CH703850A1 - Flanschverbindung. - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Flanschverbindung (10) für den lösbaren Anschluss eines mit einem Flansch (22) versehenen Rohres (24) an einen von einer Wand (12) begrenzten Druckraum (11), welcher eine Öffnung (13) in der Wand (12) aufweist. Eine Schwächung der Wand durch eingebrachte Gewindelöcher wird dadurch vermieden, dass die Flanschverbindung (10) ein Rohrstück (15) umfasst, welches in die Öffnung (13) eingesetzt ist und sich am einen Ende mit einer Schulter (16) an der einen Seite der Wand (12) abstützt, und am anderen Ende durch eine Verschraubung (17, 18, 19A, 20, 21) gegen die andere Seite der Wand (12) gepresst wird, und dass der Flansch (22) über eine Schraubverbindung (19, 23) mit dem Rohrstück (15) verbunden ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET

[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet Rohrleitungstechnik. Sie betrifft eine Flanschverbindung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

STAND DER TECHNIK

[0002] Eine Flanschverbindung mit Gewindebolzen und Gewindebohrungen kann wegen des Kerbeffektes der Gewindelöcher an stark belasteten Stellen von Druckkesseln oder unter Druck stehenden Gehäusen, wie zum Beispiel Gasturbinen-Gehäusen, (zyklische) Lebensdauerprobleme hervorrufen. Andererseits ist eine normale Flanschverbindung mit Gewindebolzen eine häufig eingesetzte, standardisierte, billige, leicht zu handhabende und zu überprüfende Rohrverbindung.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

[0003] Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Flanschverbindung zu schaffen, die bei der angegebenen Anwendung eine mechanische Schwächung der den Druckraum begrenzenden Wand vermeidet und dennoch in der Anwendung einfach und sicher zu handhaben ist.

[0004] Die Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die erfindungsgemässe Flanschverbindung für den lösbaren Anschluss eines mit einem Flansch versehenen Rohres an einen von einer Wand begrenzten Druckraum, welcher eine Öffnung in der Wand aufweist, zeichnet sich dadurch aus, dass sie ein Rohrstück umfasst, welches in die Öffnung eingesetzt ist und sich an dem einen Ende mit einer Schulter an der einen Seite der Wand abstützt, und am anderen Ende durch eine Verschraubung gegen die andere Seite der Wand gepresst wird, und dass der Flansch über eine Schraubverbindung mit dem Rohrstück verbunden ist.

[0005] Der nachteilige Kerbeffekt der Gewindelöcher für die unter Druck stehende Kessel- oder Gehäusewand wird im vorliegenden Fall dadurch vermieden, dass ein Rohrstück auf eine Weise dauerhaft mit dem Kessel oder Gehäuse verbunden wird, die nur einen minimalen Kerbeffekt erzeugt oder einen solchen gänzlich vermeidet. Die Gewindelöcher für die herkömmliche Flanschverbindung werden dazu in das Rohrstück verlagert, wo sie keine bedeutende Rolle mehr spielen, weil das Rohrstück aus einem anderen Material hergestellt werden kann und hinsichtlich der Deformationen mehr Freiheiten hat, so dass aufgrund thermischer Belastung weniger Spannungen erzeugt werden. Darüber hinaus kann das separate (vergleichsweise kleine) Rohrstück in allen Einzelheiten besser bearbeitet werden, während am grossen Kessel oder Gehäuse nur eine grobe Bearbeitung nötig ist. Auch kann das Rohrstück im Falle einer Beschädigung einfacher und mit wenig Aufwand ausgetauscht werden.

[0006] Um die Kerbeffekte zu minimieren, wird das Rohrstück so sanft wie möglich mit der Wand des Druckraums verbunden. Dies geschieht durch eine dichtende Schulter um die Öffnung in der Wand herum, die zylindrisch, oval oder ähnlich ausgebildet sein kann. Diese dichtende Schulter wird axial entweder durch eine Anzahl von einzelnen Druck-Gewindebolzen oder durch einen einzelnen grossen Schraubring angezogen. Es sind jedoch auch andere axiale Verspannungstechniken möglich, wie zum Beispiel Warmschrumpfen, hydraulisches Verspannen, Verspannen mittels Verformen, Keilen, Kniehebel-Mechanismen, Federn oder dergleichen. Die Befestigungselemente für das Rohrstück können dabei entweder innerhalb oder ausserhalb der Wand angeordnet sein.

[0007] Eine Ausgestaltung der Flanschverbindung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass sich das Rohrstück am inneren Ende mit einer Schulter an der Innenseite der Wand abstützt, und dass das Rohrstück am äusseren Ende mit einem Schraubring verschraubt ist und mittels des Schraubrings gegen die Aussenseite der Wand gepresst wird.

[0008] Eine erste Weiterbildung dieser Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass sich der Schraubring direkt an der Aussenseite der Wand abstützt.

[0009] Eine zweite Weiterbildung dieser Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass der auf das Rohrstück aufgeschraubte Schraubring von der Aussenseite der Wand beabstandet ist, und dass der Anpressdruck für das Rohrstück durch in den Schraubring von aussen eingeschraubte Gewindebolzen erzeugt wird, welche gegen die Aussenseite der Wand drücken.

[0010] Insbesondere ist zwischen den Gewindebolzen und der Aussenseite der Wand eine vorzugsweise verschleissarme Unterlegscheibe angeordnet. Hierdurch lassen sich Abrieb und Festfressen an der Kontaktfläche vermeiden, insbesondere wenn eine unterschiedliche thermische Ausdehnung aufgrund von ungleichmässiger thermischer Belastung erwartet wird.

[0011] Dabei kann die Unterlegscheibe mit Vorteil in einem Absatz der Wand angeordnet sein.

[0012] Eine andere Ausgestaltung der erfindungsgemässen Flanschverbindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch direkt mit dem Schraubring dichtend verschraubt ist.

[0013] Eine weitere Ausgestaltung der Flanschverbindung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass sich das Rohrstück am äusseren Ende mit einer Schulter an der Aussenseite der Wand abstützt, und dass das Rohrstück am inneren Ende mit einem Schraubring verschraubt ist und mittels des Schraubrings gegen die Innenseite der Wand gepresst wird.

[0014] Gemäss einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung stützt sich der Schraubring direkt an der Innenseite der Wand ab.

[0015] Eine andere Weiterbildung dieser Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass der auf das Rohrstück aufgeschraubte Schraubring von der Innenseite der Wand beabstandet ist, und dass der Anpressdruck für das Rohrstück durch in den Schraubring von innen eingeschraubte Gewindebolzen erzeugt wird, welche gegen die Innenseite der Wand drücken.

[0016] Insbesondere ist zwischen den Gewindebolzen und der Innenseite der Wand eine Unterlegscheibe angeordnet, auf deren Vorteile bereits verwiesen wurde.

[0017] Die Unterlegscheibe kann mit Vorteil in einem Absatz der Wand angeordnet sein.

[0018] Gemäss einer weiteren Ausgestaltung ist der Flansch direkt mit dem Rohrstück dichtend verschraubt.

KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN

[0019] Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen <tb>Fig. 1<sep>in einem Längsschnitt ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Flanschverbindung, wobei der Anpressdruck durch Gewindebolzen auf der Aussenseite erzeugt wird; <tb>Fig. 2<sep>in einem Längsschnitt ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Flanschverbindung, wobei der Anpressdruck durch einen Schraubring auf der Aussenseite erzeugt wird; und <tb>Fig. 3<sep>in einer geteilten Schnittdarstellung zwei weitere Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Flanschverbindung, wobei der Anpressdruck durch einen Schraubring oder durch Gewindebolzen auf der Innenseite erzeugt wird.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

[0020] Fig. 1 zeigt in einem Längsschnitt ein erstes Ausführungsbeispiel der Flanschverbindung nach der Erfindung. Die Flanschverbindung 10 ist beispielsweise für den druckdichten Anschluss eines Rohres 24 an einen von einer Wand 12 begrenzten unter hohem Druck stehenden Druckraum 11 vorgesehen. Der Druckraum 11 kann beispielsweise Teil eines Druckkessels sein, oder zu einem unter Druck stehenden Gehäuse einer Gasturbine oder dergleichen gehören.

[0021] Für den Anschluss ist in der Wand 12 eine einfache kreisrunde Öffnung 13 vorgesehen, durch die das Rohr 24 mit dem Druckraum 11 verbunden werden soll. Die Öffnung 13 ist auf der Innenseite der Wand mit einem umlaufenden ersten Absatz 14 versehen. Desgleichen ist auf der Aussenseite ein umlaufender zweiter Absatz 25 angeordnet, der eine konzentrische Unterlegscheibe 21 aufnimmt. Von innen her ist durch die Öffnung ein passendes Rohrstück 15 gesteckt, dass sich mit einer Schulter 16 auf den inneren Absatz 14 abstützt. Das Rohrstück 15 ragt nach aussen aus der Öffnung 13 heraus und ist dort mittels entsprechender Gewinde 18 mit einem Schraubring 17 verschraubt, der zur Aussenseite der Wand 12 einen vorbestimmten Abstand hat.

[0022] Der Schraubring 17 ist über seinen Umfang verteilt mit zwei Arten von Gewindebohrungen 19 und 19A versehen. In die Gewindebohrungen 19A werden von aussen Gewindebolzen 20 so eingeschraubt (hindurchgeschraubt), dass sie mit ihrem vorderen Ende von aussen auf die an der Wand 12 anliegende Unterlegscheibe 21 drücken und so das Rohrstück mit der Schulter 16 gegen die Innenseite der Wand 12 pressen. Mithilfe der anderen Gewindebohrungen 19 kann das Rohr 24 mit seinem am Ende angeschweissten Flansch 22 durch entsprechende Gewindebolzen 23 dichtend und lösbar mit dem Rohrstück 15 verschraubt werden.

[0023] Da für die Flanschverschraubung 10 der Fig. 1in der Wand 12 selbst keine Gewindebohrungen vorgesehen werden müssen, entfällt der mit den Bohrungen verbundene und gefürchtete Kerbeffekt, der zu einer Schwächung der Wand 12 führen würde. Das Rohrstück 15 selbst kann aus einem speziellen Material gefertigt werden, das weniger anfällig für Kerbeffekte ist.

[0024] Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1müssen zur Befestigung des Rohrstücks 15 mehrere Gewindebolzen 20 eingeschraubt werden. Dabei muss das Anziehen der Schrauben so durchgeführt werden, dass sich die mechanische Spannung möglichst gleichmässig am Umfang des Schraubrings 17 verteilt. Auf diesen Montageaufwand kann verzichtet werden, wenn gemäss Fig. 2eine Lösungsvariante gewählt wird, bei der das Festziehen des Rohrstücks 15 direkt durch einen speziell ausgebildeten Schraubring 17 ́ erfolgt. Der Schraubring 17 ́ und das Rohrstück 15 bei der Flanschverbindung 30 der Fig. 2 sind so ausgebildet, dass sich der Schraubring 17 ́ beim Einschrauben direkt an der Aussenseite der Wand 12 in einem dafür vorgesehenen Absatz 25 abstützen kann. Die Gewinde 18 sind dazu in axialer Richtung entsprechend verlängert ausgebildet. Für das Anziehen des Schraubrings 17 ́ wird allerdings ein deutlich grösseres Drehmoment benötigt als beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1. Durch ein vorangehendes Erhitzen des Rohrstücks (15) kann das erforderliche Drehmoment jedoch verringert werden.

[0025] Bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 1und Fig. 2stützt sich das Rohrstück 17 beziehungsweise 17 ́ mit der Schulter 16 auf der Innenseite der Wand 12 ab. Das Festziehen des Rohrstücks mittels der Gewindebolzen 20 oder des Schraubrings 17 ́ erfolgt auf der Aussenseite. Es ist jedoch auch möglich, die Verhältnisse umzukehren, indem sich das Rohrstück auf der Aussenseite der Wand abstützt und durch innen liegende Mittel dichtend angepresst beziehungsweise angezogen wird. Zwei Alternativen für diese Art der Montage sind in Fig. 3 dargestellt.

[0026] Bei der links von der Mittelachse dargestellten Alternative der Fig. 3 (Flanschverbindung 30A) wird das Rohrstück 15 ́ von aussen durch die Öffnung 13 gesteckt und stützt sich mit einer Schulter 16 ́ in einem Absatz 25 an der Aussenseite der Wand 12 ab. Analog zum Ausführungsbeispiel der Fig. 2wird auf das Rohrstück 15 ́ mittels entsprechender Gewinde 26 vom inneren Ende her ein Schraubring 27 aufgeschraubt und festgezogen. Das äussere Ende des Rohrstücks 15 ́ ist als Flansch 29 ausgebildet und umfasst entsprechende Gewindebohrungen 19, in die Gewindebolzen 23 zur Befestigung des Flansches 22 eingeschraubt werden können.

[0027] Bei der rechts von der Mittelachse dargestellten Alternative der Fig. 3 (Flanschverbindung 10A) wird auf das durch die Öffnung 13 gesteckte Rohrstück 15 ́ ein Schraubring 28 aufgeschraubt, der jedoch nicht an der Wand 12 anliegt. Ähnlich zu Fig. 1 sind in dem Schraubring 28 Gewindebohrungen angeordnet, in die zum Festziehen des Rohrstücks 15 ́ Gewindebolzen 20 eingeschraubt werden können, die dann auf eine entsprechende Unterlegscheibe 21 drücken.

[0028] In allen dargestellten Fällen wird eine direkte Verschraubung mit der Wand 12 vermieden, so dass eine mit entsprechenden Gewindelöchern in die Wand eingebrachte Schwächung sicher umgangen wird.

BEZUGSZEICHENLISTE

[0029] <tb>10, 10A, 30, 30A<sep>Flanschverbindung <tb>11<sep>Druckraum <tb>12<sep>Wand <tb>13<sep>Öffnung <tb>14, 25<sep>Absatz <tb>15, 15 ́<sep>Rohrstück <tb>16, 16 ́<sep>Schulter <tb>17, 17, 27, 28<sep>Schraubring <tb>18, 26<sep>Gewinde <tb>19, 19A<sep>Gewindebohrung <tb>20, 23<sep>Gewindebolzen <tb>21<sep>Unterlegscheibe <tb>22, 29<sep>Flansch <tb>24<sep>Rohr

Claims (13)

1. Flanschverbindung (10, 10A, 30, 30A) für den lösbaren Anschluss eines mit einem Flansch (22) versehenen Rohres (24) an einen von einer Wand (12) begrenzten Druckraum (11), welcher eine Öffnung (13) in der Wand (12) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Flanschverbindung (10, 10A, 30, 30A) ein Rohrstück (15, 15 ́) umfasst, welches in die Öffnung (13) eingesetzt ist und sich an dem einen Ende mit einer Schulter (16, 16 ́) an der einen Seite der Wand (12) abstützt, und am anderen Ende durch eine Verschraubung (17, 18, 19A, 20, 21; 17 ́, 18; 27; 20, 21, 28) gegen die andere Seite der Wand (12) gepresst wird, und dass der Flansch (22) über eine Schraubverbindung (19, 23) mit dem Rohrstück (15, 15 ́) verbunden ist.

2. Flanschverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Rohrstück (15) am inneren Ende mit einer Schulter (16) an der Innenseite der Wand (12) abstützt, und dass das Rohrstück (15) am äusseren Ende mit einem Schraubring (17, 17 ́) verschraubt ist und mittels des Schraubrings (17, 17 ́) gegen die Aussenseite der Wand (12) gepresst wird.

3. Flanschverbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Schraubring (17 ́) direkt an der Aussenseite der Wand (12) abstützt.

4. Flanschverbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der auf das Rohrstück (15) aufgeschraubte Schraubring (17) von der Aussenseite der Wand (12) beabstandet ist, und dass der Anpressdruck für das Rohrstück (15) durch in den Schraubring (17) von aussen eingeschraubte Gewindebolzen (20) erzeugt wird, welche gegen die Aussenseite der Wand (12) drücken.

5. Flanschverbindung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Gewindebolzen (20) und der Aussenseite der Wand (12) eine Unterlegscheibe (21) angeordnet ist.

6. Flanschverbindung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterlegscheibe (21) in einem Absatz (25) der Wand (12) angeordnet ist.

7. Flanschverbindung nach einem der Ansprüche 2-6, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (22) direkt mit dem Schraubring (17, 17 ́) dichtend verschraubt ist.

8. Flanschverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Rohrstück (15 ́) am äusseren Ende mit einer Schulter (16 ́) an der Aussenseite der Wand (12) abstützt, und dass das Rohrstück (15 ́) am inneren Ende mit einem Schraubring (27, 28) verschraubt ist und mittels des Schraubrings (27, 28) gegen die Innenseite der Wand (12) gepresst wird.

9. Flanschverbindung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Schraubring (27) direkt an der Innenseite der Wand (12) abstützt.

10. Flanschverbindung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der auf das Rohrstück (15 ́) aufgeschraubte Schraubring (28) von der Innenseite der Wand (12) beabstandet ist, und dass der Anpressdruck für das Rohrstück (15 ́) durch in den Schraubring (28) von innen eingeschraubte Gewindebolzen (20) erzeugt wird, welche gegen die Innenseite der Wand (12) drücken.

11. Flanschverbindung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Gewindebolzen (20) und der Innenseite der Wand (12) eine Unterlegscheibe (21) angeordnet ist.

12. Flanschverbindung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterlegscheibe (21) in einem Absatz (14) der Wand (12) angeordnet ist.

13. Flanschverbindung nach einem der Ansprüche 8-12, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (22) direkt mit dem Rohrstück (15 ́) dichtend verschraubt ist.