DE1101879B

DE1101879B - Relieved axial expansion compensator for pipelines

Info

Publication number: DE1101879B
Application number: DEK29339A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Jakob Koch; Dipl-Ing Werner Firgau
Original assignee: Kraftanlagen AG
Current assignee: Kraftanlagen AG
Priority date: 1956-07-12
Filing date: 1956-07-12
Publication date: 1961-03-09

Description

Entlasteter Axialdehnungs -Ausgleicher für Rohrleitungen Die Erfindung bezieht sich auf Axialdehnungs-Ausgleicher, wie sie in Rohrleitungen - insbesondere Dampfleitungen - benötigt werden, um die .durch die Temperaturschwankungen verursachten Längenänderungen der Rohre aufzunehmen.Relieved axial expansion compensator for pipelines The invention refers to axial expansion compensators, such as those found in pipelines - in particular Steam lines - are required to avoid the. Caused by the temperature fluctuations Record changes in length of the pipes.

Es ist bereits bekannt, einen entlasteten Axialdehnungs-Ausgleicher mit Ausgleichselementen auszustatten, die in ,der Weise temperaturabhängig sind, daß sie bei Erwärmung die Einbaulänge desAusgleichers verringern. Konstruktiv sollte dieses in der Weise verwirklicht werden, daß zwischen den beim Erwärmen sich dehnenden Rohren Kompensationsrohre aus einem Material mit negativem Temperaturkoeffizienten eingebaut sind. Diese Kompensationsrohre verkürzen sich somit bei steigender Temperatur. Es ist verständlich, daß eine solche Konstruktion wenig gebräuchlich ist, denn brauchbare technische Ergebnisse können nur mit ungewöhnlichen und teueren Materialkombinationen erzielt werden. Immerhin aber hat dieser Hinweis auf die Verwendung temperaturabhängiger Ausgleicher einen neuen Weg gewiesen.It is already known to have a relieved axial expansion compensator to equip with compensation elements, which are temperature-dependent in the way, that they reduce the installation length of the equalizer when heated. Should be constructive this can be realized in such a way that between the Pipes Compensation pipes made of a material with a negative temperature coefficient are built in. These compensation pipes thus shorten as the temperature rises. It is understandable that such a construction is less common than useful technical results can only be achieved with unusual and expensive combinations of materials be achieved. After all, however, this reference has to do with the use of temperature-dependent Balancer showed a new way.

Der für Rohrleitungen bestimmte entlastete Axialdehnungs-Ausgleicher gemäß vorliegender Erfindung greift diesen Gedanken wieder auf. Er ist also in der Weise temperaturabhängig, daß seine Einbaulänge, gemessen zwischen den Anschlußenden der beiden durch ihn miteinander verbundenen Rohre, sich bei Erwärmung verringert, und zwar besteht sein wesentliches Merkmal in Elementen aus Bimetallen, die diese Längenänderung bewirken. , Für die konstruktive Verwirklichung des Erfindungsgedankens werden also nicht Materialien mit negativem Temperaturkoeffizienten benötigt, sondern es kommt nur darauf an, daß die Temperaturkoeffizienten der Werkstoffe unterschiedlich sind. Solche Bimetallausgleicher stellen innerhalb der gesamten Rohrleitung nur verhältnismäßig kurze Zwischenstücke dar.The relieved axial expansion compensator intended for pipelines according to the present invention takes up this idea again. So he's in the Way temperature dependent that its installation length, measured between the connection ends of the two pipes connected by it, decreases when heated, namely, its essential feature consists in elements made of bimetals, which these Cause change in length. , For the constructive realization of the inventive idea therefore, materials with a negative temperature coefficient are not required, but all that matters is that the temperature coefficients of the materials are different are. Such bimetal equalizers only provide within the entire pipeline relatively short spacers.

Zur Veranschaulichung des Erfindungsgedankens sind in der Zeichnung zwei Ausführungsbeispiele dar- q gestellt. Es zeigt Fig. 1 in axialem Längsschnitt eine erste Ausführungsform, Fig. 2 einen Schnitt senkrecht zur Rohrachse an der in Fig. 1 gekennzeichneten Stelle, 4 Fig.3 eine andere Ausführungsform, und zwar ebenfalls in einem axialen Längsschnitt, Fig. 4 eines der Bimetallelemente für die Ausführungsform nach Fi:g. 3 für sich allein.To illustrate the inventive concept are in the drawing two exemplary embodiments presented q. It shows Fig. 1 in axial longitudinal section a first embodiment, Fig. 2 is a section perpendicular to the pipe axis on the in Fig. 1 marked point, 4 Fig.3 another embodiment, namely also in an axial longitudinal section, Fig. 4 one of the bimetal elements for the Embodiment according to FIG. 3 for yourself.

Der Dehnungsausgleicher nach Fig. 1 und 2 besteht 5 im wesentlichen aus einem Faltenbalg 1, -der in den Zug der Rohrleitung eingeschaltet wird. Dieser Faltenbalg unterscheidet sich gegenüber den bekannten-Ausführungsformen dadurch, daß seine Wandstärke wesentlich stärker ist. Entsprechend einem Merkmal der Erfindung soll dieser Faltenbalg so starr sein, daß er unter der Wirkung der auf ihn mechanisch einwirkendenAxi,alkräfte keine merkbare axiale Verformung erfährt. Bei dem vorgesehenen Betriebsdruck mag die mechanisch hervorgerufene axiale Längenänderung des Balges höchstens in der Größenordnung von etwa 0,1 mm je Falte liegen.The expansion compensator according to FIGS. 1 and 2 consists essentially of 5 from a bellows 1, -which is switched into the train of the pipeline. This Bellows differs from the known embodiments in that that its wall thickness is much stronger. According to one feature of the invention this bellows should be so rigid that it is mechanically under the action of acting axial forces does not experience any noticeable axial deformation. With the intended Operating pressure likes the mechanically induced axial change in length of the bellows are at most in the order of magnitude of about 0.1 mm per fold.

Die weiteren Konstruktionselemente, durch die der dargestellte Ausgleicher sich außerdem gegenüber den bekannten Ausführungsformen unterscheidet, sind im Querschnitt U-förmige Metallstücke 2, die in die konkaven Balgringflächeneingelegt und mit diesen metallurgisch verbunden sind. Die dadurch geschaffene Verbindung der Werkstoffe von 1 und 2 bildet zusammen ein Bimetallelement. Wichtig ist hierbei, daß der Temperatur-Ausdehnungskoeffizient des Werkstoffes von 2 kleiner ist als derjenige des Werkstoffes von 1. Bei Erwärmung des Ausgleichers nehmen daher unter der Wirkung der unterschiedlichen Temperaturausdehnung der Teile 1 und 2 die einzelnen konkaven Bal;gringflächen je einen kleineren Krümmungsradius an, so daß die gesamte Einbaulänge des Faltenbalges sich verkürzt, während zugleich die Rohre selbst durch die Erwärmung eine Längsdehnung erfahren.The other construction elements that make up the compensator shown also differs from the known embodiments are in cross-section U-shaped metal pieces 2, which are inserted into the concave bellows ring surfaces and with these are metallurgically connected. The connection of the materials created in this way of 1 and 2 together form a bimetal element. It is important here that the temperature expansion coefficient of the material of 2 is smaller than that of the material of 1. When heated of the equalizer therefore take under the effect of the different temperature expansion of parts 1 and 2, the individual concave ball; gring surfaces each have a smaller radius of curvature on, so that the total installation length of the bellows is shortened while at the same time the pipes themselves experience a longitudinal expansion as a result of the heating.

Es sind also die Anzahl der Falten in bezug auf die Rohrlänge und die Bemessung der Birnetallelemente so aufeinander abzustimmen, daß die Verkürzung des Faltenbalges etwa der Längenzunahme der Rohrleitung- entspricht. Wird der Ausgleicher so bemessen, daß die temperaturbedingte Abnahme seiner Einbaulänge ein wenig mehr beträgt als die ebenfalls temperaturbedingte Längenzunahme des zugeordnetenRohrabschnitts, so wird durch den Ausgleicher nicht nur eine Kompensation, sondern sogar eine Überkompensation erzielt, so daß mit höherer Temperatur, d. h. im Betriebszustand der Rohrleitung, letztere in leichtem Maße auf Zug beansprucht wird. Auf diese Weise ist es also möglich, alle Druck- und Knickspannungen in den Rohrleitungen mit Sicherheit zu vermeiden und die Festpunkte zu entlasten. Unabhängig davon aber, ob die Rohrleitung in warmem, gedehntem Zustand noch unter einer restlichen Druckspannung oder aber schon unter einer Zugspannung steht, ist .der Faltenbalg-Dehnungsausgleicher dank seiner großen Wandstärke in der Lage, solche Kräfte ohne äußere Entlastung oder Hebbegrenzung aufzunehmen.So it is the number of folds in relation to the pipe length and to coordinate the dimensioning of the pear-shaped elements so that the shortening of the bellows corresponds approximately to the increase in length of the pipeline. Becomes the equalizer dimensioned so that the temperature-related decrease in its installation length a is little more than the temperature-related increase in length of the associated pipe section, so the equalizer not only provides compensation, but even overcompensation achieved so that with a higher temperature, d. H. when the pipeline is in operation, the latter is subject to slight tensile stress. So that's the way it is possible, all compressive and buckling stresses in the pipelines with certainty avoid and relieve the anchor points. Regardless of whether the pipeline in a warm, stretched state still under a residual compressive stress or else is already under tensile stress, thanks to the bellows expansion compensator Its great wall thickness is able to withstand such forces without external relief or To include lift limitation.

Da die unterschiedlichen Ausdehnungen der beiden Werkstoffe von 1 und 2 sich nicht nur in der Schnittebene gemäß Fig. 1 sondern auch senkrecht dazu auswirken, was sehr unerwünscht ist, ist es zweckmäßig, die Metalleinlagen 2 in einzelne kurze Sektoren zu unterteilen, wie es Fig. 2 erkennen läßt.Since the different expansions of the two materials from 1 and 2 not only in the sectional plane according to FIG. 1 but also perpendicular thereto affect, which is very undesirable, it is advisable to use the metal inserts 2 in to subdivide individual short sectors, as can be seen in FIG.

An Stelle von Einlagen 2 aus Material mit kleinem Temperatur-Ausdehnungskoeffizienten, die in die konkaven Balgringflächen eingesetzt werden, kann man auch Auflagen mit hohem Koeffizienten verwenden, die dann aber auf die konvexen Balgringflächen aufgebracht werden müssen.Instead of inserts 2 made of material with a low temperature expansion coefficient, which are inserted into the concave bellows ring surfaces, can also have supports use a high coefficient, which is then applied to the convex bellows ring surfaces Need to become.

Um die Strömungswiderstände gering zu halten, kann der Faltenbalg in bekannter Weise durch ein eingesetztes Degenrohr 3 abgedeckt werden.In order to keep the flow resistance low, the bellows be covered in a known manner by an inserted sword tube 3.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 wird .ein dünnwandiger Faltenbalg 4 der sonst üblichen Art benutzt. Dieser stellt eine an sich bekannte abdichtende Verbindung zwischen den beiden Rohrenden 5 und 6 dar, die sich bei Temperaturdehnungen -axial zueinander verschieben. Infolge der dünnwandigen Ausbildung ist ein solcher Faltenbalg nicht in der Lage, dem inneren Überdruck der Rohrleitung, d. h. den auf ihn mechanisch einwirkenden Axialkräften, standzuhalten. Er würde diesen Kräften ohne jeden Widerstand nachgeben, wenn man nicht in üblicher Weise die Rohrenden 5 und 6 je in einem Festpunkt haltern würde, der die genannten Axialkräfte aufnimmt. Um dieses Nachgeben zu vermeiden und auch die Festpunkte bzw. .den dünnwandigen Faltenbalg 4 zu entlasten, sind zwischen den Flansch 7 des Rohrendes 5 und den Flansch 8; der in bekannter Weise über ein äußeres Führungsrohr 9 mit dem anderen Rohrende 6 fest verbunden ist, bombierte Bimetallscheiben 10 eingelegt. Eine solche Scheibe ist in Fi;g. 4 einzeln dargestellt. Diese Scheiben 10 sind so bemessen, daß bei zunehmender Temperatur ihre Höhe a zunimmt. Sobald also die Rohrleitung von innen erwärmt wird und sich dementsprechend ausdehnt, werden durch die Wärmeleitung auch die Bimetallscheiben 10 erwärmt und vergrößern damit ihre in axialer Richtung gemessene Höhe a. Auch hier wieder kann durch entsprechende Wahl der Anzahl dieser Bi-Metallscheiben und ihrer Ausbildung .die Dehnung der axialen Gesamthöhe aller Scheiben 10 so bemessen werden, daß sie ebenso groß ist wie bei der entsprechenden Rohrleitungstemperatur die Dehnung der Rohre. Auch hier ist in .gleicher Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel nicht nur `eine Kompensation, sondern auch eine Überkompensation möglich. Ebenfalls zur Verminderung des Strömungswiderstandes ist -auch hier in bekannter Weise der Faltenbalg 4 innen durch ein Degenrohr 11 abgedeckt.In the embodiment according to FIG. 3, a thin-walled bellows 4 of the usual type is used. This represents a known sealing connection between the two pipe ends 5 and 6, which move axially with respect to one another in the event of temperature expansions. As a result of the thin-walled design, such a bellows is not able to withstand the internal excess pressure of the pipeline, ie the axial forces acting mechanically on it. It would yield to these forces without any resistance if the pipe ends 5 and 6 were not held in the usual way in a fixed point that absorbs the aforementioned axial forces. To avoid this yielding and also to relieve the fixed points or .den thin-walled bellows 4, between the flange 7 of the pipe end 5 and the flange 8; which is firmly connected in a known manner via an outer guide tube 9 to the other tube end 6, cambered bimetallic disks 10 are inserted. Such a disk is shown in FIG. 4 shown individually. These disks 10 are dimensioned so that their height a increases with increasing temperature. As soon as the pipeline is heated from the inside and expands accordingly, the bimetal disks 10 are also heated by the heat conduction and thus increase their height a measured in the axial direction. Here again, by appropriate choice of the number of these bi-metal disks and their formation, the expansion of the total axial height of all disks 10 can be dimensioned so that it is as great as the expansion of the pipes at the corresponding pipeline temperature. Here too, in the same way as in the first exemplary embodiment, not only compensation but also overcompensation is possible. Also here, in a known manner, the bellows 4 is covered on the inside by a sword tube 11 to reduce the flow resistance.

Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel ist es durchaus möglich, den Faltenbalg 4 in bekannter Weise durch eineStopfbüchsenabdichtung zu ersetzen, beispielsweise am rechten Ende des Rohres 11 oder im Bereich des Flansches B. Eine solche Ausführungsform würde zwar mit den bekannten Stopfbüchsenausgleichern den Nachteil gemeinsam haben, daß eine ständige Wartung erforderlich ist, um Undichtigkeiten zu vermeiden, hätte aber den Vorteil einer temperaturabhängigen Entlastung unter Kompensation bzw. Überkompensation. In der Regel wird die dargestellte Ausführungsform mit Faltenbalg vorzuziehen sein.In this second embodiment, it is quite possible that To replace bellows 4 in a known manner by a stuffing box seal, for example at the right end of the tube 11 or in the region of the flange B. Such an embodiment would have the disadvantage in common with the known stuffing box compensators, that constant maintenance is required to avoid leaks but the advantage of a temperature-dependent relief with compensation or overcompensation. As a rule, the embodiment shown with a bellows will be preferred.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Relieved axial expansion compensator for pipelines, which is temperature dependent in such a way that its installation length, measured between the connecting ends of the two pipes connected to one another by it, when heated reduced, characterized by this change in length causing elements made of bimetals.

2. Balancer according to claim 1 with a bellows lying in the course of the pipeline, characterized in that the bellows is sufficiently rigid to to absorb the mechanical axial forces acting on it without noticeable deformation, and that deposits of such different temperature expansion coefficients are combined with the bellows material to form bimetal elements that a temperature increase a thermal deformation of the bellows folds in the sense of a shortening of the bellows length enforces.

3. equalizer according to claim 2, characterized in that with the concave Bellows ring surfaces deposits are metallurgically connected, their temperature expansion coefficient is smaller than that of the bellows material.

4. Equalizer according to claim 1 with two concentrically overlapping pipes, the seal between the both connecting pipes yielding to the axial change in length of the pipeline is and the ends of the two overlapping concentric pipe parts through Relief elements are supported against each other, characterized in that between one or more bimetallic compensating elements at the ends of the two overlapping pipe parts are arranged, the height of which increases in the axial direction with increasing temperature.

5. compensator according to claim 4, characterized in that as compensating elements Curved bimetallic disks are used that adjoin one another in the axial direction and which are arranged in such a way that, with increasing temperature, the axial height of the disk column increases. Considered publications: German Patent Specifications No. 893 734, 886 685, 694163; Swiss Patent No. 258 088; U.S. Patent No. 1968 715.