FI13345Y1 - Laippaliitos - Google Patents

Abstract

Laippaliitos kahden eri materiaalista valmistetun putken liittämiseksi, jotka materiaalit on vaikea hitsata toisiinsa, jossa laippaliitokseen kuuluu - ensimmäinen laippa (1), joka on varustettu tulosuuttimella (10) ja joka on valmistettu ensimmäisestä materiaalista, joka kuuluu samaan materiaaliryhmään kuin ensimmäinen putki, ja - toinen laippa (2), joka on varustettu poistosuuttimella (11) ja joka on valmistettu toisesta materiaalista, joka kuuluu samaan materiaaliryhmään kuin toinen putki, molemmat laipat (1,2) on varustettu kiinnittimillä molempien laippojen (1,2) yhteenliittämisen varmistamiseksi, tunnettu siitä, että ensimmäinen laippa (1) tai toinen laippa (2) on varustettu laakerin reunuksella (14), ja toinen laipoista (2,1) on varustettu laakeripinnalla (9), joka on järjestetty laakerin reunusta (14) vastapäätä, jossa laakerin reunuksessa (14) on sen laipan (1,2) keskustaa lähemmällä reunalla ensiötiivisteen (3) kammio (12) sekundäärivirtauksessa ja sen keskustasta kauempana olevalla reunalla on toisiotiivisteen (4) kammio (13) sekundäärivirtauksessa, ja ensimmäinen laippa (1) ja toinen laippa (2) on tarkoitettu sovitettavaksi ensimmäisen tai toisen laipan (1,2) laakerin reunuksen (14) alueelle toisen näistä kahdesta laipasta laakeripintaa (9) vasten, millä varmistetaan voimien ja vääntömomenttien siirtyminen kummankin laipan välillä, ja laippojen jäljelle jäävällä alueella on rako (15), joka takaa laippojen muodonmuutoksen ja mahdollistaa liitettävien laippojen vaadittavan esikiristyksen muodostumisen.

Description

LAIPPALIITOS

Tekninen ratkaisu koskee heterogeenistä laippaliitosta, jolla korvataan edullisesti kahden keskenään eri materiaalista valmistetun putken heterogeeninen hitsiliitos, jolloin voidaan liittää esimerkiksi korroosionkestävä teräksinen paineputki hiiliteräksiseen putkeen, ja täten saadaan aikaan materiaali- siirtymä käyttämättä heterogeenisellä hitsiliitoksella toteu- tettua standardiratkaisua. Tämän teknisen ratkaisun mukaista laitetta käytetään erityisen edullisesti muodostamaan liitos sellaisen cperliittis-ferriittisestä teräksestä valmistetun höyrynkehittimen vaipan suuttimen tai muun, esimerkiksi hiili- teräksisen sovelluksen ja eri materiaalista, kuten austeniit- tisesta korroosionkestävästä krominikkeliteräksestä, valmiste- tun putken välille, jotka on vaikea hitsata yhteen.

Keksinnön tausta

Joissakin teknisissä sovelluksissa käytetään suuria hii- literäksisiä laitteistoja, mutta monet niihin liitettävät put- ket on valmistettava korroosionkestävistä teräksistä materiaa- lien suhteellisen suuren korroosiohävikin vuoksi. Tavallisesti materiaalisiirtymä toteutetaan suuttimen kohdalla välittömästi hiiliteräskomponentin vieressä niin sanotulla heterogeenisellä

N hitsiliitoksella. Kokoonpano on melko monimutkainen (valmis- 5 tuksen, asennuksen, suunnittelun ja käytön aikaisten tarkas- o 25 tusten osalta), sillä ensin on asennettava niin sanottu dif- > fuusiokerros perliittis-ferriittisestä teräksestä tai bainiit-

E tisesta teräksestä valmistettuun osaan, millä estetään itse

S heterogeenisen liitoksen heikkeneminen ja hiilen diffuusio hit-

S siliitokseen ja myöhempi karbidien muodostuminen termisen vai-

N 30 kutuksen alaiseen alueeseen. Kyseistä ratkaisua käytetään kui- tenkin vain putkissa, joiden seinämän paksuus on suuri, eli keskimäärin yli 9 mm. Putkissa, joiden seinämän paksuus on pienempi, käytetään suoraan heterogeenisessä hitsiliitoksessa niin sanottua siirtymämateriaalia, joka ei kuitenkaan muodosta yhtä tehokasta diffuusiokerrosta. Association of Mechanical En- gineers -yhdistyksen normatiivisten teknisten asiakirjojen (NTD

A.S.I.) mukaan heterogeenisiä hitsiliitoksia ei saa tehdä ydin- voimalaitosten hitsiliitoksissa suoraan asennuspaikoissa vaan ainoastaan tehdasvalmisteiset heterogeeniset hitsiliitokset on sallittu, mutta tätä vaatimusta ei tietyissä tapauksissa ole mahdollista noudattaa. Tällainen hitsiliitos altistuu kuitenkin erittäin voimakkaalle rasitukselle kahden materiaalin erilaisen lämpölaajenemisen ja muiden kulumismekanismien vuoksi, ja siir- tymäalueella (hiiliteräksen ja ruostumattoman teräksen raja- pinnalla) esiintyy myös seosaineiden köyhtymistä, ja siten ter- misen vaikutuksen alaisilla alueilla saattaa esiintyä vaurioita erityisesti raerajoilla erilaisten lämpölaajenemiskertoimien ja muiden kulumismekanismien aiheuttamien suurten kuormitusten lisäksi. Siksi heterogeeniset hitsiliitokset ovat erittäin on- gelmallisia erityisesti lämpörasitukselle altistuvissa kom- ponenteissa, ja niissä esiintyy usein merkittäviä halkeamatvyyp- pisiä tilavuusvirheitä jo muutaman käyttövuoden jälkeen, minkä vuoksi tällaiset liitokset vaativat kunnostamista tai jopa pur- kamista irrottamalla putki hitsin kohdalta.

Yksi heterogeenisten hitsiliitosten useista mahdollisista

N sovelluksista on hitsiliitos, joka on valmistettu höyrynkehit-

N 25 timen vaippaan hiiliteräksisestä suuttimesta muodostetun putken © (jossa koko höyrynkehittimen vaippa on valmistettu hiiliteräk- 2 sestä) ja sellaisen liitetyn lyhyen korroosionkestävän putken

E välille, joka yhdistää kummatkin putket kondensaatioastiaan, o jota käytetään höyrynkehittimen vedenkorkeuden mittaukseen. = 30 Toinen tyypillinen sovellus on ruostumattomasta teräksestä val- ä mistetun impulssiputken liittäminen useiden komponenttien pai- > neen ulosottokohtiin tai suuriin hiiliteräsputkiin.

Saatavilla on laippaliitoksia, jotka yhdistävät kaksi, keskenään erilaisista materiaaleista valmistettua putkea ja jotka on varustettu primäärivirtauksen tiivisteillä, mutta niitä käytetään ainoastaan kahden suoran putkiosuuden yhdistä- miseen. Tällaiset laippaliitokset eivät kuitenkaan sovellu lämpö- ja painerasitukselle altistuviin sovelluksiin, kuten edellä mainittuihin höyrynkehittimiin. Tällaisen liitoksen heikkoutena on se, että primäärivirtaus altistuu ”relaksaa- tiolle”, koska höyrynkehitin on vuorotellen käynnistettävä ja pysäytettävä reaktorin tankkaamiseen tarkoitettujen säännöl- listen huoltokatkojen vuoksi, minkä takia laippaliitosten ki- ristys tietyllä vääntömomentilla on tarkastettava säännölli- sesti. Lisäksi tiivisteet on vaihdettava valmistajan määrittä- min huoltovälein. Muutoin laippaliitoksen tiiviys saattaa äkil- lisesti heiketä laitoksen toiminnan aikana, mikä vaarantaa ydinvoimalaitoksen toiminnan turvallisuuden.

ALSTOM Technology Itd:n 27.10.2015 julkaisemassa asiakir- jassa W02016/066659 kuvataan suora laippaliitos, jota käytetään kahden heterogeenisistä materiaaleista valmistetun putken liit- tämiseen kahdella laipalla, joista kumpikin on valmistettu eri materiaalista, joka on identtinen kyseiseen laippaan kiinnite- tyn putken kanssa, jossa laippojen muoto sisäpäässä muodostaa ensimmäisen tiivisteen, kun laipat on asetettu toisiinsa nähden

N ja kiristetty ruuveilla, jota tiivistettä on edullisessa so-

N 25 vellusmuodossa täydennetty toisella, ensimmäistä tiivistettä © ympäröivällä tiivisteellä, ja kyseinen toinen tiiviste on muo- © dostettu metallirenkaasta, joka on asetettu kahteen vastakkai-

E seen laippaan muodostettuihin kahteen vastakkaiseen uraan. Tätä o tiivistettä käytetään ainoastaan tilanteessa, jossa molemmat = 30 laipat on irrotettu toisistaan, jolloin ensimmäinen tiiviste ä rikkoutuu. Tiiviyden takaamiseksi kyseinen laippaliitos on > edullisesti varustettu kolmannella tiivisteellä, joka on jär- jestetty laippojen ulkopuolelle.

Heterogeenisiä hitsiliitoksia on korvattu laippaliitok- silla vain harvoin, koska tällaisiin korkeapaineputkissa käy- tettäviin liitoksiin, jotka altistuvat yli 200 *C:een lämpöti- loille, kohdistuu liitetyistä putkista valtavia, muuttuvia ra- situksia (sekä lämpölaajeneminen että potentiaaliset dynaamiset kuormat), jotka johtaisivat erittäin nopeasti vakiomallisten grafiittitiivisteiden tiivistysominaisuuksien heikkenemiseen primäärivirtauksessa.

Teknisen ratkaisun kohde

Teknisen ratkaisun mukaisesti on suunniteltu laippaliitos, joka yhdistää kaksi eri materiaaleista valmistettua, vaikeasti toisiinsa hitsattavaa putkea. Liitos voi sijaita esimerkiksi suoraan yhdessä putkessa, kuten yhdestä materiaalista, kuten hiiliteräksestä, valmistetun laitteiston poistokanavan paineen ulosottokohdan takana, kohti toisesta materiaalista, kuten kor- roosionkestävästä teräksestä, valmistettua liitettyä haaraput- kea, jotka materiaalit on vaikea hitsata toisiinsa. Tässä so- velluksessa putkella tarkoitetaan yleisesti käytetyn merkityk- sen lisäksi mitä tahansa laitteiston putkimaista poistokanavaa, joka mahdollistaa liittämisen laippaliitoksen suuttimeen, johon toinen putki on liitetty. Laippaliitos liitetään suuttimien avulla erityisen edullisesti edellä mainittuihin putkiin hit-

N saamalla. Laippaliitos on erityisen edullisesti tarkoitettu

N 25 korvaamaan olemassa olevia heterogeenisiä hitsiliitoksia. 2 Teknisen ratkaisun kohteena on suojavaatimuksen 1 määritelmän 2 mukainen laippaliitos, joka koostuu kahdesta laipasta, joiden

E valmistusmateriaalit on vaikea hitsata toisiinsa. Teknisen rat- 2 kaisun mukaisen laippaliitoksen yksittäisten laippojen materi- 3 30 aalit on valittu samasta materiaaliryhmästä kuin yhden ja toi-

O sen puolen putkien materiaalit, jolloin kunkin laipan suutin > voidaan hitsata putkeen, joka siihen on liitetty.

Teknisen ratkaisun kuvauksen mukaisesti kahden laipan muotoa mukautetaan käyttöön sekundäärivirtauksen ensiötiivisteessä, joka on suunniteltu erityisen tiiviiksi, ja toisiotiivisteessä, jonka tehtävänä on estää vuodot ensiötiivisteen mahdollisen vaurioitumisen varalta. Lisäksi tämä yhdistelmä mahdollistaa 5 ensiötiivisteen mahdollisen vaurioitumisen tehokkaan ilmaise- misen aikaisessa vaiheessa (kun vuoto on erittäin pieni) pai- neen ulosotolla ensiötiivisteen ja toisiotiivisteen välisestä tilasta. Kun molemmat tiivisteet järjestetään kuvatulla ta- valla sekundäärivirtaukseen, laippaliitos pystyy siirtämään suuria voimia ja vääntömomentteja ilman, että tiivisteisiin kohdistuu syklistä kuormitusta, mikä parantaa merkittävästi he- terogeenisen liitoksen luotettavuutta.

Teknisen ratkaisun mukaista laippaliitosta voidaan käyttää mitä tahansa väliainetta sisältävissä järjestelmissä. Se so- veltuu myös kaikille laippamateriaaleille, joita kyseiset vä- liaineet edellyttävät.

Teknisen ratkaisun mukainen laippaliitos käsittää erityi- sesti seuraavat osat, jotka on järjestetty toiminnalliseksi yksiköksi koko järjestelmän vaaditun toiminnan takaamiseksi, nimittäin: - ensimmäinen laippa, joka on valmistettu samaan materi- aaliryhmään kuuluvasta materiaalista kuin ensimmäisen put- ken ensimmäisen liitoksen materiaali;

N - toinen laippa, joka on järjestetty ensimmäistä laippaa

O 25 vastapäätä niiden yhteen liittämistä varten ja joka on

O valmistettu samasta materiaaliryhmästä kuin toisen putken o (esimerkiksi impulssiputken) materiaali; z - sekundäärivirtauksen ensiötiiviste; > - sekundäärivirtauksen toisiotiiviste; = 30 - kiinnittimet (pultit ja mutterit).

N Teknisen ratkaisun mukainen laippaliitos sisältää erityi-

S sen edullisesti ensiö- ja toisiotiivisteiden välissä vuotokam- mion, joka kerää mahdolliset ensiötiivisteen läpäisseet vuodot ja joka on varustettu poistoaukolla, joka ilmaisee ensiötiivisteen tiiviyden heikkenemisen. Ensiötiivisteen tii- viyden heikkeneminen ilmaistaan vuotokammion paineen nousulla ja sen jälkeen ensiötiivisteen vuodon ilmaisemisella. Laippa- liitos sisältää vielä edullisemmin sisäänrakennetun, liitokseen kiinteästi kuuluvan laitteen, joka ilmaisee ensiötiivisteen vuodoista.

Laite on erityisen edullisesti suunniteltu liitettäväksi ensimmäisen laipan kanssa laitteen, kuten höyrygeneraattorin, paineen ulosottokohtaan. Ensimmäisen laippa on erityisen edul- lisesti valmistettu hiiliteräksestä.

Suuttimen sisäpuolella, eli laakerin reunuksesta keskus- taan katsottuna, laippaliitoksessa on rako, joka on riittävän suuri sen varmistamiseksi, että laakerin reunus asettuu tuke- vasti laakeripinnalle ensiö- ja toisiotiivisteiden väliin; on myös tarpeen huomioida annetut valmistustoleranssit, jotta laa- kerin reunuksen ja laakeripinnan välinen kosketuspinta on ainoa kosketuspinta molempien laippojen välillä, millä taataan ul- koisten voimien ja vääntömomenttien siirto. Vastaavasti laip- pojen välille, eli tilaan kummankin laipan välillä laakerin reunuksesta ulospäin eli kohti laippojen reunoja, muodostuu rako, jossa laakerin reunus kohtaa laakeripinnan. Tällöin laa- kerin reunuksen ulkopuolella laippojen välissä, erityisesti kiinnittimien (edullisesti pulttien ja mutterien) kohdalla,

N laakerin reunuksen kosketettua laakeripintaa muodostuvan kos-

N 25 ketuspinnan on oltava ainoa kosketuspinta laippojen välillä ja © rako varmistaa kiinnittimien asianmukaisen esikiristyksen mah- 2 dollistamalla laippojen muodonmuutoksen, kun niitä kiristetään

E kiinnittimillä. Kiinnittimet voivat olla esimerkiksi pultteja o ja muttereita, muttereilla varustettuja pultteja tai vastaavia, = 30 joilla varmistetaan kummankin laipan luotettava liittäminen ä laippaliitokseen niin kuin tällaiselta laippaliitokselta edel- > lytetään.

Edellä kuvatulla keksinnön mukaisella laippaliitoksen ko- koonpanolla, jossa on laakerin reunus ja laakeripinta ja rako kummankin toisiaan vasten olevan laipan muiden pintojen vä- lillä, taataan se, että kiinnittimien, kuten pulttien ja mut- terien, kiristämisen jälkeen toiminnan aikana ensiö- ja toi- siotiivisteiden kammion mitat, erityisesti korkeus, muuttuvat mahdollisimman vähän toiminnan aikana, sillä vaikka tiivis- teillä on tietty palautumiskyky, tämä kyky heikkenee merkittä- västi puristus- ja vapautussyklien määrän kasvaessa. Kun tii- visteen pinnan kosketusjännitystä vähennetään, tiivisteen tii- vistyskyky vähenee suorassa suhteessa. Mitä suurempi väliaineen paine on, sitä tiukemmat vaatimukset kohdistuvat tiivisteen pintojen kosketusjännitykseen. Suurilla paineilla tiivisteen optimaalinen ominaispaine on noin 80 MPa tai jopa enemmän.

Erityisen edullisessa sovellusmuodossa ensiötiivisteen kammion korkeus on sama kuin toisiotiivisteen kammiolla, ja jos ensiö- ja toisiotiivisteen paksuus on sama, eli noin 30 pro- senttia suurempi kuin kammion korkeus kiristyksen alussa, niin sekundäärivirtauksen ensiötiivistettä ja toisiotiivistettä pu- ristetaan hallitusti kiristämällä laippoja tiivisteillä. Ky- seinen vaatimus riippuu kuitenkin tiivisteiden mekaanisista ominaisuuksista ja voi poiketa vastaavasti, ja tiivistetyypin mukaan noin 30 prosentin poikkeamat edellä mainitusta arvosta

N ovat mahdollisia.

N 25 Laippaliitoksen toisen edullisen sovellusmuodon mukaan en- 2 siötiivisteen kammio ja/tai toisiotiivisteen kammio on suunni- 2 teltu avain ja ura -tyylisesti, jolloin uraa edustava syvennys

E muodostuu yhteen laippaan ja toiseen laippaan muodostuu avainta 2 edustava olake, joka sopii syvennykseen. Alan asiantuntijat 3 30 ymmärtävät, että tällaisessa tapauksessa kammion korkeus on

O mitoitettava siten, että korkeutta lisätään olakkeen korkeu- > della.

Erityisen edullisessa sovellusmuodossa kiinnittimet on si- joitettu toisiotiivisteen lähelle, tai niin lähelle kuin tek- nisesti mahdollista ei-toivottujen muodonmuutosten minimoi- miseksi.

Teknisen ratkaisun mukainen laippaliitos soveltuu eri- tyisen edullisesti VVER-tyyppisten ydinvoimalaitosten höyryn- kehittimiin, koska - sekundäärivirtauksen ensiötiivisteeseen ei koh- distu vaihtelevista voimista ja vääntömomenteista johtuvia vaihtelevia kuormituksia eri toimintati- loissa, vaan siihen kohdistuu ainoastaan grafiit- tirenkaan staattisen ominaispaineen kuormitus, jota esiintyy edullisesti avain ja ura -tyyppisessä ensiötiivisteen kammiossa ja joka johtuu liitoksen kiristämisestä kosketuspinnalla, mikä siirtää ul- koisia voimia ja vääntömomentteja; - myös sekundäärivirtauksessa (edullisesti avain ja ura -tyyppisessä kammiossa) on toisiotiiviste täy- dellisen tiiviyden takaamiseksi myös ensiötiivis- teen tiiviyden heiketessä; - ensiö- ja toisiotiivisteiden välille muodostetaan edullisesti ulosottoura ja ulosottoaukko mahdol- listen ensiötiivisteen vuotojen havaitsemiksi, ja

N tämän teknisen osan ansiosta ensiötiivisteen mah- 5 25 dollinen heikentynyt toiminta on mahdollista ha- o vaita ajoissa kauan ennen tiiviyden menettämistä > käyttämällä toisiotiivisteen, joka on mitoitettu

E samalle ominaispaineelle (ja siten myös tiiviy-

S delle) kuin ensiötiiviste, muodostamaa toista sul-

N 30 kua.

O

S Teknisen ratkaisun mukainen laippaliitos voidaan asentaa eri- tyisen edullisesti höyrynkehittimen kaksoiskammion mitta-asti- aan johtavaan putkeen, jossa pieniä tédysgrafiittisia renkaita on asennettu erityisen edullisesti tiivisteiksi molempiin kam- mioihin nykyisten heterogeenisten liitosten sijaan laippalii- tokselta vaadittavien pienten mittojen vuoksi. Jos muissa so- velluksissa urat ovat halkaisijaan suurempia tai leveämpiä, pelkkien täysorafiittisten tiivisteiden sijaan voidaan käyttää spiraali- tai kampaprofiilisia tiivisteitä edelleen sekundää- rivirtauksessa.

Laippaliitoksessa voi olla suuttimet molemmissa laipoissa järjestettynä edullisesti Z2-kirjaimen muotoon, jossa laippa- liitoksen poistoaukko on eri tasossa kuin tulokanava suutinvä- lien epätarkkuuksien välttämiseksi ja kaksoiskammion mitta-as- tian korkeuden säätämiseksi kokoonpanon aikana.

Toinen teknisen ratkaisun mukaisen laippaliitoksen etu on se, että sen ansiosta on mahdollista toteuttaa molemmat laipat eri suuttimen seinämän paksuuksilla, esimerkiksi höyrygeneraatto- rin puolella olevassa laipassa voi olla selvästi suurempi suut- timen seinämän paksuus riittävän lujuuden takaamiseksi sisä- pintojen merkittävän korroosion, eli seinämän paksuuden vähe- nemisen, varalta tai jos on tarvetta siirtää suuria voimia tai vääntömomentteja.

Peräkkäisten tiivisteiden ja ensiötiivisteen läpäisseiden mahdollisten vuotojen keräämisen ansiosta teknisen ratkaisun mukaisen laippaliitoksen etuna on mahdollisuus toteuttaa vuo-

N totesti jo laippaliitoksen asentamisen yhteydessä tekemällä

N 25 painetesti ensiö- ja toisiotiivisteen välitilassa. Tällöin väl- = tytään mahdollisten vuotojen riskiltä koko järjestelmän, johon = laippaliitos on asennettu, esimerkiksi kyseessä olevan höyryn-

E kehittimen käsittävän voimalaitoksen voimalaitteen, käyttöön- 2 oton yhteydessä.

S 30 Toinen etu on mahdollisuus valvoa mahdollisia ensiötiivis-

N teen vuotoja laippaliitoksen sisältävän järjestelmän toiminnan aikana.

Kaikkien toiminnallisten pintojen lopullinen mitoitus ja sopivia muotoja koskevat ehdotukset tehdään perustuen tietoi- hin, jotka riippuvat muun muassa tiivisteiden valmistusmateri- aalista ja liitoksen kumpaankin laippaan kohdistuvia enimmäis- voimia ja -vääntömomentteja koskevasta tiedosta, joka on saatu rasitusanalyysilla.

Ensimmäistä likimääräistä arviota varten mitoituksen perus- edellytykset voidaan kuitenkin laatia seuraavasti: - Ensiötiivisten halkaisijan tulee olla mahdollisimman pieni, ja ensiötiivisteen on sijaittava suljetussa kammi- ossa. - Ensiö- ja toisiotiivisteiden korkeuden tulee olla suun- nilleen sama, mutta vähintään sellainen, että tiivisteen palautumiskyky on vähintään nelinkertainen liitoksen läm- pölaajenemiseen verrattuna tiivisteen kammiossa. - Kummankin tiivisteen leveyden tulee olla suunnilleen sama kuin niiden korkeus kokoonpuristetussa tilassa, mutta se ei saa olla liiallinen tiivisteen riittävän ominaispaineen takaamiseksi.

Teknisen ratkaisun mukaisen laippaliitoksen edut verrat- tuna nykyiseen tekniikan tasoon ovat seuraavat, kun otetaan erityisesti huomioon seuraavat asiat: - Laippaliitos on erittäin luotettava, vaikka siihen koh-

N distuu suuria voimia ja vääntömomentteja (jotka ovat ver-

O rattavissa hitsiliitosten kuormitettavuuteen).

O m 25 - Toisiotiiviste estää väliaineen vuodot, vaikka ensiötii- 2 viste vaurioituisi. j - Laippaliitoksen edullisessa sovellusmuodossa ensiö- ja 2 toisiotiivisteen välissä oleva kammio mahdollistaa ensiö-

N tiivisteen läpäisseiden vuotojen havaitsemisen ajoissa.

N

> 30 - Laippaliitos mahdollistaa edullisesti tulo- ja poistosuut- timien sijoittamisen eri akseleille, jotta laippaliitos voidaan asentaa putkiin, jotka eivät ole samalla akse- lilla. - Kumpikin laippa on muodoltaan sellainen, että se voidaan valmistaa muottitaontatekniikalla ja vain pieni osuus nii- den pinnoista on työstettävä. = Laippaliitoksen tiiviys voidaan testata asennuksen yhtey- dessä ensiö- ja toisiotiivisteen välitilassa olevasta ulosotosta, jolloin voidaan välttää vuodot ja eikä voima- laitetta tarvitse sammuttaa tavanomaisen toiminnan aloi- tuksen yhteydessä. - Toisiotiivisteen ansiosta laippaliitosta voidaan käyttää turvallisesti ilman väliaineen ulkoisia vuotoja seuraavaan huoltokatkoon saakka, vaikka ensiötiiviste vaurioituisi. - Mahdollisuus tarkastaa tiiviys säännöllisesti voimalait- teen huoltokatkojen aikana tyhjentämättä höyrynkehitintä, johon laippaliitos on asennettu. - Sellaisen edullisen sovellusmuodon ansiosta, jossa laip- paliitosta voidaan käyttää putkissa, jotka eivät ole sa- malla akselilla, teknisen ratkaisun mukainen laippaliitos soveltuu myös kohteisiin, joissa tilaa on vähän ja joissa on toistaiseksi täytynyt käyttää heterogeenisiä hitsilii- toksia.

N

S Teknisen ratkaisun mukainen laippaliitos soveltuu erityisen

O edullisesti höyrynkehittimen toisiopiirin nestepinnan mittaa- o 25 miseen käytettävän kaksoiskammion mitta-astian liittämiseen. z Teknisen ratkaisun mukaista laippaliitosta käytetään pääasiassa > heterogeenisten liitosten turvallisuuden, käyttöiän ja luotet- = tavuuden parantamiseen ydinvoimaloissa, joissa tällaisia lii-

N toksia on melko paljon, mutta niitä voidaan käyttää kaikissa

S 30 teknisissä prosesseissa, joissa vaaditaan kahden eri materiaa- lin liittämistä. Laippaliitoksella voidaan erityisen edulli- sesti korvata liitos kahden sellaisen putken välillä, jotka on vaikea hitsata toisiinsa, tai käyttää kohteissa, joissa mah- dolliset väliaineen vuodot on tarpeen havaita toiminnan aikana ennen kuin ne kasvavat suuriksi.

Piirustusten kuvaus

Teknisen ratkaisun kohteen havainnollistamiseksi selvem- min jäljempänä kuvataan lyhyesti piirustuksia, joissa esite- tään esimerkkejä sovellusmuodoista. On ilmeistä, että piirus- tukset kuvaavat vain muutamia, mutta eivät kaikkia esitetyn hyödyllisyysmallin sovellusmuotoja, ja alan asiantuntija pys- tyy laatimaan muita sovellusmuodon esimerkkejä ja piirustuk- sia ilman luovaa työtä. Piirustusten kuviot esittävät seuraa- via:

Kuvio 1 - kuva Z-kirjaimen muotoisesta laippaliitok- sesta, joka mahdollistaa ei-samankeskisten putkien liittämi- sen

Kuvio 2 - läpileikkauskuva laippaliitoksesta sen kes- keltä kulkevalla tasolla, kohtisuorassa kummankin laipan lii- täntätasoon nähden

Kuvio 3 — kuva L-kirjaimen muotoisesta laippaliitok- sesta, joka asennetaan 90 asteen kulmassa toisiinsa oleviin putkiin

Kuvio 4 - kuva laippaliitoksesta, joka asennetaan saman-

N keskisiin putkiin &

O Esimerkkejä teknisen ratkaisun sovellusmuodoista 2 25 Jäljempänä on kuvattu esimerkki mahdollisesta sovellusmuo-

E dosta, joka auttaa ymmärtämään teknisen ratkaisun mukaisesti 2 rakennettua laippaliitosta. Vaikka kyseinen tekninen ratkaisu 3 on kuvattu jäljempänä tiettyjen sovellusmuotojen avulla, se ei

O rajoitu millään tavoin tässä kuvattuihin sovellusmuotoihin. Ai- > 30 noastaan liitetyt suojavaatimukset rajoittavat teknistä rat- kaisua. Esimerkit teknisen ratkaisun mukaisen laippaliitoksen sovellusmuodoista on esitetty kuvissa ainoastaan kaaviokuvina eivätkä ne rajoita laippaliitosta kuvattuihin sovellusmuotoi- hin. Havainnollistamista varten piirustuksissa esitettyjen so- vellusmuotojen tiettyjen osien kokoa on voitu suurentaa tai ne eivät ole mittakaavassa. Näin ollen mitat ja suhteelliset mitat eivät vastaa todellisia kokoja. Lisäksi selityksessä ja suoja- vaatimuksissa esiintyviä termejä ”ensimmäinen”, ”toinen” ja vastaavia termejä käytetään samanlaisten osien erottamiseen toisistaan eikä niiden tarkoituksena ole välttämättä kuvata osien peräkkäisyyttä tai ajallista järjestystä, tilaa tai kes- kinäistä paremmuusjärjestystä, ellei niin erikseen ilmoiteta tai ellei se ole niiden käyttötarkoituksen mukaista. Vaikka tässä kuvatun teknisen ratkaisun tietyt sovellusmuodot sisäl- tävät tiettyjä osia mutta eivät toisia, jotka kuitenkin sisäl- tyvät muihin sovellusmuotoihin, eri sovellusmuotojen osien yh- distelmät ovat mahdollisia, sillä ne kuuluvat teknisen ratkai- sun piiriin ja muodostavat muita kuin tässä asiakirjassa ku- vattuja sovellusmuotoja, jotka ovat täysin ymmärrettäviä alan asiantuntijoille. Esimerkiksi seuraavissa suojavaatimuksissa kaikkia suojavaatimusten kohteena olevia sovellusmuotoja voi- daan käyttää kaikenlaisina yhdistelminä. Asiantuntija ymmärtää, että myös muut teknisen ratkaisun mukaiset laippaliitoksen so- vellusmuodot ovat mahdollisia ja niistä muutamat on kuvattu

N esimerkeissä ja kuvioissa. Sovellusmuotoesimerkit edustavat

O 25 siis ainoastaan muutamia mahdollisia sovellusmuotoja, eikä nii-

O den tule ymmärtää rajoittavan teknistä ratkaisua kuvattuihin o sovellusmuotoihin. Asiantuntija voi myös lisätä edellä mainit- z tuihin osiin muita osia ilman, että keksinnön asiasisältö muut- > tuu. Kaikki nämä sovellusmuodot kuuluvat kuitenkin teknisen = 30 ratkaisun alaan, jota rajoitetaan ainoastaan suojavaatimuk- ä silla. > Kuviossa 1 on esitetty teknisen ratkaisun yhden sovellusmuo- don mukainen laippaliitos, joka on suunniteltu painejärjestel- mätekniikkaa varten, esimerkiksi paineväliaineen ulosottoon hiiliteräksisestä höyrynkehittimen paineastiasta liitäntäaukon kautta laippaliitoksen välityksellä korroosionkestävään put- keen. Kuvion 1 sovellusmuodon esimerkissä yksi laipoista on Z- kappaleen muotoinen, jolloin laippaliitoksen tulosuuttimen ak- seli ei ole identtinen poistosuuttimen akselin kanssa. Tällai- nen laippaliitoksen suuttimen kokoonpano mahdollistaa suuttimen asettamisen erityisen edullisesti vaaditulle korkeudelle kier- tämällä koko laippaliitos asennuksen aikana liitettävässä put- kessa. Akselien etäisyys on mielivaltainen. Suunnittelusyistä ei välttämättä ole edullista sijoittaa poistosuutinta liian kauas laipan ulkoreunasta. Kuviossa 1 on esitetty ensimmäinen laippa 1, joka on varustettu tulosuuttimella 10, ja siihen liitetty toinen laippa 2, joka on varustettu poistosuuttimella 11, ja molemmat laipat 1,2, on liitetty kiinnittimillä, joita tässä edustavat pultit 7 ja mutterit 8. Laippaliitokseen on lisäksi sovitettu poistoaukko 6, joka ilmaisee ensiötiivisteen vuodot. Kuviossa 1 esitetyssä sovellusmuodossa laippaliitok- seen kuuluu myös tulppa 16. Tässä esimerkissä tulpalla sulje- taan toisen laipan 2 läpi kohtisuoraan poistosuuttimeen 11 näh- den tehty reikä, jota käytetään luomaan ontelo, joka yhdistää toisen laipan 2 poistosuuttimen 11 ensimmäisen laipan 1 onte- loon, joka on liitetty tulosuuttimeen 10 nesteliitännän var- mistamiseksi laippaliitoksen tulosuuttimesta 10 poistosuutti-

N meen 11. Asiantuntija ymmärtää, että menetelmä, jossa toisen

O 25 laipan 2 runkoon muodostetaan ontelo, on edullista ainoastaan

O valmistamisen näkökulmasta, mutta ei ainoa mahdollinen mene- o telmä. Laippaliitoksen sovellusmuodon esimerkkien, joita ei ole z kuvattu tässä, mukaan on mahdollista muodostaa tällaiset lii- > tokset esimerkiksi laippojen sopivilla muodoilla valamisen ai- = 30 kana tai muilla materiaalin työstötavoilla. Sellaisessa tapauk-

N sessa haluttu ontelo muodostetaan ilman laipan ulkopuolelle

S aukeavaa reikää, mikä tekee tulpasta 16 tarpeettoman laippa- liitoksessa. Asiantuntija ymmärtää myös, että kuvattu laipan tulosuutin voi toimia myös poistosuuttimena ja vastaavasti poistosuutinta voidaan käyttää tulosuuttimena. Vastaavasti asi- antuntija ymmärtää, että kiinnittimet voivat olla myös toisen- laisia, kuten toiseen laippaan ja ensimmäiseen laippaan läpi tehtyjen reikien läpi kulkevia ruuveja tai muita osia, jotka takaavat kummankin laipan luotettavan liitännän.

Kuviossa 2 on esitetty läpileikkauskuva kuviossa 1 esitetystä teknisen ratkaisun mukaisesta laippaliitoksesta. Kuvion 2 osat, jotka ovat samat kuin kuviossa 1, on merkitty samoilla viite- numeroilla. Näin ollen laippaliitokseen kuuluu ensimmäinen 1 laippa ja toinen laippa 2, ja toinen laippa 2 on varustettu laakerin reunuksella 14, kun taas ensimmäinen laippa 1 on va- rustettu vastakkaisella laakeripinnalla 9. Laippoihin 1,2 on tehty rako 15 laakerin reunuksen 14 ulkopuolelle laakerin reu- nuksen 14 saamiseksi kunnolla kosketuksiin laäakeripinnan 9 kanssa ja laippojen 1,2 kiristämiseksi toisiinsa, sillä lai- poissa 1,2 saattaa esiintyä muodonmuutoksia kiinnittimillä ki- ristämisen yhteydessä. Laakeripinta 9 ja laakerin reunus 14 on suunniteltu takaamaan voimien ja vääntömomenttien siirto laip- pojen 1,2 välillä. Ensimmäisessä laipassa 1 ja/tai toisessa laipassa 2 laakerin reunuksen 14 tai laakeripinnan 9 viereen muodostuu ensiötiivisteen kammio 12, johon ensiötiiviste 3 on asetettu, ja ensiötiivisteen kammio 12 on tässä teknisen rat- kaisun mukaisen laippaliitoksen sovellusmuodon esimerkissä muo-

N dostettu itse asiassa molempien laippojen vierekkäisten reuno-

O 25 jen väliin, joten molemmat laipat osallistuvat sen muodostuk-

O seen. Asiantuntija ymmärtää, että ensiötiivisteen kammio 12 o voidaan muodostaa vastaavasti kuin toisiotiivisteen kammio 13 z kumpaan tahansa laippaan, kuten jäljempänä on kuvattu. Kuvi- > ossa 2 on esitetty toiseen laippaan 2 muodostettu toisiotii- = 30 visteen kammio 13 ja siihen sovitettu toisiotiiviste 4. Laake-

N rin reunuksen 14 alueelle ensiötiivisteen kammion 12 ja toi- 5 siotiivisteen kammion 13 väliin on muodostettu kammio 5 vuoto- jen keräämiseksi. Tämä vuotokammio 5 on liitetty poistoaukkoon 6, jolla mitataan mahdollisia vuotoja ensiötiivisteen 3 mahdollisen vaurioitumisen varalta. Poistoaukkoon 6 kuuluu asi- anmukainen anturi, joka ilmaisee paineen kohoamisen vuotokam- miossa 5. Jos ensiötiiviste 3 vaurioituu, vuotokammion 5 paine nousee, mikä rekisteröityy anturiin, minkä ansiosta ensiötii- visteen 3 vaurioituminen havaitaan. Asiantuntija ymmärtää kui- tenkin, että vuotojen keruukammio 5 voidaan muodostaa laakerin reunuksen 14 alueen ohella myös laakeripintaan 9, joka puristuu laakerin reunuksen 14 pintaa vasten.

Teknisen ratkaisun mukaisen laippaliitoksen etuna on se, että tällaisessa tapauksessa toisiotiiviste 4 alkaa toimia en- siötiivisteen 3 tehtävässä ja takaa edelleen laippaliitoksen tiiviyden seuraavaan huoltokatkoon saakka, jolloin laippaliitos puretaan ja ensiötiiviste 3 vaihdetaan. Laipat on kiristetty toisiinsa kiinnittimillä.

Kuviossa 3 on esitetty teknisen ratkaisun toisen mahdollisen sovellusmuodon mukainen laippaliitos, joka on samanlainen kuin kuviossa 1 mutta jossa toinen laippa 2 on L-kirjaimen muotoi- nen, minkä ansiosta laippa pystyy muuttamaan poistosuuttimen 11 suuntaa ensimmäisen laipan 1 tulosuuttimeen 10 nähden ta- vallisesti 90 asteella, ja kulma voi vaihdella 0 ja 90 asteen välillä. Yhdellä tai molemmilla laipoilla on kuitenkin myös muita mahdollisia sovellusmuotoja tilanteisiin, joissa kokoon- panolta vaaditaan sitä, että poistosuuttimen suunta vastaa lii-

N tetyn putken suuntaa. Kuvion 3 osat, jotka ovat samat kuin

O 25 kuvioissa 1 ja 2, on merkitty samoilla viitenumeroilla.

O Kuviossa 4 on esitetty toinen esimerkki teknisen ratkaisun o mukaisen laippaliitoksen sovellusmuodosta, jossa molempien z laippojen suuttimet on järjestetty samalle akselille. Kuvion 4 > osat, jotka ovat samat kuin kuvioissa 1-3, on merkitty samoilla = 30 viitenumeroilla.

N Kuvioissa 1-4 teknisen ratkaisun mukaisen laippaliitok-

S sen kiinnittimet koostuvat yksittäisistä pulteista 7, jotka on ruuvattu toiseen laippaan 2 ja muttereihin 8. Myös toisenlainen rakenne on mahdollinen, esimerkiksi sellainen, jossa molemmissa laipoissa on läpireiät, missä tapauksessa voidaan käyttää esi- merkiksi kiinnityspultteja ja muttereita.

Kuvioissa 1-4 teknisen ratkaisun mukainen laippaliitos on suunniteltu toiminnallisesti seuraavasti:

Ensimmäisestä putkesta tuleva väliaine saapuu laippa- liitoksen ensimmäiseen laippaan 1 tulosuuttimen 10 läpi. Se- kundäärivirtauksen ensiötiivistettä puristetaan kummallakin laipalla (1,2), jotka on kiristetty toisiinsa kiinnittimillä, mikä muodostaa paine-esteen ominaispaineen vaikutuksesta tii- visteiden etupintoihin. Jos ensiötiiviste vaurioituu tai tii- visteeseen kohdistuu matala ominaispaine, väliainetta saattaa vuotaa ensiö- ja toisiotiivisteen väliseen kammioon. Kyseisestä kammiosta on ulosotto paineanturiin ensiötiivisteen vuotojen havaitsemiseksi ajoissa. Toisiotiivisteen korkean tiiviyden an- siosta toisiotiiviste estää mahdollisia väliaineen vuotoja riittävästi, vaikka ensiötiiviste vaurioituisi.

Asiantuntija ymmärtää, että termejä ”ensimmäinen laippa” ja ”toinen laippa” käytetään vain osien erottamiseksi toisistaan, joten ensimmäinen laippa voi käsittää poistosuuttimen ja toinen laippa voi käsittää tulosuuttimen toisin kuin tässä kuvatuissa sovellusmuodoissa. Asiantuntija ymmärtää myös, että esimerkiksi ensimmäinen laippa voidaan sovittaa laakeripintaan ja toinen laippa voi olla varustettu laakerin reunuksella. Asiantuntija

N ymmärtää vastaavasti, että ensiötiivisteen ja toisiotiivisteen

O 25 kammioita voidaan muodostaa vastakkaisiin laippoihin. Kaikki

O nämä sovellusmuodot kuuluvat kuitenkin tämän teknisen ratkaisun o alaan. = a

S Teolliset käyttökohteet

N

N 30 Ehdotetun ratkaisun käytännön sovelluksia ovat erityisesti ole- 5 massa olevien heterogeenisten hitsiliitosten korvaaminen eri- tyisesti paineistettuja vesireaktoreja hyödyntävissä ydinvoi- malaitoksissa. Tällaisissa liitoksissa esiintyy muutaman käyttövuoden jälkeen halkeamatyyppisiä tilavuusvirheitä, jotka johtuvat useista fysikaalisista syistä eikä niitä pääsääntöi- sesti pystystä estämään. Rakenteeltaan vastaavia laippaliitok- sia voidaan käyttää muissa teknisissä järjestelmissä, joissa vaaditaan eri materiaaleista valmistettujen, vaikeasti toi- siinsa hitsattavien putkien liittämistä. Ehdotettu laippaliitos parantaa heterogeenisen liitoksen turvallisuutta ja käyttöikää, sillä nykyisissä heterogeenisissä hitsiliitoksissa esiintyvä hallitsemattomien halkeamien riski ja ensiötiivisteen vaurioi- tumisesta johtuvat väliaineen vuodot saadaan estettyä. Kyseinen liitos on kuitenkin suunniteltu siirtämään suuria voimia ja vääntömomentteja, jotka ovat verrattavissa hitsiliitoksiin.

N

N

O

N

O

00

I

Ao a (e

O

<r

N

N

O

N

D

Viitenumeroluettelo: 1 Ensimmäinen laippa 2 Toinen laippa 3 Ensiötiiviste 4 Toisiotiiviste 5 Vuotokammio 6 Poistoaukko vuotojen mittaamiseksi ensiötiivisteen vaurioituessa 7 Pultti 8 Mutteri 9 Laakeripinta 10 Tulosuutin 11 Poistosuutin 12 Ensiötiivisteen kammio 13 Toisiotiivisteen kammio

N

N

N

& 15 14 Laakerin reunus — 15 Rako laippojen välillä

I jami o o 16 Tulppa o +

N

S 20

N

D"

Claims (11)

SUOJAVAATIMUKSET

1. Laippaliitos kahden eri materiaalista valmistetun putken liittämiseksi, jotka materiaalit on vaikea hitsata toisiinsa, jossa laippaliitokseen kuuluu - ensimmäinen laippa (1), joka on varustettu tulosuuttimella (10) ja joka on valmistettu ensimmäisestä materiaalista, joka kuuluu samaan materiaaliryhmään kuin ensimmäinen putki, ja - toinen laippa (2), joka on varustettu poistosuuttimella (11) ja joka on valmistettu toisesta materiaalista, joka kuuluu samaan materiaaliryhmään kuin toinen putki, molemmat laipat (1,2) on varustettu kiinnittimillä molempien laippojen (1,2) yhteenliittämisen varmistamiseksi, tunnettu siitä, että ensimmäinen laippa (1) tai toinen laippa (2) on varustettu laakerin reunuksella (14), ja toinen laipoista (2,1) on varustettu laakeripinnalla (9), joka on järjestetty laakerin reunusta (14) vastapäätä, jossa laakerin reunuksessa (14) on sen laipan (1,2) keskustaa lähemmällä reunalla ensiötiivisteen (3) kammio (12) sekundäärivirtauksessa ja sen keskustasta kauempana olevalla reunalla on toisiotiivisteen (4) kammio (13) sekundäärivirtauksessa, ja ensimmäinen laippa (1) ja toinen laippa (2) on tarkoitettu sovitettavaksi ensimmäisen tai toisen laipan (1,2) laakerin reunuksen (14) en alueelle toisen näistä kahdesta laipasta laakeripintaa (9) O 25 vasten, millä varmistetaan voimien ja vääntömomenttien 5 siirtyminen kummankin laipan välillä, ja laippojen jäljelle 0 jäävällä alueella on rako (15), joka takaa laippojen = muodonmuutoksen ja mahdollistaa liitettävien laippojen > vaadittavan esikiristyksen muodostumisen. 3 30

N 2. Suojavaatimuksen 1 mukainen laippaliitos, tunnettu siitä, 5 että laakerin reunuksen (14) tai laakeripinnan (9) alueella ensiötiivisteen (3) ja toisiotiivisteen (4) välillä on vuotojen keräämistä varten muodostettu vuotokammio (5), ja vuotokammio (5) on varustettu poistoaukolla (6), joka antaa signaalin ensiötiivisteen tiiviyden heikkenemisestä, kun kyseisen tilan paine nousee.

3. Suojavaatimuksen 2 mukainen laippaliitos, tunnettu siitä, että ensiötiivisteen tiiviyden heikkenemisen ilmaisemiseen tarkoitettu poistoaukko (6) on varustettu paineanturilla, joka ilmaisee vuotokammion (5) paineen nousun mahdollisen vuodon havaitsemiseksi.

4. Suojavaatimuksen 2 mukainen laippaliitos, tunnettu siitä, että ensiötiivisteen tiiviyden heikkenemisen ilmaisemiseen tarkoitettu poistoaukko (6) on erillinen paineulosotto.

5. Jonkin suojavaatimuksen 1-3 mukainen laippaliitos, tunnettu siitä, että kiinnittimet on järjestetty toisiotiivisteen kammion (13) lähelle ei-toivottujen muodonmuutosten minimoimiseksi.

6. Jonkin suojavaatimuksen 1-3 mukainen laippaliitos, tunnettu siitä, että ensimmäisen laipan (1) tulosuutin (10) ja toisen laipan (2) poistosuutin (11) on järjestetty eri akseleille kahden eri akseleilla olevan putken liittämiseksi. N 25

N 7. Jonkin suojavaatimuksen 1-5 mukainen laippaliitos, O tunnettu siitä, että ensiötiivisteen kammio (12) ja S toisiotiivisteen kammio (13) on muodostettu laippaan (1,2), E joka on varustettu laakerin reunuksella (14). 2 30

3 8. Jonkin suojavaatimuksen 1-5 mukainen laippaliitos, O tunnettu siitä, että ensiötiivisteen kammio (12) ja > toisiotiivisteen kammio (13) on muodostettu laippaan (1,2), joka on varustettu laakeripinnalla (9).

9. Jonkin suojavaatimuksen 1-5 mukainen laippaliitos, tunnettu siitä, että ensiötiivisteen kammio (12) on muodostettu ensimmäisen laipan (1) ja toisen laipan (2) väliin, ja toisiotiivisteen kammio (13) on muodostettu ensimmäiseen laippaan (1) ja/tai toiseen laippaan (2).

10. Jonkin suojavaatimuksen 1-9 mukainen laippaliitos, tunnettu siitä, että ensiötiivisteen kammion (12) ja toisiotiivisteen kammion (13) korkeus on 30 % matalampi kuin vastaavan tiivisteen (3,4) korkeus kokoonpuristumattomassa tilassa sovitettuna kyseiseen kammioon (12,13).

11. Jonkin suojavaatimuksen 1-8 mukainen laippaliitos, tunnettu siitä, että laippa (1,2), joka on järjestetty toisiotiivisteen kammiolla (13) varustettua laippaa (2,1) vasten, on varustettu olakkeella, joka muodostaa avaimen, joka sopii kyseiseen kammioon (13) muodostaen avain ja ura - liitoksen, jossa kammion (13) korkeutta on lisätty olakkeen korkeudella. 0 N O N 5 LO O I jami a o O 5 N N O N D