Analyse des Dichtigkeitsverhaltens der Behälterflanschverbindung beim An- und Abfahren eines Dünnschichtverdampfers
Das ungleichmäßige Aufheizen oder Abkühlen der Mantelschüsse, Flanschblätter und Bolzen eines aus Doppelmänteln bestehenden Dünnschichtverdampfers kann bei bestimmten An- und Abfahrgeschwindigkeiten zu Dichtigkeitsproblemen führen. Daher erhielt die LES GmbH den Auftrag exemparisch das Dichtigkeitsverhalten einer Behälterflanschverbindung beim An- und Abfahren zu analysieren. Um den Aufwand für die numerischen (FEM)-Berechnungen gering zu halten, entschloss sich die LES GmbH für die Vordimensionierung die in EN1591 hinterlegten, auf analytischen Formeln beruhenden Berechnungsalgorithmen zu verwenden.
Da diese den Einfluss der beidseitig beheizten Doppelmäntel als auch die zeitlich veränderlichen Belastungen nicht erfassen verwendete die LES GmbH auf www.pvp-software.de frei verfügbare Online-Tools, um für die Doppelmäntel fiktive einwandige Ersatzzylinder zu bestimmen. Zusätzlich wurden mit den Programmen PVP-Thermal 2D und PVP AxiMechanicPro die Zeitpunkte bestimmt bei denen infolge der zeitlich veränderlichen thermischen und mechanischen Lasten die größten Gesamtspannungen sowie die kleinsten und größten Dichtungspressungen auftreten könnten. Mit den bei diesen „kritischen“ Zeitpunkten auftretenden Belastungen wurden für die in den Behältermänteln, den Flanschblättern und Schraubenbolzen gemittelten Metalltemperaturen die für die Dichtgkeit erforderlichen und maximal zulässigen Einbauschraubenkräfte nach EN1591 unter Berücksichtigung der in der VDI-Richtlinie 2230 angegeben Streuungen bestimmt.
Die unter Verwendung dieser Einbauschraubenkräfte mit einem dreidimensionalen Finite Element Modell erstellten Analysen ergaben nach drei Versuchen, dass trotz der zeitlich veränderlichen Drücke und Medientemperaturen
- die Kontaktflächen zwischen Flansch und Dichtung geschlossen blieben
- die zeitlich veränderlichen Dichtungspressungen höher als die erforderlichen Mindestwerte, aber niedriger als die maximal zulässigen Werte und
- die Zugspannungen in den Schraubenbolzen geringer als die maximal zulässigen Zugspannungen blieben.