CH343376A - Hochdruckzylinder - Google Patents

Description

  
 



  Hochdruckzylinder
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zylinder, der bei einem verhältnismässig grossen Durchmesser einen innern Überdruck von z. B. mehreren tausend Atmosphären aushalten kann. Ein derartiger Zylinder kann beispielsweise als Mantel in einem Kessel dienen, der für die Durchführung eines chemischen Prozesses unter hohem Druck verwendet wird.



   Es ist nicht möglich, einen Hochdruckzylinder für einen sehr hohen Druck wie ein Rohr aus massivem Material herzustellen, weil bei grosser Wanddicke eine sehr ungünstige Spannungsverteilung erhalten wird. Die Spannung fällt nämlich sehr schnell mit dem Abstand von der innern Fläche des Zylinders, weshalb eine vergrösserte Wandstärke die Festigkeit des Zylinders nur unbedeutend erhöht. Kann man aber in irgendeiner Weise der äussern Schicht der Zylinderwand eine Vorspannung geben, wird das Vermögen des Zylinders, einem innern Überdruck zu widerstehen, bedeutend erhöht. Ein Hochdruckzylinder wird deshalb gewöhnlich aus einem verhältnismässig dünnwandigen Rohr mit einem oder mehreren auf demselben aufgeschrumpften Mänteln hergestellt.

   Die Vorspannung kann auch durch das Umwickeln mit einer oder mehreren Schichten von Draht oder Band mit hoher Festigkeit erhalten werden, wobei der Draht oder das Band mit einer gewissen Vorspannung auf das Rohr aufgewickelt wird. Diese Vorspannung soll von der einen Schicht zur nächstfolgenden in der Weise verändert werden, dass wenn der Druck in dem Zylinder der höchst beabsichtigte wird, die Spannung in dem Bandmantel praktisch von der innersten bis zur äussersten Schicht dieselbe ist. Bei Zylindern dieser Art wird aber die Festigkeit des Drahts oder Bandes an den Verbindungs- und Umkehrstellen geschwächt, das heisst an den Stellen, wo das Band aus einer Schicht in die nachfolgende übergeht. Die Festigkeit des Drahtoder Bandmaterials wird deshalb nicht vollständig ausgenützt.



   Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hochdruckzylinder mit einem innern Rohr und einem um dieses Rohr gewickelten Band- oder Drahtmantel und zwei Flanschen, die an den Enden des Rohres angeordnet sind. Erfindungsgemäss ist der Mantel in zwei oder mehr Gruppen von Wicklungsschichten aufgeteilt, wobei sämtliche Schichten jeder Gruppe dieselbe Gangrichtung haben, während beim   Übergang    von einer Gruppe zur andern die Gangrichtung wechselt.



   Dabei ist es zweckmässig, beim   Ubergang    von einer Wicklungsschicht zur nächsten innerhalb einer Gruppe mit derselben Gangrichtung ihrer Schichten das Band oder den Draht um einen von mehreren, in den Flanschen befestigten Stiften um 1800 zu biegen und zu dem Mantel zurückzuführen, dagegen beim Übergang von der letzten Schicht einer Gruppe zu der ersten Schicht in der nachfolgenden Gruppe das Band oder den Draht nur um   90o    um einen der in den Flanschen angeordneten Stifte zu biegen.



  Wenn das Band oder der Draht verlängert werden muss, geschieht dies mit Vorteil ausserhalb des Mantels, und zwar zwischen dem Mantel und den in den Flanschen angeordneten Stiften. Das innere Rohr des Zylinders ist zweckmässigerweise mit den Flanschen so verbunden, dass es unabhängig von denselben seinen Durchmesser vergrössern oder verkleinern kann, aber es soll dabei im Verhältnis zu denselben zentriert sein. Das Rohr ist deshalb z. B. mit wenigstens drei Ansätzen versehen, wobei in den Flanschen oder in in diesen angebrachten, beweglichen Ringen radiale Nuten vorgesehen sind, in denen die Ansätze sich radial verschieben können.



   Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung an einem Beispiel und einer   Detailvariante näher erläutert. Die Fig. 1 und 2 zeigen schematisch einen Zylinder nach der Erfindung. Die Fig. 3 und 5 stellen eine praktische Ausführungsform dar. Fig. 1 ist ein Schnitt längs der Linie B-B in Fig. 2, und Fig. 2 ein Schnitt längs der Linie A-A in Fig. 1. Fig. 3 ist eine Endansicht des Zylinders, wobei der eine Flansch teilweise weggebrochen ist. Fig. 4 ist eine Perspektivansicht des Zylinders, wenn nur eine geringe Zahl von Schichten auf das Rohr aufgewickelt sind. Fig. 5 zeigt eine Art der Verbindung des innern Rohres mit einem Flansch.



   In Fig. 1 bezeichnet 1 ein zylindrisches Rohr, das an beiden Enden mit einer Anzahl von Ansätzen 2 versehen ist. An jedem Ende des Rohres ist ein Flansch 3 vorhanden. Diese Flansche sind mit radial gerichteten Nuten 4 mit parallelen Seiten versehen, in denen die Ansätze 2 sich in radialer Richtung frei bewegen können. Hierdurch werden die geometrischen Achsen der Flansche und des Rohres im Verhältnis zueinander fixiert, aber das Rohr kann sich frei erweitern oder zusammenziehen, je nach Veränderung des Druckes im Zylinder. 5 bezeichnet in die Flansche 3 eingesetzte zylindrische Stifte.



  6 sind Bolzen, welche die Flansche zusammenhalten.



  7 ist eine Wand, die mit beiden Flanschen verbunden ist und das Moment von dem einen Flansch auf den andern überführt. Hierdurch werden die Ansätze 2 entlastet, so dass sie sich leicht in den Nuten 4 bewegen können. 8 bezeichnet das Stahlband, aus dem der Mantel aufgebaut ist.



   Das Band 8 wird in folgender Weise auf das Rohr 1 aufgewickelt: Das eine Ende des Bandes ist z. B. an dem linken Flansch 3 befestigt und mit einer gewissen Spannung um das Rohr von links nach rechts zu einer dichten Bandschraube gewickelt.



  Die Bandschraube bedeckt also das Rohr vollständig; die Steigung ist gleich der Breite des Bandes. Am rechten Flansch verlässt das Band das Rohr 1 in tangentialer Richtung. Es wird beim rechten Flansch um   180     um einen Stift 5 gebogen und nun auf die schon angebrachte Schicht nach links aufgewickelt, aber mit derselben Steigung. Die Gangrichtung der beiden Bandschichten ist also dieselbe. In dieser Weise werden x-Schichten, die x-Gruppe genannt sei, aufgewickelt. In dieser Gruppe wird das Band also zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schichten über einen Stift 5 um   1800    gebogen und läuft von dort mit derselben Gangsteigung, aber mit entgegengesetzter Rotationsrichtung auf der unterliegenden Schicht im Mantel zurück.

   Nach der letzten x-Schicht wird das Band nur um   90o    um einen Stift 5a gebogen, und in der nächsten Schicht, die y-Schicht genannt werde, ist das Band in derselben Rotationsrichtung, aber in entgegengesetzter Axialrichtung auf der darunterliegenden Schicht aufgewickelt. Die Gangrichtung der Bandschraube wird deshalb beim Übergang des Bandes von der einen zur andern Gruppe wechseln. Danach wird noch eine Schicht in derselben Weise wie die vorhergehende aufgewickelt. In dieser letzten Gruppe von Schichten wird also das Band zwischen jeder Schicht auch um   1800    um einen Stift 5 gebogen, und es hat in jeder dieser Schichten gleiche Gangrichtung mit abwechselnder Windungsrichtung.



   Da das Band beim Übergang von der einen Schicht zur andern um   180     um einen Stift 5 gebogen wird, wird die Spannung in dem Band ein Drehmoment zwischen dem Rohr und den Flanschen hervorrufen. Das Band in der x-Gruppe und das Band in der y-Gruppe verursachen aber entgegengesetzte Momente Mx und My, die durch eine zweckmässige Wahl von x-Schichten bzw. y-Schichten bei einem gewissen Druck im Zylinder gleich gross gemacht werden können. Bei jedem andern Druck wird aber der Unterschied der Momente (Mx-My) ungleich 0 werden, weil die Bandspannung eine Funktion des Druckes ist. Das resultierende Moment   (Mx-My)    ist in beiden Flanschen gleich und wird von dem einen Flansch zu dem andern durch die Ansätze 2 und das Rohr 1 übergeführt.



  Dies würde aber grosse Kräfte auf den Ansätzen 2 verursachen, so dass zwischen diesen und den Nuten grosse Reibungskräfte entstehen würden. Es ist deshalb zweckmässig, das Moment (Mx-My) des einen Flansches zum andern mittels einer Blechwand 7 zu überführen.



   Erforderliche Verbindungen bei der Verlängerung des Bandes werden auf der geraden Strecke zwischen der äussern Schicht des Bandmantels und den Stiften vorgenommen. Die Verbindung wird dabei so ausgeführt, dass sie ebenso stark ist wie das Band selbst.



   In Fig. 3 wird eine Endansicht des Zylinders in fertigem Zustand gezeigt. In dieser Ansicht ist der grösste Teil des einen Flansches 3 als weggeschnitten gedacht. Der fertige Bandmantel wird mit 9 bezeichnet. In dieser Figur wird auch gezeigt, wie die Enden des Bandes an einem Flansch 3 befestigt werden. Das Band 8 wird in einen Schlitz in einem Stift   5b    eingelegt, und eine Hülse 10, die auf dem Band festgeklemmt wird, überführt die Kraft von dem Band zu dem Stift.



   Fig. 4 zeigt den Zylinder, wenn erst eine oder zwei Bandschichten auf das innere Rohr aufgewickelt sind. Diese Figur zeigt deutlich, wie das Band 8 beim Übergang von einer Schicht zur nächsten um 1800 um einen Stift 5 gebogen wird. Die strichpunktierte Linie 11 zeigt den Durchmesser des Bandmantels in fertigem Zustand.



   In Fig. 5 wird gezeigt, wie das Rohr 1 und die Flansche 3 im Verhältnis zueinander so fixiert werden können, dass kein Moment von dem Flansch zum Rohr übergeführt werden kann. Im Flansch 3 ist ein Ring 12 drehbar angeordnet. In dem Ring 12 sind radiale Nuten, in denen die Absätze 2 sich frei radial bewegen können. Da bei dieser Anordnung der Ring frei in Verhältnis zu dem Flansch rotieren kann, muss das ganze Moment (Mx-My)  von dem einen Flansch auf den andern durch die vorher erwähnte Blechwand 7 überführt werden.   

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Hochdruckzylinder mit einem innern Rohr und einem um dieses Rohr gewickelten Band- oder Drahtmantel und zwei Flanschen, die an den Enden des Rohres angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel in zwei oder mehr Gruppen von Wicklungsschichten aufgeteilt ist, wobei sämtliche Schichten jeder Gruppe dieselbe Gangrichtung haben, während beim Übergang von einer Gruppe zur andern die Gangrichtung wechselt.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Hochdruckzylinder nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Band bzw. der Draht beim Übergang von einer Schicht zur nächstfolgenden innerhalb einer Gruppe um 1800 um einen von mehreren, in den Flanschen angebrachten Stiften gebogen ist, während das Band bzw. der Draht beim Übergang von der letzten Schicht einer Gruppe zur ersten Schicht in der folgenden Gruppe um 90o um einen der in den Flanschen angebrachten Stifte gebogen ist.

   2. Hochdruckzylinder nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vorkommende Verbindungen zur Verlängerung des Bandes auf den Teilen des Bandes angebracht sind, die zwischen der äussern Schicht des Mantels und den genannten Stiften in den Flanschen angeordnet sind.

   3. Hochdruckzylinder nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr an beiden Enden mit drei oder mehr Ansätzen versehen ist, die sich bei Durchmesserveränderungen im Rohr in radialen Nuten in den Flanschen radial bewegen können.

   4. Hochdruckzylinder nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr an beiden Enden mit drei oder mehr Ansätzen versehen ist, die sich in radialen Nuten in, in den Flanschen drehbar angeordneten Ringen bewegen können.

   5. Hochdruckzylinder nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Flansche durch eine Blechwand verbunden sind.