SK9761Y1 - Prírubový spoj - Google Patents

Abstract

Prírubový spoj na spojenie dvoch potrubí zo vzájomne ťažko zvárateľných materiálov obsahuje prvú prírubu (1), vybavenú vstupným hrdlom (10) vytvorenú z prvého materiálu, patriaceho do rovnakej materiálovej skupiny ako prvé potrubie, a druhú prírubu (2), vybavenú výstupným hrdlom (11) vytvorenú z druhého materiálu, patriaceho do rovnakej materiálovej skupiny ako druhé potrubie; tieto príruby (1,2) sú vybavené spojovacími prostriedkami na zabezpečenie vzájomného spojenia oboch prírub (1,2). Prvá alebo druhá príruba (1,2) je vybavená dosadacím lemom (14), zatiaľ čo druhá z týchto prírub (2,1) je vybavená dosadacou plochou (9) usporiadanou oproti dosadaciemu lemu (14). Dosadací lem (14) je pri svojej hrane bližšie k stredu príruby (1,2) vybavený komorou (12) na primárne tesnenie (3) vo vedľajšom silovom toku, zatiaľ čo pri svojej hrane vzdialenejšej od stredu je vybavený komorou (13) na sekundárne tesnenie (4) vo vedľajšom silovom toku. Prvá príruba (1) a druhá príruba (2) sú vytvorené na dosadnutie len v ploche dosadacieho lemu (14) prvej alebo druhej príruby (1,2) s dosadacou plochou (9) druhej z týchto dvoch prírub pri zabezpečení prenosu silových a momentových zaťažení medzi obomi prírubami s medzerou (15) v zostávajúcej ploche prírub na zabezpečenie deformácie prírub a vytvorenie požadovaného predpätia spojených prírub.

Description

Oblasť techniky

Technické riešenie sa týka heterogénneho prírubového spoja, výhodne nahrádzajúceho heterogénny zvarový spoj dvoch potrubí zo vzájomne odlišných materiálov, ktorý umožňuje spojenie napríklad korózii odolného tlakového potrubia na potrubí z uhlíkovej ocele, a tým zabezpečuje materiálový prechod, bez použitia štandardného riešenia realizovaného heterogénnym zvarovým spojom. Zariadenie podľa tohto technického riešenie slúži zvlášť výhodne na realizáciu spoja medzi nátrubkom plášťa parogenerátora, vyrobeného z perliticko-feritickej ocele alebo i iných aplikácií, napríklad z uhlíkovej ocele, a nadväzujúcim potrubím vyrobeným z iného materiálu, napríklad austenitickej korózii odolnej chrómniklovej ocele, ktoré sú vzájomne ťažko zvárateľné.

Doterajší stav techniky

V niektorých technických aplikáciách sa používajú veľké zariadenia vyrobené z uhlíkovej ocele, ale rôzne nadväzujúce potrubia musia byť kvôli relatívne veľkým koróznym úbytkom materiálu vyhotovené z korózii odolnej ocele. Štandardne je tento materiálový prechod realizovaný na hrdle bezprostredne v uhlíkovom aparáte - a to tzv. heterogénnym zvarovým spojom. Ide o relatívne komplikovaný uzol (ako výrobne, montážne, ale i z hľadiska návrhu a prevádzkových kontrol), kedy je potreba najskôr na diel z perliticko-feritickej alebo bainitickej ocele navariť tzv. difúznu vrstvu, ktorá bráni v degradácii vlastného heterogénneho zvarového spoja a v difúzii uhlíka do zvarového spoja, a tým k následnej tvorbe karbidov v tepelne ovplyvnenej oblasti. Toto riešenie sa používa však len pri potrubí s väčšou hrúbkou steny, ktorá je zhruba nad 9 mm. Pri menších hrúbkach steny potrubia je potom priamo na heterogénny zvarový spoj použitý tzv. prechodový materiál, ktorý však nevytvára tak účinnú difúznu vrstvu. Podľa predpisov normatívne technickej dokumentácie asociácie strojárskych inžinierov NTD A.S.I. na zváranie v jadrovej energetike je potom vlastné heterogénne zvarové spoje zakázané variť priamo na montáži, ale len ako dielenský heterogénny zvarový spoj, čo je v niektorých prípadoch nemožné. Tento zvarový spoj je ale vzhľadom na rozdielnu tepelnú dilatáciu a ďalším degradačným mechanizmom oboch materiálov veľmi namáhaným miestom a tiež dochádza v prechodovej oblasti (na rozhraní uhlíková oceľ/korózii odolná oceľ) k ochudobneniu legujúcich prvkov, a tým k možnosti vzniku indikácií v tepelne ovplyvnenej oblasti predovšetkým na hraniciach zŕn - pri prispení vysokých napätí od rozdielnych koeficientov tepelnej rozťažnosti a ďalších degradačných mechanizmov. Tieto heterogénne zvarové spoje sú teda predovšetkým pri tepelne namáhaných dieloch veľmi problematické a vo vysokej miere vykazujú už po niekoľkých rokoch významné objemové chyby typu trhlina, ktoré často spôsobujú nutnosť rekonštrukcie takého spoja alebo dokonca môžu spôsobiť haváriu odtrhnutím potrubia v mieste zvaru.

Jednou z mnohých možných aplikácií heterogénnych zvarových spojov je zvar medzi potrubím tvoreným hrdlom z uhlíkovej ocele na plášti parogenerátora (celý plášť parogenerátora je z uhlíkovej ocele) a nadväzujúcim krátkym korózii odolným potrubím, ktoré spája obe potrubia s kondenzačnou nádobkou na meranie hladiny vody v parogenerátore. Ďalšou typickou aplikáciou je pripojenie korózii odolných impulzných potrubí na tlakové odbery z rôznych aparátov alebo väčších uhlíkových potrubí.

Existujú prírubové spoje na spojenie dvoch potrubí zo vzájomne heterogénnych materiálov, ktoré sú vybavené tesnením v hlavnom silovom toku, ale tieto existujú len na spojenie dvoch priamych potrubných úsekov. Taký prírubový spoj však nie je vhodný na tepelne a tlakovo namáhané aplikácie, ako napr. na spomínaný parogenerátor. Nevýhodou takého spoja je, že pri tesnení v hlavnom silovom toku vplyvom nábehu a odstavenia parogenerátora z prevádzky v dôsledku pravidelných odstávok na výmenu jadrového paliva v reaktore dochádza k jeho „relaxácii“, takže je nutné, aby prírubový spoj bol pravidelne kontrolovaný, či je dotiahnutý na predpísaný doťahovací moment. Navyše je nutné tesnenie vo výrobcom predpísaných servisných intervaloch meniť. Inak totiž môže dôjsť k náhlemu zlyhaniu tesnosti prírubového spoja počas prevádzky zariadenia, čo môže ohroziť bezpečnosť prevádzky jadrovej elektrárne.

Dokument WO2016/066659 spoločnosti ALSTOM Technology Ltd. z 27. 10. 2015 opisuje priamy prírubový spoj na spojenie dvoch potrubí z heterogénnych materiálov, ktorý používa dve príruby, každú z iného materiálu, rovnakého, ako je na danú prírubu nadväzujúce potrubie, pričom tvar prírub na vnútornom konci tvorí pri ich dosadnutí na seba a stiahnutí prírub skrutky k sebe prvé tesnenie, ktoré je vo výhodnom uskutočnení doplnené druhým tesnením, obopínajúcom prvé tesnenie, pričom toto druhé tesnenie je vytvorené kovovým krúžkom vloženým do dvoch protiľahlých drážok vytvorených príslušne v dvoch protiľahlých prírubách. Toto tesnenie sa používa len v situácii, kedy by došlo k roztvoreniu prírub, a tým k narušeniu prvého tesnenia. Aby bola zabezpečená tesnosť tohto spoja, obsahuje tento prírubový spoj výhodne ešte ďalšie tretie tesnenie usporiadané na vonkajšej strane prírub.

Dôvodom malého počtu náhrad heterogénneho zvarového spoja prírubovým spojom je to, že na vysokotlakových potrubiach namáhaných teplotami nad 200 °C sú tieto spoje enormne striedavo namáhané od nadväzujúceho potrubia (tak od tepelných dilatácií, ako od prípadných dynamických zaťažení) - čo by veľmi rýchle viedlo k strate tesniacej schopnosti štandardného grafitového tesnenia v hlavnom silovom toku.

Podstata technického riešenia

Podľa tohto technického riešenia je poskytnutý prírubový spoj na spojenie potrubí z rôznych vzájomne ťažko zvárateľných materiálov, ktorý je napríklad umiestniteľný bezprostredne na jednom potrubí, napríklad za tlakovým odberom na výstupe zo zariadenia, vyrobenom z jedného materiálu, napríklad z uhlíkovej ocele, smerom k nadväzujúcemu odbernému potrubiu z druhého materiálu, vyrobenom napríklad z korózii odolnej ocele, ktoré sú navzájom ťažko zvárateľné. Na účely tejto prihlášky sa termínom potrubie rozumie okrem bežne používaného významu i akýkoľvek rúrkovitý vývod zo zariadenia, ktorý umožňuje napojenie na hrdlo prírubového spoja a na ktorý je potrebné napojiť ďalšie potrubie. Prírubový spoj je svojimi hrdlami s uvedenými potrubiami spojený zvlášť výhodne privarením. Prírubový spoj je zvlášť výhodne určený ako náhrada existujúceho zvarového heterogénneho spoja.

Podstatou technického riešenia je prírubový spoj obsahujúci dvojicu prírub z materiálov, vzájomne ťažko zvárateľných, ako je definovaný v nároku 1. Materiály jednotlivých prírub prírubového spoja podľa tohto technického riešenia sú vybrané z rovnakých materiálových skupín, ako sú materiály potrubia z jednej a druhej strany, takže je možné hrdlo danej príruby zvariť s na ňu nadväzujúcim potrubím.

Ako je z opisu technického riešenia zrejmé, dvojica prírub je tvarovo prispôsobená na aplikáciu primárneho tesnenia vo vedľajšom silovom toku, ktoré je navrhnuté na dosiahnutie vysokej tesnosti, a ďalej na aplikáciu sekundárneho tesnenia slúžiaceho na zabránenie únikov pri prípadnom poškodení primárneho tesnenia. Táto kombinácia ďalej umožňuje efektívnu indikáciu prípadného poškodenia primárneho tesnenia v začiatočnej fáze (kedy je únik veľmi malý), a to pomocou odberu tlaku z medzipriestoru medzi primárnym a sekundárnym tesnením. Vďaka opísanému usporiadaniu oboch tesnení vo vedľajšom silovom toku je umožnené, aby prírubový spoj mohol prenášať vysoké silové a momentové účinky, a to bez cyklického namáhania tesnenia, čím dochádza k zásadnému zvýšeniu spoľahlivosti tohto heterogénneho prírubového spoja.

Prírubový spoj podľa tohto technického riešenia je použiteľný v systémoch s akýmikoľvek médiami. Tiež je vhodný na všetky materiálové vyhotovenia prírub, vyžadovaných týmito médiami.

Prírubový spoj podľa tohto technického riešenia obsahuje hlavne nasledujúce časti, ktoré sú usporiadané ako funkčný celok zabezpečujúci požadované funkčnosti celého systému, konkrétne:

- prvú prírubu vytvorenú z materiálu rovnakej materiálovej skupiny, ako je materiál prvého napojenia na prvé potrubie,

- druhú prírubu usporiadanú proti prvej prírube na ich vzájomné spojenie z materiálu rovnakej materiálovej skupiny, ako je materiál druhého (napríklad impulzného) potrubia,

- primárne tesnenie vo vedľajšom silovom toku,

- sekundárne tesnenie vo vedľajšom silovom toku a

- spojovací materiál (svorníky a matice).

Prírubový spoj podľa tohto technického riešenia obsahuje zvlášť výhodne medzi primárnym a sekundárnym tesnením komoru na záchyt prípadných netesností z primárneho tesnenia, vybavenú výstupom na signalizáciu straty tesnosti primárneho tesnenia. Strata tesnosti primárneho tesnenia je indikovaná zvýšením tlaku v komore na záchyt netesností s následnou indikáciou netesnosti primárneho tesnenia. Ešte výhodnejšie prírubový spoj ďalej obsahuje integrované zariadenie na signalizáciu prípadnej netesnosti primárneho tesnenia, ktoré je priamo súčasťou tohto spoja.

Zariadenie je zvlášť výhodne vytvorené na napojenie prvou prírubou na tlakový odber zo zariadenia, akým je napríklad parogenerátor. Zvlášť výhodne je prvá príruba vyhotovená z uhlíkovej ocele.

Prírubový spoj na vnútornej strane nátrubku, teda smerom od dosadacieho lemu k stredu, musí obsahovať dostatočnú medzeru na zabezpečenie správneho dosadnutia dosadacieho lemu na dosadaciu plochu medzi primárnym a sekundárnym tesnením, nutné je tiež počítať s danými toleranciami výroby, aby styková plocha dosadacieho lemu s dosadacou plochou bola jedinou kontaktnou plochou medzi obomi prírubami, ktorá zabezpečí prenos vonkajších silových a momentových účinkov. Podobne je vytvorená medzera medzi prírubami pri dosadnutí dosadacieho lemu na dosadaciu plochu i v priestore medzi obomi prírubami od dosadacieho lemu smerom von, teda v smere k okraju prírub, takže na vonkajšej strane dosadacieho lemu medzi prírubami, hlavne v mieste spojovacích prvkov (výhodne svorníkov a matíc), musí byť po dosadnutí dosadacieho lemu na dosadaciu plochu táto plocha ich styku jedinou kontaktnou plochou medzi prírubami medzera, ktorá zabezpečí správne predpätie spojovacích prvkov vďaka umožnenej deformácii prírub pri ich sťahovaní spojovacími prvkami. Spojovacími prvkami teda môžu byť napr. svorníky s maticami, skrutkami s maticami a podobné spojovacie prvky, ktoré zabezpečia spoľahlivé spojenie oboch prírub prírubového spoja, ako je od tohto prírubového spoja požadované.

Vďaka opísanému usporiadaniu prírubového spoja podľa vynálezu s dosadacím lemom a dosadacou plochou a medzerou medzi zostávajúcimi k sebe smerujúcimi plochami oboch prírub sa zabezpečí, aby po dotiahnutí spojovacích prostriedkov, napr. svorníkov a matíc, dochádzalo pri prevádzke k čo najmenšej zmene rozmerov, hlavne výšky, komory na primárne i sekundárne tesnenie, pretože tesnenie má síce schopnosť odpruženia, ale táto schopnosť sa prudko znižuje s počtom cyklov jeho stlačení a odľahčení. Znížením kontaktného napätia na povrchu tesnenia sa priamo úmerne znižuje i tesniaca schopnosť tesnenia. Čím vyšší je tlak média - tým vyššia je i požiadavka na dosiahnutie kontaktného napätia na plochách tesnenia. Pre vysoké tlaky je optimálne merný tlak v tesnení cca 80 MPa, ale i viac.

Je zvlášť výhodné, pokiaľ sa komora na primárne tesnenie vytvorí s rovnakou výškou ako komora na sekundárne tesnenie a pokiaľ je výška primárneho i sekundárneho tesnenia zhodná, pričom je na začiatku stláčania cca o 30 % vyššia, ako je výška komory, aby po dotiahnutí prírub spojovacími prvkami došlo k riadenému stlačeniu primárneho i sekundárneho tesnenia vo vedľajšom silovom toku. Táto požiadavka ale záleží na mechanických vlastnostiach tesnenia a môže sa podľa toho líšiť, takže sú možné i odchýlky od uvedenej hodnoty cca 30 %, a to podľa typu tesnenia.

Podľa iného výhodného uskutočnenia prírubového spoja je komora na primárne tesnenie a/alebo komora na sekundárne tesnenie vytvorená v štýle pero-drážka, takže je na jednej prírube vytvorená komora predstavujúca drážku, zatiaľ čo na druhej z prírub je vytvorený výstupok predstavujúci pero, ktoré zapadá do komory-drážky. Odborníkovi je zrejmé, že v takom prípade je ju nutné pri výpočte výšky komory zvýšiť o výšku výstupku.

Je zvlášť výhodné, pokiaľ sú spojovacie prvky umiestnené v blízkosti, resp. čo najbližšie, ako je to technicky možné, k sekundárnemu tesneniu na minimalizáciu nevhodných deformácií.

Prírubový spoj poskytnutý týmto technickým riešením je zvlášť vhodný na použitie v parogenerátoroch jadrových elektrární typu VVER, pretože

- primárne tesnenie vo vedľajšom silovom toku nie je namáhané od striedavých síl a momentov pri rôznych prevádzkových stavoch, ale je zaťažené len od statického merného tlaku v grafitovom krúžku vyvinutého v komore na primárne tesnenie, výhodne typu pero/drážka, od dotiahnutia spoja na kontaktnú plochu, ktorá zabezpečuje prenos externých síl a momentov;

- sekundárne tesnenie je tiež vo vedľajšom silovom toku (výhodne v komore pero/drážka) a zabezpečí plnú tesnosť i v prípade, že dôjde k zníženiu tesnosti primárneho tesnenia;

- výhodné vytvorenie odberovej drážky a odberového vývrtu medzi primárnym a sekundárnym tesnením na identifikáciu prípadnej netesnosti primárneho tesnenia - tento technický prvok umožňuje včasnú identifikáciu, prípadne zníženej funkcie primárneho tesnenia dávno predtým, ako by došlo k strate tesnosti, pretože je využitá druhá bariéra vytvorená sekundárnym tesnením, ktoré je dimenzované na rovnaký merný tlak (teda i tesnosť) ako primárne tesnenie.

Prírubový spoj podľa tohto technického riešenia je možné zvlášť výhodne inštalovať na potrubie k dvojkomorovej meracej nádobke parogenerátora, pričom vzhľadom na potrebné malé rozmery prírubového spoja na zástavbu namiesto existujúceho heterogénneho spoja sú v oboch komorách na tesnenie zvlášť výhodne ako tesnenie inštalované malé plne grafitové krúžky. Pokiaľ by v inej aplikácii boli drážky na väčšom priemere a boli by širšie - možno miesto čisto grafitového tesnenia aplikovať tesnenie špirálové alebo hrebeňové - opäť vo vedľajšom silovom toku.

Prírubový spoj môže mať výhodne hrdlá oboch prírub usporiadané v tvare do „Z“, kedy je výstup z prírubového spoja v inej úrovni ako vstup, čo napomáha eliminácii nepresnosti rozstupu hrdiel, a výškové nastavenie dvojkomorovej meracej nádobky pri montáži.

Ďalšou výhodou prírubového spoja podľa tohto technického riešenia je, že je možné vytvoriť obe príruby s rôznou hrúbkou stien hrdla, napr. prírubu na strane parogenerátora s významne väčšou hrúbkou steny hrdla na zabezpečenie dostatočnej pevnosti i v prípade masívnej korózie (zoslabenia) vnútorných plôch alebo v prípade prenosu vysokých silových alebo momentových zaťažení.

Výhodou prírubového spoja podľa tohto technického riešenia je možnosť, vďaka tandemovému tesneniu s odberom prípadných netesností preniknuvších cez primárne tesnenie, vykonať skúšku tesnosti už pri inštalácii prírubového spoja na miesto určenia, a to uskutočnením tlakovej skúšky medzipriestoru medzi primárnym a sekundárnym tesnením, čo umožňuje elimináciu rizika prípadnej netesnosti pri nábehu celého systému, na ktorom je prírubový spoj nainštalovaný, napr. na bloku jadrovej elektrárne obsahujúcom daný parogenerátor.

Ďalšou výhodou je možnosť sledovania prípadnej netesnosti primárneho tesnenia počas prevádzky systému obsahujúceho tento prírubový spoj.

Finálne dimenzovanie a návrh vhodného tvaru všetkých funkčných plôch sa vykonáva na základe údajov závisiacich okrem iného od použitého materiálu tesnenia a znalosti maximálnych silových a momentových účinkov pôsobiacich na spoj oboch prírub - pomocou pevnostného výpočtu.

Ale na prvé priblíženie možno základné podmienky na ich dimenzovanie určiť takto:

- Primárne tesnenie by malo mať čo najmenší priemer a malo by sa nachádzať v uzatvorenej komore.

- Výška primárneho i sekundárneho tesnenia by mala byť približne rovnaká, ale aspoň taká, aby odpruženie tesnenia bolo minimálne 4-násobok tepelnej dilatácie spoja v mieste komory na tesnenie.

- Šírka oboch tesnení by mala byť približne rovnaká, ako je výška tesnenia v stlačenom stave, ale z dôvodu dostatočného merného tlaku v tesnení nesmie byť nadmerná.

Výhody prírubového spoja podľa tohto technického riešenia oproti súčasnému stavu techniky sú nasledujúce, hlavne potom pri jeho použití:

- prírubový spoj sa vyznačuje vysokou spoľahlivosťou pri vysokých silových a momentových zaťaženiach na tento spoj (ktoré sú porovnateľné s únosnosťou zvarových spojov),

- vďaka sekundárnemu tesneniu sa eliminujú úniky média i pri prípadnom poškodení primárneho tesnenia,

- komora medzi primárnym a sekundárnym tesnením vo výhodnom usporiadaní prírubového spoja umožňuje včasnú identifikáciu prípadného úniku cez primárne tesnenie,

- prírubový spoj výhodne umožňuje umiestnenie vstupného i výstupného hrdla v rôznych osiach, takže je možné umiestniť prírubový spoj i na nerovno osové potrubie,

- tvar oboch prírub je vhodný na výrobu s technológiou zápustkových výkovkov a vyžaduje malý podiel obrábaných plôch,

- možnosť vyskúšania tesnosti prírubového spoja pri montáži použitím odberu medzipriestoru medzi primárnym a sekundárnym tesnením na vykonanie tlakovej skúšky, čo umožňuje elimináciu netesnosti a nutnosti odstaviť energoblok pri nábehu bloku do bežnej prevádzky,

- vďaka prítomnosti sekundárneho tesnenia je možné prevádzkovať bezpečne tento prírubový spoj i v prípade poškodenia primárneho tesnenia, a to i do nasledujúcej odstávky bez vonkajšieho úniku média,

- možnosť pravidelnej kontroly funkcie tesnosti v odstávke energobloku bez nutnosti drenážovať parogenerátor, na ktorom je tento prírubový spoj aplikovaný,

- vďaka svojmu výhodnému usporiadaniu s možnosťou aplikácie na nerovno osové potrubie je prírubový spoj podľa tohto technického riešenia vhodný i na aplikácie vyžadujúce malé zastavané priestory, ktoré bolo možné do tohto času realizovať len pomocou heterogénneho zvarového spoja.

Prírubový spoj podľa tohto technického riešenia je zvlášť vhodný na pripojenie dvojkomorovej meracej nádobky, ktorá meria hladinu média sekundárneho okruhu v parogenerátore. Prírubový spoj podľa tohto technického riešenia slúži predovšetkým na zvýšenie bezpečnosti, životnosti a spoľahlivosti heterogénneho spoja v jadrových elektrárňach, kde je týchto spojov relatívne veľké množstvo, ale možno ich použiť vo všetkých technologických procesoch, v ktorých je využívané spojenie potrubí z dvoch rozdielnych materiálov. Zvlášť výhodne potom pojednáva o náhrade spoja dvoch potrubí z rôznych materiálov, ktoré sú ťažko spojiteľné zvarom alebo pri ktorých je potrebné zabezpečiť prípadný únik média skôr, ako dôjde pri prevádzke k väčšej netesnosti.

Prehľad obrázkov za výkresoch

Kvôli jasnejšej ilustrácii predmetu technického riešenia budú stručne opísané výkresy, ktoré sú použité v opise príkladov uskutočnení. Je zrejmé, že opísané výkresy sú len niektoré, ale nie všetky uskutočnenia predkladaného ÚV a odborník môže vytvoriť ďalšie príklady uskutočnení a výkresy bez vynaloženia tvorivej práce. V týchto výkresoch predstavujú:

obr. 1 pohľad na prírubový spoj s telom v tvare Z umožňujúci napojenie na nesúosové potrubie, obr. 2 pohľad na prírubový spoj v reze vedenom rovinou prechádzajúcou jeho stredom okolo k rovine spojenia oboch prírub, obr. 3 pohľad na prírubový spoj s telom v tvare L na inštaláciu na potrubí zvierajúci vzájomne uhol 90°;

obr. 4 potom predstavuje pohľad na prírubový spoj určený na inštaláciu na súosové potrubie.

Príklady uskutočnenia

Na lepšie pochopenie prírubového spoja podľa tohto technického riešenia bude teraz opísaný príklad jeho možného uskutočnenia. Technické riešenie bude síce ďalej opísané pomocou konkrétnych uskutočnení, ale nie je nijak obmedzené na tieto tu opísané uskutočnenia. Technické riešenie je obmedzené len pripojenými nárokmi na ochranu. Na obrázkoch vyobrazené príklady uskutočnení prírubového spoja podľa tohto technického riešenia sú len schematické a nie sú zamýšľané ako obmedzujúci prírubový spoj na vyobrazené vyhotovenia. Na výkresoch zobrazené uskutočnenia môžu mať z ilustratívnych dôvodov veľkosť niektorých prvkov zväčšenú a nemusia byť nakreslené v mierke. Rozmery a relatívne rozmery teda nezodpovedajú skutočným veľkostiam. Ďalej výrazy prvý, druhý a podobné výrazy v opise a v nárokoch sú použité na rozlíšenie medzi podobnými prvkami a neznamená to nutne opis následnosti alebo dočasnosti, či priestoru, alebo nadradenosti jedného prvku pred druhým, pokiaľ to tak nie je výslovne uvedené alebo to nevyplýva z ich funkcie. Navyše, i keď niektoré tu opísané uskutočnenia technického riešenia zahŕňajú len niektoré prvky, ale ďalšie prvky nie, zatiaľ čo tieto sú zahrnuté do iných uskutočnení, sú možné kombinácie prvkov z rôznych uskutočnení tak, že spadajú do rozsahu technického riešenia a tvoria iné vyhotovenia, ako sú tu opísané, čo bude plne pochopiteľné pre osoby orientujúce sa v odbore. Napríklad v nasledujúcich nárokoch môžu byť všetky nárokované vyhotovenia použité v akejkoľvek kombinácii. Odborníkovi je zrejmé, že sú možné i iné vyhotovenia prírubového spoja podľa tohto technického riešenia, z ktorých niektoré sú uvedené v príkladoch a na obrázkoch. Príklady uskutočnení teda predstavujú len niektoré možné uskutočnenia a nemali by byť použité ako obmedzenia technického riešenia len na vyobrazené vyhotovenia. Odborník tiež môže k uvedeným častiam pridať ďalšie, ale ich prítomnosťou nedôjde k zmene podstaty vynálezu. Všetky tieto uskutočnenia ale spadajú stále do rozsahu tohto technického riešenia, ktoré je obmedzené len nárokmi na ochranu.

Na obr. 1 je znázornený prírubový spoj podľa jedného uskutočnenia tohto technického riešenia, ktorý je navrhnutý pre technológiu tlakového systému, ktorým je napríklad odber tlakového média z tlakovej nádoby parogenerátora vyrobeného z uhlíkovej ocele s vývodom na pripojenie, cez tento prírubový spoj, na korózii odolné potrubie. V príklade uskutočnenia na obr. 1 je jedna z prírub vo forme Z-kusa, takže os vstupného hrdla prírubového spoja nie je totožná s osou výstupného hrdla. Toto usporiadanie hrdiel prírubového spoja umožňuje zvlášť výhodne umiestniť hrdlo do požadovanej výšky natočením celého prírubového spoja pri jeho montáži na potrubia, ktoré spája. Vzdialenosť týchto ôs môže byť ľubovoľná. Z konštrukčných dôvodov môže byť výhodné, pokiaľ výstupné hrdlo nie je príliš vzdialené od vonkajšieho okraja príruby. Na obr. 1 je znázornená prvá príruba 1 vybavená vstupným hrdlom 10, k nej priľahlá druhá príruba 2 vybavená výstupným hrdlom 11, pričom obe príruby 1, 2 sú spojené spojovacími prvkami, tu reprezentovanými svorníkmi 7 a maticami 8. Prírubový spoj je ďalej vybavený výstupom 6 na signalizáciu straty netesnosti primárneho tesnenia. Prírubový spoj vo svojom uskutočnení na obr. 1 obsahuje i zátku 16. Tá v tomto príklade uskutočnenia uzaviera vývrt vedený druhou prírubou 2 kolmo na výstupné hrdlo 11, pričom tento vývrt slúži na vytvorenie dutiny prepájajúcej výstupné hrdlo 11 druhej príruby 2 s dutinou v prvej prírube 1 prepojenej so vstupným hrdlom 10 na zabezpečenie tekutinového prepojenia vstupného hrdla 10 prírubového spoja s výstupným hrdlom 11. Odborníkovi je zrejmé, že toto vyhotovenie dutiny v tele druhej príruby 2 je len výhodné z hľadiska výroby, ale nie jedine možnej. V nezobrazených príkladoch uskutočnení prírubového spoja je možné vyhotoviť také prepojenie, napr. vhodným tvarom prírub pri odlievaní alebo i inou cestou mechanického materiálového opracovania. V takom prípade bude príslušná dutina vytvorená bez prítomnosti na vonkajšiu stranu príruby vyústeného vývrtu, a tak na vlastnú funkciu prírubového spoja nie je existencia zátky nutná, takže zátka 16 nemusí byť vôbec prítomná. Odborníkovi je zrejmé i to, že pri opisovanom prírubovom spoji môže byť vstupné hrdlo rovnaké tak výstupným hrdlom a obrátene, že výstupné hrdlo môže byť vstupným hrdlom. Rovnako tak je odborníkovi zrejmé, že je možné i iné uskutočnenie spojovacích prostriedkov, napr. skrutky, ktoré prejdú príslušnými otvormi tak v druhej prírube, ako i v prvej prírube, a ďalšie, ktoré zabezpečia spoľahlivé spojenie oboch prírub.

Na obr. 2 je znázornený rez prírubovým spojom podľa tohto technického riešenia z obr. 1. Na obr. 2 sú identické prvky z obr. 1 označené rovnakými vzťahovými značkami. Prírubový spoj teda obsahuje prvú prírubu 1, druhú prírubu 2, pričom druhá príruba 2 je vybavená dosadacím lemom 14, zatiaľ čo prvá príruba 1 je vybavená proti nemu usporiadanou dosadacou plochou 9. V ploche prírub 1, 2 je mimo dosadacieho lemu 14 upravená medzera 15, ktorá umožňuje správne dosadnutie dosadacieho lemu 14 na dosadaciu plochu 9 a stiahnutie prírub 1, 2 k sebe a umožní prípadnú deformáciu prírub 1, 2 pri dotiahnutí spojovacími prostriedkami. Dosadací lem 14 s dosadacou plochou 9 sú vytvorené na zabezpečenie prenosu silových a momentových zaťažení medzi oboma prírubami 1, 2. Pri hrane dosadacieho lemu 14, resp. dosadacej plochy 9 je v prvej prírube 1 a/alebo druhej prírube 2 upravená komora 12 na primárne tesnenie, v ktorej je usporiadané primárne tesnenie 3, pričom komora 12 na primárne tesnenie je v tomto prípade vytvorená v tomto príklade uskutočnení prírubového spoja podľa tohto technického riešenia vlastne medzi susediacimi hranami oboch prírub, takže k jej vytvoreniu prispievajú obe príruby. Odborníkovi je zrejmé, že komora 12 na primárne tesnenie môže byť vytvorená i podobne, ako ďalej opísaná komora 13 na sekundárne tesnenie, a to v ktorejkoľvek z prírub. Na obr. 2 je v druhej prírube 2 vytvorená komora 13 na sekundárne tesnenie, v ktorej je usporiadané sekundárne tesnenie 4. Medzi komorou 12 na primárne tesnenie a komorou 13 na sekundárne tesnenie je v ploche dosadacieho lemu 14 vytvorená komora 5 na záchyt netesností. Táto komora 5 na záchyt netesností je prepojená s výstupom 6 na meranie prípadného úniku pri poškodení primárneho tesnenia 3. Výstup 6 zahŕňa príslušný senzor na zaznamenanie nárastu tlaku v komore 5 na záchyt netesností, ale môže ním byť aj diaľkový tlakový odber. V prípade poškodenia primárneho tesnenia 3 stúpne v komore 5 na záchyt netesností tlak, čo je zaznamenané senzorom, a je tak možné zistiť porušenie primárneho tesnenia 3. Odborníkovi je ale zrejmé, že komora 5 na záchyt netesností môže byť rovnako ako v ploche dosadacieho lemu 14 vytvorená i v dosadacej ploche 9, ktorá je na plochu dosadacieho lemu 14 pritlačená.

Výhodou prírubového spoja podľa tohto technického riešenia je, že sekundárne tesnenie 4 v takej situácii prevezme úlohu primárneho tesnenia 3 a zabezpečuje ďalej tesnosť prírubového spoja až do ďalšej odstávky, kedy je prírubový spoj rozobraný a primárne tesnenie 3 vymenené. Príruby sú k sebe stiahnuté spojovacími prvkami.

Na obr. 3 je potom znázornený prírubový spoj podľa ďalšieho možného uskutočnenia tohto technického riešenia, ktoré je podobné uskutočneniu na obr. 1, ale kde druhá príruba 2 je vo forme L-kusa, teda táto príruba má zároveň funkciu zmeny smeru výstupného hrdla 11 oproti vstupnému hrdlu 10 prvej príruby 1, spravidla o 90°, ale uhol sa môže pohybovať od 0° do 90°. Sú ale možné i ďalšie vyhotovenia jednej alebo oboch prírub, pri ktorých je požiadavka, aby zostava spĺňala požiadavky na prispôsobenie smeru výstupného potrubia podľa nadväzujúceho potrubia. Na obr. 3 sú identické prvky z obr. 1 alebo 2 označené rovnakými vzťahovými značkami.

Obr. 4 predstavuje ďalší príklad uskutočnenia prírubového spoja podľa tohto technického riešenia s hrdlami oboch prírub usporiadanými na rovnakej osi. Na obr. 4 sú identické prvky z obr. 1 až 3 označené rovnakými vzťahovými značkami.

Na obr. 1 až 4 sú spojovacie prvky prírubového spoja podľa tohto technického riešenia tvorené jednotlivými svorníkmi 7, zaskrutkovanými v druhej prírube 2, a maticami 8. Je ale možné i iné vyhotovenie, napr. pokiaľ budú obe príruby vybavené priechodnými otvormi, je možné použiť skrutky s maticami atď.

Prírubový spoj podľa tohto technického riešenia je na obr. 1 až 4 funkčne vytvorený takto:

Médium z prvého potrubia vstupuje do prvej príruby 1 prírubového spoja vstupným hrdlom 10. Primárne tesnenie vo vedľajšom silovom toku je stlačené oboma prírubami (1, 2), stiahnutými spojovacími prostriedkami k sebe, a pôsobením merného tlaku na čelných plochách tesnenia vytvára tak tlakovú bariéru. V prípade poškodenia tohto primárneho tesnenia alebo z dôvodu nízkeho merného tlaku na tesnenie môže dôjsť k úniku média do komory medzi primárnym a sekundárnym tesnením. Z tejto komory je realizovaný odber k tlakovému snímaču identifikujúci včas prípadnú netesnosť primárneho tesnenia. Vzhľadom na vysokú tesnosť sekundárneho tesnenia toto vytvára dostatočnú bariéru proti prípadnému úniku média i napriek prípadne poškodenému primárnemu tesneniu.

Odborníkovi je zrejmé, že termíny prvá príruba a druhá príruba sú použité len na ich vzájomné odlíšenie a že prvá príruba teda môže obsahovať výstupné hrdlo, zatiaľ čo druhá príruba môže obsahovať vstupné hrdlo, na rozdiel od opísaných príkladov uskutočnenia. Ďalej je odborníkovi zrejmé, že napr. prvá príruba môže byť vybavená dosadacou plochou, zatiaľ čo druhá príruba je vybavená dosadacím lemom. Rovnako tak je odborníkovi zrejmé, že je možné vytvoriť komory na primárne a sekundárne tesnenie i v opačnej prírube. Všetky tieto uskutočnenia ale spadajú stále do rozsahu tohto technického riešenia.

Priemyselná využiteľnosť

Praktické použitie navrhovaného riešenia je uvažované hlavne na nahradenie súčasných heterogénnych zvarových spojov - predovšetkým pre elektrárne s tlakovodnými reaktormi, ktoré vykazujú po niekoľkých rokoch prevádzky objemové chyby typu trhlina - a to z niekoľkých fyzikálnych dôvodov, ktoré v zásade nemožno vylúčiť. Prírubový spoj podobnej konštrukcie je možno použiť i v ďalších technologických systémoch, v ktorých sa požaduje spojenie potrubia z rôznych materiálov s ťažkou zvárateľnosťou. Navrhnutý prírubový spoj výrazne zvyšuje bezpečnosť a životnosť heterogénneho spoja, pretože eliminuje nebezpečenstvo vzniku nekontrolovateľných trhlín v súčasných heterogénnych zvarových spojoch a zároveň eliminuje prípadné úniky média i v prípade poškodenia primárneho tesnenia. Pritom je tento spoj vytvorený na prenos vysokých silových a momentových účinkov porovnateľných so zvarovým spojom.

Zoznam vzťahových značiek prvá príruba druhá príruba primárne tesnenie sekundárne tesnenie komora na záchyt netesností výstup na meranie prípadného úniku pri poškodení primárneho tesnenia svorník matica dosadacia plocha vstupné hrdlo výstupné hrdlo komora na primárne tesnenie komora na sekundárne tesnenie dosadací lem medzera medzi prírubami zátka

Claims (11)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Prírubový spoj na spojenie dvoch potrubí zo vzájomne ťažko zvárateľných materiálov obsahujúci prvú prírubu (1) vybavenú vstupným hrdlom (10) vytvorenú z prvého materiálu patriaceho do rovnakej materiálovej skupiny ako prvé potrubie a druhú prírubu (2) vybavenú výstupným hrdlom (11) vytvorenú z druhého materiálu, patriaceho do rovnakej materiálovej skupiny ako druhé potrubie, tieto príruby (1, 2) sú vybavené spojovacími prostriedkami na zabezpečenie vzájomného spojenia oboch prírub (1, 2), vyznačujúci sa tým, že prvá alebo druhá príruba (1, 2) je vybavená dosadacím lemom (14), zatiaľ čo druhá z týchto prírub (2, 1) je vybavená dosadacou plochou (9) usporiadanou oproti dosadaciemu lemu (14), pričom dosadací lem (14) je pri svojej hrane bližšie k stredu príruby (1, 2) vybavený komorou (12) na primárne tesnenie (3) vo vedľajšom silovom toku, zatiaľ čo pri svojej hrane vzdialenejšej od stredu je vybavený komorou (13) na sekundárne tesnenie (4) vo vedľajšom silovom toku, pričom prvá príruba (1) a druhá príruba (2) sú vytvorené na dosadnutie len v ploche dosadacieho lemu (14) prvej alebo druhej príruby (1, 2) s dosadacou plochou (9) druhej z týchto dvoch prírub pri zabezpečení prenosu silových a momentových zaťažení medzi oboma prírubami s medzerou (15) v zostávajúcej ploche prírub na zabezpečenie deformácie prírub a vytvorenie požadovaného predpätia spojených prírub.
2. 2. Prírubový spoj podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že v ploche dosadacieho lemu (14) alebo dosadacej plochy (9) medzi primárnym tesnením (3) a sekundárnym tesnením (4) je vytvorená komora (5) na záchyt netesností, pričom táto komora (5) na záchyt netesnosti je vybavená výstupom (6) na signalizáciu straty tesnosti primárneho tesnenia zvýšením tlaku v tomto priestore.
3. 3. Prírubový spoj podľa nároku 2, v y z n a č u j ú c i s a t ý m , že výstup (6) na signalizáciu netesnosti primárneho tesnenia je vybavený tlakovým snímačom na signalizovanie nárastu tlaku v komore (5) na záchyt netesností na identifikáciu prípadnej netesnosti.
4. 4. Prírubový spoj podľa nároku 2, vyznačujúci sa tým, že výstupom (6) na signalizáciu straty netesnosti primárneho tesnenia je diaľkový tlakový odber.
5. 5. Prírubový spoj podľa jedného z nárokov 1 až 3, vyznačujúci sa tým, že spojovacie prostriedky sú usporiadané v blízkosti komory (13) na sekundárne tesnenie.
6. 6. Prírubový spoj podľa jedného z nárokov 1 až 3, vyznačujúci sa tým, že vstupné hrdlo (10) prvej príruby (1) a výstupné hrdlo (11) druhej príruby (2) sú usporiadané v rôznych osiach na umožnenie spojenia dvoch nerovno osových potrubí.
7. 7. Prírubový spoj podľa jedného z nárokov 1 až 5, vyznačujúci sa tým, že komora (12) na primárne tesnenie i komora (13) na sekundárne tesnenie sú vytvorené v prírube (1, 2) vybavenej dosadacím lemom (14).
8. 8. Prírubový spoj podľa jedného z nárokov 1 až 5, vyznačujúci sa tým, že komora (12) na primárne tesnenie i komora (13) na sekundárne tesnenie sú vytvorené v prírube (1, 2) vybavenej dosadacou plochou (9).
9. 9. Prírubový spoj podľa jedného z nárokov 1 až 5, vyznačujúci sa tým, že komora (12) na primárne tesnenie je vytvorená medzi prvou prírubou (1) a druhou prírubou (2), zatiaľ čo komora (13) na sekundárne tesnenie je vytvorená v prvej prírube (1) a/alebo v druhej prírube (2).
10. 10. Prírubový spoj podľa jedného z nárokov 1 až 9 ,vyznačujúci sa tým, že komora (12) na primárne tesnenie i komora (13) na sekundárne tesnenia sú vytvorené s výškou o 30 % nižšou, ako je výška príslušného tesnenia (3, 4) v nestlačenom stave, usporiadanom v danej komore (12, 13).
11. 11. Prírubový spoj podľa jedného z nárokov 1 až 8, vyznačujúci sa tým, že príruba (1, 2) usporiadaná naproti prírube (2, 1) komorou (13) na sekundárne tesnenie je vybavená výstupkom tvoriacim pero, ktorý zasahuje do tejto komory (13) na vytvorenie spoja pero-drážka, pričom výška komory (13) je navýšená o výšku výstupku.