NO172261B

NO172261B - Hoeytrykkskobling for stroemningsledning

Info

Publication number: NO172261B
Application number: NO842508A
Authority: NO
Inventors: Robert C Hagner
Original assignee: Robert C Hagner
Priority date: 1983-06-22
Filing date: 1984-06-21
Publication date: 1993-03-15
Also published as: JPS6014692A; DK159859B; NL8401879A; DK159859C; GB8414922D0; GB2142106A; DK303884A; FR2549194B1; IT8448438A0; DK303884D0; SE8403334D0; KR850000633A; BR8402949A; US4648632A; AU564264B2; FR2549194A1; AU2935884A; SE8403334L; IE56491B1; NO172261C

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en kopling for en høytrykksledning, ifølge kravinnledningen.

Innenfor fagområdet håndtering av høytrykksfluider, eksempelvis ved industrielle varmevekslere, er det utviklet flere arrangementer for sammenkopling av strømningsledninger eller kanaler. Et slikt arrangement omfatter et hannlegeme, et hunnlegeme og en tetningsring. Hannlegemet har en ende med en innad avsmalnende, konisk ytre flate. Hunnlegemet har en ende med en utad avsmalnende, konisk indre flate med en skråningsvinkel i forhold til legemets akse som er mindre enn skråningsvinkelen i enden av hannlegemet. Tetningsringen har trapesform i tverr-snitt og har en ytre flate med en skråningsvinkel som i det vesentlige er lik hunnlegemets indre flate og en indre flate med en skråningsvinkel som i det vesentlige er lik skråningsvinkelen i enden av hannlegemet. Når hannlegemet og hunnlegemet presses i anlegg mot hverandre, eksempelvis ved hjelp av flenser, fastklemmes tetningsringen mellom disse.

En ulempe ved den kjente type trapesformede tetnings-ringforbindelse er vanskeligheten med å oppnå et korrekt sete for tetningsringen mellom hannlegemets og hunnlegemets mot hverandre liggende flater. Dersom tetningsringen ikke flukter aksialt når delene settes sammen, vil tetningsringen utsettes for ujevn belastning når hannlegemet og hunnlegemet presses fast mot hverandre, noe som kan medføre at tetningsringen ødelegges eller bøyer seg. Dersom tetningsringen ikke flukter aksialt, men dog ikke ødelegges eller bøyer seg, kan sammenkoplingen allikevel være utett, noe som kan være katastrofalt ved ekstremt høye trykk.

En forbedret forbindelse eller lukke av den beskrevne type er utviklet, hvor tetningsringen omfatter en leppe som strekker seg radialt. Leppen danner en visuell indikering av korrekt flukting for delene når hannlegemet og hunnlegemet presses i anlegg mot hverandre. Imidlertid utsettes de kjente trapesformede ringkoplinger eller lukker med lepper for feil på grunn av ukorrekte størrelsesforhold mellom hannlegemet, tetningsringen og hunnlegemet. Under tilstrammingen av koplingen beveges leppen mot hunnlegemet. Dersom den opprinnelige klaring mellom leppen og hunnlegemet er for liten, vil leppen og hunnlegemet under sammenspenningen komme i kontakt med hverandre og leppen kan skjæres av eller de krefter som påføres leppen av hunnlegemet kan forårsake at ringen brister. Dersom den opprinnelige klaring mellom leppen og hunnlegemet på den annen side er for stor, vil det kunne foreligge utilstrekkelig flatekontakt mellom tetningsringen og hunnlegemet til å oppnå en korrekt tetning. En forbedret kopling eller lukke med en tetningsring som har en radialt utadragende leppe er omtalt i US-PS 411 498 (1982-08-25). Her er tetningsringen, hannlegemet og hunnlegemet avpasset i størrelse til hverandre på en slik måte at det fremkommer en korrekt tetning og tetningsringens leppe holdes i avstand fra hunnlegemets ende. Ved ekstremt høyt trykk er imidlertid den krevede innspenningskraft så stor at leppen fremdeles kan avskjæres.

Det er derfor et mål for den foreliggende oppfinnelse å frembringe en kopling eller lukke som unngår ulempene med den kjente teknikk. Især er det et mål for den foreliggende oppfinnelse å frembringe en kopling eller lukke hvor kombinasjon av hannlegeme, tetningsring med en radialt utad ragende leppe og et hunnlegeme, har et slikt størrelsesforhold at det opprettholdes en korrekt aksial flukting av delene og det oppnås en korrekt tetning samt at leppen holdes i avstand fra enden av hunnlegemet, uavhengig av innspenningskraften.

De foran nevnte og andre mål oppnås med koplingen for høytrykksstrømning ifølge den foreliggende oppfinnelse, slik den er definert med de i kravene anførte trekk.

De respektive relative størrelser for tetningsringen og de koniske flater for hannlegemet og hunnlegemet velges slik at effektiviteten for den tetning som oppnås maksimeres og slik at sjansene for at tetningsringen skal komme ut av aksial flukting eller bli beskadiget under monteringen og bruken, minimeres. Især er tetningsringens aksiale lengde mellom leppen og den maksimale ytre diameter i det vesentlige lik hunnlegemets dybde. Den maksimale indre diameter av tetningsringens indre flate er mindre enn den maksimale ytre diameter av hannlegemets endeparti mens den minimale indre diameter av tetningsringen er mindre enn den minimale ytre diameter av hannlegemets endeparti. Den maksimale ytre diameter av tetningsringens ytre flate nær leppen er større enn den maksimale indre diameter av hunnlegemets endeparti slik at leppen holdes adskilt fra enden av hunnlegemets endeparti når hannlegemet og hunnlegemet presses mot hverandre. Uavhengig av hvor sterkt hannlegemet og hunnlegemet presses mot hverandre vil enden av tetningsringen ligge an mot hunnlegemets skulder før leppen avskjæres.

På tegningen viser figur 1 et lengdesnitt av en kopling for en høytrykks strømningsledning ifølge den foreliggende oppfinnelse og figur 2 viser detaljert et snitt av hannlegemet, tetningsringen og hunnlegemet ifølge en utførelse av den foreliggende oppfinnelse.

En kopling 11 for en høytrykksledning, i henhold til den foreliggende oppfinnelse, er vist på figur 1. Koplingen 11 omfatter generelt et hannlegeme 13, ét hunnlegeme 15 og en tetningsring 17.

Hannlegemet 13 er rørformet og innrettet for tilkopling til en høytrykksledning ved sveising eller liknende ved 19. Hannlegemet 13 omfatter en radialt utad ragende flens 21 som har flere boltehull med bolter 31.

Hunnlegemet 15 er generelt rørformet og innrettet for feste til en høytrykksledning eksempelvis ved sveising ved 33. Hunnlegemet 15 omfatter en radialt utad ragende flens 35 med flere boltehull 37. Flensen 35 er således innrettet til sammenkopling med flensen 21 ved hjelp av flere bolter eller liknende for på denne måte å sammenkople og presse aksialt sammen hannlegemet 13 og hunnlegemet 15.

Hunnlegemet 15 omfatter et radialt forstørret utad konisk endeparti 39. Endepartiet 39 danner en konisk indre flate med en skråningsvinkel i forhold til hunnlegemets 15 akse. Endepartiet 39 er forbundet med boringen 41 i hunnlegemet 15 via en radialt innad ragende skulder 43.

Hannlegemet 13 omfatter et innad avsmalnende endeparti 45 som danner en konisk ytre flate. Skråningsvinkelen for endepartiet 45 i forhold til hannlegemets 13 akse er større enn skråningsvinkelen for hunnlegemets 15 endeparti 39.

Tetningsringen 17 omfatter en konisk ytre flate 47 og en konisk indre flate 49. Skråningsvinklene for den ytre flate 47 og den indre flate 49 er i det vesentlige lik skråningsvinklene for hunnlegemets 15 endeparti 39 og hannlegemets 13 endeparti 45. Tetningsringen 17 er således kilt fast mellom hannlegemets 13 endeparti 45 og hunnlegemets 15 endeparti 39. Det indre trykk i koplingen 11 virker mot tetningsringen 17 slik at denne presses hardere an mot endepartiene 45 og 39 og således gjøre tetningsringen 17 effektivt selvtettende. Jo større indre trykk jo større effektiv tetning.

Tetningsringen 17 omfatter en radialt utad ragende leppe 51. Leppen 51 er anordnet på tetningsringen 17 slik at den er anordnet i avstand fra hunnlegemets 15 ende 53 og hannlegemets 13 flens 21. Ved sammenmontering av koplingen 11 kan operatøren inspisere leppens 15 stilling i forhold til hannlegemet 13 og hunnlegemet 15 og kan kontrollere at avstanden mellom leppene 51 og hunnlegemets 15 ende 53 er i det vesentlige lik hele veien rundt koplingen 11. Leppen 51 gir på denne måte en visuell indikasjon på at delene flukter korrekt.

Figur 2 viser i detalj oppbygningen av den foretrukne utførelse av den foreliggende oppfinnelse. Hannlegemets 13 endepartis 45 skråningsvinkel a i den foretrukne utførelse er 20°. Hunnlegemets 15 endepartis 47 skråningsvinkel b er i den foretrukne utførelse 10°. Det er fastlagt empirisk at det foreligger en optimal tverrsnittsform for tetningsringen 17, uavhengig av diameteren. I den optimale utforming er tetningsringens 17 aksiale lengde Lx lik 22,2 mm og tetningsringens maksimale tykkelse Tr er 8,0 mm. Den optimale avstand L4 mellom leppen 51 og hunnlegemets 15 ende 53, er 3,8 mm. I den foretrukne utførelse er leppens 51 tykkelse L3 lik 3,2 mm. For en gitt maksimal ytre diameter dx for hannlegemet 13, er det nødvendig å fastlegge hannlegemets 13 endepartis 45 aksiale lengde, den maksimale indre diameter d4 av hunnlegemets 15 endeparti 47, den aksiale dybde av hunnlegemets 15 endeparti 47 og til slutt en diameter for tetningsringen 17, eksempelvis den maksimale indre diameter Br for tetningsringen 17.

I den foretrukne utførelse er den aksiale lengde av hannlegemets 13 endeparti 45 lik Lx + L2 - L6, hvor L2 er den aksiale avstand mellom endepartiets 45 maksimale diameter åx og tetningsringens 17 maksimale indre diameter Br, og L6 er den aksiale avstand mellom endepartiets 45 minimale ytre diameter d2 og tetningsringens 17 minimale indre diameter Cr. Den minimale lengde L2 fastlegges ved å kombinere fremstillingstoleransene for hannlegemets 13 diameter og tetningsringen 17 og en valgt avstand X mellom flensen 21 og leppen 51. I den foretrukne utførelse er eksempelvis fremstillingstoleransen for hannlegemets 13 diameter +0 - 0,254 mm og fremstillingstoleransen for tetningsringens 17 diameter er +/- 0,762 mm. Br må alltid være mindre enn dx. Således må Br være mindre enn dx minus hannlegemets 13 og tetningsringens 17 negative toleranse. Fra trigonometrien kan den minimale L2 uttrykkes: L2 = (toln/2) • cot a, hvor toln er den absolutte verdi av hannlegemets 13 og tetningsringens 17 totale negative toleranse.

Avstanden L6 mellom tetningsringens 17 minimale indre diameter Cr og den minimale ytre diameter D2 av hannlegemets 13 endeparti 45, er lik de samlede positive fremstillingstoleranser for hannlegemet 13 og tetningsringen 17 og uttrykkes matematisk: L6 = (tolp/2) • cot a, hvor tolp er den absolutte verdi av hannlegemets 13 og tetningsringens 17 totale positive toleranser.

Den aksiale lengde av hannlegemets 13 endeparti 45 er således L2 + 1^ - L6. Den minimale ytre diameter D2 av hannlegemets 13 endeparti 45 kan uttrykkes:

Etter å ha bestemt dimensjonene av hannlegemets 13 endeparti 45 og den optimale tverrsnittsform av tetningsringen 17, kan de resterende dimensjoner av tetningsringen 17 bestemmes relativt enkelt. Av beregningen av L2 kan det sees at tetningsringens 17 maksimale indre diameter Br kan uttrykkes:

På tilsvarende måte kan tetningsringens 17 minimale indre diameter utrykkes:

Tetningsringens 17 minimale ytre diameter dr kan uttrykkes:

hvor Tr er tetningsringens 17 maksimale tykkelse. Tetningsringens 17 maksimale ytre diameter Er, nær kanten 51 er:

Er = Dr + 2(LX - L3) tan b,

hvor leppens 51 tykkelse L3 angis å være 3,2 mm.

Etter fastleggelse av dimensjonene for hannlegemets 13 endeparti 45 og tetningsringen 17, gjenstår kun å beregne dimensjonene for hunnlegemets 15 endeparti 47. Den maksimale indre diameter B4 for hunnlegemets 15 endeparti 47 må velges slik at det opprettholdes en optimal klaring mellom leppen 51 og enden 53 av endepartiet 47. Den maksimale indre diameter kan således uttrykkes:

Dybden L7 av hunnlegemets 15 endeparti 47 velges slik at enden av tetningsringen 17 ligger i kontakt med skulderen 43 før leppen 51 får kontakt med flensen 53. Således er dybden av endepartiet 47 lik tetningsringens 17 aksiale lengde minus leppens 51 bredde, eller L7 = L2 - L3. Etter fastleggelse av dybden L7 av hunnlegemets 15 endeparti 47, vil den minimale indre diameter d3 av hunnlegemets 15 endeparti 47 være:

Claims

1. Kopling for en høytrykksledning, omfattende et rørformet hannlegeme (13) med et fra en flens (21) utragende, konisk avtakende endeparti hvis ytre flate (45) forløper i en vinkel (a) til hannlegemets akse, samt et rørformet hunnlegeme (15) som i det vesentlige flukter koaksialt med hannlegemet (13) og har et endeparti med en utad tiltakende konisk indre flate (39) med en skråvinkel (b) i forhold til hunnlegemets (15) akse, KARAKTERISERT VED at hunnlegemets (15) skråvinkel (b) er mindre enn hannlegemets (13) skråvinkel (a), at hunnlegemet (15) omfatter en radialt utad ragende flens nær den indre flates største diameter og en radialt innad ragende skulder nær dens minste diameter, at en tetningsring (17) er anordnet koaksialt mellom de ytre og indre flater og omfatter en konisk indre flate med en skråvinkel i det vesentlige lik hannlegemets skråvinkel (a) og en konisk ytre flate med en skråvinkel i det vesentlige lik hunnlegemets skråvinkel, at tetningsringen (17) omfatter en ringformet kant (51) som rager radialt ut fra tetningsringen nær dens største ytre diameter, idet en del av tetningsringens indre flate ligger an mot hannlegemets (13) ytre flate og en del av tetningsringens ytre flate ligger an mot hunnlegemets (15) indre flate, at tetningsringens minste indre diameter er mindre enn hannlegemets (13) minste diameter og at dens største indre diameter som er mindre enn hannlegemets (13) ytre flates største diameter, slik at tetningsringens største indre diameter befinner seg i avstand fra hannlegemets flens når tetningsringen er plassert på hannlegemet (13) og tetningsringens minste indre diameter strekker seg aksialt utover hannlegemets (13) ende, hvor tetningsringens aksiale lengde mellom kanten (51) og den minste indre diameter er i det vesentlige lik den aksiale lengde av hunnlegemets (15) koniske flate, og at tetningsringens største ytre diameter er større enn hunnlegemets (15) største indre diameter.

2. Kopling ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at tetningsringens største indre diameter er mindre enn hannlegemets (13) største diameter minus summen av de absolutte negative toleranser for hannlegemets (13) største ytre diameter og tetningsringens største indre diameter.

3. Kopling ifølge krav 2, KARAKTERISERT VED at den aksiale lengde av hannlegemets (13) endeparti er lik summen av tetningsringens aksiale lengde, halvdelen av summen av de negative toleranser for hannlegemets (13) ytre diameter og tetningsringens største indre diameter, multiplisert med cotangens av skråvinkelen for hannlegemets (13) endeparti, halvdelen av summen av de absolutte verdier av de positive toleranser av hannlegemets (13) minste ytre diameter og tetningsringens minste indre diameter, multiplisert med cotangens av skråvinkelen for hannlegemets (13) endeparti, produktet av avstanden mellom leppen og enden av hunnlegemets (15) endeparti, cotangens av skråvinkelen for hannlegemets (13) endeparti og tangens for skråvinkelen for hunnlegemets (15) endeparti, og en valgt klaring mellom hannlegemets (13) flens og tetningsringens leppe.

4. Kopling ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at den maksimale indre diameter for hunnlegemets (15) endeparti er lik den maksimale ytre diameter for tetningsringens ytre flate nær leppen minus produktet av den doble avstand fra leppen til enden av hunnlegemets (15) endeparti og tangens av skråvinkelen for hunnlegemets (15) endeparti.