Torusmetalldichtung, insbesondere für temperaturwechselbeanspruchte Verbindungen an Kernreaktoren, und Verwendung dieser Dichtung i Die Erfindung betrifft eine Torusmetalldichtung, ins besondere für temperaturwechselbeanspruchte Verbin dungen an Kernreaktoren. Beispielsweise an Druckwas- serreaktoren und Versuchseinbauten sowie auch bei Wärmetauschern besteht an einigen Stellen das Pro blem, die Temperaturwechsel auftretende grössere ra diale und axiale Spalte,
deren Grösse bis zu einigen Millimetern betragen kann, mittels einer metallischen Dichtung zu dichten.
Bekannte Metalldichtungen, vor allem aber auch geschlossene Torusdichtungen, können im allgemeinen nur kleinste Verschiebungen gestatten, wenn sie nicht ihre Funktion durch überbeanspruchung über ihr ela stisches Verformungsvermögen hinaus einbüssen sollen. Man vermeidet deshalb bei allen bekannten Torusdich- tungen die überschreitung der Streckengrenze des Dich tungswerkstoffes. Dadurch wird aber wiederum der An wendungsbereich dieser an sich sonst sehr vorteilhaften Dichtungsform sehr eingeschränkt.
Beim Gegenstand der vorliegenden Erfindung gilt diese Einschränkung nicht mehr. Erfindungsgemäss ist bei dem Dichtungswerkstoff während der maximalen betrieblichen Verschiebung der abzudichtenden Bau teile eine über die Elastizitätsgrenze hinausgehende Ver formung zugelassen und zur Wiederherstellung der ur sprünglichen Form der Dichtung sind federnde Rück stellglieder am Torusring vorgesehen.
Diese Rückstellglieder können z. B. aus gleichmässig über den ganzen Toras verteilten Tellerfedersäulen bestehen. Die bisher übliche Eigenfederung des Toras wird also durch eine entsprechend anpassbare Fremd federung ergänzt, wobei dem eigentlichen Toras haupt sächlich nur die Funktion der Abdichtung bleibt. Dem entsprechend kann natürlich auch die Materialwahl für den eigentlichen Toras getroffen werden. Geeignet ist z. B. auch austenitischer Stahl, der dafür bekannt ist,.
dass er für Lastwechselzahlen bis in die Grössenord- nung von 103 besonders grosse plastische Wechseldeh nungen zulässt. Es sind jedoch auch andere Werkstoffe wie z. B. Nickellegierungen für diesen Zweck verwend bar.
Zur näheren Veranschaulichung der Erfindung sei auf die Fig. 1 bis 3 verwiesen. Fig. 1 zeigt in schemati scher Darstellung ein Reaktordruckgefäss, bei dem am Kühlmittelaustrittsstutzen die erfindungsgemässe Dich tung angewendet ist. Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch die Torusdichtung an der Stelle eines federnden Rückstellgliedes, Fig. 3 zeigt in einer schematischen Darstellung die Verteilung dieser Rückstellglieder über den Umfang der Torusdichtung.
Der Reaktorkessel 2, der den Reaktorkern 24 ent hält, ist mit Kühlmittelzuführungsstutzen 21 und Kühl mittelabführungsstutzen 22 versehen. Nach dem Ein tritt des Kühlmittels gelangt dieses zunächst in einen Ringspalt 23, strömt in demselben nach unten und dringt von unten her durch den Reaktorkern nach oben. Anschliessend verlässt es den Reaktordruckkessel durch den Stutzen 22. Zur Führung des Kühlmittels ist dabei auch der den Reaktorkern 24 tragende Zylinder 3 vorgesehen. Dieser ist zur Abführung des Kühlmittels durchbrochen und an dieser Stelle mit Hilfe der Torus- dichtung 5 gegenüber der Kesselwandung 2 abgedichtet.
Die Dichtung 5 ist durch einen Stützring 4 gehaltert, der am Zylinder 3 lösbar befestigt ist. Damit ist es z. B. auch möglich, die Dichtung 5 nach Ausbau des Reaktorkernes mit Hilfe eines fernbedienbaren Werk- zeuges auszuwechseln.
Infolge des Druckverlustes beim Durchströmen des Kühlmittels durch den Reaktorkern wird im Ringraum 23 ein höherer Druck herrschen als im Austrittsstutzen 22. Die Torusdichtung 5 ist daher so angeordnet, dass ihre offene Seite dem höheren Druck zugewendet ist und dieser damit im Sinne einer Verbesserung der Ab dichtung auf die eigentliche Torusdichtung einwirkt.
Da bei der Grösse des Behälters, der einen Durch messer in der Grössenordnung von etwa 4 m haben kann, an der Abdichtungsstelle bei wechselnden Temperatu ren mit einer Änderung der Spaltbreite bis zu einigen Millimetern gerechnet werden muss, ist eine einfache Torusdichtung nicht mehr geeignet, vielmehr muss, wie bereits erwähnt, die Eigenfederkraft des Torus durch eine Anzahl radial angeordneter Stützfedersysteme er gänzt werden, so dass dem Torusmaterial selbst nur die Aufgabe der Abdichtung gegenüber den Anlagenflächen zukommt. Diese Fremdfederung> ist in Fig. 2 näher dargestellt.
Sie besteht nach diesem Beispiel im wesent lichen aus hintereinander angeordneten Tellerfedern 7, die auf einem Bolzen 8 aufgereiht sind. Dieser ist an beiden Enden geführt in Kopfstücken 9 und 10, die den Aussenflächen der Toruswölbung angepasst sind. Damit ein sicherer Sitz dieser Federrückstellglieder gesichert ist, sind die Endstücke 9 und 10 an Stellen 59 und 51 mit dem Torus 5 punktförmig verschweisst. Selbstver ständlich kann auch eine andere Befestigungsart, die eine Veränderung der Sollage des Federsatzes verhin dert, gewählt werden.
Derartige Stützglieder sind gemäss Fig. 3 regelmässig am Umfang des Torusringes 5 angeordnet, die Abstände richten sich dabei nach der Dicke des Torusmaterials, nach dem Durchmesser des Torusringes und nach den zu erwartenden bzw. benötigten Rückstellkräften.
Aus diesen Darstellungen ist zu ersehen, dass der eigentliche Torus oder eine an dem Torus angebrachte Gleitfläche gleitend auf den abzudichtenden Flächen anliegt. Der Stützring 4 ist dabei vorgesehen, um ein Ausknicken des Torusringes mit Sicherheit zu vermei den. Da diese Dichtung aufgrund der verhältnismässig geringen Flächenpressung an den Dichtungsflächen kei ne 100o;\oige Abdichtung ermöglicht, ist ihr Einsatz vorzugsweise dort angezeigt, wo das gleiche Medium auf beiden Seiten der Dichtungsfläche ansteht.
Wie im Falle des gewählten Beispieles ist dies auch insbesondere bei speziellen Bauformen von Wärmetauschern der Fall. Die an den Dichtungsstellen auftretenden Leckra- ten sind dabei so gering, dass sie für die Funktion des betreffenden Reaktors oder Wärmetauschers ohne jeden Belang sind. Weitere Anwendungsmöglichkeiten dieser speziellen Torusdichtung dürften vor allem auch bei der chemischen Industrie gegeben sein.
Toroidal metal seal, in particular for connections to nuclear reactors subject to temperature changes, and the use of this seal i The invention relates to a toroidal metal seal, in particular for connections to nuclear reactors subject to temperature changes. For example, in pressurized water reactors and test installations, as well as in heat exchangers, there is the problem in some places that larger radial and axial gaps occur due to the temperature changes,
whose size can be up to a few millimeters, to be sealed by means of a metallic seal.
Known metal seals, but especially closed toroidal seals, can generally only allow the smallest shifts if they are not to lose their function by overstressing their elastic deformation capacity. With all known torus seals, one therefore avoids exceeding the line limit of the sealing material. As a result, however, the area of application of this otherwise very advantageous seal form is very limited.
This restriction no longer applies to the subject matter of the present invention. According to the invention in the sealing material during the maximum operational displacement of the building to be sealed parts beyond the elastic limit Ver allowed and resilient return actuators are provided on the toroidal ring to restore the original shape of the seal.
These resetting members can, for. B. consist of disc spring columns evenly distributed over the entire Torah. The previously customary inherent springiness of the Toras is thus supplemented by a correspondingly adaptable external suspension, whereby the actual Toras mainly only has the function of sealing. The choice of material for the actual Toras can of course be made accordingly. Suitable is e.g. B. also austenitic steel, which is known to be.
that it allows particularly large alternating plastic strains for load cycles up to the order of magnitude of 103. However, other materials such as. B. nickel alloys for this purpose usable bar.
Reference is made to FIGS. 1 to 3 for a more detailed illustration of the invention. Fig. 1 shows a schematic representation of a reactor pressure vessel in which the device according to the invention is applied to the coolant outlet nozzle. Fig. 2 shows a cross section through the toroidal seal at the location of a resilient return member, Fig. 3 shows in a schematic representation the distribution of these return members over the circumference of the toroidal seal.
The reactor vessel 2, which holds the reactor core 24 ent, is provided with coolant supply nozzle 21 and coolant discharge nozzle 22. After the coolant occurs, it first enters an annular gap 23, flows downward in the same and penetrates from below through the reactor core upwards. It then leaves the reactor pressure vessel through the nozzle 22. The cylinder 3 carrying the reactor core 24 is also provided for guiding the coolant. This is perforated to discharge the coolant and is sealed at this point with the aid of the toroidal seal 5 with respect to the boiler wall 2.
The seal 5 is held by a support ring 4 which is releasably attached to the cylinder 3. So it is z. B. also possible to replace the seal 5 after removing the reactor core with the help of a remote-controlled tool.
As a result of the pressure loss when the coolant flows through the reactor core, a higher pressure will prevail in the annular space 23 than in the outlet nozzle 22. The toroidal seal 5 is therefore arranged so that its open side faces the higher pressure and this thus seals in the sense of an improvement in the Ab acts on the actual toroidal seal.
Since with the size of the container, which can have a diameter of around 4 m, a change in the gap width of up to a few millimeters must be expected at the sealing point with changing temperatures, a simple toroidal seal is no longer suitable, rather As already mentioned, the inherent spring force of the torus must be supplemented by a number of radially arranged support spring systems so that the torus material itself only has the task of sealing against the contact surfaces. This external suspension> is shown in more detail in FIG.
According to this example, it consists essentially of disc springs 7 arranged one behind the other, which are lined up on a bolt 8. This is guided at both ends in head pieces 9 and 10, which are adapted to the outer surfaces of the torus curvature. So that a secure fit of these spring return members is ensured, the end pieces 9 and 10 are point-welded to the torus 5 at points 59 and 51. Of course, a different type of attachment that prevents a change in the target position of the spring set can also be selected.
Such support members are regularly arranged on the circumference of the toroidal ring 5 according to FIG. 3, the spacings depend on the thickness of the toroidal material, the diameter of the toroidal ring and the expected or required restoring forces.
It can be seen from these representations that the actual torus or a sliding surface attached to the torus is in sliding contact with the surfaces to be sealed. The support ring 4 is provided to avoid buckling of the toroidal ring with certainty. Since this seal does not allow a 100% seal due to the relatively low surface pressure on the sealing surfaces, its use is preferably indicated where the same medium is present on both sides of the sealing surface.
As in the case of the selected example, this is also the case in particular with special designs of heat exchangers. The leak rates occurring at the sealing points are so low that they are of no importance for the functioning of the reactor or heat exchanger in question. Other possible uses of this special toroidal seal are also likely to exist in the chemical industry.