8448438A0; DK303884D0; SE8403334D0; KR850000633A; BR8402949A; US4648632A; AU564264B2; FR2549194A1; AU2935884A; SE8403334L; IE56491B1; NO172261C

Description

DK 159859 B

i

Den foreliggende opfindelse angår en indretning til sammenføjning af højtryksledninger omfattende en rørformet hanpart, en rørformet hunpart samt en mellemliggende tætningsring med en fælles symmetriakse, hvilken hanparts mod samlingen vendende β ende har en mod samlingen tilspidset ydre kegleflade, og hvilken hunparts mod samlingen vendende ende har en udsparing med en væk fra samlingen tilspidset indre kegleflade, som har en mindre tilspidsningsvinkel i forhold til symmetriaksen end den førnævnte ydre kegleflade, imellem hvilke kegleflader tæt-10 ningsringen er beliggende, og hvilke parter endvidere hver omfatter en radialt udadgående sammenspændingsflange.

Inden for området med håndtering af fluida under højt tryk, som f.eks. i industrielle varmevekslere, er der blevet udvik-15 let et stort antal af sammenføjnings- eller afslutningsindretninger til at sammenføje ledninger. Én indretning omfatter en hanpart, en hunpart og en tætningsring. Hanparten har en ende med en indad tilspidset, ydre kegleflade. Hunparten har en ende med en udad tilspidset indre kegleflade med en tilspids-20 ningsvinkel i forhold til delens akse, som er mindre end hanpartens tilspidsningsvinkel. Tætningsringen har i hovedsagen et trapezformet tværsnit og en ydre overflade med en tilspidsningsvinkel, der i hovedsagen er den samme, som hunpartens indre kegleflades tilspidsningsvinkel, og tætningsringen har en 25 indre overflade med en tilspidsningsvinkel, der i hovedsagen er den samme, som hanpartens ydre kegleflades tilspidsningsvinkel. Da han- og hunparten presses sammen i tilpasset indgreb, f.eks. ved hjælp af flanger, kiles tætningsringen stramt fast imellem disse.

30

En ulempe ved de kendte trapezformede tætningsringforbindelser er vanskeligheden forbundet med på sikker måde at kunne fastlejre tætningsringen mellem de ydre og indre kegleflader på han- og hunparten. Hvis tætningsringen ikke er rettet ind i 35 aksi alretningen, når parterne føres sammen, vil tætningsringen blive underlagt uens spændinger, når han- og hunparten presses i stramt, tilpasset indgreb, hvilket kan medføre, at tæt- 2

DK 159859 B

ningsringen ødelægges ved brud eller sanimenkrølning. Hvis der alligevel ikke optræder brud eller krøller på tætningsringen, og denne stadig ikke er rettet ind i aksialretningen, kan sammenføjningen stadig være utæt, hvilket ved ekstremt høje tryk 5 kan være katastrofalt.

En forbedret sammenføjnings- eller afslutningsindretning af den beskrevne type blev udviklet, hvori tætningsringen var formet således, at den omfatter en radialt forløbende læbe.

10 Læben tilvejebringer en visuel indikering af at delene er rettet rigtigt ind i forhold til hinanden, idet han- og hunparterne presses i indgreb. Imidlertid var de tidligere kendte, med læbe forsynede trapez- og ringformede sammenføjnings-eller afslutningsindretninger skyld i fejl på grund af ukorrekt 15 størrelsesforhold mellem hanparten, tætningsringen og hun parten. Under sammenspændingen af sammenføjningsindretningen bevæger læben sig mod hunparten. Hvis det oprindelige mellemrum mellem læben og hunparten er for lille, vil der under sammenspændingen opstå kontakt mellem læben og hunparten, 20 og læben kan blive klippet over eller de kræfter, som hun parten udøver på læben, kan medføre at der opstår brud på ringen. Hvis det oprindelige mellemrum mellem læben og hunparten på den anden side er for stort, er der måske util-trækkelig overfladekontakt mellem tætningsringen og hunparten 25 til at tilvejebringe en tilstrækkelig god forsegling.

En forbedret sammenføjnings- eller afslutningsindretning, som omfatter en tætningsring med en rundtgående, radialt udad forløbende læbe er beskrevet i US patentskrift nr. 4.452.474. Her 30 er tætningsringen, hanparten og hunparten størrelsesmæssigt tilpasset hinanden, således at en tilstrækkelig god forsegling opnås, og således at tætningsringens læbe forbliver i afstand fra hunpartens ende. Under anvendelse af ekstremt høje tryk, er den krævede sammenspændingskraft imidlertid så høj, at 35 læben stadigvæk kan blive skåret over.

Formålet med den foreliggende opfindelse er at anvise en sammenføjnings- eller afslutningsindretning, som ikke fremviser 3

DK 159859 B

de tidligere kendte ulemper. Mere specifikt er det et formål med den foreliggende opfindelse at anvise en sammenføjningseller afslutningsindretning, hvor kombinationen af hanparten, tætningsringen med en radiart udad forløbende læbe, og hunpar-5 ten har et sådan indbyrdes størrelsesforhold, at de i aksial-retningen er rettet sikkert ind i forhold til hinanden og således, at en tilstrækkelig god forsegling opnås samtidigt med, at læben forbliver i afstand fra enden af hunparten, uafhængigt af sammenspændingskraften.

10

Sammenføjningsindretningen ifølge opfindelsen er ejendommelig ved, at tætningsringen ved sin ene ende er forsynet med en rundtgående læbe, som strækker sig radialt ud imellem sammenspændingsflangerne og ved sin anden ende rager ud over han-15 partens mod samlingen vendende ende.

Herved opnås, at under sammenspændingen af han- og hunparten kan læbens position i forhold til parternes sammenspændingsflanger iagttages, hvorved man altid er sikker på, at læben 20 har den samme afstand til hver flange hele vejen rundt om forbindelsen, og at tætningsringen derved er korrekt beliggende og ikke har forskubbet sig, således at der altid tilvejebringes en forbindelse med den ønskede optimale tæthed.

25 Ifølge opfindelsen kan tætningsringens aksiale længde mellem læben og den modstående ende svare til dybden af hunpartens udsparing.

De pågældende indbyrdes dimensioner af tætningsringen og han-30 og hunpartens kegleflader er herved valgt således, at den dannede tætnings effektivitet maksimeres og således, at mulighederne for at tætn i ngsri ngen ikke rettes i nd i aksi alretni ngen eller bliver skadet under sammenføjning og anvendelse minimeres. Den maksimale inderdiameter af tætningsringens indre 35 overflade er mindre end den maksimale yderdiameter af hanpartens endedel, medens den minimale inderdiameter af tætningsringen er mindre end den minimale yderdiameter af hanpartens 4

DK 159859 B

endedel. Den maksimale yderdiameter af tætningsringens ydre overflade, beliggende i umiddelbar nærhed af læben, er større end den maksimale inderdiameter af hunpartens endedel, således at læben forbliver i afstand fra enden af hunpartens endedel, 5 idet hanparten og hunparten presses sammen. Uafhængigt af, hvor stramt hanparten og hunparten presses sammen, vil enden af tætningsringen imidlertid optage hunpartens skulder før end læben klippes over.

10 Opfindelsen forklares nedenfor under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 viser en indretning ifølge opfindelsen til sammenføjning af højtryksledninger, set delvis i aksialsnit, og 15 fig. 2 et detaljeret aksialt delsnit af hanparten, tætnings-ringen og hunparten ifølge en foretrukken udførelsesform for den foreliggende opfindelse.

20 Oen i fig. 1 viste indretning til sammenføjning af højtryksledninger har det generelle henvisningstal 11. Sammenføjningsindretningen 11 omfatter i hovedsagen en hanpart 13, en hunpart 15 og en tætningsring 17.

2S Hanparten 13 er i hovedsagen rørformet og er tilpasset til at kunne forbindes med en højtryksledning ved hjælp af svejsning eller lignende ved 19. Hanparten 13 omfatter en radialt udad forløbende flange 21 med en række bolthuller 31.

30 Hunparten 15 er i hovesagen også rørformet og er tilpasset til at forbindes med en højtryksledning ved hjælp af svejsning ved 33. Hunparten 15 omfatter en radiært forløbende flange 35, tildannet ud i ét med hundelen 15, hvilken flange 35 har en række af bolthuller 37. Flangen 35 er derved tilpasset til at 35 kunne forbindes med flangen 21 ved hjælp af et antal bolte eller lignende, således at hanparten 13 og hunparten 15 forbindes og presses aksialt sammen.

5

DK 159859 B

Hunparten 15 omfatter en radialt forløbende endedel 39 med en sig udadtil udvidende konisk åbning. Endedelen 39 har en indre kegleflade med en bestemt tilspidsningsvinkel i forhold til hunparten 15's akse. Endedelen 39 er forbundet med hunparten 5 15's gennemstrømningsåbninger 41 ved hjælp af en radialt indad forløbende skulder 43.

Hanparten 13 omfatter en indad tilspidset endedel 45 med en ydre kegleflade. Tilspidsningsvinklen af endedelen 45's ydre 10 kegleflade i forhold til symmetriaksen er større end tilspidsningsvinklen af hunparten 15's indre kegleflade.

Tætningsringen 17 omfatter en ydre kegleflade 47 og en indre kegleflade 49. Tilspidsningsvinklerne for den ydre overflade 15 47 og den indre overflade 49 er i hovedsagen de samme, som tilspidsningsvinklerne for hunparten 15's indre kegleflade henholdsvis hanparten 13"s ydre kegleflade. Tætningsringen 17 kiles derved fast mellem hanparten 13's endedel 45 og hunparten 15's endedel 39. Indre tryk i ledningen 11 påvirker tæt-20 ningsringen 17, således at denne presses i strammere indgreb med endedelene 45 og 39, hvorved tætningsringen 17 effektivt er komprimeret. Jo større det indre tryk er desto mere effektiv er tætningen.

25 Tætningsringen 17 omfatter en rundtgående radialt udadtil for løbende læbe 51. Læben 51 er placeret således på tætningsringen 17, at den er i afstand fra hunparten 15's ende 53 og hanparten 13*s flange 21. Under samlingen af sammenføjningsindretningen 11, kan positionen af læben 51 i forhold til hanpar-30 ten 13 og hunparten 15 inspiceres, og således kan det verificeres, at afstanden mellem læben 51 og hunparten 5's ende 53 i hovedsagen er den samme hele vejen rundt om sammenføjningsindretningen 11. Læben 51 tilvejebringer derved en visuel indi-kering af, at delene er rettet rigtigt ind i forhold til hin-35 anden.

6

DK 159859 B

De i fig. 2 viste detaljer af den foretrukne udførelsesform ifølge opfindelsen forklares nu nærmere. Tilspidsningsvinklen for hanparten 13's endedel 45 er betegnet med a, og er _ ved den foretrukne udførelsesform på 20°. Tilspidsningsvink- len for hunparten 15's endedel 47 er betegnet med b, og er ved den foretrukne udførelsesform på 10°. Det er empirisk blevet fastlagt, at der findes en optimal tværsnitskonfiguration for tætningsringen 17, uafhængig af dennes diameter.

Ved den optimale konfiguration er den aksiale længde af tætningsringen 17, som er betegnet med L^, på 22,23 mm, og den maksimale tykkelse af tætningsringen, som er betegnet med T , er på 8,03 mm. Den optimale afstand mellem læben 51 og hunparten 15's ende 53, hvilken afstand er betegnet med L^, er på 3,84 mm. Ved den foretrukne udførelsesform for sammenføjningsindretningen ifølge opfindelsen er tykkelsen af læben 51, som er betegnet med L^, på 3,18 mm. For en given maksimal yderdiameter af hanparten 13, hvilken diameter er betegnet d^, er det nødvendigt, at fastlægge den aksiale længde af 2Q hanparten 13's endedel 45, den maksimale indre diameter af hunparten 15's endedel 47, hvilken diameter er betegnet med d^, den aksiale dybde af hunparten 15's endedel 47, og i det mindste én diameter af tætningsringen 17, som f.eks. kan være den maksimal inderdiameter for denne, hvilken diameter er 25 betegnet med Br.

Ved den foretrukne udførelsesform er den aksiale længde af hanparten 13's endedel 45 lig med - Lg, hvor er den aksiale afstand mellem d^, som er den maksimale diameter 3Q af endedelen 45, og B , som er den maksimale inderdiameter af tætningsringen 17. Lg er den aksiale afstand mellem d2, som er den minimale yderdiameter af endedelen 45, og C , som er den minimale inderdiameter af tætningsringen 17. Den minimale længde af er fastlagt ved en kombination af fremstil-35 lingstolerancerne på diameteren af hanparten 13 og tætnings ringen 17 og en forudvalgt afstand mellem flangen 21 og læben 51, hvilken afstand er betegnet med X. Ved den foretrukne udførelsesform for sammenføjningsindretningen ifølge opfindelsen er fremstillingstolerancerne for hanparten 13's diameter 7

DK 159859 B

f.eks. +0,00 mm og 0,25 mm, og for tætningsringen 17's diameter +0,08 mm. Br må altid være mindre end d^. Derfor må være mindre end d^ minus den samlede negative tolerance for hanparten 13 og tætningsringen 17. Den minimale værdi 5 af L2 er udtrykt som følger: T _ (tol^ ) ^

Lij — n— cot a, z 2 hvor tol er den absolutte værdi af den samlede negative 10 n tolerance for hanparten 13 og tætningsringen 17.

Lcr som er afstanden mellem C , den minimale inderdia-6 r meter af tætningsringen 17, og D2, den minimale yderdiameter af hanparten 13’s endedel 45, er den samme som de kombine-15 rede positive fremstillingstolerancer for hanparten 13 og tætningsringen 17, og udtrykkes matematisk som følger: T _ (tol ) cot a, L6 - —P- 20

hvor tol er den absolutte værdi af den samlede positive tole-P

rance for hanparten 13 og tætningsringen 17.

Den aksiale længde af hanparten 13's endedel 45 er derfor 25 L„ + L. - Lc. D0, som er den minimale yderdiameter af han- 2 1 b 2 parten 13's endedel 45, kan udtrykkes som følger: d2 = d^ - 2(L2 + - Lg) cot a.

30 Efter at dimensionerne af hanparten 13's endedel 45 er fast lagt, og efter at den optimale tværsnitskonfiguration for tætningsringen 17 er bestemt, kan de resterende dimensioner af tætningsringen 17 relativt simpelt fastlægges. Fra udregningen af L2, kan det ses, at B, som er den maksimale inder-35 diameter af tætningsringen 17, kan udtrykkes som i det følgende: B = d. - 2(L„ + X) tan a = d. - (tol ). r 1 2 l p På lignende måde kan den mimimale inderdiameter af tætningsringen 17 udtrykkes som følger: 8

DK 159859 B

C = d, - 2(L, + L„ + X) tan a. r 1 1 2

Den minimale yderdiameter af tætningsringen 17, der betegnes 5 med Dr, kan da udtrykkes som følger: D = C + T , r r r hvor T er den maksimale tykkelse af tætningsringen 17.

10

Den maksimale yderdiameter for det område af tætningsringen 17, som er beliggende i umiddelbar nærhed af kanten 51, betegnes med E^, og som følger: 15 E = D + 2(L, - L0) tan b, i» r r 1 3 hvor L^, der er tykkelsen af læben 51, er 3,18 mm.

Efter at have fastlagt dimensionerne af hanparten 13's endedel 20 45 og tætningsringen 17, tilbagestår der kun at udregne di mensionerne af hunparten 15*s endedel 47. Den maksimale inder-diameter af hunparten 15's endedel 47 er betegnet med B4 og må vælges således, at den optimale afstand mellem læben 51 og enden 53 af endedelen 47 bibeholdes. Derfor kan den mak-25 simale inderdiameter udtrykkes som følger: d^ = Er - 2L^ tan b.

3Q Dybden af åbningen i hunparten 15's endedel 47 betegnes og vælges således, at enden af tætningsringen 17 ligger an mod skulderen 43 før læben 51 ligger an mod flangen 53. Derfor er dybden af endedelen 47's åbning den samme, som den aksiale længde af tætningsringen 17 minus bredden af læben 51, eller L_ = L. - Lr Efter at have fastlagt dybden L_ af åbningen i hundelen 15's endedel 47, kan den resterende dimension, d^r som er den minimale inderdiameter af hunparten 15's endedel 47, udtrykkes som følger: 9

DK 159859 B

d^ = d^ - 2L^ tan b.

Den foreliggende opfindelse er blevet beskrevet under henvisning til en speciel udførelsesform. Der kan foretages mange 5 ændringer uden at man derved afviger fra opfindelsens idé.

10 15 20 25 30 35

Claims

10 DK 159859 B Patentkrav.

1. Indretning til sammenføjning af højtryksledninger omfatten-5 de en rørformet hanpart (13), en rørformet hunpart (15) samt en mellemliggende tætningsring (17), med en fælles symmetriakse, hvilken hanparts (13) mod samlingen vendende ende (45) har en mod samlingen tilspidset ydre kegleflade, og hvilken hunparts mod samlingen vendende ende (39) har en udsparing med 10 en væk fra samlingen tilspidset indre kegleflade, som har en mindre tilspidsningsvinkel i forhold til symmetriaksen end den førnævnte ydre kegleflade, imellem hvilke kegleflader tætningsringen (17) er beliggende, og hvilke parter (13, 15) endvidere hver omfatter en radialt udadgående sammenspændings-15 flange (21; 35), kendetegnet ved, at tætningsringen (17) ved sin ene ende er forsynet med en rundtgående læbe (51), som strækker sig radialt ud imellem sammenspændingsflangerne (21; 35), og ved sin anden ende rager ud over hanpartens (13) mod samlingen vendende ende (45). 20

2. Sammeføjningsindretning ifølge krav 1, kendetegnet ved, at tætningsindretningens (17) aksiale længde mellem læben (51) og den modstående ende svarer til dybden af hunpartens (15) udsparing. 25

3. Sammenføjningsindretning ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at den maksimale henholdsvis minimale inder-diameter af tætningsindretningens (17) indre kegleflade (49) er mindre end den maksimale henholdsvis minimale yderdiameter 30 af hanpartens (13) ydre kegleflade minus summen af de absolutte værdier af de negative tolerancer af hanpartens (13) maksimale yderdiameter og tætningsringens (17) maksimale in-derdiameter.

4. Sammenføjningsindretning ifølge et eller flere af kravene 1-3, kendetegnet ved, at den maksimale inderdiame-ter af hunpartens (15) indre kegleflade svarer til den maksi- DK 159859 B male yderdiameter af tætningsringens (17) ydre kegleflade i umiddelbar nærhed af læben (51) minus produktet af to gange afstanden, som læben (51) er beliggende i fra hunpartens (15) ende og tangens af tilspidsningsvinklen af hunpartens (15) 5 indre kegleflade. 10 15 20 25 30 35