DE2045758A1 - Druckbehälter - Google Patents

Description

Western Electric Goapany, Incorporated 2045759

New York / USA VEHKATBSA]T, P»S.

Druckbehälter

Die Erfindung betrifft Druckbehälter für unter Druck gehaltene Strömungsmittel oder Druckmittel und insbesondere Hochdruekmittel bzw. Druckbehälter für Strömungsmittel, die ä wiederholt oder unendlich (unendlich in dem Sinn, daß die Kurbelwelle eines Automobila für eine unendliche Arbeitsspiellebensdauer ausgelegt ist) unter Druck gesetzt werden können bzw. bei welchen der Druck aufgehoben wird. Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Druckbehälters für bis zu einer gegebenen Höhe gehaltenen Strömungsmittel, wobei der V/erkstoff, aus welchem der Druckbehälter besteht, wirkungsvollere Verwendung findet und darüber hinaus der Druckbehälter Strömungsmittel enthalten kann, die auf Druckhöhen über die Ermüdungsgrenze oder Dauerfestigkeit der "festesten"

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handelsüblichen, d.h. nicht speziell hergestellten Werkstoffe hinaus gehalten werden.

Es gibt viele Bauarten von Druckbehältern des vorbekannten Standes der Technik, die ein Druckmittel in einer Zentralkammer enthalten. Manche Druckbehälter des vorbekannten Standes der !Technik weisen eine Anordnung radial befindlicher Segmentblöcke auf, die als Radialstütze für die Zentralkammer dienen, wenn das in ihr enthaltene Strömungsmittel auf seine Arbeitshöhe unter Druck gesetzt wird. Andere vorbekannte Druckbehälter weisen die sogenannte Mehrfachring- oder Schrumpfringanordnung auf, bei welcher die gegenseitige Beeinflussung benachbarter Ringe derart ist, daß die Anordnung im allgemeinen radial nach innen vorgespannt wird, wenn der Druck des Strömungsmittels aufgehoben wird, so daß die Mehrfachringanordnung bei ihrer Belastung mit einem größeren Fassungsvermögen für unter Druck gehaltenes Strömungsmittel versehen wird.

Die Blöcke der Druckbehälter mit einer Reihe radial angeordneter Segmentblöcke nach dem Stand der Technik sind als Segmentblöoke ausgebildet, um die Erzeugung unerwünschter oder schädlicher Tangentialspannungen bzw. -beanspruchungen zu vermeiden, wenn das Strömungsmittel auf seine vorbestimmte Arbeitshöhe unter Druck gesetzt wird. Es ist auoh bekannt, das Druckfassungsvermögen solcher Druckbehälter zu erhöhen, indem eine radiale Stützspannung für die Segmentblöoke vorgesehen wird, so daß die Radialspannung der Blöcke bei einem Strömungsmittel einer vorbestimmten Arbeitsdruckhöhe innerhalb tragbarer Grenzen gehalten wird. Eine derartige radiale Stützspannung wird gewöhnlich mit Hilfe eines die Blöcke konzentrisch umgebenden Körpers aus einem Stützdruokmittel erhalten.

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Was die Druckbehälter mit einer Mehrfachringanordnung nach dem Stand der Technik anbetrifft, ist beim Bestreben, das Druckfassungsvermögen dieser Druckbehälter zu erhöhen, das Augenmerk hauptsächlich auf die Tangentialspannung in den Ringen gerichtet worden, wenn das Strömungsmittel unter seinen Arbeitsdruck gesetzt wird. Insbesondere hat man bei diesen Druckbehältern eine radiale Wechselwirkung zwischen den Eingen zur Herabsetzung der Tangentialspannung der Ringe vorgesehen, wenn das Strömungsmittel unter Druck gesetzt wurde, und zwar zur Herabsetzung der Tangentialspannung von μ dem Wert einer Spannung, die in einem aus einem Monolithblock bestehenden Druckbehälter vorhanden ist, dessen Strömungsmittel auf ähnliche Weise unter Druck gehalten wird. Solche radiale Wechselwirkungen werden beim Stand der Technik gewöhnlich empirisch bestimmt; beim Stand der Technik sind jedenfalls Gleichungen für die Radialgegenwirkungen bei einem Zweiring-Druckbehälter erhältlich, wodurch die Tangentialspannung an der Behälterbohrung in oder unterhalb einer gewählten Höhe gehalten werden kann. Für mehr als zwei Ringe aufweisende Druckbehälter sind solche Gleichungen nicht vorhanden, und es wurde gefunden, daß die vorbekannten Druckbehälter mit mehr als zwei Ringen willkürliehe oder * gar aufs Geratewohl entstandene Tangentialspannungsbilder an ' den Ringbestandteilen in Abhängigkeit von den jeweiligen radialen Wechselwirkungen zwischen den Ringen aufweisen.

Zwei hauptsächliche Überlegungen müssen in Bezug auf jeden beliebigen Druckbehälter angestellt werden: 1.) hinsichtlich der Druckhöhe, auf welche das im Druckbehälter enthaltene Strömungsmittel ohne Bruchgefahr sicher unter Druck gesetzt werden kann und 2.) hinsichtlich der Frage, wie oft das im Behälter enthaltene Strömungsmittel auf die obere Arbeitsdruckhöhe unter Druck gesetzt bzw. wie oft der Druck

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aufgehoben werden kann, bevor der Druckbehälter infolge von Materialermüdung betriebsunfähig wird, d.h. hinsichtlich der Betriebsdauer des Behälters.

Die oben genannten Druckbehälter nach dem Stand der Technik genügen im allgemeinen diesen beiden betrieblichen Erfordernissen unter Arbeitsbedingungen mit den unteren Druckhöhen (z.B. unterhalb 10500 kg/cm ); und, wie bekannt, können solche Behälter unter Verwendung hochwertiger speziell hergestellter Materialien und/oder kostspieliger und komplizierter baulicher Anordnungen Drücke bis und über 35000 kg/fcm enthalten. Solche erhöhte Drücke enthaltende Behälter haben jedoch entweder eine äußerst kurze Zykluslebensdauer (gewöhnlich zehn oder weniger als zehn Zyklen), so daß sie für den Markt nicht in Frage kommen, oder sie sind unbrauchbar, da sie derart kostspielig, kompliziert oder massiv sind, daß sie nicht marktgängig sind.

Was die Zykluslebensdauer anbetrifft, erhellt sie besonders aus der Tatsache, daß die Ermüdungs- oder Dauerfestigkeitsgrenze der "festesten" zur Zeit im IJandel erhältlichen (d.h. nicht speziell hergestellter) Materialien — beispielsweise wannvergüteter Stahl — bei nur etwa 10500 kg/cm liegt. Dies besagt, daß ein, wie oben beschrieben, aus warmvergütetem Stahl hergestellter Druckbehälter nach dem vorbekannten Stand der Technik gewiß nicht für Drücke oberhalb oder gar geringfügig unterhalb 10500 kg/cra verwendet werden kann, ohne eine unerwünscht gekürzte Zykluslebensdauer in Kauf nehmen zu müssen. Diese Grenze setzt offensichtlich eine Schranke für den Handel von Druckbehältern, bei welchen Drücke des Strömungsmittels oberhalb 10500 kg/cm erforder-Ii«h sind oder bei welchen gefunden worden ist, daß solche Drücke zur Materialverformung oder -formgebung sehr er-

1 Ü . L I ι ', 3 /,

wünscht sind; und was noch wichtiger ist, eine solche Grenze macht es den Druck "behältern nach dem Stand der Technik unmöglich, eine unendliche Zykluslebensdauer zu haben (wie oben festgestellt wurde, versteht man unter unendlicher Zykluslebensdauer, daß die Kurbelwelle eines Automobils -so ausgelegt ist, daß sie eine unendliche Zykluslebensdauer hat).

Demgemäß besteht auf dem Gebiet der Druckbehälter ein Bedarf an Druckbehältern unter wirkungsvollerer Verwendung des Be- ^ standteilmaterials, die marktgängig sind und ein unter hohem Druck gehaltenes Arbeitsströmungsmittel enthalten können, dessen Druckhöhe über die Ermüdungs- oder Dauerfestigkeitsgrenze des Materials hinausgeht, aus welchen der Druckbehälter hergestellt ist. Darüber hinaus besteht ein Bedarf an Druckbehältern mit unendlicher Zykluslebensdauer in dem oben erwähnten Sinn.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Druckbehälters für Strömungsmittel und insbesondere für unter hohem Druck stehende Strömungsmittel, der — wie oben erwähnt — eine unendliche lebensdauer hinsichtlich der zyklisch erfolgenden Arbeitsgänge bei ünterdrucksetzung bzw. f Druckaufhebung hat. Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist ferner die Schaffung eines Druckbehälters unter wirkungsvollerer Verwendung des Bestandteilmaterials, so daß der Druckbehälter Strömungsmittel enthalten kann, die auf eine gegebene Druekhöhe unter Druck gesetzt werden. Darüber hinaus ist das Ziel der Erfindung, einen Druckbehälter für Hochdruckmittel zu schaffen, der aus handelsüblichen Materialien herstellbar ist, deren Ermüdungs- oder Dauerfesti'gkeitsgrenze unter der Druckhöhe liegt, auf welche die im Behälter enthaltenen Strömungsmittel unter Druck gesetzt werden.

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Was insbesondere die unendliche Zykluslebensdauer des Materials des Druckbehälters anbetrifft, wurde gefunden, daß das zwingende Kriterium nicht eine beliebige einzelne Spannung oder Beanspruchung ist, der das Material ausgesetzt ist, d.h. die Radialspannung S^ oder die Axialspannung S„ oder die Tangentialspannung (Stahlbandspannung) S+, sondern eher die kombinierte Wirkung dieser Spannungen, die v. Mise als die "Arbeitsspannung" S_w bezeichnet und die wie folgt ausgedrückt wurde:

Die Arbeitsspannung S hat v. Mise der Streckgrenze bzw.

Knickfestigkeit gleichgestellt und wird allgemein so behandelt; nach der erfindungsgemäßen Lehre jedoch, worin die Arbeitsspannung S_m mit der Ermüdunes- oder Dauerfestigkeits grenze S~ des Materials, aus welchem der Druckbehälter hergestellt ist, gleichgemacht wird und unter Verwendung des Materials gemäß der vorliegenden Erfindung, so daß der v. Mise-Gleichung genügt wird, wenn der Behälter auf seine vorbestimmte Arbeitshöhe belastet ist, weist der Druckbehälter eine unendliche Zykluslebensdauer auf und kann mit Sicherheit und Marktgängigkeit Strömungsmittel enthalten, die unter Druck gesetzt sind, dessen Höhe über die Ermüdungs-oder Dauerfestigkeitsgrenze des Materials, aus welchem der Behälter hergestellt ist, hinausgeht.

Die oben erwähnten Schwierigkeiten des Standes der Technik sind beim erfindungegemäßen Druckbehälter überwunden, der eine Reihe radial angeordneter Segmentblöcke enthält, die mit axialen und tangentialen Preßdruokstützkräften versehen werden, so daß, ist das unter Druck stehende, im Druckbehälter enthaltene Strömungsmittel auf seine vorbestimmte Arbeitsdruokhöhe gehalten, die Arbeitsspannung an

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der Anordnung der Segmentblöcke die Ermüdungs- oder Dauerfes tigkeitsgrenze des Materials nicht übersteigt, aus welchem die Blöcke hergestellt sind. Die Probleme des vorbekannten Standes der Technik sind darüber hinaus bei dem erfindungsgemäßen Druckbehälter gelöst, der eine Mehrfachringanordnung enthält, bei welcher die Wechselwirkungen zwischen benachbarten Ringen so gewählt sind, daß an jedem Radius, mit Ausnahme des äußersten, die Arbeitsspannungen im wesentlichen gleichgemacht sind und auch im wesentlichen gleich oder unterhalb der Ermüdungs- oder Dauerfestigkeitsgrenze (j des Materials sind, aus welchem die Ringe hergestellt sind.

Die Hauptvorteile der erfindungsgemäßen Druckbehälter· bestehen darin, daß eine wirkungsvollere Verwendung des Bestandteilmaterials ermöglicht ist, um auf eine gegebene Druckhöhe unter Hochdruck gehaltene Strömungsmittel zu enthalten, wobei die erfindungsgemäßen Druckbehälter eine unendliche Zykluslebensdauer haben, Erfindungsgemäß wird ferner ermöglicht, die Druckbehälter aus handelsüblichen Materialien herzustellen, deren Ermüdungs- oder Dauerfestigkeitsgrenze unter der Druckhöhe liegt, die für das im Druckbehälter enthaltene Hochdruekmittel aufrechterhalten wird. g

In den Zeichnungen zeigen:

5¹Ig. 1 eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Druckbehälter;

Pig. 2 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 und 4 sehematische Ansichten einer erfindungsgemäßen Ausführungsform einei Anordnung radial befindlicher Segmentblöcke; und

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Fig. 5 eine Berechnungstabelle nach einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel· in Bezog auf eine Mehrfachringanordnung.

Die Fig. 1 und 2 zeigen schematisch einen erfindungsgemäßen Druckbehälter 10. Der Druckbehälter weist eine innere Anordnung radial befindlicher Segmentblöcke 12 nach der vorliegenden Erfindung und zum Stützen eines Körpers aus Hochdrucksarbeitsströmungsmittel 11 einen zwischenliegenden zylindrischen Mantel aus Stützströmungsmittel 14, sowie eine erfindungsgemäße Anordnung von Mehrfachringen 16 nach der vorliegenden Erfindung auf, die das Stützströmungsmittel 14- oder ein Arbeitsströmungsmittel wie das Strömungsmittel 11 enthalten. Das Arbeitsströmungsraittel 11 ist in einer mittig vorgesehenen Kammer 17 und das Stützströmungsmittel 14 ist in einer kreisringförmigen Kammer 18 enthalten, welche die Anordnung der Segmentblöcke 12 konzentrisch umgibt.

Der Druckbehälter ist mit Endteilen 20 und 22 versehen, die so ausgebildet sind, daß sie kreisringförmige Körper a.us Stützströmungsmittel 24 bzw. 26 aufnehmen und enthalten können. Die Stützströmungsmittel 24 bzv/. 26 dienen zum Vorspannen von kolbenartigen Teilen 28 bzv/. 30 und um eine nach innen gerichtete axiale Preßdruckstütze für die Segmentblöcke 12 auf eine nachstehend näher beschriebene Weise zu bilden. Die Endteile 20 und 22 weisen zweckmäßige Bohrungen auf, in welchen die entgegengesetzten Oberkolben 32 und Unterkolben 34 gleitend aufgenommen sind, die angetrieben werden können, um das innerhalb der mittig vorgesehenen Druckkammer 17 enthaltene Druckströmungsmittel 11 unter Druck zu setzen. Innerhalb der Druckkammer 17 ist auch ein Dichtungsabstützzylinder 40 zum Halten geeigneter Strömungsmitteldichtungen S in an sich bekannter Weise angeordnet, welche die Kolben 3? und 34 in ihren entsprechenden Abdichtun/icstellunfren umgeben. Der Druckbehälter 10 ist ferner in an sich bekannter Weise mit nn ,jeder Seite der Anordnung der ooguiontl¹] <ie];e 1? angeordnet lh ,^eci/;netcn Auskleidungen L vergehen, ^ ir H;_;.r> Hooh<1ruo]<i;ij 1 +r-1 daren hinderr., "wischen djti Uepiunii H > ^;ekr ru strömen,

BAD ORIGINAL

Die radial angeordneten Segmentblöcke 12 werden im allgemeinen mit einer axialen Preßdruckstützspannung aus den Teilen 28 und 30 und mit tangentialen Preßdruekstutζspannungen oder -kräften aus dem Stützströmungsmittel 14 versorgt, so daß — ist das Arbeitsströmungsmittel auf seine Arbeitsdruckhöhe unter Druck gesetzt — die Arbeitsspannung S_ an den Segmenfblöcken die Ermüdungs- oder Dauerfestigkeitsbeanspruehung S_f des Materials, aus welchem die Blöcke hergestellt sind, nicht oder im wesentlichen nicht übersteigt; das Arbeitsströmungsmittel 11 kann also wiederholt unter Druck gesetzt und der Druck kann wiederholt aufgehoben werden, ohne daß die Arbeitsspannung an der An- ä Ordnung der Segmentblöcke 12 die Ermüdungsgrenze des Materials, aus welchem die Blöcke hergestellt sind, im wesentlichen übersteigt, so daß die Anordnung der Segmentblöcke mit einer unendlichen Zykluslebensdauer versehen wird. Die Interferenzen zwischen benachbarten Ringbestandteilen der Mehrfachringanordnung 16 sind ferner im allgemeinen so gewählt worden, daß — ist das durch diese gestützte Strömungsmittel auf seine vorbestimmte Arbeitsdruckhöhe unter Druck gesetzt worden — die Arbeitsspannung S an jedem Ring die Ermüdungs- oder Dauerfestigkeitsgrenze S_f des Materials, aus welchem die Mehrfachringe hergestellt sind, nicht übersteigt, wodurch eine endlose Zykluslebensdauer der Mehrfachringanordnung erzielt wird, und ^ daß die Arbeitsspannungen S an den Grenzflächen zwischen den Ringen (oder an den Radien R~, R₂ und R. der Hg. 2) gleich oder zumindest im wesentlichen gleich sind und somit eine wirkungsvollere Verwendung des Materials für die Ringe erzielt wird.

Die Anordnung der Segmentblöcke 12 der Fig. 1 und 2 ist vorgesehen, um die Erzeugung tangentialer Zugspannungen zu verhindern, die das Material, aus welchem die Blöcke hergestellt sind, rasch zerstören können, insbesondere dann, wenn es gewünscht wird, einen Arbeitsdruck P vcn etwa 21000 ka/cm zu haben, aber die Blöcke aus handelsüblichem Materialien hergestellt sind.

Wie oben erwähnt, liegt die Ermüdung3- oder Dauerfestigkeita-

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1 0 H [-: 1 4 / 1 5 3 A

grenze Sf der "festesten" handelsüblichen Materialien, wie von warmvergütetem Stahl bei etwa 10500 kg/cm ; es wird angenommen, daß die Blöcke 12 aus einem Material hergestellt sind, dessen Ermüdungs- oder Dauerfestigkeitsgrenze bei 10500 kg/cm liegt. Es wird ferner angenommen, daß das Arbeitsströmungsmittel 11 unter einem Arbeitsdruck P von

ρ O

21000 kg/cm gehalten wird. Das Stützströmungsmittel 14 wird unter Druck mit einer Druckhöhe P₁ gesetzt, die bei-

p '

spielsweise bei 7000 kg/cm liegen kann. Erfindungsgemäß kann aber selbstverständlich auch eine andere beliebige Druckhöhe P₁ gewählt werden.

Wie oben erwähnt und aufgrund der oben angenommenen Verhältnisse muß demgemäß die Arbeitsspannung S_m an jedem Punkt der Anordnung 10500 kg/cm , die angenommene Ermüdungs- oder Dauerfestigkeitsgrenze S^ des Materials, aus welchem die Blöcke 12 hergestellt sind, nicht überschreiten, wenn das durch diese gestützte Strömungsmittel auf seine vorbestimnte Arbeitsdruckhöhe untc I- ack gesetzt worden ist, falls eine unendliche Zykluslebenadauer der Anordnung 12 erwünscht ist. Im rechten Abschnitt der Anordnung 12 der Fig. 3 ist ein Stück einer Radialspannung S über der Radiallänge L₁ eines darstellenden Segmentblocks 44 der Anordnung 12 gelagert, wobei die Radial spannung S die Radi al spannung ist, die vom Block 44 erfahren wird, wenn das Arbeitsströmungsmittel 11 auf die angenommene Arbeitsdruckhöhe P₀ 21000 kg/cm und das Stützströmungsmittel 14 auf die angenommene Druckhöhe 7000 kg/cm unter Druck gesetzt wird. (Es versteht sich in diesem Zusammenhang, d.h., wenn Stützspannungen oder -kräfte noch nicht angelegt sind, daß die Arbeitsspannung S_w der Radialspannung S an jedem Punkt der Radiallänge L₁ gleich ist, da die Anordnung der Blöcke 12 nur eine Radialspannung erfährt. Die Auftragung in Fig. 3 ist also eine Auftragung der Arbeitsspannung S gegenüber der Länge L₁). Es ist also

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ersichtlich, daß die Radialspannung S und die Arbeitsspannung S_w entlang der Radiallänge L₁ des Blocksegments 44 von annähernd 21000 kg/cm an der Bohrung D₁ der Druck-

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kammer 38 auf 7000 kg/cm am Durchmesser D_P fallen wird;

Q C-

7000 kg/cm ist der angenommene Wert des Stützströmungsmitteldruckes P..,

Da der Stütz strömungsmitteldruck P₁ 7000 kg/cm kleiner als

die zulässige Arbeitsspannung S_ von 10500 kg/cm des Mate-

rials des Blocks 44 ist, sinkt die Radialspannung S_r und λ die Arbeitsspannung S entlang der Radiallänge L₁ des Blockes 44 auf den We*"t der zulässigen Arbeitsspannung S_m

an einem Durchmesser D , der — wie gezeigt — zwischen dem Durchmesser D₁ der Bohrung oder Kammer 17 und dem Durchmesser D₂ des Strömungsmittelstützmantels liegt. Es leuchtet ein, daß die Radialspannung S^ und die Arbeitsspannung S_ zwischen dem Durchmesser D und dem Durchmesser Dp, wie durch die Schraffurlinien im trapezförmigen Bereich A₂ dargestellt, kleiner als die zulässige Arbeitsspannung von

10500 kg/cm sind, so daß dieser Bereich unbeachtet bleiben kann. Zur Erzielung einer unendlichen Zykluslebensdauer muß jedoch die Arbeitsspannung oberhalb 10500 kg/cm zwischen dem Kammerdurchmesser D₁ und dem Durchmesser D (wie durch. ™ den dreieckigen Sehraffurbereich A-, dargestellt) herabgesetzt werden und der zulässigen Arbeitsspannung S von

Q W

10500 kg/cm gleich oder kleiner als diese sein.

Es wurde gefunden, daß diese Herabsetzung der Arbeitsspannung erzielt werden kann, indem — wie in Fig. 4 schematisch dargestellt —- eine axiale Preßdruckstützspannung S_Q und eine tangentiale Preßdruckstützspannung S+ an jedes Blocksegment 44 angelegt wird, die von (P - S) am Kammerdurchmesser D₁ Ms Null (0) am Durchmesser D "variierenj es ver-

10-

BAD ORIGINAL

steht sich, daß die Mantelspannung außer acht gelassen werden kann, da die Blöcke 12 als Segmentblöcke ausgebildet sind. Dadurch, daß die zu liefernde axiale Preßdruckstutzspannung und tangentiale Stützspannung gleichgemacht werden, um die Anwesenheit zweier Unbekannter in einer Gleichung zu eliminieren (wobei jeder davon die gemeinsame mathematische symbolische Bezeichnung S_ zugeordnet wird), kann die oben erwähnte Gleichung von v. Mise für das Blocksegmentmaterial an der Bohrung der Druckkammer, d.h. am Durchmesser D₁, geschrieben und das Problem hinsichtlich des Wertes der axialen und tangentialen Stützspannung S_Q am Durchmesser D₁, wie zum Genügen der Gleichung von v. Mise am Durchmesser D₁ erforderlich, gelöst werden. Diese Gleichung ist wie folgt:

2 (P₀ - S₀)² = 2S_W ² (2)

S₀ = (P₀ - V (5)

Da nach der erfindungsgemäßen Lehre S der Dauerfestigkeitsoder Ermüdungsgrenze des Materials des Blocksegments 4-4 gleichgemacht wird, kann die Gleichung (3) als

s_c = (P₀ - s_f)

umgeschrieben werden. Da ferner die angenommenen Werte der

Arbeitsflüssigkeit 11, nämlich 21000 kg/cm und der Arbeite-

Spannung S_w, nämlich 10500 kg/cm bekannt sind, kann der Wert der axielen Preßdruckstützspannung und der tangentialen Stützspannung S_, die am Durchmesser D₁ angelegt werden müssen, um die Arbeitsspannung S in jedem Blocksegment am Durchmesser D₁ auf die Dauerfestigkeits- oder Ermüdungsgrenze S_f des Materials des Blockes 44 herabzusetzen, bestimmt werden.

Bei einer bestimmten Vorrichtung wird die axiale Preßdruckstützspannung S oder S_c, die erforderlich ist, durch die

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in Fig. 1 gezeigten kolbenartigen Teile 28 bzw. 30 erhalten. Die erforderliche tangentiale Preßdruckstützspannung S+ oder S wird durch das in den KLg. 1 und 2 gezeigte Stützströmungsmittel "14 erhalten.

Es leuchtet also ein, daß das Stützströmungsmittel 14 zwei Größen ergeben muß, nämlich 1.) eine radial nach innen ge-, richtete Radialkraft, die der radial nach außen gerichteten Radialkraft aus dem Arbeitsdruck 11 (Fig. 1 und 2) entgegenwirkt, d.h. die Gegenkraft, durch welche die Segmentbiockan-Ordnung 12 im Gleichgewicht gehalten wird, und 2.) eine radial nach innen gerichtete Spannung oder Kraft zum Verkeilen oder Zusammendrücken der Segmentblöcke mit einer genügenden Preßdruckspannung, damit eine tangentiale Preßdruckstützspannung S+ oder S an sie angelegt werden kann, welche die axiale Preßdruckstützspannung S₀ oder S_ (die durch die Kolben 32 und 34 geliefert wird) bei der Herabsetzung der Arbeitsspannung S_ zwischen den Durchmessern D₁

w ι

und D_w im wesentlichen auch den Wert der Dauerfestigkeitsoder Ermüdungsgrenze S des Blockmaterials unterstützt, wodurch der Gleichung von v. Mise an jedem Punkt zwischen diesen Durchmessern genügt und somit die Anordnung der Segmentblöcke 12 mit einer unendliohen'Zykluslebensdauer versehen wird.

Wie ferner aus Fig. 3 ersichtlich, ist die erforderliche axiale und tangentiale Preßdruckstützspannung S jeweils eine variierende Spannung. Es ist jedoch in der Praxis schwierig, eine variierende Spannung zu erhalten; demgemäß wird eine durchschnittliche Preßdruckstützspannung S_a , ^{oder s}t avg °^{der s}e avg

_avg fVVW7 (5)

-H-1 0 9 a U / 1 53 k

-H-

verwendet, um den Durchmesser D zu bestimmen; die Bestimmung des Durchmessers D ist dabei eine ZwischenbeStimmung, welche die Bestimmung des Durohmessers Dp, des Außendurchmessers der Anordnung 12, ermöglicht. Für den Fachmann ist es einsichtig, daß die Verwendung einer durchschnittlichen Stützspannung eine Kompromißlösung darstellt, für welche zumindest teilweise ein Verzicht auf eine vollkommene Erzielung einer unendlichen Zyklusiebensdauer in Kauf genommen werden muß. Sogar unter Verwendung einer durchschnittlichen Stützspannung kann jedoch eine im wesentlichen unendliche Zykluslebensdauer erzielt werden.

Der Wert des Durohmessers D_ kann demgemäß wie folgt bestimmt werden: der Durchmesser D ist der Durchmesser, der einen Bereich bildet, welcher, wenn mit der zulässigen Arbeitsspannung S (oder der Ermüdungs- oder Dauerfestigkeits Spannung des Materials des Segmentblocks 12) multipliziert, die radial nach innen gerichtete Kraft liefert, und zwar zur Aufrechterhaltung der Blockanordnung 12 im Gleichgewicht und zum Liefern der durchschnittlichen tangentialen Preßdruokstützspannung S^ oder S _avg:» ⁸^-³ Hilfe bei der Herabsetzung der Arbeitsspannung zwischen dem Durchmesser D₁ und dem Durchmesser D_ im wesentlichen auf dem ι w

Wert der zulässigen Arbeitespannung S für eine unendliche Zyklusiebensdauer. Eine solche Gleichung kann wie folgt sein:

(n, - D₁) (5a^is) ₊ P₀D₁ = β_Λ (6)

Indem der Arbeitsdruck P dem angenommenen Wert von 21000 kg/om und die Arbeitsspannung S_w dem angenommenen Wert von 10500 kg/om , dem angenommenen wert der Ermüdungsoder Dauerfestigkeitgrenze des Blookmaterials gleichge-

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setzt wird und da 3D₁ bekannt ist (dieser Durchmesser ist die für den Arbeitsgang zur Verformung eines gegebenen Y/erkstückes erforderliche Arbeitskammer 17), kann der

Durchmesser D_ bestimmt werden, Nachdem der Durchmesser D_m w w

einmal bestimmt worden ist, kann der Durchmesser D₂ wie folgt bestimmt werden: der Durchmesser D₂ ist der Durchmesser, der einen Bereich bildet, welcher, wenn mit dem Druck des Stützströmungsmittels P₁ "(der willkürlich und zweckmäßig aus 7000 kg/cm gewählt wurde) multipliziert, die radial nach innen gerichtete Kraft liefert, und zwar zur Aufrechterhai tung des Gleichgewichts der Anordnung der Segmentblöcke 12 und zum Liefern der durchschnittlichen tangentialen Preßdrucks tut zspannung S^. oder S als Hilfe bei der Erzielung der herabgesetzten Arbeitsspannung S_w zwischen den Durchmessern D₁ und 3_m zum Erhalt einer unendlichen

ι w

Zykluslebensdauer gemäß der obigen Lehre. Indem also die Gleichgewichtsgleichung für die Radialkraft zwischen den Durchmessern D-, und D₂ geschrieben und eine derartige zweifache radial nach innen gerichtete Kraft oder Spannung erhalten wird, kann der Durchmesser D₂ bestimmt werden. Diese Gleichung ist wie folgt:

(D_w - D₁) ₍ ^Po ) ₊ p_o J)₁ = P₁D₂ (7)

Da angesichts der obigen Annahmen und Berechnungen die einzige Unbekannte nun lediglieh der Durchmesser D₂ ist, kann dieser Durchmesser bestimmt werden.

Es leuchtet demgemäß ein, daß die Kolben 28 und 30 auf solche Weise ausgebildet sind, um die Anordnung der Segmentblöcke 12 mit der durchschnittlichen Preßdruckaxiβίε tützspannung S_{Q o},__ oder S„ _Q„_ im Bereich zwischen den Durchmessern D₁ und D zu versehen; ist nun die Anordnung so ausgebildet, daß sie mit dem oben bestimmten Durehmesser

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I>2 versehen wurde, so versorgt das Stützströmungsraittel 14 die Anordnung der Segmentblöcke 12 mit der durchschnittlichen tangentialen Preßdruckstützspannung S₊. oder S .

υ avg c avg

Ist daher das Strömungsmittel 11 auf seine Arbeitshöhe unter Druck gesetzt, so wird die tatsächliche Arbeitsspannung S_w an der Anordnung der Segmenfblöcke 12 zwischen den Durchmessern D₁ und D„ wesentlich herabgesetzt und zwar auf den Wert der Ermüdungs- oder Dauerfestigkeitsgrenze des Materials, aus welchem die Anordnung der Blöcke 12 hergestellt ist, so daß die Arbeitsspannung an keinem Punkt entlang der Anordnung die Ermüdungs- oder Dauerfestigkeitsgrenze des Materials, aus welchem die Blöcke 12 hergestellt sind, überschreitet. Die Anordnung 12 ist demgemäß mit unendlicher Zykluslebensdauer im wesentlichen versehen.

Wie oben erwähnt, wurde bei der Entwicklung der obigen Gleichungen die Ermüdungs- oder Dauerfestigkeitsspannung S-. des Materials der Blöcke 12 unmittelbar anstelle der zulässigen ArbeitsSpannung S gesetzt, so daß die durchschnittlichen PreßdruckstutζSpannungen S so entwickelt wurden, daß die Arbeitsspannung zwischen den Durchmessern D₁ und D_m im wesentlichen auf den Wert der Materialermüdungs- oder Dauerfestigkeitsgrenze herabgesetzt wurde. Es leuchtet ein, daß diese Arbeitsspannung weiter vermindert oder ein beliebiges Verhältnis der zulässigen Arbeitsspannung gemacht werden kann, indem das Zeichen KS- (anstatt einfach S^) für das Zeichen S eingesetzt wird, worin K ein Bruchstück oder eine Zahl größer als eins ist. Durch diese Substitution kann die Arbeitsspannung S so gemacht werden, daß sie ein beliebiges vorbestimmtes Verhältnis hat, d.h., ein Bruchstück oder ein Mehrfaches der Ermüdungs- oder Dauerfestigkeitsspannung des Materials, aus welchem die Blöcke 12 hergestellt sind,

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Wie aus Fig. 1 ersichtlich, wird Stützströmtragsmittel 14 aus einer (nicht gezeigten) Quelle der kreisringförmigen Kammer 18 durch eine sich in einem Block der Segmentanordnung in Längsrichtung erstreckende Leitung 42 und durch einen sich nach unten erstreckenden Rohrleitungsteil 44 zugeführt, der mit dem Segmentblock einstückig ausgebildet ist.

Bezugnehmend auf Fig· 1 sei ferner festgestellt, daß die Verwendung zweier kolbenartiger Teile 28 und 30 zwar besonders zweckmäßig für die Lieferung der axialen Preßdruck-Stützspannung S_& gemäß der erfindungsgemäßen Lehre ist; diese axiale Stützspannung kann nichtsdestoweniger durch einen einzigen kolbenartigen Teil, wie den kolbenartigen Teil 28 erhalten werden, während die ergänzende Stützspannung durch Reaktionskräfte aus einem Monolithblock erhalten werden kann, der den Block 22 mit dem kolbenartigen Teil 30 ersetzen würde.

MEHRFACHRINftANORIMJN& A. Hochdruck in der Bohrung

Bezugnehmend auf die vorliegende Erfindung anhand der Ausführungsform der Mehrfachringanordriung 16 der Fig. 1 und ist -festzustellen, daß die Anordnung dem Innendruck P₁ des unter Druck stehenden Stützströmungsmittels 14 ausgesetzt ist (oder, wie oben erwähnt, daß die Mehrfachringanordnung verwendet werden kann, um ein Arbeitsströmungsmittel, wie das Strömungsmittel 11, unmittelbar zu stützen). Wie in der einschlägigen Technik bekannt, ist für eine konstante oder gleichmäßige Arbeitsspannung S_w an den Ringen eines Mehrfachring-Druckbehälters die Anzahl der Ringe unendlich, wobei jeder Ring eine unendlich kleine Dicke hat. Eine derar-

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tige Anordnung ist offensichtlich aus praktischen Gründen zu verneinen. Erfindungsgemäß wird eine Annäherung an das Ideal u.a. durch die Verwendung eines Baukriteriums (1 + X) erreicht, worin (X) eine dimensionslose Zahl ist, die nachfolgend näher "behandelt wird. Das Baukriterium (1 + X) ist ein veränderliches Baukriterium, das, mit Ausnahme des letzten oder äußersten Ringes, dem Verhältnis des Außenradius zum Innenradius jedes Ringes in der Anordnung gleichgemacht ist, nämlich

nnen

Die Verwendung dieses Baukriteriums ermöglicht es, die Radien jedes beliebigen Ringes in einer Anordnung, mit Ausnahme des Außenradius R_n, wie folgt relativ zu bestimmen:

R1 =	R1	+	χ)	Ä1
R2 =	(1	+	X)	2R R1
R5 =*	(1	+	X)	5R R1
R4 =	(1

Es leuchtet ein, daß der Radius R₁ bekannt ist, wobei diese Dimension typisch durch den Durchmesser der Strömungsmittelkanimer bestimmt wird, wie z.B. die Zentralkammer 17 oder die kreisringförmige Kammer 18, die durch die Mehrfachringanordnung gestützt ist. Wird daher (X) ein für allemal gewählt, so sind alle Radien, mit Ausnahme des äußersten, be-

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kannt. Für den Fachmann ist es ersichtlich, daß in Bezug auf Mehrfachringanordnungen, die aus konisch zulaufenden, mit Preßsitz zusammengefaßten Ringen zusammengesetzt sind, diese Radien hinsichtlich der Ringhöhe derartiger konisch zulaufender Ringe Mittelpunktradien sind.

Zur Erzielung einer optimalen Konstruktion des Druckbehälters, d.h. der wirksamsten Verwendung des Materials, aus welchem die Ringe hergestellt sind, müssen die Arbeitsspannungen S_w an den Radien R₁, R₂, · . · E_n--]! wenn das im Behälter enthaltene Strömungsmittel auf seine Arbeitsdruckhöhe unter Druck gesetzt wird, gleich oder im wesentlichen gleich sein; und für eine unendliche Zyklusle"bensdauer muß, wie oben erwähnt, die Arbeite spannung S_ an jedem Ring die Ermüdungs- oder Dauerfestigkeitsgrenze S_f des Materials, aus welchem die Eirge ^Vo ^stellt sind, nicht übersteigen. Bei der Mehrfachrin^snorünung 16 der Fig. 2, die dem Innendruck P₁ ausgesetzt iat, sind die einzigen Spannungen an den Radien R₁, R₂, . · · E — da keine Axialspannung S^ an die Anordnung 16 angelegt ist — die radialen Druckspannungen Sj, und die tangential en Zugspannungen Sg, · Für eine bekannte oder gewünschte Arbeitsspannung S_w und einen bekannten Innen— oder Bohrungsdruck P.. kann die am Radius R₁ wirkende tangentiale Spannung S^₁ durch die Lösung der nachfolgenden quadratischen Gleichung erhalten werden, die aus der obigen Gleichung (1) erhalten wurde, nämlich

2S_W ² = S_T1 ² + S_R1 ² + (B₁₁ + S_R1)² (9)

Da S_R1 = P₁ ist, d.h. die Radialspannung am R₁ ist dem Druck des Strömungsmittels 14- oder P₁ gleich, kann die Gleichung (9) wie.folgt umgeschrieben werden:

2S_w ² = S_T1 ² + P₁ ² + (S₁₁ + P₁)² (10)

- 20 -109814/1534 BAD ORIGINAL

Pur ein bekanntes Ringmaterial wird S bekannt sein, da es — v/ie oben — der Ermüdungs- oder Dauerfestigkeitsbeanspruchung S_f des Materials, aus welchem die Ringe 16 hergestellt sind, gleichgemacht wird; und P₁ ist bekannt, da dieser Druck der Druck des Stützströmungsmittels 14- ist, der, wie nun angenommen wird, z.B. 10500 kg/cm beträgt. Die Substitution der bekannten S_w und P₁ in die Gleichung (9) ergibt die am Radius R₁ wirkende tangentiale Spannung S^₁, in Form einer quadratischen Gleichung. Die Lösung der quadratischen Gleichung ergibt Sm₁ in Form zweier Wurzeln, wobei der eine Wert eine tangentiale Druckbeanspruchung und der andere eine tangentiale Zugbeanspruchung einschließlich des Wertes Null ergibt. Die letztgenannte Wurzel ist über die andere gewählt worden, da sie eine niedrigere Ringüberlagerung am Radius Rp und ein niedrigeres Maximum tangentialer Beanspruchung (die eine typische Druckbeanspruchung ist) am Radius R₁ darstellt, wenn der Druck P₁ aufgehoben wird. Ist einmal die tangentiale Beanspruchung Sm-i bestimmt worden, so wird der Wert der am Radius Rp wirkenden radialen Druckbeanspruchung S-npj die durch die äußeren Ringe und den Druck P₁ erzeugt wird, damit die Arbeitsspannung am Radius R₁ der zulässigen Arbeitsspannung S gleich oder im wesentlichen gleich ist (d.h. gleich S„), durch Verwendung der folgenden Gleichung erhalten:

S_B9 = ^P1(^R1^{2 + R}2²) - ^ST1^2² - ^R1²> (11)

Da P₁ bekannt (ein angenommener oder ausgewählter Wert) ist, da Sm₁ aus der Gleichung (9) bekannt ist, da der Radius R __ wie oben erwähnt — bekannt ist, und da R₂ in Form von R₁ infolge des Baukriteriums (1 + X) bekannt ist, ist die einzige Unbekannte S_R2, die bestimmt werden kann.

- 21 -

1 O a ' ι /· / 1 5 3 I₄

BAD ORIGINAL

Aus dem Obigen ist ersichtlich, daß die Radialspannung S_R2 die Summe der Radialspannung am Radius R₂ aufgrund des Strömungsmitteldruckes P₁ und der Spannung infolge der totalen Interferenz ist, die am R₂ vorhanden ist, nachdem die gesamte Mehrfachringanordnung 16 zusammengesetzt worden-ist. Unter Anwendung der obigen lehre in Bezug auf die Bestimmung der tangentialen Beanspruchung Sm₁ und der radialen Beanspruchung S_R2 können die an den Radien R₂ bis R ₁ wirkenden tangentialen Spannungen S^₂ bis S^_n-1 und die radialen Spannungen S_R~ bis SjJ_n-1 bestimmt werden; hierbei ist zu beachten, daß diese Bestimmung unterbrochen wird, nachdem ™ die radiale Spannung S_n gleich Null oder nachdem ihr Vorzeichen negativ geworden ist. Oa die Außenseite des Außenringes der Atmosphäre ausgesetzt ist, ist die radiale Spannung am Radius R Null, so daß der Außenradius R des letzten Ringes aus der folgenden Gleichung bestimmt werden kann:

^} (12)

2 2

^Rn " ^Rn-1

die mit

2 2

R_n ² = ³Rn-I ^Rn-1 ^{+ S}Tn-1 ^Rn-1 (15)

^STn-1 - ^SRn-1 umgeschrieben werden kann.

Die Tabellen in Fig. 5 zeigen die Werte der Radien R₁... R (in cm) und die radialen und tangentialen Spannungen (kg/cm ), die an den Radien R bis R_n-1 wirken, wenn der gestützte Strömungsmitteldruck P (und folglich Sp₁) = 10500 kg/ cm², X = 0,4 und S_w =» 10500 kg/cm².

- 22 1 0 ^rA ' ! Λ / 1 B 3 Λ

B. Aufgehobener Druck in der Bohrung

Die Interferenzen an den verschiedenen Radien, die erforderlich sind, damit die Arbeitsspannungen an den verschiedenen Radien — mit Ausnahme des letzten — untereinander gleich und auch der Ermüdungs- oder Dauerbeanspruehung S_f des Ringmaterials gleich oder im wesentlichen gleich sind, wenn das gestützte Strömungsmittel P₁ unter Druck gesetzt wird (z.B. das Strömungsmittel 11 oder H), werden erhalten, indem zuerst die an den verschiedenen Radien bei tJnbelastung vorhandenen radialen Spannungen, wenn der Druck des gestützten Strömungsmittels P₁ aufgehoben worden ist, bestimmt werden, d.h. die nur infolge der Ringinterferenzen an den verschiedenen Radien vorhandene Radialspannung, z.B. die an einem bestimmten Radius infolge der Interferenz an diesem bestimmten Radius plus der Radialspannung an dem bestimmten Radius aufgrund der an beliebigen äußeren Radien vorhandenen Interferenzen vorhandenen radialen Spannung (wobei der Druck des gestützten Strömungsmittels P.. aufgehoben istX Die radialen Spannungen unter unbelasteten Bedingungen werden erhalten, indem die an R₁, R₂, . . . R_n-1 aufgrund des gestützten Strömungsmittels P₁, wenn es unter Druck gesetzt wird, wirkenden radialen Spannungen von der oben bestimmten totalen Radialspannung subtrahiert werden, die an diesen Radien infolge des Hochdruckströmungsmittels P₁ und der vorhandenen totalen Ringinterferenzen vorhanden ist. Die Nullbelastungsradi al spannungen ergeben sich aus den folgenden Gleichungen, wovon die erste die totalen Radialspannungen an jedem Radius, mit Ausnahme des letzten, betrifft, wenn das gestützte Strömungsmittel P₁ unter Druck gesetzt wird, während die zweite die Radialspannung betrifft, die an diesen Radien lediglich infolge des Strömungsmitteldruckes P₁ vorhanden ist:

- 23 10981Λ/153Λ

^SR1 Nullbelastung ~ ^SR1

2 2

S_R1 R₁ 1 - ~

^Rn -

^SR2 Nullbelastung ~ ^SR2

^SR1 ^R1

- O (H)

^SR3 Nulltelastung ~ ^SR3 "

2

^SR1 ^R1 ¹ " "

2 2 2

R_n - R₁ ' R₃

^SRn-1 Tiullbelastung %n-1

1 - R

Wie nachfolgend erläutert, wird die radiale ITullbelastungsspannung zum Bestimmen der tatsächlichen Interferenzen an
den Radien verwertet.

Während es nicht erforderlich ist, die physikalischen Charakteristiken der Ringe zu bestimmen, ist es wünschenswert, die tangentialen Spannungen zu bestimmen, die an den Ringen

- 24 -

109BU/ 1 53 A

vorhanden sind, wenn der Druck des gestützten Ströinungsmittels P₁ aufgehoben wird, um die Eignung eines gegebenen Werkstoffes für die Herstellung von Druckbehältern nach der vorliegenden Erfindung besser abzuschätzen.

Die Nullbelastungsradialspannungen können wie folgt erhalten werden:

Nullbelastung ~

R1

2 2 ^Κ1

R.

(15)

^ST2 Nullbelastung ^{= S}T2

^SR1 ^R1

1 +

-I Null belastung" ^STn-1

^SR1 ^R1

H-1

Die jeweiligen Interferenzen zwischen den Ringen werden aus den erfindungsgemäß als Interferenzradialspannungen bezeichneten Spannungen bestimmt. Die am R₂, R, und R. wirkenden Interferenzradialspannungen sind mit S_R2 i_nterf' ^SR3 interf

- 25 -

1 0 S: 1 Ll 1 B 3

^SR4 interf bezeichnet, wobei S_{R2 interf} z.B. als die Interferenzradialspannung bezeichnet ist, die am Radius Rp wirkt, nachdem die ersten zwei Ringe zusammengebaut sind, d.h. die am Radius R₂ lediglich infolge der Interferenz zwischen den beiden ersten Ringen wirkende Radialspannung. Allgemeiner wird die Interferenzradialspannung an einem bestimmten Innenradius erhalten, indem die Komponente der Nullbelastungsradialspannung, die am Innenradius rückwirkt, am nächsten benachbarten Außenradius, von der Nullbelastungsradialspannung am bestimmten Innenradius subtrahiert wird. Insbesondere wird beispielsweise die.Interferenzradialspannung S_Rp interf ⁸^ R^i"^{118 R}p ehalten, indem die Komponente der Nullbelastungsradialspannung (S_{R5 Nu}χ!belastung^ ⁸^ ^Ra~ dius R,, die am Radius Rp wirkt, von der oben bestimmten Nullbelastungsradialspannung (S_Rp
R₉ subtrahiert 7/ird, d.h.

^SR2 interf " ^SR2 Nullbelastung

R3

- R₁

^SR5 interf = ^SR3 Nullbelastung.

^SR4 NullbeLastung^R4 _ -

zu.

und dies trifft auf ähnliche Weise auch für S_R/, i_n^_evf Die Interferenzradialspannungen für die Radien R₂ - R- sind aus der Tabelle in Fig. 5 ersichtlich, und diese Spannungen sind nach der vorliegenden Erfindung in die Radialinterferenzwerte der jeweiligen Ringe umgesetzt, die ala "Delta" bezeichnet sind, und zwar durch Verwendung der folgenden Gleichungen:

- 26

1 0 a :; 1 /, / 1 5 3 4

Delta₂ = ^2SR2 interf

E (R₂ ² - R₁ ²) (R₃ ² - R₂ ²)

^2SRn-1 interf ¹¹Q-I ^^Rn " ^R1

worin E der Elastizitätsmodul des Materials ist, aus welchem die' Ringe hergestellt sind, und Delta_n_₁ die Radialinterferenz an den R_n-1 ist, nachdem n-2 Ringe zusammengebaut worden sind. Fig. 5 zeigt ferner eine Tabelle der Interferenzen oder Deltas für die jeweiligen Ringe (in cm) an den Radien

R₂, R₄ und R,, worin — wie oben erwähnt — P₁ = 10500 kg/cm , X = 0,4 und s_ oder S- - 10500 kg/cm².

Was das Baukriterium (1 +X) anbetrifft, kann (X) einen beliebigen Wert darstellen. Hierbei ist jedoch zu beachten, daß je kleiner der Wert von (X) ist, desto größer die Anzahl der Ringe in der Anordnung wird, wodurch auch die Herstellungskosten steigen. Es leuchtet daher ein, daß ein optimaler Wert für (X) für eine gegebene Gruppe anderer Bedingungen gewählt wird, um somit die Anzahl der Ringe zum Erhalt einer sinnvollen minimalen Gesamtgröße des Druckbehälters zu beschränken. Es wurde gefunden, daß Werte für (X) zwischen 0,2 und 1,0 besonders vorteilhaft und zweckmäßig für Mehrfachringanordnungen zum Stützen von Strömungsmitteldrücken zwischen 5000 kg/cm und T0500 kg/cm sind.

Wie oben erwähnt, wurde bei der Entwicklung der vorhergehenden Gleichungen die Erraüdungs- oder Dauerbeanspruchung S_f des Materials, aus welchem die Ringe der Anordnung 16 hergestellt sind, unmittelbar anstelle der zulässigen Arbeits-

- 27 -

1 0 9 l) 1 A / 1 5 3 6

BAD ORIGINAL

spannung S_w gesetzt, so daß die Interferenzen oder Deltas der jeweiligen Einge so entwickelt wurden, daß die Arbeitsspannungen an den Innenradien auf den Wert oder im wesentlichen auf den Wert der Materialermüdungs- oder Dauerfestigkeit sbeanspruchung herabgesetzt wurden, so daß sie nun gleichgemacht sind. Es versteht sich, wie z.B. hinsichtlich der Anordnung der Segmentbacke 12, daß diese Arbeitsspannung weiter reduziert oder ein vorbestimmtes Verhältnis der zulässigen Arbeitsspannung erzielt werden kann, indem S durch KB^ (statt einfach S^.) ersetzt wird, worin K eine' ™

Fraktion oder eine Zahl darstellt, die größer als eins ist. Durch diese Substitution kann ein vorbestimmtes Verhältnis der Arbeitsspannung S S erhalten werden, d*h. ein Bruchteil oder ein Mehrfaches der Ermüdung??.- oder Dauerfestigkeitsbeanspruchung des Materials, aus welchem die Einge der Anordnung 16 hergestellt sin.de

Unter weiterer Bezugnahme auf die ^^r-^;"i-si interferenz en oder Deltas ist zu beachten, daß, miohmM dies® Eadlaliaterfersnaen einmal bekannt und die Ratliee E., * * * E ■«= wie oben erwähnt «— bestimmt worden sind, die Riage der Mehrfaehringanordnung entsprechend konstruiert rad zusammengebaut wer- ™ den können, indem sie in an sicli "bekannter Yieise mit Preßsitz oder SGhrümpfsits verbunden werden*

Bezugnehmend wieder auf Pig« 2, zeigt (Uese Figur oberhalb der Mehrfachringanoränung eine gi'apiiisclie Darstellung der Arbeitsspannung S an den Eingen iex¹ Anordnung, vnsnn das Strömungsmittel 14 auf seine vorbestdnrate Druekhöiie unter Druck gesetzt und die Mehrfachririganofdnung 16 nach der erfindungsgemäßen Lehre konstruiert worden ist. Aus der graphischen Darstellung ist ersichtlich, daß die Arbeitsspannungen an sämtlichen Innenradien der Ensüdungsbeanepruchung

- 28 * BAD

S^ des Materials, aus welchem die Ringe hergestellt sind, gleich oder im wesentlichen gleich sind. Die Arbeitsspannung S_w fällt geringfügig an jedem Innenring und dann weiterhin an den anderen Ringen ab; die graphische Darstellung zeigt jedoch im Durchschnitt eine im wesentlichen gleichmässige oder konstante Arbeitsspannung an der Mehrfachringanordnung für einen erhöhten Wirkungsgrad des verwendeten Ringmaterials.

Aus dem Obigen leuchtet ferner ein, daß die Höhe der Segmentblöcke 12 und der Ringe der Anordnung 16 für die erfindungsgemäße Lehre unbeachtlich ist. Diese Höhe kann einen beliebigen sinnvollen Wert haben.

Zusammenfassend ist festzustellen, daß der Druckbehälter 10 mit der Kombination der oben beschriebenen Anordnung der Segmentblöcke 12 und der Mehrfachringanordnung 16 eine wirkungsvollere Verwendung des Materials ermöglicht, aus welchem die Segmentblöcke und die Ringe hergestellt sind, wobei der Druckbehälter marktgängig ist und Strömungsmittel enthalten kann, die un^ber Drücken gehalten werden können, deren Höhe die Ermüdungs- oder Dauerfestigkeitsbeanspruchung der "festesten" handelsüblichen Werkstoffe überschreitet. _tFerner kann die Arbeitsspannung S am G-esamtbehfilter, wenn die Strömungsmittel 11 und H auf ihre vorbestimmte Druckhohe unter Hochdruck gesetzt worden sind, der Ermüdungsoder Dauerfestigkeitsbeanspruchung des Materials, aus welchem die Segmentblöcke und die Ringe hergesteO.lt sind, gleich oder im wesentlichen gleich gemacht werden oder — noch allgemeiner — die Arbeitsspannung S als ein vorbestimmtes Verhältnis der Ermüdungs- oder Dauerfestigkeitsbeanspruchung erhalten werden.

- 29 1098 U/ 1 53 4

Was den Ausdruck "Mehrfachringanordnung" anbetrifft, versteht es sich, daß es sich in der obigen Beschreibung und den beigefügten Patentansprüchen dabei um eine Anordnung, handelt, die zwei oder mehr als zwei Ringe aufweist.

Patent Einsprüche

- 30 1098U/ 1 534

Claims (13)

1. Patentansprüche

   ( IJ Druckgefäß zur Aufnahme eines unter Druck eines vorbestimmten Wertes zu setzenden Arbeitsmittels, wobei das Druckgefäß eine Reihe radial angeordneter Blockabschnitte zur Unterstützung des Arbeitsmittels aufweist und die Radialspannungsabstutzung der Reihe gebildet ist durch einen umgebenden konzentrischen Körper aus einem unter Druck stehendem Abstütz-Druckmittel (dadurch gekennzeichnet), daß Mittel zum Zuführen einer Kompressionsspannung zu der Reihe derart vorgesehen sind, daß, wenn sich das Arbeitsmittel auf dem vorbestimmten Druck-Wert befindet, die Arbeitsspannung an zumindest einem Teil der Reihe ein vorbestimmter Bruchteil der Ermüdung sspannung des Materials beträgt, aus welchem die Blöcke hergestellt sind.
2. 2. Druckgefäß zur Aufnahme eines unter Dtruck eines vorbestimmten Wertes zu setzenden Arbeitsmittels, wobei das Druckgefäß eine Mehrfachringanordnung mit einer Vielzahl von Ringen zur Abstützung des Arbeitsmittels aufweist und eine radiale Interferenz zwischen benachbarten Ringen zur Reduzierung der Tangentialspannung in den Ringen vorgesehen ist, wenn das Arbeitsmittel unter Druck gesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsspannung an jedem Ringradius, ausgenommen dem äußeren, ein vorbestimmter Bruchteil der Ermüdungsspannung des Materials beträgt, aus

   welchem die Ringe hergestellt sind. 109814/1534
3. 3. Druckgefäß nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Bruchteil im wesentlichen gleich der Ermüdungsspannung des Materials ist.
4. 4. Druckgefäß nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das vorhestimmte Verhältnis kleiner ist als die Ermüdungs'spannung des Materials.
5. 5. Druckgefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, % daß die Kompressionsspannung axial gerichtet ist.
6. 6. Druckgefäß nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompressionsspannung tangential verläuft.
7. 7. Druckgefäß nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Abstützungs-Kompressionsspannung er-

   zeugt wird durch gegenüberstehende Kolben, die mit -

   zumindest einem Teil der Reihe in Eingriff bringbar
8. 8. Druckgefäß nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die tangentiale Abstützungs-Kompressionsspannung erzeugt wird durch einen Körper aus unter Druck stehendem Absttttz-Druckmittel, daßin einer ringförmigen Druckkammer eingebracht wird, welche ihrerseits die Reihe konzentrisch umgibt.

   1 0 9 ■■ ι L /15 3 4

   -ν- 20A5758

   ³V
9. 9. Druckgefäß nach Anspruch. 6 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihe von einer Kammer zur Aufnahme eines unter Druck stehenden Abstützungs-Druckmittels umgeben ist, um die tangentiale Abstützungs-Kompessionsspannung zu erzeugen.
10. 10. Druckgefäß nach Anspruch 6, 8 oder 9> dadurch gekennzeichnet, daß die axiale und tangentiale Abstützungs-Kompressionsspannungen (S_a) bzw. (S.) an der Mittelkammer praktisch der Differenz von Betriebsdruck des Druckmittels (P₀) und der Ermüdungsspannung (S-) des Materials sind.
11. 11. Druckgefäß nach Anspruch 6, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale und tangentiale Abstützungs-Kompressionsspannungen, die der Reihe zugeführt werden, durchschnittliche Abstützungs-Kompressionsspannungen sind, die etwa gleich (D - D₁ ) ( ο w ) sind.
12. 12. Druckgefäß nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

    daß die Ringe im gegenseitigen Press itζ angeordnet sind.
13. 13. Druckgefäß nach Anspruch 2 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Interferenzen so gewählt sind, daß, wenn sich das Arbeitsmittel bei dem vorbestimmten Druckwert

    1 0 ir ■! '. / 1 b 3 4

    "befindet, die Spannungen, denen die Anordnung an den inneren Radien unterliegen, gegeben sind duroh

    Delta _n1 = 2S ^{5 2}

    ': i / / 1 1,3 I_x