DE3230457C2 - Abdichtung für einen Hochdruck-Behälter mit Innenverschluß - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hochdruckbehälter mit Innenverschluß in einer für eine hohe Anzahl von Lastwechsel infolge Füll- und Entleerungsvorgängen geeigneten Konstruktion, bestehend aus einem geschmiedeten Rohr mit wulstförmig verstärkten Enden, mindestens einem an seiner Oberseite kegelstumpfförmig angeschrägten Deckel, der durch gleichartig angeschrägte Stützsegmente zentriert und gegen den sich aufbauenden Druck gehalten wird. Weitere Kennzeichen des Hochdruckbehälters sind die von den Stützsegmenten räumlich getrennte Deckelabdichtung auf dem Deckelboden, die mittels Halterung radial verschiebbar positioniert ist und eine Innenauskleidung in Form eines dünnwandigen Hemdes mit angesetztem Schleißring. Bei entsprechendem Füllmaterial läßt sich dieses über einen selbstdichtenden Beschickungs- und Entleerungsdeckel im Innenverschlußdeckel leicht einfüllen und entnehmen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abdichtung für einen Hochdruckbehälter mit Innenverschluß, insbesondere für häufiges öffnen und Schließen bei entsprechenden Füll- und Entleerungsvorgängen.

Hochdruck-Behälter lassen sich aus der chemischen Technologie nicht mehr wegdenken. So erfordern Synthese- oder Polymerisations-Verfahren großvolumige Druckbehälter, die für Drücke bis zu 500 bar und darüber ausgelegt sind. Solche Druckbehälter arbeiten jedoch z. B. bei der Ammoniaksynthese oder der Ethylenpolymerisation normalerweise über längere Zeiträume, d. h. mehrere Monate oder |ahre bei ein und derselben Druckbelustung. Größere Druckschwankungen sind im wesentlichen nur beim An- und Abfahren solcher Hochdruckanlagen zu erwarten.

Da bei einem Druckbehälter der zylindrische Mantel den größten Gewichtsanteil erfordert, sind auf diesem Gebiet eine Reihe von Konstruktionen entwickelt worden, den Druckmantel im Hinblick auf die benötigte Materialmenge optimal auszuführen.

Einen Überblick über solche Konstruktionen geben die zusammenfassenden Arbeiten von H. Strohmeier in Rheinstahl Technik, 9. Jahrgang, Heft 3/71. Seite 104 Tf.. sowie von J. EhIe und A. Pollanz in Chemikerzeitung, 95. Jahrgang(1971) Nr. I.Seite 28 ff.

Besondere Bedeutung kommt bei den Hochdruckbehältern dem Verschluß zu. Je nach vorgesehenem Verwendungszweck besitzt ein Hochdruckbehälter zwei montierbare Verschlüsse oder nur einen montierbaren Verschluß und einen festangeschweißten oder angeschmiedeten Boden. Während sogenannte Außenverschlüsse mit auf dem Flansch des Druckbehälters aufliegendem Deckel und Arretierung mittels Stiftschrauben oder Klammer nur für Hochdruckbehälter von geringen Innendurchmessern anwendbar sind — das Gewicht des Verschlusses wird sonst zu groß und unhandlich und damit zu teuer für die Herstellung und Montage — haben Innenverschlüsse ein weites Anwcnduiigsfeki in bezug auf Innendurchmesser der 1 lochdruckgeliiße.

Aus DH-PS J0 48W13 ist ein Behälterversehluß bekannt, bei dem der Deckel an seiner äußeren Oberseite eine Kegelstumpffläche aufweist, die sieh über eine Vielzahl von Stützsegnientcn als Ring an dem angeschriigten Innenrand des Druckbehälters abstützt Die Abdichtung des Innenraumes des Druckgefäßes erfolgt über eine stirnseitig mit dem Liner verschweißte Ringplatte. Obwohl die gewählte Form der DiTjckübertragung vom Deckel auf die innenwand des Druckbehälters kurzfristiges periodisches öffnen und Schließen des Deckels ermöglicht, läßt es die mit dem Liner verschweißte Ringplattc nicht zu. Vielzähliges Verschweißen und Trennen erfordert bedeutenden Arbeits- und Materialaufwand.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Abdichtung für einen Druckbehälter mit selbstdichtendem Innenverschluß zu schaffen, der den geänderten Anorderungen genügt und Nachteile bekannter Konstruktionen nicht aufweist.

Erfindungsgemäß wird der Hochdruckbehälter ausgebildet nach den Merkmaien des Hauptanspruchs.

Um weitere Vorteile zu erzielen, wird der Hochdruckbehälter gemäß den Kennzeichen der Unteran-Sprüche ausgestaltet.

Die mit der erfindungsgemäßen neuen Abdichtung für einen Hochdruck-Behälter erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch die örtliche Trennung von Stütz- und Dichtflächen es nicht mehr zu plastischen Verformungen an den Stützflächen kommt. Es tritt demzufolge auch keine Materialverschweißung auf. Die Einzelteile des Verschlusses lassen sich einfach und schnell losen. Damit werden kurze öffnungs- und Schließzeiten bei dem intermittierenden Betrieb der Hochdruckanlage erzielt.

Die Dichtung ist nur dem Innendruck ausgesetzt und sie wird nicht durch Kraftspitzen belastet, z. B. als Resultierende aus einem Kräfteparallelogramm.

Bei Hochdruckbehältern mit großem Innendurchmesser und damit zunehmender Unrundheit infolge der Bearbeitung, schwerer werdendem Deckel und demzufolge geringerer Feinfühligkeit beim Zusammenbau bzw. Lösen des Verschlusses wird die Dichtung weniger strapaziert, da nach der Erfindung das mehrteilige Dichlelemcnt auf dem Deckelboden mittels der Halterung radial verschiebbar positioniert ist. Selbst wenn der Deckel sucht absolut zentral sitzt, kann das Dichtelemeni mit den Dichtringen sich zentral zur Behälterinnenbohrung einstellen.

Werden Hochdruckbehälter der beschriebenen Art im Lebensmittelbereich eingesetzt oder ist die Füllung besonders agressiv, werden Auskleidungen erforderlich, so z. B. aus Edelstahl. Es hat sich als besonders zweckmäßig und vorteilhaft erwiesen, in den fertigen Hochdruckbehältermantcl ein dünnwandiges Hemd mit reichlich Spielpassung einzuziehen, dem im Bereich des später montierten Dichtelementes ein Schleißring angesetzt ist. Dieser Schleißring ist im Gegensatz zu dem in der Regel aus dünnwandigem Blech gerollten und längsnahtverschweißten Hemd ein Drehteil mit weit geringerer Spielanpassung und geringerer Unrundheit. Die Innenfläche des Schleißringes wird in hoher Oberflächengüte hergestellt, damit die Dichtringe des Dichtelementes leicht darauf gleiten können. Die angearbeitete Fase bo am Schleißring erlaubt eine fachgerechte Verschweißung mit dem dünnen Hemd ohne daß es zu schädigender Überhitzung des Behälterniaterials an der Schweißstelle kommt.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen beispielb") haft erläutert. Es zeigt

F i g. 1 Hochdruckbehälter mit Innenverschluß und L-förmigem Abdichtelement unter Betriebsdruck.

F i g. 2 Hochdruckbehälter mit Innenverschluß und

radial verschiebbarem L-förmigen Abdichlelcment unter Betriebsdruck,

F i g. 3 Hochdruckbehälter mit Innenverschluß, eingezogenem Hemd und angesetzten Schleißrinj vor erster Druckbelastung,

F i g. 4 Innenverschlußdeckel mit Beschickungsdeckel unter Betriebsdruck.

Der Hochdruckbehälter I in Fig. I, der beispielsweise aus einem geschmiedeten zylindrischen Mantel besteht, keinerlei Schweißverbindungen an drucktragenden Teilen hat und für häufige Lastwechsel geeignet ist weist am oberen Ende den wulstförmigen Flansch 2 auf mit der Eindrehung 3. Diese Eindrehung 3 ist zum Behälterende hin im Winkel von 15—45°, insbesondere 25°, angeschrägt. Der Deckel 4 weist als besonderes Kennzeichen die an der äußeren Oberseite angebrachte Kegelstumpffläche 5 auf mit einem Winkel von ebenfalls 15—45°, insbesondere etwa 25°. Der auf den Dekkelboden 6 wirkende Betriebsdruck von z. 3. 300 bar preßt den Deckel 4 gegen die Stützsegmente 7, die als mehrteiliger Ring ausgebildet sind. Die Stützsegmentc 7 weisen an den der Kegelstumpffläche 5 des Deckels 4 und der Eindrehung 3 des Behälters zugewandten Stützflächen 8 den gleichen Winkel von etwa 25° auf. Auf diese Weise wird die vom Deckel ausgehende Dichtkraft über diese Stützsegmente direkt in den wuistförmigen Flansch geleitet, ohne daß es zu wesentlichen Querkraftkomponenten kommt. Das Sperrelement 9, das als einteiliger geschlitzter Ring oder in Form von einzelnen Ringteilen ausgeführt sein kann, bewirkt mit den Anlageflächen 10 am Deckel 4 und Stützsegment 7 zum einen die Positionierung von Deckel 4 und Stützsegmenten 7 und verhindert, daß bei evtl. auftretenden Querkräften an den Stützelementen diese nach innen abgleiten. Infolge der Abschrägung an den Stützflächen 7 können die Querkräfte jedoch nie solche Werte erreichen, daß es an den Anlageflächen 10 zu plastischen Verformungen und Verschweißungen kommt. Zum Zweck der einfachen Handhabung werden mehrere Sperrelemente 9 mittels eines Halterings 11 fixiert. Eine kraftaufnehmende Funktion hat dieser Haltering nicht.

Die Abdichtung des Deckels 4 gegen den Hochdruckbehälter 1 bei sich aufbauendem Innendruck übernimmt das Dichtelement 12 am Boden des Deckels. Es besteht aus dem Dichtring 13 mit den in Nuten eingelegten Dichtungselement 14, wie z. B. O-Ringen aus Spezialwerkstoff oder federunterstützte Dichtelemtjnte. Der Dichtring 13 ist am Deckelboden 6 befestigt. Die Wirkungsweise des Dichtringes beruht darauf, daß bei sich aufbauendem Innendruck die Spalte zwischen Dichtung und Deckel und Dichtring und Behälterwand durch Dehnung des Dichtringes derart gemindert werden, daß der Dichtring an Deckelboden und Behälterwand voll anliegt. Die eingesetzten Dichtungselemente 14 können nicht durch die Spalte herausgedrückt werden. Sie dichten vollständig ab.

Eine Ausführungsvariante zu F i g. 1 wird in F i g. 2 dargestellt. Um Herstellungstoleranzen auszugleichen und die Dichtungen beim Zusammenbau bzw. Lösen weniger zu strapazieren, wird der Dichtring 13 am Dekkelboden 6 beweglich angebracht. Der Haltering 15 ist an seiner Außenseite so ausgebildet, daß der Dichtring 13 sowohl radial als auch axial Luft hat und frei beweglich ist. Dadurch werden Bearbeitungstoleranzen in bezug auf Unrundheit von Gefäß- und/oder Deckel- und Zentrierungstoleranzen als Folge der doppelten Kegelstumpfflächen 5 und Stützflächen 8 auf einfache Weise ausgeglichen. Der verschiebbar angeordnete Dichtring 13 erlaubt insbesondere bei größeren Deckeldurchmessern größere Fertigungsloleran/.cn an Mantel und Dekkel des Druckbehälters und garantiert, da er sieh bereits bei relativ niedrigen Drücken vollständig an die Wand ■j und den Deckel des Druckbehälters anlegt wobei der Dichtspalt dadurch gegen Null geht, absolute Dichtheit des Innenraumes bei sich aufbauendem Druck.

Hochdruckbehälter für die Behandlung von Lebensmitteln oder aggressiver Stufte werden gemäß Fig. 3

to mit einer inneren Auskleidung, einem Hemd aus Sondermetall, versehen. Dieses Hemd 16. ζ. Β. aus Chrom-Nickel-Stahl, wird in wirtschaftlich optimaler Weise derart eingebracht, daß es außerhalb des Hochdruckbehälters aus Blechmaterial gerollt und längsnahtgeschweißt wird. Infolge seiner Unrundheit muß es erst mit einem Außendurchmesser-Unlermaß von ca. 3—5 mm in bezug auf den Innendurchmesser des Hochdruckbehälters hergestellt werden. Nach dem Einziehen des Hemdes in den Hochdruckbehälter liegt entsprechendes Spiel vor. Das sichere Abdichten des Dichtringes 13 wird hier erreicht, indem an das Hemd ein Schleißring 17 angesetzt wird, und zwar mittels Schweißung an der Fase 18. Der Schleißring 17 ist fast spielfrei eingebaut, und seine Innenbohrung weist hohe Oberflächengüte auf. Nach der druckdichten Verschweißung und beim ersten Druckaufbau im Hochdruckbehälter wird das dünnwandige Hemd so gedehnt, daß es zur Anlage an der Behälterinnenwand kommt. Infolge der Rundheit des Schleißringes 17 und seiner inneren Oberflächengüte wird der Dichtring in seiner Dichtfunktion nicht behindert.

Sollte die Dichtwirkung im Verlauf von vielen Öffnungs- und Schließvorgängen nachlassen, kann sowohl der Sehleißring 17 als auch der Dichtring 13 zeit- und

J5 kostengünstig ausgewechselt werden.

Nach F i g. 4 kann die Zahl der Öffnungs- und Schließvorgänge über den Innenverschluß bei der chargenweisen Behandlung von Stoffen im Hochdruckbehälter gemindert werden, wenn diese Stoffe durch eine Öffnung geringeren Durchmessers als der Innendurchmesser des Hochdruckbehälters eingegeben und entnommen werden können. Der kleinere Beschickungsdeckel 19 wird durch eine Spiudelverschraubung 20 von unten gegen den Deckel 4 des Hochdruckbehälter gezogen, wobei die eigentliche Abdichtung durch das in die Nut 21 eingelegte Dichtelcment 22, welches ebenfalls ein O-Ring oder ein federunterstütztes Dichtelement sein kann, erfolgt. Über den schwenk- oder verschiebbar gelagerten Bügel 23 ist der Beschickungsdeckel mit dem Hauptdekkel beweglich verbunden.

Der Boden des Hochdruckbehälters kann, falls er nicht angeschmiedet ist, mit einem konstruktiv gleichartigen Deckel verschlossen werden. Anstelle des kleinen Bcschickungsdcckcls kann der Hochdruck-Behälter auch andere Füll- und Entnahmcelemente für die Flüssigkeiten oder Feststoffe enthalten.

Die Verwendbarkeit der beschriebenen Abdichtung für einen Druckbehälter ist nicht beschränkt; insbesondere dient der Druckbehälter zur diskontinuierlichen

bo Extraktion pflanzlicher Inhaltstoffe mittels überkritischer Gase.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Abdichtung für einen Hochdruck-Behälter (1) mit InnenverschiuB, wobei der Innenversehiuß im wesentlichen aus dem Deckel (4), den Stützsegmcnten (7) und dem Dichtelemem besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das elastisch aufweitbare Dichtelement (12) auf dem Deckelbodcn (4) mittels Haltering (15) radial verschiebbar positioniert ist.

2. Abdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Dichtelements (12) ein Schleißring (17) an einem dünnwandigen eingezogenen Hemd (16) druckdicht angesetzt ist.

3. Abdichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der SchleiBnng (17) ein Drehteil ist mit angearbeiteter Fase (18) an der dem Hemd (16) zugewandten Seite und daß die Spielpassung des Schleißringes zu dem Hochdruckbehälter (1) ein Bruchteil der Spiclpassung des Hemdes ist.