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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
Bauelementes mit Flansch für
ein Rohrleitungssystem sowie ein Bauelement mit Flansch, das für ein Rohrleitungssystem
vorgesehen ist, wie in den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 bzw.
6 beschrieben.
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Es
ist seit langem bekannt, verschiedene Teile und Komponenten einer
Druckausrüstung,
insbesondere in Rohrleitungssystemen, durch Verwendung von mit Flanschen
versehenen Bauelementen zu verbinden, was man üblicherweise als geflanschte Rohrleitungsverbindungen
bezeichnet. Mit Bauelement mit Flansch, auch Flanschbauelement oder
einfach nur Flansch genannt, wird hier ein Rohrleitungselement bezeichnet,
das einen ringförmigen
Kragen oder Flansch an einem seiner Enden besitzt. Sogenannte geflanschte
Rohrleitungsverbindungen umfassen zwei Bauelemente mit Flansch,
die miteinander durch Schraubbolzen verbunden sind, und sie werden
z.B. verbunden, um Rohre bei verschiedensten Anwendungen miteinander
zu verbinden. Ein Bauelement mit Flansch ist dann an einem Ende
eines Rohrs befestigt, üblicherweise
durch Schweißen. Auch
ein gegenüberliegendes
Rohrstück
ist mit einem Bauelement mit Flansch versehen, und die geflanschte
Rohrleitungsverbindung wird durch Verschrauben dieser beiden Bauelemente
mit Flansch miteinander erreicht. Bauelemente mit Flansch werden
auch für
die Verbindung eines Teils einer Rohrleitung mit verschiedenen in
einem Rohrleitungssystem vorhandenen Komponenten, z.B. Ventilen,
einem Y-Stück
oder einfach einem anderen Rohrteil verwendet. In einem solchen
Fall wird ein Bauelement mit Flansch an dem freien Ende des Rohres
befestigt und dann mit einem entsprechenden und für diesen Zweck
ausgebildeten Teil des Ventils verschraubt. Auch andere Arten von
Verbindungsanordnungen können
verwendet werden, z.B. Verbindungen der Art mit Klammern oder Bügeln.
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Geflanschte
Verbindungen und andere Verbindungen, bei denen Bauelemente mit
Flansch verwendet werden, werden für verschiedenste Anwendungen
benutzt. Daraus folgt, daß die
tatsächlichen Abmessungen
dieser Rohre und Bauelemente mit Flansch erheblich variieren können. Was
Rohre von großer
Größe betrifft,
wie z.B. für
Anwendungen im Bereich der Offshore-, Unterwasser-, Verarbeitungs- und
Erdöl-Industrie, aber auch
für Kernkraftwerke, sind
die geflanschten Verbindungen und Bauelemente mit Flansch des üblichen
Designs durch ein erhebliches Gewicht, großen Abmessungen und hohe Kosten
charakterisiert. Es ist jedoch ein spezieller Typ von Flanschverbindungen/Bauelementen
mit Flansch bekannt, nämlich
ein sogenanntes Kompakt-Flanschsystem, bei welchem bestimmte Dimensionierungsprinzipien
derart angewendet werden, daß die
Flansche erheblich kleiner gemacht werden können als durch Verwendung traditionellen
Designs. Die Erfindung ist in dem vorliegenden Fall besonders gut
für diese
Art von kompakten Flanschen geeignet, obwohl sie nicht auf solche
beschränkt
ist.
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Da
das Bauelement mit Flansch normalerweise sehr unhandlich und demzufolge
ein deutlich teureres Bauteil ist als ein gerades Rohrstück, wird üblicherweise
einige Anstrengung unternommen, um das Bauelement mit Flansch so
kurz wie möglich
zu machen, um den Platzbedarf und die Materialkosten zu begrenzen.
In der Praxis bedeutet dies, daß ein nicht
mit einem Flansch versehenes Ende des Flanschbauelementes so kurz
wie möglich
ausgestaltet ist. In den Fällen
mit Rohren, die einen relativ großen äußeren Durchmesser und entsprechend
einen großen
Flanschdurchmesser aufweisen, wobei sie gleichzeitig eine verhältnismäßig geringe
Wanddicke besitzen, wird es dazu kommen, daß während des Schweißens des
nicht mit einem Flansch versehenen Endes des Bauelementes mit Flansch
an ein Rohrelement in dem Rohrleitungssystem ein solch großer Wärmetransfer
in dem Bauelement mit Flansch stattfindet, daß die Kontaktoberfläche des mit
Flansch versehenen Endes des Bauelementes mit Flansch deformiert
und verzogen wird. Dieses Problem tritt auch bei klein dimensionierten
Flanschen auf, die eine relativ kleine Masse bezüglich des rohrförmigen Teiles
des Bauelementes mit Flansch besitzen und sich deshalb schnell erwärmen. Es
ist einfach zu verstehen, daß dieser
Umstand die Leistungsfähigkeit
der Verbindungsdichte beeinträchtigt,
was bei vielen Anwendungen ein äußerst ernstzunehmendes
Problem darstellt. So kann selbst ein Defekt in der Dichtigkeit,
der zu einer sehr kleinen Leckage führt, eine ernstzunehmende Gefahr z.B.
in denjenigen Fällen
erzeugen, wenn Substanzen, die die Umwelt gefährden, in dem Rohrleitungssystem
transportiert werden.
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Demzufolge
ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Lösung zu den oben beschriebenen Problemen
anzubieten. Dies wird erreicht durch ein Verfahren wie in dem kennzeichnenden
Teil von Patentanspruch 1 beschrieben sowie von einem Bauelement
mit Flansch wie in dem kennzeichnenden Teil von Patentspruch 6 beschrieben.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Verfahren für
die Herstellung eines Bauelementes mit Flansch für ein Rohrleitungssystem vorgeschlagen,
wobei das Bauelement mit Flansch einen radial vorstehenden Flansch
umfaßt,
der einen Flanschabschnitt bildet, und ferner einen Rohrabschnitt
umfaßt, wobei
der Flanschabschnitt eine vordere Endoberfläche besitzt, die dazu ausgebildet
ist, mit einem anderen Bauelement, das einen Teil des Rohrleitungssystems
bildet, zusammengebaut zu werden, und eine rückwärtige Endoberfläche besitzt,
die dem Rohrabschnitt zugewandt ist, wobei die rückwärtige Endoberfläche des
Flanschabschnittes im wesentlichen in einer radialen Richtung eben
ist und den Flanschabschnitt zu seinem rückwärtigen Ende zusammen mit einer
innenseitigen Verlängerung
der rückwärtigen Endoberfläche gegen
den Rohrabschnitt in der radialen Richtung begrenzt, wobei der Rohrabschnitt
ein freies Ende besitzt, das dazu ausgebildet ist, mit dem Rohrleitungssystem
zusammengebaut zu werden, wobei ferner der Flanschabschnitt eine
Masse M
f und der Rohrabschnitt eine Masse
M
p besitzt (Verfahren zum Herstellen eines
Bauelementes mit Flansch wie z.B. in
NO-B-117160 (
WO-A-93/17268 )
offenbart), dadurch gekennzeichnet, daß dem Rohrabschnitt vor dem
endgültigen
Bearbeiten der vorderen Endoberfläche des Flanschabschnittes
eine solche Länge
(a) in der axialen Richtung gegeben wird, daß seine Masse M
p wenigstens
gleich 35% der Masse M
f des Flanschabschnittes
ist.
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In
der Praxis bedeutet dies, daß der
Rohrteil des Flanschbauteiles wesentlich länger als bei Standardverfahren
ausgebildet wird, was zu dem vorteilhaften Resultat führt, daß, wenn
das ausgedehnte Ende des Rohrteiles an das Rohrleitungssystem angeschweißt wird,
die aus dem Schweißen
herrührende
Wärmeübertragung
keine wesentliche Deformation der Kontaktoberfläche des Flansches hervorrufen wird.
Deshalb wird, aufgrund des ausgedehnten Rohrteiles, ein wesentlicher
Teil der, wenn nicht sogar die gesamte erzeugte Wärme von
dem ausgedehnten Rohrteil absorbiert, so daß die zur Endoberfläche des
Flansches übertragene
Wärme wesentlich reduziert
wird. Ein anderer vorteilhafter Effekt des ausgedehnten Rohrteiles
ist, daß es
einen Versteifungseffekt auf die Struktur hat, was auch dazu beiträgt, die
Gefahr des Verformens der Endoberfläche des Flansches wesentlich
zu reduzieren.
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Was
die Länge
des Rohrteiles betrifft, so ist dieses von Fall zu Fall entsprechend
ausgebildet, und es ist aus technischen Erwägungen nicht notwendig, irgendeine
Obergrenze vorzusehen, jedoch wird sie in vielen Fällen durch
praktische Umstände bestimmt,
z.B. dadurch, welcher Raum zur Verfügung steht u.dgl. Vorteilhaft
ist die Länge
(a) des Rohrteils in der axialen Richtung lang genug ausgebildet,
daß seine
Masse Mp zwischen 40% und 200% der Masse
Mf des Flanschteiles liegt. Vorzugsweise ist
die Länge
(a) des Rohrteiles in der axialen Richtung so bemessen, daß seine
Masse Mp zwischen 40% und 100% der Masse
Mf des Flanschteiles liegt.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform ist
das gesamte Rohrteil einstückig
mit dem/den anderen Teil/en des Bauelementes mit Flansch ausgebildet.
In den meisten Fällen
ist dies der praktischste Weg, wenn man bereits im vorhinein weiß, daß das Flanschbauteil
einer Wärmeübertragung
ausgesetzt sein wird.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform
ist wenigstens ein Teil des Rohrteiles als separates Teil hergestellt,
welcher vor der Endbearbeitung der vorderen Endoberfläche des
Flanschteiles an den Rest des Bauelementes mit Flansch angesetzt
ist. Dies hat den Vorteil, eine gewisse Flexibilität bei der
Herstellung sicherzustellen. Der separate Verlängerungsteil kann z.B. durch
Schweißen
mit dem Flanschbauelement verbunden werden, bei welchem man selbst
annehmen kann, daß es
zu einer Deformation der Kontaktoberfläche führt. Da jedoch eine solche
Verlängerung
gemäß der vorliegenden Erfindung
vorgenommen wird, bevor das endgültige Bearbeiten
der Kontaktoberfläche
des Flanschendes, d.h. der Endoberfläche, stattfindet, wird jedwede Deformation
der Kontaktoberfläche
während
der endgültigen
Bearbeitungsoperation korrigiert, was ebenfalls einen wesentlichen
Vorteil darstellt.
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Das
Ziel der vorliegenden Erfindung wird auch durch ein Bauelement mit
Flansch erreicht, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wie in Anspruch
6 definiert hergestellt ist.
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Die
inneren Durchmesser der Bauelemente mit Flansch und der angesetzten
Rohre werden als im wesentlichen konstant angenommen. Zusätzliche unterscheidende
Merkmale ergeben sich aus den verbleibenden nachgeordneten Patentansprüchen.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun in detaillierter mit Bezug auf die
beigefügte
Zeichnungsfigur 1 beschrieben, was als Prinzipdarstellung einer
Ausführungsform
und nur als nicht-beschränkendes
Beispiel verstanden werden soll.
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1 zeigt
schematisch ein Bauelement mit Flansch gemäß der vorliegenden Erfindung
im axialen Querschnitt.
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Das
Flanschbauelement 1, das in 1 gezeigt
ist, zeigt ein mit einem Flansch 3 oder einem ringförmigen Kragen
versehenes Ende, das einen Flanschabschnitt 2 bildet, und
ein nicht mit Flansch versehenes Ende 5, das einen Rohrabschnitt 4 bildet. Der
Flanschabschnitt 2 besitzt eine vordere Endoberfläche oder
Kontaktoberfläche 7,
die dazu vorgesehen ist, gegen eine entsprechende Oberfläche eines Rohrelementes,
eines ähnlichen
Flanschbauelementes oder einer anderen Art von Komponente, die Teil eines
Rohrleitungssystems bildet, anzuliegen. Der Flanschabschnitt 2 besitzt
auch eine rückwärtige Endoberfläche 6,
die im wesentlichen eben ist und, in dem gezeigten Fall, im wesentlichen
in einem rechten Winkel zu der mittleren Symmetrieachse des Flanschbauelementes
verläuft.
Der Flansch 3 hat Durchtrittsbohrungen 8, so daß beim Zusammenbau das
Bauelement mit Flansch zusammen mit einem anderen Flanschbauelement
oder einer Komponente mittels durch die Öffnungen eingeführter Schraubbolzen
verschraubt werden kann. Normalerweise gibt es eine Anzahl von Öffnungen,
die äquidistant
entlang des Flansches vorgesehen sind. Den gesamten Weg durch das
Zentrum des Flanschbauelementes ist eine zylindrische Leitung 10 vorgesehen.
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Das
Bauelement mit Flansch ist normalerweise durch Schweißen des
nicht mit Flansch versehenen Endes 5 an ein Rohrleitungssystem
mit dem Rohrleitungssystem verbunden, von welchem es ein Teil wird.
In Übereinstimmung
mit der von der vorliegenden Erfindung vorgeschlagenen Lösung ist
das nicht mit Flansch versehene Ende 5 in solch einer weiten
Entfernung von der empfindlichen vorderen Kontaktoberfläche 7 angeordnet,
daß der
Flanschabschnitt 2 nicht durch irgendeine von dem Schweißen resultierende
Wärme beeinträchtigt wird,
oder wenigstens nicht soweit beeinflußt wird, daß die vordere Kontaktoberfläche verzogen
oder in irgendeiner anderen negativen Weise beeinflußt wird.
Die Wärmeübertragung,
die zwischen dem Rohrabschnitt und dem Flanschabschnitt stattfindet,
ist hauptsächlich eine
Funktion der jeweiligen Massen. Zu diesem Zweck ist der Flanschabschnitt 2 als
gegenüber
dem Rohrteil 4 durch eine Ebene 9, die von einer
inwärtigen
Verlängerung
im wesentlichen in der radialen Richtung der Ebene, die durch die
rückwärtige Endoberfläche 6 des
Flanschabschnittes gebildet ist, begrenzt angesehen. Es folgt, daß die Masse
Mf des Flanschabschnittes 2 als
Masse vor oder links der Linie/Ebene 9 in 1 berechnet
werden kann, während
die Masse Mp des Rohrteiles als die Masse
hinter oder rechts der Linie/Ebene 9 in 1 berechnet werden
kann. Basierend auf einer Analyse und Experimenten, die die vorliegende
Erfindung unterstützen, wurde
gefolgert, daß das
Rohrteil eine Länge
(a), gemessen von der rückwärtigen Endoberfläche 6 des Flanschabschnittes
zu dem Ende 5 des Rohrabschnittes, besitzen sollte, die
lang genug ist, daß seine
Masse Mp wenigstens gleich 35% der Masse
Mf des Flanschabschnittes beträgt.
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Da
es vorkommt, daß zylindrische
Rohrverlängerungen
an ein Bauelement mit Flansch, das bereits endgültig bearbeitet wurde, angeschweißt werden,
wodurch riskiert wird, daß die
vordere Endoberfläche 7 aufgrund
des Einflusses von Wärme
deformiert wird, ist es sehr wichtig, daß dem Rohrabschnitt die entsprechende
notwendige Länge
(a) gegeben wurde, bevor eine Endbearbeitung des Flanschbauelementes
und insbesondere seiner vorderen Endoberfläche 7 stattfindet.
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Dem
Rohrteil 4 kann die entsprechende Länge (a) direkt bei der Herstellung
oder durch Verbinden einer Verlängerung
mit dem nicht mit einem Flansch versehenen Ende vor der endgültigen Bearbeitungsoperation
gegeben werden.
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Bei
der in 1 gezeigten Ausführungsform ist eine Verlängerung
in Form eines separaten Teiles 15 gemäß der vorliegenden Erfindung
vorgesehen. Der Zweck dieser Verlängerung 15 ist auch,
die Festigkeit des gesamten Bauelementes mit Flansch zu erhöhen, was
auch in einer positiven Weise dazu beiträgt, die Deformation der Endoberfläche 7 des
Flanschabschnittes 2 zu verhindern, wenn das Bauelement
mit Flansch durch Schweißen
mit einem Rohrleitungssystem verbunden wird. Es versteht sich, daß eine Verlängerung,
die einstückig
mit dem Flanschbauelement ausgebildet ist, dieselbe Wirkung besitzt.
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In
der
1 ist die Übergangszone
12 zwischen
dem Ende mit Flansch und dem Ende ohne Flansch als eine Zone
3 gezeigt,
die eine im wesentlichen elliptische Form besitzt, was an sich bekannt ist
(siehe z.B.
7 der
US 4,183,562 A ). Es verdient jedoch,
beachtet zu werden, daß die
rückwärtige Endoberfläche
6 des
Flanschabschnittes nicht notwendigerweise in einem rechten Winkel
relativ zur axialen Richtung des Flanschbauelementes verlaufen muß, sondern
daß die
rückwärtige Endoberfläche statt
dessen leicht geneigt sein kann, was ebenfalls an sich bekannt ist.
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Die
vorliegende Erfindung soll nicht dahingehend verstanden werden,
daß sie
durch das gezeigte Ausführungsbeispiel
beschränkt
wäre, das
nur rein beispielhaft gegeben ist, sondern daß sie innerhalb des Umfangs
der anliegenden Patentansprüche
in verschiedenen Weisen variiert und modifiziert werden kann, was
von dem Fachmann leicht verstanden wird.