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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Rohrverbindungen.
Insbesondere, aber nicht ausschließlich, betrifft die Erfindung
Verbindungen, die eine Druckdichtung verwenden, um zwei Rohre unter
hohem Druck und/oder hohen Temperaturen zu verbinden, zum Beispiel
Einlassrohre, welch Dampf zur Verwendung in Turbinen führen.
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Hintergrund
der Erfindung
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Beim
Miteinanderverbinden von Dampf führenden
Rohren 1, 2 werden die Rohre 1, 2 gewöhnlich unter
Verwendung von verschraubten Flanschen 11, 12 verbunden,
wie in 1 gezeigt. Die
Enden der Rohre 1, 2 bilden zusammenpassende Flansche 11, 12,
wobei um jeden Flansch herum Schraubenlöcher ausgebildet sind, welche
mit die Rohre 1, 2 verbindenden Schrauben 13, 14 ausgestattet
sind. Der die Rohre 1, 2 durchströmende Dampf
steht unter Druck und wirkt dahingehend, die Verbindung auseinander
zu drücken.
Die festgezogenen Schrauben 13, 14 widerstehen
diesem Dampfdruck, dichten die Verbindung an den aneinander stoßenden erhabenen
Flächen
der Flansche 11, 12 ab und gestatten, dass der
Dampf die Verbindung durchströmt.
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Die
Schrauben 13, 14 sind in der Regel aus Legierungsstahl
hergestellt, aber durch die Verwendung von Legierungsstahl besitzen
sie eine begrenzte Lebensdauer, wenn sie herkömmlichen Heißdampfturbinentemperaturen
(bis zu 565°C)
ausgesetzt sind. Wenn die Schrauben diesen Bedingungen ausgesetzt
sind, erfahren sie Kriechentspannung, und schließlich wird die durch den verschraubten Flansch
gebildete Dichtung geschwächt,
so dass Dampf an der Verbindung ausströmen kann, da sie nicht mehr
ganz abgedichtet ist.
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Bei
höheren
Temperaturen, d.h. über
565°C, muss
bei der Herstellung der Schrauben die Verwendung wärmebeständiger Legierungen,
wie zum Beispiel Nickel-Cobalt-Nimonic-Legierungen, in Betracht gezogen
werden. Jedoch ist die Herstellung der Schrauben mit diesem Material
insofern nachteilig, als sie teuer sind.
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Eine
vorgeschlagene Lösung
ist die Verwendung von Gewindeverbindern 22 zur Befestigung
einer ringförmigen
Abdeckung 20 auf den aneinander stoßenden Enden eines gekrümmten Rohrs 1 und
eines geraden Rohrs 2, wie in den 2a und 2b gezeigt. 2a zeigt die Anordnung vor
dem Anbringen der Abdeckung 20. 2b zeigt die Anordnung nach dem Anbringen
der Abdeckung 20.
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Vor
dem Anbringen der Abdeckung 20 wird; wie in 2a gezeigt, jedes axiale
Ende der Abdeckung 20 unter Verwendung zweier Halteringe 21, 28 auf
dem geraden Rohr 2 festgehalten. In den radial äußeren Teilen
der beiden Halteringe 21, 28 sind mehrere axial
ausgerichtete Gewindebohrungen ausgebildet, durch die sich jeweilige
verstellbare Gewindeverbinder 22 erstrecken. Die verstellbaren
Gewindeverbinder 22 sind mit einem Gewinde versehene, zylindrische
Stäbe und
halten die beiden Halteringe 21, 28 in ihrer Position
fest. Die verstellbaren Gewindeverbinder 22 sind durch
mehrere axial ausgerichtete Gewindebohrungen in segmentierten vorragenden
Ringen 23, 24 an diesen angebracht und sind auf
beiden Seiten der Bohrungen mit Schrauben 27 befestigt.
Die radial inneren Enden der segmentierten vorragenden Ringe 23, 24 sind
in ausgesparten Nuten 25, 26 angebracht, die in
den jeweiligen Rohren ausgebildet sind. Die ausgesparten Nuten 25, 26 befinden
sich in einem geringen Abstand von den jeweiligen Enden der Rohre 1, 2 zum
Hauptkörper
der Rohre 1, 2 hin. Die vorragenden segmentierten
Ringe 23, 24 in den ausgesparten Nuten 25, 26,
die durch die Gewindeverbinder 22 verbunden sind, befestigen die
Anordnung an beiden Rohren 1, 2 und unterstützen das
Zusammenhalten der jeweiligen Enden 20c, 20g der
Rohre 1, 2.
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Die
Rohre 1, 2 weisen Flansche 29a, 29b in der
Nähe ihrer
jeweiligen Berührungsenden
auf, und diese Flansche 29a, 29b erstrecken sich
axial entlang jedem Rohr, aber nicht bis zum Ende jedes Rohrs. Wenn
die Rohre 1, 2 aneinander stoßen, wird durch den zwischen
den Rohrflanschen 29a, 29b erzeugten axialen Spalt,
wenn die Enden der Rohre 1, 2 aneinander stoßen, eine
Nut 29 definiert. Ein Keil oder Keile 20e werden
in die Nut 29 eingesetzt und unter Verwendung von Schrauben
befestigt. Die Funktion des Keils 20e besteht darin, die
Ausrichtung der Rohre 1, 2 bezüglich einander durch Übertragung irgendeines
Drehmoments von einem Rohr zum anderen festzulegen, wodurch eine
relative Drehbewegung verhindert wird.
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Die
Abdeckung 20 weist an ihrer radial nach innen weisenden
Fläche,
die auf dem gekrümmten Rohr 1 liegen
wird, eine Gewindeverbinderaufnahmefläche 20a auf. Das gekrümmte Rohr 1 weist
eine damit zusammenwirkende Gewindeverbindersteckfläche 20b auf,
die sich an der radial nach außen
weisende Fläche
des Endteils des durch die Abdeckung 20 zu bedeckenden
Rohrs 1 befindet.
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Um
die Rohre 1, 2 miteinander abzudichten, wird die
Abdeckung 20 aus ichrer Position auf dem geraden Rohr 2 zur
Abdeckung beider Rohre 1, 2 bewegt. Dies erfolgt
durch Drehen der Gewindeverbinder 22, wodurch bewirkt wird,
dass sich die Halteringe 21, 28 axial bewegen,
bis die Gewindeverbinderaufnahmefläche 20a an der Innenfläche der
Abdeckung 20 damit beginnt, die Gewindeverbindersteckfläche 20b an
der Außenfläche der
Enden des gekrümmten
Rohrs 1 in Eingriff zu nehmen. Nachdem diese Gewindeflächen 20a, 20b in
Eingriff gebracht sind, werden sie durch Drehen der Abdeckung 20 um die
axiale Mittellinie der Rohre 1, 2 festgezogen.
Dies erfolgt unter Verwendung eines gewöhnlichen Werkzeugs, das zum
Drehen der Abdeckung durch Zusammenwirken mit einer aus der Abdeckung 20 vorragenden
Schraube 20d (2b)
geeignet ist. Der Gewindeeingriff und das Festziehen werden dadurch unterstützt, dass
die Abdeckung 20 durch die Halteringe 21 und 28 konzentrisch
zur Mittellinie der Rohre 1, 2 gehalten wird.
Damit dieses Festziehen stattfinden kann, muss die Abdeckung 20 um
die axiale Mittellinie der Rohre 1, 2 gedreht
werden, während
die Halteringe 21, 28 auf den Gewindeverbindern 22 axial
gleiten. Die Abdeckung 20 ist mit einem radial nach innen
weisenden Flansch ausgebildet, der an der Innenfläche des
Endes der Abdeckung 20 vorgesehen ist, das auf dem geraden
Rohr 2 liegt, wenn die Abdeckung 20 in Position
ist und die Rohre 1, 2 verbindet. Nach Anbringen
der Abdeckung 20 wie oben beschrieben und in 2b gezeigt, stößt die erhabene Fläche des
nach innen weisenden Flansches an der Abdeckung 20 gegen
die erhabene Fläche
des Flansches 20f am geraden Rohr 2, wodurch eine
weitere Axialbewegung verhindert wird.
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Durch
die Druckkraft von der Abdeckung 20 wird die Abdichtung
der erhabenen Flächen 20c, 20g (2a) der Flansche der Rohre 1, 2 erzielt.
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Diese
Anordnung ist jedoch mit dem Problem behaftet, dass sie schwer zu
installieren und nach der Installation nicht leicht zu entfernen
ist, wobei ein Rohr geschnitten werden muss, wenn es entfernt werden
soll. Dies ist darauf zurückzuführen, dass
die Gewinde 20a, 20b mit großem Durchmesser schwer zu lösen sind.
Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Verbindung für eine beliebig
große
Zeitdauer in Betrieb gewesen ist, da sich in der Anordnung Kesselstein
ansammelt. Dies bedeutet, dass aufgrund der durch den Kesselstein
verursachten vergrößerten Reibung
ein großes
Drehmoment angelegt werden muss, um die verwendeten großen Schrauben
zu lösen.
Des Weiteren ist für
ein Funktionieren der Anordnung erforderlich, dass die Rohre nebeneinander
liegen und den gleichen Durchmesser aufweisen.
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Der
Zweck der Erfindung besteht deshalb darin, die obigen Probleme zu
lösen.
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Kurze Darstellung
der Erfindung
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Demgemäß stellt
die vorliegende Erfindung gemäß einem
ersten Aspekt eine Druckverbindungsanordnung bereit, die zur Abdichtung
zwischen einem ersten und einem zweiten Rohr mit einem sich gegenüberliegenden
ersten bzw. zweiten Rohrendflansch angeordnet ist, gekennzeichnet
durch Mittel, die zum Halten der Rohrendflansche in nicht aneinander
stoßender
Beziehung zueinander wirken, mit Folgendem:
einer allgemein
zylindrischen Abdeckung, die den ersten und zweiten Rohrendflansch überspannt
und durch Mittel lösbar
daran befestigt ist, die zum Anlegen einer axialen Druckkraft an
radial zwischen dem ersten und dem zweiten Rohrendflansch eingeschlossene
Dichtungsmittel und jeweilige darüber liegende Teile der Abdeckung
wirken;
einem ersten und einem zweiten Haltemittel, die bezüglich des
ersten bzw. des zweiten Rohrendflansches axial festgelegt sind und
unter der axialen Druckkraft dahingehend wirken, die Dichtungsmittel zwischen
dem ersten und dem zweiten Haltemittel und einem ersten bzw. zweiten
Flanschmittel der Abdeckung axial einzuschließen.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist zur Erleichterung der Montage und Demontage der
Verbindung mindestens eines der von der Abdeckung ragenden Flanschmittel
nach innen von der Abdeckung abmontierbar, während sich die Abdeckung auf
den Rohrendflanschen befindet.
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Um
die Dichtungsleistung zu maximieren sind die Dichtungsmittel zur
Abdichtung mit einer Verkeilungswirkung bei Anlegen der axialen
Druckkraft an die Abdeckung ausgebildet. Um die Verkeilungswirkung
zu erleichtern, können
die Dichtungsmittel Dichtringe mit Stoßstellen dazwischen umfassen, wobei
die Stoßstellen
bezüglich
der Achse der Rohrendflansche geneigt sind. Es wird bevorzugt, dass die
Stoßstellen
bezüglich
einander geneigt sind, so dass sich ausgewählte der Dichtringe in Radialrichtung
verjüngen.
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Die
Dichtungsmittel umfassen bevorzugt mindestens zwei Dichtringe an
jedem der Rohrendflansche und können
vorteilhaft vier Dichtringe an mindestens einem der Rohrendflansche
umfassen.
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Die
mindestens zwei Dichtringe können
mindestens einen Dichtring und einen Druckring umfassen, wobei der
Dichtring eine Stoßstelle
mit dem Druckring aufweist, wobei die Stoßstelle mit dem Druckring zur
Achse der Rohrendflansche geneigt ist und dahingehend wirkt, ein
Verkeilen des Dichtrings und des Druckrings in entgegengesetzten
axialen und radialen Richtungen zu bewirken, wenn die axiale Druckkraft
an die Abdeckung angelegt wird. Eine erste Seite des Druckrings
kann an eine erste Seite des Dichtrings anstoßen, und eine zweite Seite
des Druckrings kann an eines der Haltemittel anstoßen; des
Weiteren kann eine zweite Seite des Dichtrings an eines der Flanschmittel
anstoßen,
das von der Abdeckung nach innen ragt. Vorzugsweise sind eine erste
und eine zweite Seite des Dichtrings zueinander geneigt, so dass
sich der Dichtring radial verjüngt.
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Die
vier Dichtringe können
zwei Druckringe und zwei Dichtringe, die zwischen den Druckringen angeordnet
sind, umfassen, wobei die Dichtringe jeweils Stoßstellen mit den Druckringen
aufweisen, wobei die Stoßstellen
mit den Druckringen zur Achse der Rohrendflansche geneigt sind und
dahingehend wirken, ein Verkeilen der Dichtringe und der Druckringe
in entgegengesetzten axialen und radialen Richtungen zu bewirken,
wenn die axiale Druckkraft an die Abdeckung angelegt wird. Es wird
bevorzugt, dass die beiden Dichtringe konzentrisch angeordnet sind,
wobei sich ein Dichtring radial innerhalb des anderen Dichtrings
befindet, wobei die Stoßstellen
der Dichtringe mit den Druckringen zueinander geneigt sind, so dass
sich der radial innere Dichtring in die radial nach außen verlaufende
Richtung verjüngt
und der radial äußere Dichtring
in die radial nach innen verlaufende Richtung verjüngt. Des
Weiteren wird bevorzugt, dass einer der Druckringe an eines der Flanschmittel
der Abdeckung und der andere Druckring an eines der Haltemittel
anstößt.
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Zweckmäßigerweise
umfassen das erste und das zweite Haltemittel Ringe, die von entsprechenden
Aussparungen in den Rohrendflanschen radial nach außen ragen.
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Die
Abdeckung kann mittels Endstücken,
die mit gegenüberliegenden
Enden der Abdeckung und dem ersten und zweiten Rohrendflansch verschraubt sind,
auf den Rohren befestigt sein.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt, stellt die vorliegende Erfindung einen Druckverbindungsanordnungssatz
bereit, der sich zur Verbindung zweier aufeinander ausgerichteter
Rohre mit nicht aneinander stoßenden
Rohrendflanschen eignet, umfassend:
eine zylindrische Abdeckung,
die an den Rohrendflanschen befestigt werden kann, um die Rohre
starr zusammenzuhalten;
mehrere Dichtringe, die zur Bildung
einer fluiddichten Dichtung zwischen jedem Rohrendflansch und der Abdeckung
wirken;
ein erstes Flanschmittel, das von der Abdeckung nach
innen ragt, um an einen der Dichtringe anzustoßen;
ein zweites Flanschmittel,
das von der Abdeckung nach innen ragt, um an einen anderen der Dichtringe anzustoßen, wobei
mindestens das zweite nach innen ragende Flanschmittel nach innen
von der Abdeckung demontierbar ist, während sich die Abdeckung auf
den Rohrendflanschen befindet;
ein erstes und ein zweites entfernbares
ringförmiges Haltemittel
zum axialen Einschließen
der Dichtringe zwischen dem ersten und dem zweiten Haltemittel bzw.
dem ersten und dem zweiten Flanschmittel der Abdeckung;
wobei
die Außendurchmesser
der Dichtringe und der Haltemittel mit einem Innendurchmesser der
Abdeckung zusammenpassen, so dass die Abdeckung, vor der Montage
des zweiten nach innen ragenden Flanschmittels an die Abdeckung
und nach der Demontage des zweiten nach innen ragenden Flanschmittels
von der Abdeckung, zum Ein- und
Ausbauen der Verbindung axial über
die Dichtringe und die Haltemittel verschoben werden kann.
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Gemäß einem
dritten Aspekt stellt die Erfindung des Weiteren Verfahren zum Ein-
und Ausbau einer Druckverbindung der oben genannten Art bereit.
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Dank
der vorliegenden Erfindung wird eine Druckdichtungsverbindung zum
Verbinden zweier Fluide befördernder
Rohre unter hohen Temperaturen und/oder Drücken bereitgestellt, wobei
das Dichtungsvermögen
der Verbindung weniger dazu neigt, durch Kriechentspannung beeinträchtigt zu
werden. Darüber
hinaus dient der Druck in den Rohren zur Verstärkung der Dichtung der Verbindung,
anstatt die Verbindung auseinander zu drücken.
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Des
Weiteren wird dank der vorliegenden Erfindung eine Druckdichtungsverbindung
bereitgestellt, die zu Wartungszwecken ganz demontiert und nach
Beendigung der Wartung wieder montiert werden kann.
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Ein
weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass
Rohre mit verschiedenen Durchmessern unter Verwendung einer modifizierten Verbindungsanordnung,
die so geformt ist, dass sie zu den unterschiedlich bemessenen Rohren
passt, verbunden werden können.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus den Ansprüchen, auf
die der Leser verwiesen wird, und aus einer Betrachtung der folgenden Beschreibung
einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen
gleiche Bezugszeichen die gleichen oder ähnliche Komponenten zeigen,
hervor.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Im
Folgenden werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben; darin zeigen:
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1 einen
Schnitt diametral entlang der Achse von zwei unter Verwendung herkömmlicher verschraubter
Flansche verbundenen Rohren;
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2a einen
Schnitt diametral entlang der Achse eines Gewindeverbinders, der
zur Verbindung eines Rohrs mit einem Einlassrohr einer Turbine verwendet
wird, bevor die Abdeckung auf der Verbindung angebracht wird;
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2b einen
Schnitt diametral entlang der Achse eines Gewindeverbinders, der
zur Verbindung eines Rohrs mit einem Einlassrohr an einer Turbine verwendet
wird, nachdem die Abdeckung auf der Verbindung angebracht worden
ist;
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3 einen
Teilschnitt diametral entlang der Achse einer Druckdichtungsverbindung
gemäß der bevorzugten
Ausführungsform;
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4 eine
perspektivische, auseinander gezogene Ansicht, welche die demontierte
Druckdichtungsverbindung und die einzelnen Bestandteile der Verbindung
von 3 zeigt; und
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5 einen
Teilschnitt entsprechend 3, der die Kräfte zeigt,
die auf die Druckverbindung wirken, wenn Fluid durch die an der
Verbindung verbundenen Rohre strömt.
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Ausführliche
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Im
Folgenden wird unter Bezugnahme auf 3 eine Verbindungsanordnung 3 gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Die
Verbindungsanordnung 3 verbindet ein erstes Rohr 1 und
ein zweites Rohr 2, die aufeinander ausgerichtet sind und
zwischen sich einen Spalt 4 aufweisen, starr miteinander.
Das erste Rohr 1 ist mit einem an Federn an gebrachten Ventil
verbunden, das wiederum mit einem flexiblen Rohrsystem verbunden
ist. Eine einstückige
zylindrische Abdeckung 30 überspannt den Spalt 4 zwischen
Flanschen 43, 44, die an den Enden der Rohre 1, 2 vorgesehen sind.
Ringförmige
Dichtungen in Form von Ringen 31, 32, 33, 34, 35, 36 sind
in den Spalten zwischen den Außenflächen der
Flansche 43, 44 und der Innenfläche der
Abdeckung 30 angeordnet, um eine fluiddichte Dichtung zwischen
jedem Rohr 1, 2 und der Abdeckung 30 zu
schaffen. Die Ringe 31, 32, 33, 34, 35, 36 nutzen
eine Verkeilungswirkung, um diese Spalte abzudichten: bei dem ersten
Rohr 1 ist ein Dichtring 31 zwischen der Abdeckung 30 und
dem Flansch 43 des ersten Rohrs 1 verkeilt und
erzeugt dort eine Dichtung; und bei dem zweiten Rohr 2 sind die
Ringe 32, 33, 35, 36 gegeneinander
und sowohl gegen die Abdeckung 30 als auch den Flansch 44 des
zweiten Rohrs 2 verkeilt, wodurch eine Dichtung erzeugt
wird. In kanalförmigen
Nuten 40, 41 in den Rohrflanschen 43, 44 angeordnete
segmentierte Ringe 37, 38 werden zur Befestigung
der Ringe 31, 32, 33, 34, 35, 36 in
ihrer richtigen Position verwendet. Endstückringe 49, 50 in
Form von segmentierten Ringen sind an den jeweiligen Enden 61, 62 der
Abdeckung 30 und an den jeweiligen Enden 69, 70 der Rohre 1, 2 befestigt,
um die Abdeckung 30 starr in ihrer richtigen Position zu
befestigen, wodurch eine Axialbewegung entlang der Achse der Rohre
verhindert wird.
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Jeder
Rohrflansch 43, 44 weist eine darin befindliche,
radial nach außen
weisende, kanalförmige Nut 40, 41 auf,
die auf halbem Wege entlang der Länge der jeweiligen Flächen der
Flansche 43, 44 angeordnet ist und diese jeweiligen
Flächen
in eine am weitesten innen liegende Flanschfläche 63, 66 und eine
am weitesten außen
liegende Flanschfläche 64, 65 axial
trennt. Die am weitesten außen
liegende Flanschfläche 64, 65 ist
die Fläche
des Flansches 43, 44 am Ende des Rohrs 1, 2,
und die am weitesten innen liegende Flanschfläche 63, 66 ist
die Fläche
des Flansches 43, 44 näher am Hauptkörper des
Rohrs 1, 2.
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Die
zylindrische Abdeckung 30 ist einteilig ausgebildet und überspannt
den Spalt 4 zwischen den Flanschen 43, 44,
so dass die Abdeckung 30 vollständig auf den Rohrflanschen 43, 44 und
teilweise auf den Hauptlängen
der Rohre 1, 2 liegt. Die Abdeckung 30 weist
an ihrem linken Ende einen ringförmigen
Flansch 42 auf (wie in 3 gezeigt),
der von der nach in nen weisenden Fläche der Abdeckung 30 radial
nach innen ragt. Der Innendurchmesser an der inneren zylindrischen
Fläche 67 des
ringförmigen Flansches 42 an
der Abdeckung 30 passt mit dem Außendurchmesser des Rohrflansches 43 zusammen.
Die Innenfläche
des ringförmigen
Flansches 42 berührt
teilweise die am weitesten innen liegende Flanschfläche 63 des
ersten Rohrs 1 und liegt teilweise auf dem Hauptkörper des
Rohrs 1. Des Weiteren weist der ringförmige Flansch 42 eine
abgewinkelte Abschrägung 51 an
der inneren Ecke seiner Fläche 67 zur
Verkeilung gegen den Dichtring 31 auf.
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Am
rechten Ende der Abdeckung 30, das über dem zweiten Rohr 2 liegt,
ist in der Innenfläche der
Abdeckung 30 eine radial nach innen weisende, kanalförmige Nut 60 vorgesehen,
die sich in einem geringen Abstand vom Ende 61 der Abdeckung 30 befindet.
Ein radial nach innen entfernbarer ringförmiger Flansch 39,
der ein aus vier bis sechs Teilen bestehender, segmentierter Ring
ist, ist in diese kanalförmige
Nut 60 eingepasst. Der segmentierte Ring ist an zwei Ebenen
parallel zu und über
und unter einer die Mittellinie der Rohrverbindung durchlaufenden
Ebene geschnitten. Dies führt
zu zwei Segmenten, die radial in Position geschoben werden können, wodurch
sie in die richtige Position eingepasst werden können. Der Durchmesser der radial
nach innen weisenden Fläche 68 des
entfernbaren ringförmigen Flansches 39 passt
mit dem Außendurchmesser
der am weitesten innen liegenden Flanschfläche 66 des zweiten
Rohrs 2 zusammen, aber die Innenfläche 68 des entfernbaren
ringförmigen
Flansches 39 berührt nicht
die am weitesten innen liegende Flanschfläche 66 und liegt mit
einem im wesentlichen radialen Spalt auf dem Hauptkörper des
zweiten Rohrs 2.
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Die
Endstückringe 49, 50 sind
halbkreisförmige,
zweiteilige Ringe, die um die Rohre 1, 2 herum passen
und zur Befestigung der Rohre 1, 2 und der Abdeckung 30 in
der richtigen Position verwendet werden. Schrauben 45, 46, 47, 48 ragen
durch die Endstückringe 49, 50 in
jeweilige Enden 61, 62 der Abdeckung 30 und
in jeweilige zum Rohr weisende Enden 69, 70 der
Rohrflansche 43, 44 wodurch die Rohre 1, 2 und
die Abdeckung 30 unter Verwendung der Endstückringe 49, 50 aneinander
befestigt werden. Die Schrauben 45, 46, 47, 48 halten
die Abdeckung 30 in der richtigen Position, wenn vom in
den Rohren strömenden
Dampf kein Druck ausgeübt wird.
Der Endstückring 50,
mit dem das erste Rohr 1 an der Abdeckung 30 befestigt
ist, berührt
im wesentlichen die ganze Endfläche 62 der
Ab deckung 30, aber nicht das erste Rohr 1 oder
das jeweilige zum Rohr weisende Flanschende 69. Der Endstückring 49,
mit dem das zweite Rohr 2 an der Abdeckung 30 befestigt
ist, berührt
das ganze andere Ende 61 der Abdeckung, aber nicht das
zweite Rohr 2 oder das jeweilige zum Rohr weisende Flanschende 70.
Der Endstückring 49,
mit dem das zweite Rohr 2 befestigt ist, berührt auch
die Innenfläche 68 des
segmentierten entfernbaren ringförmigen
Flansches 39 und hält sie
durch radial nach außen
verlaufenden Druck in der kanalförmigen
Nut 60 in der Abdeckung 30 fest.
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In
den kanalförmigen
Nuten 40, 41 des ersten 1 und zweiten 2 Rohrs
sind segmentierte Halteringe 37, 38 vorgesehen,
die teilweise in die jeweiligen kanalförmigen Nuten 40, 41 eingesetzt
sind und die beide aus zwei im wesentlichen halbkreisförmigen miteinander
verschraubten Teilen bestehen. Diese stehen radial von den Flanschen 43, 44 der
Rohre 1, 2 ab, und die Durchmesser ihrer jeweiligen
nach außen
weisenden Flächen
passen mit dem Durchmesser der Innenfläche der Abdeckung 30 zusammen;
jedoch besteht mit der Abdeckung 30 keine fluiddichte Dichtung.
Durch zusätzliches
Verschrauben und Verstreben können
die segmentierten Halteringe 37, 38 in den jeweiligen
kanalförmigen
Nuten 40, 41 in der richtigen Position gehalten
werden, jedoch ist dies nicht absolut notwendig.
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Im
Folgenden wird die Anordnung der zur Abdichtung der Spalten zwischen
den Rohren 1, 2 und der Abdeckung 30 für die Verbindungsanordnung 3 verwendeten
Ringe 31, 32, 33, 34, 35, 36 beschrieben,
wobei aufgrund der asymmetrischen Ausführung der Verbindungsanordnung 3 auf
jedes Rohr 1, 2 der Verbindungsanordnung 3 getrennt
Bezug genommen wird.
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Unter
Bezugnahme auf das an dem ersten Rohr 1 angeordnete linke
Ende der Verbindungsanordnung 3 ist ein Druckring 34 vorgesehen,
der an den segmentierten Haltering 37 anstößt. Der
Druckring 34 ist ein kreisförmiger Ring, der um die am
weitesten innen liegende Flanschfläche 63 herum angeordnet
ist und flache ringförmige
Flächen
aufweist, welche die Innenfläche
der Abdeckung 30 berühren, wobei
die am weitesten innen liegende Flanschfläche 63 und die Seite
des segmentierten Halterings 53 zum Hauptkörper des
ersten Rohrs 1 weisen. Weiterhin weist der Druckring 34 zwei
flache ringförmige Flächen mit
einem keilförmigen
Querschnitt auf, von denen eine Fläche 52 eine Fläche eines
Dichtrings 31 berührt,
wobei der Dichtring 31 ebenfalls einen keilförmigen Querschnitt
aufweist. Der Dichtring 31 ist ein kreisförmiger Ring,
der in Kontakt um die am weitesten innen liegende Flanschfläche 63 herum vorgesehen
ist und eine Fläche
des Druckrings 52 und eine Abschrägung 51 des ringförmigen Flansches 42 berührt, wodurch
zwischen der Abschrägung 51 und
der am weitesten innen liegenden Flanschfläche 63 eine fluiddichte
Dichtung gebildet wird.
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Unter
Bezugnahme auf das rechte Ende der Verbindungsanordnung 3 des
zweiten Rohrs 2 ist ein erster Druckring 36 ein
kreisförmiger
Ring, der um die am weitesten innen liegende Flanschfläche 66 herum vorgesehen
ist und an den segmentierten Haltering 38 anstößt. Der
erste Druckring 36 weist Flächen auf, welche die Innenfläche der
Abdeckung 30, die am weitesten innen liegende Flanschfläche 66 und
die zum Hauptkörper
des zweiten Rohrs 2 weisende Seite des segmentierten Halterings 54 berühren. Weiterhin
weist er zwei Flächen
mit einem keilförmigen Querschnitt
auf, von denen eine Fläche 55 einen
ersten Dichtring 32 teilweise berührt und von denen die zweite
Fläche 56 einen
zweiten Dichtring 33 teilweise berührt. Des Weiteren ist ein zweiter
Druckring 35 vorgesehen, der um die am weitesten innen
liegende Flanschfläche 66 herum
vorgesehen ist und an den segmentierten entfernbaren ringförmigen Flansch 39 anstößt. Der
zweite Druckring 35 ist ein kreisförmiger Ring und weist Flächen auf,
welche die Innenfläche der
Abdeckung 30, die am weitesten innen liegende Flanschfläche 66 und
eine Seite des segmentierten entfernbaren ringförmigen Flansches 39 berühren. Darüber hinaus
weist er zwei weitere Flächen
mit einem keilförmigen
Querschnitt auf, von denen eine Fläche 57 einen ersten
Dichtring 32 und die zweite Fläche 58 einen zweiten
Dichtring 33 teilweise berührt. Der erste Dichtring 32 ist
ein kreisförmiger
Ring mit einem keilförmigen
Querschnitt, der um die am weitesten innen liegende Flanschfläche 66 herum vorgesehen
ist und den ersten und zweiten Druckring 36, 35 berührt. Der
zweite Druckring 33 ist ein kreisförmiger Ring mit einem keilförmigen Querschnitt,
der so vorgesehen ist, dass er den ersten und den zweiten Druckring 36, 35 und
die Innenfläche
der Abdeckung 30 berührt.
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Im
Folgenden wird der Verkeilungsmechanismus zur Erzeugung einer fluiddichten
Dichtung und zur Verstärkung
der Dichtung, wenn druckbeaufschlagtes Fluid von dem ersten Rohr 1 zum
zweiten Rohr 2 (oder umgekehrt) strömt, beschrieben. Durch die
Flexibilität
des gefederten Ventil- und Rohrsystems können die Rohre 1, 2 unter
Fluiddruck auseinander gedrückt
werden, was den Betrieb der Druckdichtung ermöglicht.
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Das
Fluid in den Rohren 1, 2 befindet sich auf einem
höheren
Druck als der Luftdruck außerhalb der
Rohre 1, 2. Wenn das Fluid die durch die Verbindungsanordnung 3 verbundenen
Rohre 1, 2 durchströmt, verstärkt die Keildichtungsanordnung
die Abdichtung der Verbindung.
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Die
Grunddichtung wird durch die Abdeckung 30, die den Spalt 4 zwischen
den Rohren 1, 2 umschließt, und durch die Ringe 31, 32, 33, 34, 35, 36,
die an jeweiligen Rohren 1, 2 vorgesehen sind und
eine Dichtung an den Spalten zwischen den Außenflächen der Flansche 43, 44 der
Rohre 1, 2 und der Innenfläche der Abdeckung 30 bereitstellen,
gebildet.
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Unter
Bezugnahme auf 5 werden nunmehr die auf die
verschiedenen Komponenten der Verbindungsanordnung 3 wirkenden
Kräfte
kurz beschrieben, wobei aufgrund ihrer asymmetrischen Ausführung auf
jede Seite der Verbindungsanordnung 3 einzeln Bezug genommen
wird.
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Am
Spalt zwischen der Abdeckung 30 und dem ersten Rohr 1 wird
wie folgt eine Abdichtung erzielt: Der Druck des Fluids im Spalt 4 zwischen
den beiden Rohren 1, 2 drückt die Rohre 1, 2 auseinander.
Des Weiteren wirkt der Druck des Fluids im Spalt 4 zwischen
den beiden Rohren 1, 2 auf die freiliegende Oberfläche des
segmentierten Halterings 37, aber da die Fläche dieser
Oberfläche
kleiner als die Fläche
der Rohre ist, ist die die Rohre trennende Kraft größer als
die Kraft an der freiliegenden Oberfläche des Halterings 37.
Somit berührt
die rechte Seite – wie
in 3 zu erkennen – des Rings 37 den
Flansch 43, um der Rohrkraft entgegenzuwirken. Der auf
das Rohr 1 wirkende Dampfdruck drückt den segmentierten Haltering 37 zum
ersten Druckring 34 hin und drückt den Druckring 34 vom
Spalt 4 weg.
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Die
Seite des Druckrings 34 bildet eine geneigte Fläche mit
einem keilförmigen
Querschnitt (bezugnehmend auf 3 weist
die Fläche 52 in
ei nem Winkel von ca. 65° zur
Achse der Rohre 1, 2), wobei die Fläche 52,
die näher
an der Achse der Rohre 1, 2 liegt und zu ihnen
abgewinkelt ist, an eine entsprechende Fläche des Dichtrings 31 anstößt. Die Fläche 52 des
Druckrings 34 übt
infolgedessen auf den Dichtring 31 eine Kraft aus, wobei
die Kraft radial in Richtung der Mitte des ersten Rohrs 1 und
des weiteren axial weg vom Spalt 4 zwischen den Rohren 1, 2 wirkt.
Der Dichtring 31 wird somit in einer Verkeilungswirkung
dazu gebracht, zwischen den Berührungsflächen des
Dichtrings 31 und der Abschrägung 51 des ringförmigen Flansches 42 der
Abdeckung 30 und zwischen den Berührungsflächen des Dichtrings 31 und
der am weitesten innen liegende Flanschfläche 63 des ersten
Rohrs 1 eine Dichtung zu bilden.
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Am
Spalt zwischen der Abdeckung 30 und dem zweiten Rohr 2 wird
wie folgt eine Abdichtung erzielt: Der Druck des Fluids im Spalt 4 zwischen
den beiden Rohren 1, 2 drückt die Rohre 1, 2 auseinander.
Des Weiteren wirkt der Druck des Fluids im Spalt 4 zwischen
den beiden Rohren 1, 2 auf den segmentierten Haltering 38,
aber weil die Fläche
kleiner ist als die Fläche
der Rohre, ist die die Rohre trennende Kraft größer als die Kraft am Haltering 38.
Somit berührt
die linke Seite des Rings 38 den Flansch 44 (wie in 3 zu
erkennen), um der Rohrkraft entgegenzuwirken.
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Der
auf das Rohr 2 wirkende Dampfdruck drückt den segmentierten Haltering 38 zum
ersten Druckring 36 hin und drückt letzteren von dem Spalt 4 weg.
Aufgrund dieser Kraft üben
die beiden geneigten Flächen 55, 56 mit
dem keilförmigen
Querschnitt (bezugnehmend auf 3 weist
eine Fläche 56 von der
Achse der Rohre 1, 2 abgewinkelt um ca. 65° im Uhrzeigersinn
von der Achse weg, wobei die andere Fläche 55, die zur Achse
der Rohre 1, 2 weist, um ca. 115° von der
Achse abgewinkelt ist) des ersten Druckrings 36, die den
ersten und den zweiten Dichtring 32, 33 berühren, beide
eine radiale und eine axiale Kraft auf die Dichtringe 32, 33 aus.
Wenn die radiale Kraft an die Berührungsflächen der Dichtringe 32, 33 angelegt
wird, drückt
sie den ersten Dichtring 32 radial nach innen zu der am
weitesten innen liegenden Flanschfläche 66 und den zweiten
Dichtring 33 radial nach außen zu der Innenfläche der
Abdeckung 30, wodurch eine Dichtung gebildet wird. Die Axialkraft
verstärkt
die Dichtung, da der zweite Druckring 35 keinen Spielraum
für Bewegung
hat, weil er an den segmentierten entfernbaren ringförmigen Flansch 39 anstößt, der
in der kanalför migen
Nut 60 der Abdeckung 30 starr angebracht ist,
und der zweite Druckring 35 bündig mit einer Seite 59 des segmentierten
entfernbaren ringförmigen
Flansches 39 positioniert wird. Wenn an die Dichtringe 32, 33 von
dem ersten Druckring 36 in Richtung des zweiten Druckrings 35 eine
axiale Kraft angelegt wird, ist die Reaktionskraft von den Seiten 57, 58 mit
keilförmigem
Querschnitt (bezugnehmend auf 3 weist eine
Fläche 58 von
der Achse der Rohre 1, 2 um ca. 65° von der
Achse abgewinkelt weg, wobei die andere Seite 57, die zur
Achse der Rohre 1, 2 weist, um ca. 115° von der
Achse abgewinkelt ist) des zweiten Druckrings 35 gleich
irgendeiner axialen Kraft, die vom ersten Druckring 36 durch
die Dichtringe 32, 33 geleitet wird. Dies führt auch
dazu, dass die radiale Komponente der Reaktionskraft die jeweiligen
radialen Kräfte
an den Dichtringen 32, 33 in Richtung der Innenfläche der
Abdeckung 30 und der am weitesten innen liegenden Flanschfläche 66 verstärkt. Dieses Zusammenwirken
der Dichtringe 32, 33 dichtet somit den Spalt
zwischen dem zweiten Rohr 2 und der Abdeckung 30 durch
das Zusammenwirken der Druckringe 35, 36, welche
die Dichtringe zum Rohr 2 bzw. zur Abdeckung 30 verkeilen,
ab.
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Bei
dieser Ausführungsform
wird zur Montage der Verbindungsanordnung 3 das folgende
Verfahren verwendet:
Zunächst
wird die Abdeckung 30 so auf das erste Rohr 1 geschoben,
dass sie von dem Ende des Rohrs 1, wo der Spalt 4 zwischen
den Rohren 1, 2 abgedichtet wird und wo sie die
Montage des Rests der Verbindungsanordnung 3 nicht behindert,
weg positioniert ist. Das Ende 62 der Abdeckung 30 mit
dem ringförmigen
Flansch 42 muss sich am weitesten von dem Ende des ersten
Rohrs 1, das verbunden werden soll, weg befinden.
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Dann
werden die Dicht- und Druckringe 31, 32, 33, 34, 35, 36 an
den Rohren 1, 2 angebracht. Das erste Rohr 1 weist
einen Dichtring 31 und einen Druckring 34, der
auf der am weitesten innen liegenden Flanschfläche 66 platziert wird,
auf. Das zweite Rohr 2 weist einen Druckring 35 auf,
der auf der am weitesten innen liegenden Flanschfläche 66 platziert wird,
dann werden zwei Dichtringe 32, 33 (ein Ring 33 auf
dem anderen Ring 32) auf der am weitesten innen liegenden
Flanschfläche 66 platziert,
und schließlich
wird ein anderer Druckring 36 auf der am weitesten innen
liegenden Flanschfläche 66 platziert.
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Nun
werden die beiden Rohre 1, 2 in Position gebracht,
so dass sie zur Vorbereitung der herzustellenden Verbindung aufeinander
ausgerichtet sind.
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Als
nächstes
werden die segmentierten Halteringe 37, 38 in
die kanalförmigen
Nuten 40, 41 in den Rohrflanschen 43, 44 eingebracht.
Die Komponenten jedes Halterings 37, 38 werden
miteinander verschraubt, um zu gewährleisten, dass sie in der richtigen
Position bleiben, wenn die Abdeckung 30 später angeordnet
wird.
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Nunmehr
werden die Dichtringe 31, 32, 33 und
die Druckringe 34, 35, 36 axial so verschoben, dass
sie an den richtigen Stellen auf den jeweiligen Rohren 1, 2 angeordnet
sind. Am ersten Rohr 1 wird der Druckring 34 so
bewegt, dass er an den segmentierten Haltering 37 anstößt, und
dann wird der Dichtring 31 so bewegt, dass er an den Druckring 34 anstößt. Am zweiten
Rohr 2 wird der erste Druckring 36 so bewegt,
dass er an den segmentierten Haltering 38 anstößt, dann
werden die beiden Dichtringe 32, 33 so angeordnet,
dass die den ersten und zweiten Dichtring 32, 33 berührenden
Kontaktflächen 55, 56 des
ersten Druckrings 36 berühren, und schließlich wird
der zweite Druckring 35 so bewegt, dass er die beiden Dichtringe 32, 33 berührt, so
dass die den ersten und zweiten Dichtring 32, 33 berührenden
Kontaktflächen 57, 58 des
zweiten Druckrings 35 den ersten und zweiten Dichtring 32, 33 berühren.
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Als
Nächstes
wird die Abdeckung 30 entlang dem ersten Rohr 1 in
Position bewegt, so dass die Abschrägung 51 des ringförmigen Flansches 42 der Abdeckung 30 den
Dichtring 31 an der am weitesten innen liegenden Flanschfläche 63 des
Flansches 43 des ersten Rohrs 1 berührt.
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Wenn
die Abdeckung 30 wie in 3 gezeigt positioniert
ist, wird der segmentierte entfernbare ringförmige Flansch 39,
bei dem es sich um einen vier- bis sechsteiligen Ring handelt, in
der kanalförmigen
Nut 60 in der Innenfläche
der Abdeckung 30 montiert, da die Abdeckung 30 nun
in Position auf dem zweiten Rohrflansch 44 ist. Der Ring
wird an zwei Ebenen geschnitten, die parallel zu und über und
unter einer die axiale Mittellinie der Rohrverbindung durchlaufenden
Ebene verlaufen. Dies führt
zu zwei Segmenten, die radial in Position geschoben werden können.
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Schließlich werden
die beiden die Abdeckung haltenden Endstückringe 49, 50 angebracht. Dann
werden Schrauben 45, 46, 47, 48 durch
die Endstückringe 49, 50 in
die Enden 61, 62 der Abdeckung 30 und
auch durch die Endstückringe 49, 50 in den
zum Rohr weisenden Enden 69, 70 der Flansche 43, 44 befestigt.
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Die
Verbindungsanordnung 3 kann unter Verwendung von im wesentlichen
dem gleichen Verfahren, wie oben zum Zusammenbau der Verbindungsanordnung 3 beschrieben,
demontiert werden, nur umgekehrt. Die beiden Endstückringe 49, 50 werden
zuerst entfernt und danach der segmentierte entfernbare ringförmige Flansch 39,
indem zunächst
die Segmente entfernt werden, die radial aus der kanalförmigen Nut 60 in
der Innenfläche
der Abdeckung 30 herausgezogen werden können. Dann kann die Abdeckung 30 axial,
von dem Spalt 4 in den Rohren 1, 2 weg
bewegt und auf dem Hauptkörper
des ersten Rohrs 1 angeordnet werden. Dann werden die segmentierten
Halteringe 37, 38 aus den kanalförmigen Nuten 40, 41 in
den Rohrflanschen 43, 44 entfernt, wodurch die
Dichtringe 31, 32, 33 und Druckringe 34, 35, 36 von
den Rohren 1, 2 entfernt werden können. Nun
können
die Rohre 1, 2 auseinander bewegt werden, und
die Abdeckung 30 kann vollständig von dem ersten Rohr 1 entfernt
werden.
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Bei
der bevorzugten Ausführungsform
handelt es sich bei dem ersten Rohr 1 um ein Umlenkrohr,
das als ein Dampfeinlassrohr für
eine Dampfturbine dient, und bei dem zweiten Rohr 2 handelt
es sich um ein Umlenkrohr, das mit einem Dampfeinlassventil verbunden
ist. Diese beiden Rohre 1, 2 müssen verbunden werden, um Dampf
von dem Dampfeinlassventil zur Dampfturbine zu leiten. Die Verbindungsanordnung 3 ist
besonders vorteilhaft, wenn sie mit hohem Druck (über 200
bar) und/oder mit hohen Temperaturen (über 565°C) beaufschlagten, Fluid führenden
Rohren 1, 2 verwendet wird, wie in diesem Beispiel.
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Es
kommt in Betracht, dass die Verbindungsanordnung 3 auch
mit Rohren 1, 2 in anderen Anordnungen und Kombinationen
verwendet werden kann. Zum Beispiel können die Rohre 1, 2 aus
dem obigen Beispiel einfach ausgetauscht werden (Rohre 2, 1). Des
Weiteren kommt in Betracht, dass die zu verbindenden Rohre 1, 2 andere
Funktionen als die in diesem Beispiel erwähnten aufweisen können, wie
zum Beispiel bei anderen Energieerzeugungs- und petrochemischen
Anwendungen.
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Bei
einer anderen alternativen Ausführungsform
weist die Abdeckung 30 zwei segmentierte entfernbare ringförmige Flansche
auf, die an jeweiligen Enden der Innenfläche der Abdeckung 30 vorgesehen
sind, anstelle des einzigen segmentierten entfernbaren ringförmigen Flansches 39 und
ringförmigen
Flansches 42 der Abdeckung 30 gemäß der bevorzugten
Ausführungsform.
Dies ist mit dem Vorteil verbunden, dass die Abdeckung 30 bei
der Demontage der Verbindung auf eines der beiden Rohre 1, 2, die
sie verbindet, bewegt werden kann. Dabei sind jedoch mehr Teile
beteiligt und ihre Montage ist komplexer.
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Eine
weitere alternative Ausführungsform besteht
darin, dass die Anordnung durch die Verwendung von Komponenten mit
geeigneten Größen zur Anpassung
an ein größeres oder
kleineres erstes oder zweites Rohr zur Verwendung mit Rohren mit unterschiedlichen
Durchmessern ausgeführt
werden kann. Wenn der Durchmesser des zweiten Rohrs zum Beispiel
größer ist
als der des ersten Rohrs bräuchte
die Abdeckung einen größeren Durchmesser
als dieser größere zweite
Rohrdurchmesser. Der ringförmige
Flansch jedes Endes der Abdeckung müsste sich zu den Flanschen
der Rohre erstrecken, und die Ringe und Halteringe an den Rohren
müssten
die Innenfläche
der Abdeckung erreichen. Dies würde
bedeuten, dass die Seite der Verbindungsanordnung, die an dem kleineren
Rohr angeordnet wird, größere Ringe
und einen ringförmigen
Flansch, festgelegt oder entfernbar, mit Durchmessern und Größen erfordern
würde,
die für
das kleinere Rohr geeignet sind.
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Als
Alternative dazu könnte
die Abdeckung so ausgeführt
sein, dass ihr Durchmesser an einem Ende begrenzt ist, wodurch die
Verwendung von standardmäßigen Ringen
und Halteringen für
beide Rohre ermöglicht
würde,
jedoch würden
dadurch die Umstände,
unter denen die Verbindung (de)montiert werden könnte, beschränkt werden
und es wären mehr
Teile und eine komplexere Montage erforderlich.
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Die
vorliegende Erfindung ist oben rein beispielhaft beschrieben worden,
und es können
im Schutzbereich der beanspruchten Erfindung Modifikatio nen durchgeführt werden.
Des weiteren besteht die Erfindung aus jeglichen individuellen Merkmalen, die
hier beschrieben werden oder implizit sind oder in den Zeichnungen
gezeigt werden oder implizit sind, oder aus jeglichen Kombinationen
irgendwelcher solcher Merkmale oder jeglicher Verallgemeinerung
jeglicher solcher Merkmale oder Kombinationen, wozu auch Äquivalente
davon zählen.
Somit sollte der Umfang und Schutzbereich der vorliegenden Erfindung nicht
durch irgendwelche der oben beschriebenen Ausführungsformen begrenzt werden.
Jedes in der Beschreibung, einschließlich der Ansprüche und Zeichnungen,
offenbarte Merkmal kann durch alternative Merkmale, die den gleichen, äquivalenten oder ähnlichen
Zwecken dienen, ersetzt werden, es sei denn dies ist ausdrücklich anders
angegeben.
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Jegliche
Erörterung
des Stands der Technik in der gesamten Beschreibung ist kein Zugeständnis, dass
solch ein Stand der Technik weithin bekannt ist und einen Teil des
allgemein bekannten Wissens auf dem Gebiet darstellt.
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Wenn
dies im Kontext nicht deutlich anders angegeben ist, sollen in der
gesamten Beschreibung und in den Ansprüchen Begriffe wie „umfassen" und dergleichen
in einem inklusiven im Gegensatz zu einem exklusiven oder ausschließenden Sinne
ausgelegt werden; das heißt
im Sinne von „einschließlich, aber
nicht darauf beschränkt".