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Patent Searching and Data


Title:
ASSEMBLY HAVING A FLANGE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2012/140197
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to flanges (FL) for welding onto a pipe end (PE) of a pipe for a pressure-bearing flange connection (FLC) of two pipe ends (PE), wherein the flange (FL) extends in a circumferential direction about a central axis (AX) of the pipe and has a first end face (FS) in the axial direction of the pipe end (PE), wherein the first end face (FS) has a sealing groove (SG) extending in the circumferential direction, which sealing groove (SG) divides the end face (FS) into a radially inner inside surface (IS) and a radially outer outside surface (OS). In order to avoid rework, the inside surface (IS) is axially recessed by a recess (RS) on average relative to the outside surface (OS). The invention is equally applicable to an adaptation ring or an assembly having a flange or adaptation ring.

Inventors:
FREUND WOLFGANG (DE)
Application Number:
EP2012/056778
Publication Date:
October 18, 2012
Filing Date:
April 13, 2012
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
FREUND WOLFGANG (DE)
International Classes:
F16L23/026; F16L23/032
Domestic Patent References:
WO2009030250A12009-03-12
Foreign References:
DE102004018587A12005-11-03
US5904382A1999-05-18
US3620554A1971-11-16
DE4340051A11995-06-01
GB577700A1946-05-28
US5904382A1999-05-18
DE4340051A11995-06-01
DE29504402U11995-07-06
Attorney, Agent or Firm:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Postfach 22 16 34, München, 80506, DE)
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Claims:
Patentansprüche

Anordnung mit

mindestens einem Flansch (FL) zum Anschweißen an ein Rohrende (PE) eines Rohres für eine drucktragende Flansch¬ verbindung (FLC) zweier Rohrenden (PE) , und

mit mindestens einer Dichtung (SL) und

mit einem Gegenflansch (GF) , wobei der Flansch (FL) und der Gegenflansch (GF) mittels Befestigungselementen unter Quetschung der in der Dichtungsnut (SG) angeordneten Dichtung (SL) gegeneinander verspannt sind,

wobei der Flansch (FL) sich entlang einer Umfangsrichtung um eine zentrale Achse (AX) des Rohres erstreckt, eine erste Stirnfläche (FS) in axialer Richtung des Rohrendes (PE) weist,

wobei die erste Stirnfläche (FS) eine sich in Umfangs- richtung erstreckende Dichtungsnut (SG) aufweist, welche Dichtungsnut (SG) die Stirnfläche (FS) in eine radial in¬ nen befindliche Innenfläche (IS),

die sich im Wesentlichen radial erstreckt und eben ist, und eine radial außen befindliche Außenfläche (OS), die sich im Wesentlichen radial erstreckt und eben ist, aufteilt, wobei die Innenfläche (IS) gegenüber der Außen¬ fläche (OS) im Mittel axial um einen Rückstand (RS) zu¬ rücksteht,

dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenflansch sich entlang der Umfangsrichtung um die zentrale Achse (AX) des Rohres erstreckt, eine erste ebene Gegendichtflä¬ che (CSLS) in axialer Richtung weist,

wobei die Gegendichtfläche (CSLS) sowohl die Innenflä¬ che (IS) als auch die Außenfläche (OS) zumindest teilwei¬ se überdeckt. Anordnung mit

zwei Gegenflanschen (FL) zum Anschweißen an jeweils ein Rohrende (PE) eines Rohres für eine drucktragende

Flanschverbindung (FLC) zweier Rohrenden (PE) , und mit einem Anpassring (AR) zur Anordnung zwischen den beiden Gegenflanschen (GF) ,

wobei der Anpassring (AR) sich entlang einer Umfangsrich- tung um eine zentrale Achse (AX) erstreckt und auf beiden axialen Stirnseiten jeweils eine erste Stirnfläche (FS) in axialer Richtung in Richtung des jeweiligen Rohrendes (PE) weist,

wobei mindestens eine der beiden erste Stirnflächen (FS) eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Dichtungs¬ nut (SG) aufweist, welche Dichtungsnut (SG) die Stirnflä¬ che (FS) in eine radial innen befindliche Innenflä¬ che (IS), die sich im Wesentlichen radial erstreckt und eben ist, und eine radial außen befindliche Außenflä¬ che (OS), die sich im Wesentlichen radial erstreckt und eben ist, aufteilt,

wobei die Innenfläche (IS) gegenüber der Außenfläche (OS) im Mittel axial um einen Rückstand (RS) zurücksteht, wobei der Gegenflansch, der der ersten Stirnfläche (FS) gegenübersteht eine erste ebene Gegendichtfläche (CSLS) in axialer Richtung weist,

wobei die Gegendichtfläche (CSLS) sowohl die Innenflä¬ che (IS) als auch die Außenfläche (OS) zumindest teilwei¬ se überdeckt.

Anordnung nach Anspruch 1 oder 2,

wobei der Rückstand (RS) zwischen 0,5 - 1,5mm beträgt, insbesondere 1 +/- 0,1mm beträgt.

4. Anordnung nach Anspruch 2 mit einem Anpassring (AR) gemäß Anspruch 2, zwei Dichtungen (SL) und zwei Gegenflanschen (GF) , wobei der Anpassring (AR) zwischen den beiden Gegenflanschen (GF) angeordnet und verspannt ist, derart angeordnet, dass zwischen einem ersten Gegenflansch (GF) von den beiden Gegenflanschen (GF) und dem Anpassring (AR) eine Dichtung (SL) von den beiden Dichtungen (SL) und zwischen dem anderen Gegenflansch (GF) und dem Anpassring (AR) die andere Dichtung (SL) angeordnet sind .

Description:
Beschreibung

Anordnung mit einem Flansch Die Erfindung betrifft Anordnung mit

mindestens einem Flansch zum Anschweißen an ein Rohrende eines Rohres für eine drucktragende Flanschverbindung zweier Rohrenden, und

mit mindestens einer Dichtung und

mit einem Gegenflansch , wobei der Flansch und der Gegenflansch mittels Befestigungselementen unter Quetschung der in der Dichtungsnut angeordneten Dichtung gegeneinander verspannt sind,

wobei der Flansch sich entlang einer Umfangsrichtung um eine zentrale Achse des Rohres erstreckt, eine erste Stirnfläche in axialer Richtung des Rohrendes weist,

wobei die erste Stirnfläche eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Dichtungsnut aufweist, welche Dichtungsnut die Stirnfläche in eine radial innen befindliche Innenfläche, die sich im Wesentlichen radial erstreckt und eben ist, und eine radial außen befindliche Außenfläche,

die sich im Wesentlichen radial erstreckt und eben ist, auf ¬ teilt, wobei die Innenfläche gegenüber der Außenfläche im Mittel axial um einen Rückstand zurücksteht.

Weiterhin betrifft die Erfindung auch eine analoge Anordnung mit einem Anpassring für eine drucktragende Flanschverbindung zweier Rohrenden zur Anordnung zwischen zwei Flanschen. Flansche der eingangs genannten Art finden regelmäßig Einsatz an drucktragenden Rohrverbindungen. Es handelt sich hierbei bevorzugt um Aufschweißflansche, Vorschweißflansche oder lose Flansche mit Aufschweißbund, insbesondere im Sinne der EN 1092-1, der DIN 2632 bis DIN 2638, des ASME B16.5 bzw. des ASME B16.47. Aus der US 5,904,382 A sind Flanschverbindungen bekannt, bei denen die Schrauben nicht in Axialrichtung des Rohres beansprucht werden, da die Kräfte in Axialrichtung des Rohres durch umlaufende Klammern aufgenommen werden, die über defi- nierte schiefe Ebenen Druck auf die Dichtung ausüben. Der zwischen den Flanschen planmäßig vorhandene Spalt dient nur dazu, dass die Dichtung garantiert im Krafthauptfluss liegt. Ein Ausgleich von Flanschblattschiefstellungen ist mit dieser Konstruktion weder geplant, noch möglich. Die Flanschblatt- drehungen müssen fast 0 sein, damit über die schiefen Ebenen Druck von der Klammer auf die Dichtung übertragen werden kann .

Aus der DE 43 40051 AI ist eine Flanschverbindungbekannt, bei der eine Flanschblattschiefstellung aufgrund der während der Montage auftretenden Schraubenkräfte bedingt durch die Form der Flansch-Dichtfläche zu keiner Absenkung der Kraft auf der Dichtung führt. Schiefstellungen der Flanschblätter durch Schweiß-SchrumpfSpannungen laufen in genau entgegen gesetzter Richtung und können durch diese Konstruktion nicht ausgegli- chen werden.

(Dl) GB 577, 700 A

Angemeldet wurde hier eine Flanschverbindung, bei der die Flanschblätter bis zum Außendurchmesser der Flanschblätter aufeinander aufliegen, also ein Drehen des Flansches planmäßig nicht zulässig ist. Der vorhandene Spalt am Innendurch ¬ messer der Flansche dient nur dazu, dass der Innendruck am Innendurchmesser der Dichtung wirken kann und somit die Dichtung radial nach Außen drückt, was zusätzliche Dichtheit be- deutet. Ein Ausgleich von Flanschblattschiefstellungen ist mit dieser Konstruktion weder geplant, noch möglich.

(D2) US 5, 904, 382 A

Angemeldet wurden hier Flanschverbindungen, bei denen die Schrauben nicht in Axialrichtung des Rohres beansprucht wer- den, da die Kräfte in Axialrichtung des Rohres durch umlau ¬ fende Klammern aufgenommen werden, die über definierte schiefe Ebenen Druck auf die Dichtung ausüben. Der zwischen den Flanschen planmäßig vorhandene Spalt dient nur dazu, dass die Dichtung garantiert im Krafthauptfluss liegt. Ein Ausgleich von Flanschblattschiefstellungen ist mit dieser Konstruktion weder geplant, noch möglich. Die Flanschblattdrehungen müssen gegen 0 gehen, damit über die schiefen Ebenen Druck von der Klammer auf die Dichtung übertragen werden kann.

Die DE 43 40051 AI zeigt eine Flanschverbindung, bei der eine Flanschblattschiefstellung aufgrund der während der Montage auftretenden Schraubenkräfte bedingt durch die Form der

Flansch-Dichtfläche zu keiner Absenkung der Kraft auf der Dichtung führt. Schiefstellungen der Flanschblätter durch

Schweiß-SchrumpfSpannungen laufen regelmäßig in entgegen gesetzter Richtung und können durch diese Konstruktion nicht ausgeglichen werden.

In der DE 295 04 402 Ul ist die bekannte Geometrie der Jung- tec-Kammprofil-Dichtung mit Weichstoff-Einlage beschrieben.

Die seitlichen Kämme fixieren hierbei die Weichstoff-Einlage, die primär dichten soll. Ein Ausgleich von Flanschblattschiefstellungen ist mit dieser Konstruktion nur bedingt möglich. Bei größeren Flanschblattschiefstellungen wird die Weichstoff-Dichtung entlastet und der metallische Kamm belastet .

Aufgrund des Verschweißens der zum Einsatz kommenden Flansche mit der sich anschließenden Rohrleitung kommt es regelmäßig in Folge von Schweiß-SchrumpfSpannungen zu Schiefstellungen, Balligkeiten und Welligkeiten an der Flanschdichtfläche . Wegen der hohen Ebenheitsanforderungen von Flanschabdichtungen mit O-Ringen in Ringnuten sind kostenaufwendige Nacharbeiten der Flanschdichtfläche erforderlich.

Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, diesen zusätzlichen Aufwand des Nacharbeitens zu verhindern.

Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe werden Flansche, An- passringe oder Anordnungen der eingangs genannten Art vorgeschlagen, welche die zusätzlichen Merkmale des jeweils kenn ¬ zeichnenden Teils des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 2 auf ¬ weisen. Der Erfindung liegt insbesondere die Erkenntnis zu Grunde, dass die Ebenheitsabweichung an Flanschdichtflächen nahezu immer eine positive Schiefstellung am Außendurchmesser auf- weisen, so dass die Flanschdichtfläche eine konvexe Konkav ¬ heit beschreibt. Diese Schiefstellung führt dazu, dass die 0- Ring-Dichtung mit ihrem Vorstand aus der Dichtungsnut über die Dichtflächen heraus in einigen Fällen nicht mehr in der Lage ist die toleranzgemäße Welligkeit der Flanschdichtfläche über dem Umfang auszugleichen. Die systematische Schiefstellung insbesondere in Folge des Schweißverzugs zehrt zu ihrer Kompensation bereits einen Großteil des zur Verfügung stehenden Verformungsweges der Dichtung auf. Diese Schiefstellung ist eine häufige Ursache der Notwendigkeit einer Nacharbei- tung der Flanschfläche, die vor Ort nach dem Schweißvorgang besonders aufwendig ist. Die erfindungsgemäße Ausbildung des Flansches geht von einer entsprechenden Schiefstellung der Dichtfläche des Gegenflansches aus und ist in der Weise geo ¬ metrisch vorbereitet, dass diese Schiefstellung das Quetsch- vermögen der O-Ring-Dichtung in ihrer Anordnung in der Dichtungsnut nicht mehr dezimiert und dementsprechend die volle Verformungsmöglichkeit der O-Ring-Dichtung zur Kompensation von toleranzgemäßen Ebenheitsfehlern der gegenüberliegenden Flanschdichtfläche zur Verfügung steht. Die übergeordnete Idee der Erfindung liegt in der Überführung der eigentlich außerplanmäßigen aber erfindungsgemäß als systematisch erkannten Abweichung von Dichtflächen von Gegenflanschen in eine planmäßige Berücksichtigung dieser Abweichung durch die erfindungsgemäße Geometrie des Flansches.

Hierbei bedeutet axial im Mittel bezogen auf eine Fläche, dass diese Fläche eine flächengemittelte axiale Position auf ¬ weist und dementsprechend erfindungsgemäß diese flächenge- wichtete Axialposition der Innenfläche gegenüber der Außenfläche einen axialen Rückstand aufweist beziehungsweise die radiale Innenfläche gegenüber der radialen Außenfläche sich axial weiter in Richtung des Rohrendes befindet. In anderen Worten bedeutet das, dass der Flansch oder der Anpassring sich in Umfangsrichtung um eine zentrale Achse erstreckt, und sich Flächennormalen von Dichtflächen an dem Flansch oder Anpassring im Mittel im Wesentlichen parallel oder antiparallel entlang der Axialrichtung erstrecken. Die flächengemittelte Axialposition der Innenfläche steht gegenüber der Außenfläche um einen axialen Rückstand im Sinne der Flächennormalen der Innenfläche bzw. der Außenfläche zurück. Die gleiche Idee, wie dem erfindungsgemäßen Flansch liegt der erfindungsgemäßen Ausbildung eines Anpassringes zur Zwischenanordnung zwischen zwei Flanschen bzw. Gegenflanschen zu Grunde.

Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines speziellen Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme von Zeichnungen näher be ¬ schrieben. Es zeigen: Figur 1 eine Querschnittsdarstellung eines erfindungsgemäßen Flansches mit einem Gegenflansch und

Figur 2 eine Querschnittsdarstellung eines erfindungsgemäßen Anpassungsrings mit einem Gegenflansch. Im Folgenden beziehen sich Angaben aus dem Bereich der Geometrie der Kreisbewegung, wie beispielsweise axial, radial, Umfang, Durchmesser, Umfangsrichtung auf eine zentrale Achse, die mit dem Bezugszeichen AX in den Ausführungsbeispielen versehen ist, es sei denn, es ist anders angegeben.

Figur 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Flansch bzw. Vor- schweißflansch in Anlehnung an DIN EN 1092-1 Typ 11. Der Flansch FL erstreckt sich im Wesentlichen um eine Achse AX in eine Umfangsrichtung und ist im Bereich einer Schweißnaht WD an ein Rohrende PE angeschweißt. In den Figuren 1, 2 ist je- weils ein als Gegenflansch GF bezeichneter Flansch teilweise abgebildet, welcher in vielen Aspekten baugleich ist mit dem Flansch FL, was durch gleiche Bezugszeichen zu Ausdruck gebracht ist. Auf einem Außendurchmesser ist der Flansch FL an verschiedenen Positionen des Umfangs mit Durchgangsbohrungen TH versehen, welche dazu dienen, mittels nicht dargestellter Schrauben den Flansch FL an dem Gegenflansch GF zu befestigen. Die Befestigungen soll in der Weise erfolgen, dass eine Dichtfläche SLS des Flansches FL gegen eine Gegendichtfläche CSLS des Gegenflansches GF gepresst wird. Die Dichtfläche SLS ist Teil einer axialen Stirnfläche FS des Flansches FL, wel ¬ che axiale Stirnfläche FS von einer sich in Umfangsrichtung erstreckenden Dichtungsnut SG in einen radial innen befindli- chen Bereich - eine Innenfläche IS - und einen radial außen befindlichen Bereich - eine Außenfläche OS - aufgeteilt ist. Die Dichtungsnut SG verläuft in gleicher Weise durch die Dichtfläche SL, welche hier in gleicher Weise in die Innen ¬ fläche IS und die Außenfläche OS aufgeteilt ist. Die Innen- fläche IS und die Außenfläche OS bzw. die Dichtfläche SLS sind derart ausgebildet, dass sich eine Anordnung zu dem Ge ¬ genflansch GF und dessen Gegendichtfläche CSLS ergibt, in der Weise, dass eine zumindest teilweise radiale Flächenüberde- ckung gegeben ist zwischen der Innenfläche IS und der Gegen- dichtfläche CSLS sowie der Außenfläche OS und der Gegenfläche CSLS. Die Innenfläche IS steht um einen axialen Rückstand RS axial gegenüber der Außenfläche OS an dem Flansch FL zurück, so dass sich auch im Bereich der Dichtungsnut SG eine Stufe ergibt zwischen der radial innen begrenzenden Kante RIE und der radial außen begrenzenden Kante ROE in axialer Richtung. Die Innenfläche IS und die Außenfläche OS erstrecken sich senkrecht zur Achse AX bzw. weisen keine planmäßige axiale Erstreckung auf. So ergibt sich eine senkrechte, rein radiale Erstreckung der Innenfläche IS und die Außenfläche OS zu der zentralen Achse AX . Die Gegendichtfläche CSLS des Gegenflan ¬ sches GF ist gegenüber der radialen Richtung schief gestellt in Folge eines Schweißverzuges, in der Weise, dass der radial außen liegende Bereich der Gegendichtfläche CSLS gegenüber dem radial innen liegenden Bereich der Gegendichtfläche

CSLS (bezüglich einer eigenen positiven Achsrichtung entgegen (antiparallel) der Richtung der zentralen Achse AX) axial zurück steht und die sich ergebende Dichtfläche CSLS in Folge dieser Schiefstellung dem gemäß in einer räumlichen Gesamtbetrachtung eine konvexe konische Form beschreibt. Die Dicht- fläche SLS des Flansches FL ist in der Weise an diese Schief ¬ stellung angepasst, dass der beschriebene Rückstand RS etwa 1 mm beträgt. Eine sich im montierten Zustand in der Dichtungs ¬ nut SG befindliche Dichtung SL wird in Folge dessen von der Gegendichtfläche CSLS derart gequetscht, dass die gesamte Verformungsmöglichkeit der Dichtung SL genutzt werden kann, die fertigungsbedingte und toleranzgemäße Unebenheit bzw. Welligkeit der Gegendichtfläche CSLS auszugleichen.

Die Figur 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Anpassring AR, welcher sich in vergleichbarer Weise in einer Umfangsrichtung um die Achse AX erstreckt. Der Anpassring AR ist in vergleichba ¬ rer Weise, wie die Dichtfläche SLS des Flansches FL auf bei- den stirnseitig befindlichen Dichtflächen SLS derart ausgebildet, dass die räumliche konvex konische Schiefstellung der Gegendichtfläche CSLS des Gegenflansches GF ausgeglichen wird. Der Anpassring AR wird in nicht näher dargestellter Weise von zwei Gegenflanschdichtflächen CSLS axial einge- fasst (wobei nur eine Gegendichtfläche dargestellt ist) , wo ¬ bei die beiden Gegenflansche GF mittels Befestigungselementen in nicht dargestellter Weise derart gegeneinander verspannt werden, dass der Anpassring AR zwischen den beiden Gegenflanschen GF eingeklemmt ist.

Bevorzugt werden die erfindungsgemäßen Flansche FL und Anpassringe AR für Rohrnennweiten von 200mm - 2000mm eingesetzt, wobei die radiale Breite der Dichtfläche (also der ra ¬ diale Kragen um das Rohr herum) im Wesentlichen konstant bleibt. Dementsprechend bleibt auch die bevorzugte Größe des axialen Rückstandes RS in etwa konstant in einem Wertebereich von 0,5mm- 1,5mm, insbesondere bevorzugt lmm+/-0,lmm. Die Dichtungsnut ist radial bevorzugt etwa 9mm+/-3mm breit.