Dichtungskennwerte für Flanschberechnungen
Flanschberechnungen mit Dichtheitsnachweis erfordern
verlässliche Dichtungskennwerte -
Für die Bestätigung der sicheren Funktion einer
Flanschverbindung sind Dichtheitsnachweise und Festigkeitsnachweise
durchzuführen. Bei Dichtheitsnachweisen muss der Nachweis erbracht werden,
dass die Konstruktion aus dem System Flansch, Dichtung und Schraube
sicherstellt, dass die zulässigen Leckagen sowohl im Einbauzustand als
auch während des Betriebes nicht überschritten werden. Allerdings ist
der Dichtheitsnachweis nicht in allen Regelwerken möglich, weil die
Berechnungsverfahren und Materialkennwerte auf Erfahrungs- und Schätzwerte
aufbauen (Taylor Forge-Verfahren)
z. B. AD 2000, ASME Code Sect. VIII Div. 1. Das Europäische Regelwerk
über Flanschberechnungen, insbesondere mit der Normenreihe EN 1591, ist
jedoch hierfür geeignet und bereits in Europäische Regelwerke
für Druckbehälter (EN 13445) und Rohrleitungen (EN 13480) etabliert. Das Berechnungsverfahren nach EN 1591-1 wird insbesondere dann
angewandt, wenn
· unterschiedliche thermische Belastungen eine wesentliche Rolle spielen,
· die Schraubenspannungen durch die Anwendung eines definierten Anzugsverfahren kontrolliert werden,
· signifikante zusätzliche Belastungen (Kräfte und Momente) auftreten und
· die Dichtheit von besonderer Bedeutung ist bzw. nachgewiesen werden muss.
Als Voraussetzung für die richtige Funktion der Flanschverbindung sind u. a. für den Einsatzzweck geeignete Dichtungen mit entsprechenden Dichtungskennwerten auszuwählen. Neben dem Dichtungstyp sind auch die Langzeiteigenschaften wie Beständigkeit gegen das abzudichtende Fluid und die Änderung der Abdichteigenschaften bei längerem Einsatz zu bewerten. Die für die Berechnung nach EN 1591 erforderlichen Kennwerte hinsichtlich der Abdichteigenschaften werden für Dichtungen nach der EN 13555 ermittelt. Andere Dichtungskennwerte die für Berechnungen nach dem Taylor-Forge-Verfahren verwendet werden (AD 2000-Regelwerk, ASME Code) beruhen auf Erfahrungen und Schätzungen (siehe auch Tabelle 1).
Tabelle 1: Dichtungskennwerte in unterschiedlichen Regelwerken
|
Regelwerk |
Berechnungsverfahren der Flanschverbindung |
Fundstellen für Dichtungskennwerte |
relevante Dichtungskennwerte |
|
EN 13480-3:2002 |
Anhang P |
EN 1591-2:2008 und |
Qmin(L); QSmin(L);
Qmax; |
|
EN 13445-3:2002 |
Abschnitt 11 |
Anhang H |
y; m |
|
Anhang G/GA |
Tabelle G.9-1 bis G.9-6 |
Qmin(L); QSmin(L); Qmax; |
|
|
ASME Code Sect. VIII Div. 1 |
App. 2 |
Sect. VIII Div. 1 |
y; m |
|
AD 2000 |
Merkblatt B 7/B 8 |
B 7 Tafel 1 und 2 |
k0; k1; KD |
|
KTA 3201.2 |
Abschnitt A 2.9 |
DIN 28090-1 |
Durch die zurückgezogene DIN 28090-1 wird empfohlen, die äquivalenten Werte entspechend der EN 13555:2004 zu nutzen. |
|
Europ. Regelwerk |
EN 1591-1 |
EN 1591-2:2008 und |
Qmin(L); QSmin(L);
Qmax; |
Anmerkung 1:
Die angebene Dichtungskennwerte sind unverbindliche und nur typische Werte. Es
sollen vorzugsweise die vom Dichtungshersteller angegebenen Werte verwendet
werden.
Anmerkung 2:
Qmin(L) hat teilweise die gleiche Funktion wie die Werte "y" im ASME
Code oder AD 2000 B7. Aufgrund des unterschiedlichen Ansatzes der effektiven
Dichtungsbreite und der Ermittlung der Kennwerte (der "y-Wert" beruht
auf Erfahrungs- und Schätzwerte), können die beiden Werte nicht
gleichgesetzt werden.
Die Dichtungskennwerte wird in einem festgelegten Verfahren unter Laborbedingungen unter idealisierten Prüfbedingungen ermittelt. Grundlage dieser Prüfung sind die entsprechenden Stauch-, Leckage- und Relaxationsversuchen nach EN 13555. Die Dichtungskennwerte müssen die Abdicht- und Verformungseigenschaften der Dichtung ausreichend beschreiben. Nach dem neuen Konzept der Flanschberechnung nach EN 1591 werden die Dichtungskennwerte in die Flanschberechnung mit einbezogen, um die Dichtheit und Festigkeit der Flanschverbindung zu gewährleisten. So werden z. B. sowohl für den Einbau- als auch für den Betriebszustand Grenzwerte der Flächenpressung gefordert, die den zulässigen Bereich angeben (siehe Tabelle 2).
Tabelle 2: Definition der Dichtungskennwerten nach EN 13555
|
Dichtungskennwert |
EN 13555 |
Einheit |
Beschreibung |
Einfluss |
Verwendung in der Flanschberechnung |
Hinweise zum Dichtungskennwert |
|
Einbau-Flächenpressung |
QA |
MPa |
Die bei der Montage aufgebrachte Dichtungs-Flächenpressung. |
Konstruktion (Flansch, Dichtungsart, Schrauben) |
Auslastungsgrad der Schrauben; |
Die Einbau-Flächenpressung wird in der EN 13555 nicht ermittelt |
|
Mindestflächenpressung im Einbauzustand für geforderte Dichtheitsklasse L |
Qmin(L) |
MPa |
Die mindest erforderliche Flächenpressung für eine bestimmte Leckageklasse L beim Einbau der Dichtung. Der Wert hängt im Wesentlichen vom Medium und dem Innendruck aber auch wesentlich von der Dichtheitsklasse ab. |
Temperatur |
Ermittlung der Mindestdichtungskraft im Einbauzustand |
Ein niedriger Qmin(L)-Wert ist wünschenswert. |
|
Mindestflächenpressung im Betriebszustand für geforderte Dichtheitsklasse L |
QSmin(L) |
MPa |
Die mindest erforderliche Flächenpressung im Betrieb für eine bestimmte Leckageklasse L. Sie hängt im Wesentlichen von der Einbauflächenpressung QA ab. Je höher diese ist, desto geringer ist QSmin(L). QSmin(L) ist immer kleiner als Qmin(L). |
Dichtungsbreite |
Ermittlung der Mindestdichtungskraft im Betriebszustand |
Niedriger Wert ist
wünschenswert. |
|
Höchstflächenpressung im Einbauzustand |
Qmax |
MPa |
Die maximale Flächenpressung beim Einbau, mit der die Dichtung belastet werden darf, ohne dass eine Beschädigung erfolgt. |
Dichtungsbreite |
Ermittlung der max. zulässigen Dichtungskraft im Einbauzustand |
Die Höchstflächenpressung Qmax erhält man, wenn bei der Flanschberechnung nach EN 1591 der zulässige Auslastungsgrad von Flansch, Schrauben oder Dichtung erreicht ist. |
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Höchstflächenpressung im Betriebszustand |
QSmax |
MPa |
Die maximale Flächenpressung im Betrieb, mit der die Dichtung belastet werden darf, ohne dass eine Beschädigung erfolgt. |
Temperatur |
Ermittlung der max. zulässigen Dichtungskraft im Betriebszustand |
Hoher QSmax-Wert ist wünschenswert. |
|
E-Modul (Sekantenmodul) |
EG |
MPa |
Beschreibt die Rückfederung (elastisches Verhalten) einer Dichtung bei Entlastung. |
Einbauflächenpressung |
Ermittlung der Änderung der Dichtungskraft zwischen Einbau- und Betriebszustand |
Ein niedriger EG-Wert ist wünschenswert. |
|
Kriech-Relaxation |
PQR |
- |
Entspricht dem Verhältnis der Flächenpressung der Dichtung nach Auslagerung bei der zu wählenden Temperatur zur ursprünglich aufgebrachten Einbau-Flächenpressung. Ideal wäre ein PQR-Wert von 1. Je näher der Versuchswert dem Idealen kommt, desto geringer ist der Flächenpressungsverlust der Dichtung. |
Temperatur |
Ermittlung der Änderung der Flächenpressung bzw. der Dichtungskraft zwischen Einbau- und Betriebszustand |
PQR <= 1 Hoher PQR-Wert ist wünschenswert. |
Grundlage für die Dichtungskennwerte sind die definierten Dichtheitsklassen, die sich an bestimmten spezifischen Leckageraten orientieren. Die Dichtungskennwerte werden unter unterschiedlichen Prüfbedingungen (verschiedene Prüfdruck und Pressungen) die Abdichtungseigenschaften im Innendruckversuch ermittelt und den Dichtheitsklassen zugeordnet. Aufgrund dieser Zuordnung kann durch den rechnerischen Nachweis, dass die Grenzen der Dichtungskennwerte eingehalten werden, die entsprechende spezifische Leckagerate der Flanschverbindung garantiert werden.
|
Dichheitsklasse |
Spezifische Leckagerate |
|
L1,0 |
≤ 1,0 |
|
L0,1 |
≤ 0,1 |
|
L0,01 |
≤ 0,01 |
|
L0,001 |
≤ 0,001 |