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Schirm (22) gebildet ist, und dass der Einsatz (5) im Ringspalt zwischen dem Schirm (22) und der Laufachse (18) untergebracht ist (Fig. 8).
18. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass in der Mitte des Bodenteiles der Buchse (21) sich eine ringförmige Aussparung (6a) befindet, in der ein zusätzlicher feinkörniger Einsatz (5) untergebracht ist.
19. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden der Buchse mit der Laufachse (18) dicht verbunden ist.
20. Einrichtung nach den Ansprüchen 13, 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungsmittel (4) in der Aussparung (6) zwischen den Metallringen (24) angeordnet ist (Fig. 8).
21. Einrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Dichtungsmittels (4) Distanzstücke (28) eingesetzt sind.
22. Einrichtung nach den Ansprüchen 15 und 16, die zum Abdichten eines Spaltes zwischen einer schnellaufendenWelle (29) und deren Lager bestimmt ist, wenn das Arbeitsmedium unter einem Druck steht, der höher ist, als der des Umgebungsmediums, dadurch gekennzeichnet, dass an der Auslaufstelle des Spaltes (3) in das Umgebungsmedium, welche sich zwischen der Welle und dem Lager (29 und 30) befindet, ein ringförmiger Hohlraum (35) vorgesehen ist, der eine Flüssigkeit (36) enthält, die das Material des Einsatzes (5) benetzt, und dass der Hohlraum durch einen Kanal (38) mit einer mit einem Elektroantrieb versehenen Förderpumpe (39) und durch ein Rückschlagventil (40) mit dem Inneren der Aussparung (6) über dem Spiegel (41) eines Dichtungsmittels (4) auf der Seite des Umgebungsmediums in Verbindung steht (Fig. 9).
23. Einrichtung nach Anspruch 22, für eine horizontal angeordnete Welle, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungsmittel (4) und der Einsatz (5) in derselben Aussparung (6) angeordnet sind, dass die Aussparung im Bereich des Dichtungsmittels (4) eine den Raum der Aussparung (6) einengende ringförmige Rippe (32) aufweist, die zur Bildung eines hydraulischen Verschlusses im Dichtungsmittel (4) dient, und dass der Oberteil der Aussparung (6) mit dem Arbeitsmedium mittels einer Öffnung (34) in Verbindung steht (Fig. 9).
24. Einrichtung nach den Ansprüchen 22 und 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung des Elektroantriebs der Pumpe (39) an einen Standgeber (44) des Dichtungsmittels (4) auf der mit dem Umgebungsmedium verbundenen Seite der Aussparung (6) angeschlossen ist (Fig. 9).
25. Einrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Dichtungsmittels (4) Vorrichtungen angeordnet sind, die eine Übertragung der Drehbewegung von der Welle (29) auf das Dichtungsmittel (4) verhindern, z. B. radiale Rippen (47) (Fig. 10).
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Abdichten des Spaltes zwischen zwei Teilen, mit einem Sperrglied, welches sich im genannten Spalt befindet, um Medien, welche unter verschiedenem Druck stehen und sich zu den beiden Seiten des Spaltes befinden, voneinander zu trennen. Solche Einrichtungen können in Baugruppen ihre Anwendung finden, die in der Energiewirtschaft, im Hüttenwesen- und in der chemischen Industrie sowie in anderen Industriezweigen verwendet werden.
Eine bekannte Einrichtung dieser Art, die z. B. an einer Maschine oder an Armaturen angebracht ist, enthält üblicherweise zwei zusammenwirkende, in bezug aufeinander bewegliche oder aber auch nichtbewegliche Teile mit einem Zwischenraum zwischen diesen, der die unter unterschiedlichem Druck stehenden Medium trennt. Als Anwendungsgebiete für solche Einrichtungen kommen Flanschverbindungen, Stangen und Wellen in Führungsbüchsen oder dgl. in Frage.
In allen Fällen, in welchen die Abdichtung einer solchen Baugruppe erforderlich ist, handelt es sich darum, zu verhindern, dass die Medien durch den Zwischenraum in Richtung des Druckabfalles wegfliesst. Als Dichtungsmittel dienen meistens Packungsstopfbuchsen (Packungen). Die Packungsstopfbuchsen erfordern eine ständige Überprüfung, von Zeit zur Zeit müssen sie nachgezogen und das Packungsmittel ausgewechselt werden. Und trotzdem gewährleisten derartige Dichtungen eine ausreichend zuverlässige Abdichtung, insbesondere bei einer hohen Temperatur und unter einem hohen Druck, nicht.
Bei mehreren Einrichtungen, z. B. im ersten Kreislauf eines Kernkraftwerkes sind auch die geringsten Medienverluste unerwünscht, weshalb vollständig hermetische Abdichtungen entwickelt werden mussten. Es ist bekannt, dass als eine solche vollkommen hermetische Abdichtung der hydraulische Verschluss dient, d. h. eine Flüssigkeitssäule, deren Gewicht dem Druck des ausgesperrten Mediums entgegenwirkt. Es ist auch die Anwendung sogenannter Magnetflüssigkeiten bekannt, die im Dichtungszwischenraum durch ein Magnetfeld zurückgehalten werden. Diese Abdichtungen sichern wohl eine Vollhermetisierung, aber halten bei annehmbaren Abmessungen nur geringe Druckgefälle aus, nähmlich etwa Teile des Druckwertes von 1 at.
Letztens wurden hermetische Abdichtungen bekannt, die auf dem Prinzip einer sogenannten eingefrorenen Stopfbuchse beruhen. Im USA-Patent Nr. 3129947 Klasse 227-22, 1964, ist z. B. eine derartige Abdichtung für Elemente der Ausrüstung des Flüssigmetall-Kreislaufs beschrieben. Die Absperrung des Flüssigmetalls in dem zu hermetisierenden Zwischenraum erfolgt hier durch örtliches Einfrieren des Dichtungsmittels mittels Vorrichtungen, die einen Teil des Metalls bei einer Temperatur halten, die unter seinem Schmelzpunkt liegt. Dabei ist der andere Teil des Metalls, der direkt am kalten Abschnitt liegt, bei einer Temperatur einzuhalten, die höher als der Schmelzpunkt liegt. Das unter dem Druck des Arbeitsmediums stehende geschmolzene Metall kann nicht, da es in der gekühlten Zone eingefroren ist, den Zwischenraum durchqueren.
In einem anderen USA-Patent Nr. 3554558 Klasse 27718, 1971, ist eine hermetisierte Baugruppe gezeigt, die nach dem oben beschriebenen Grundsatz arbeitet und die Benutzung eines Arbeitsmediums ermöglicht, das vom Dichtungsstoff unterschiedlich ist. Dies wird durch die Verbindung des zu hermetisierenden Zwischenraumes mit der Quelle eines flüssigen Dichtungsmittels erreicht, das dem Zwischenraum unter einem Druck zugeführt wird, der in bezug auf die durch den Zwischenraum getrennte Medien einen grösseren Wert aufweist, wobei Vorrichtungen zum Anwärmen des Zwischenraumes an der Zuführungsstelle des Dichtungsmittels zweck Einhaltung des letzteren im geschmolzenen Zustand und Vorrichtungen zum Kühlen des Zwischenraumes beiderseits des flüssigen Dichtungsmittelabschnittes zwecks Erzeugung von absperrenden Kaltverschlüssen vorgesehen sind.
Die beiden oben angeführten Abdichtungsarten gewährleisten nicht nur, wie der hydraulische Verschluss, eine vollständige Hermetisierung der zu abdichtenden Baugruppe, sondern sie können im Unterschied zum hydraulischen Verschluss ausreichend hohen Druckgefällen und Temperaturen standhalten.
Gleichzeitig - aber zeigen solche Abdichtungen wesentli
che Nachteile auf, die deren Anwendung in der Praxis einschränken. Sie bewirken, was insbesondere die Festigkeit des Metalls ungünstig beeinflusst, starke Temperaturgradiente; infolge des erforderlichen Sondererhitzers und der Kühlaggregate ist ihre Ausbildung kompliziert und sie sind nicht zuverlässig bei einem momentanen Temperaturabfall bei Notabschaltung der Stromversorgung des Erhitzers und/oder der Kühlaggregate. Ausserdem brauchen solche Abdichtungen elektrischen Strom, auch im Ruhebetrieb, wenn die Temperatur des Arbeitsmediums der des Umgebungsmediums gleich ist, aber einen in bezug auf das Umgebungsmeidium grösseren Druck aufweist.
Ein weiterer Nachteil der Baugruppe mit örtlich einge froFenem Dichtungsmittel besteht darin, dass bei einer solchen Baugruppe eine gegenseitige Verschiebung der zu sammenwirkenden Teile nur mit einer relativ geringen Ge- schwindigkeit stattfinden kann, die durch die Schmelze der am verschiebbaren Teil liegenden Schicht des eingefrorenen Dichtungsmittelabschnittes infolge Reibungswärmeableitung beschränkt ist.
Es sind auch Baugruppen bekannt, die durch ein flüssiges Dichtungsmittel hermetisiert sind, das durch Oberflächenspannungskräfte direkt in dem abzudichtenden Zwischenraum oder in einem Sperrelement zurückgehalten wird. Das Sperrelement weist eine Polykapillarstruktur auf, und es ist aus einem Stoff, der durch das Dichtungsmittel nicht benetzt wird. Solche Baugruppen werden, z. B. zur Abdichtung von Durchgangsstellen eines verschiebten Dünndrahtes durch einen Sonderreaktor benutzt, in dem der Draht mit einem Überzug aus einem aufdampfbaren Mittel versehen wird (siehe USA-Patente Nr. 3,669,065, 3,731,651, 3,738,314 Klasse 118-49.5, 1973).
Bei derartigen Baugruppen wird als Dichtungsmittel üblicherweise Quecksilber benutzt. Das Sperrelernent ist ein Netzkorb aus Molybdändraht.
Die Wirkungsweise einer solchen Abdichtung beruht auf der bekannten Kapillarerscheinung. Diese kommt in schmalen zylinderförmigen Kanälen (Kapillaren) oder in schmalen Spalten von konstanter Breite zum Vorschein, und wirkt sich als eine infolge der Oberflächenspannung entstandene Kriirn- mung der Flüssigkeitsoberfläche aus. Dabei entsteht ein Meniskus,.und zwar ein konkaver, falls die Flüssigkeit die Kapillarwände benetzt, oder ein konvexer, falls keine Benetzung stattfindet.
Nach dem aus der theoretischen Physik bekannten Laplace-Gesetz, verursacht die Entstehung eines Meniskus in einer Kapillare einen zusätzlichen Druck auf die Flüssigkeitsoberfläche, und zwar einen solchen, der in das Innere der Flüssigkeit gerichtet ist, falls der Meniskus konvex ist, oder in die entgegengesetzte Richtung zeigt, falls der Meniskus konkav ist.
Der Wert dieses Druckes wird aus folgender Gleichung ermittelt: 1 1 Pm = ( R2 + R ) (1), worin Pm eine Druckgrösse, die von der Krümmung des Meniskus abhängig ist, u einei Oberflächenspannung, R, und 3t2 Krümmungsradien des Meniskus bedeuten.
- Bei einer zylinderförmigen Kapillare kann angenommen.
werden, dass R1 = R2 = d/2, wobei d der Ianendurch- messer- der Kapillare ist. Für einen Ringspalt ist einer dieser Radien ins Unendliche gerichtet, den anderen kann man gleich der Hälfte der Spaltbreite s/2 annehmen. Damit kön- nen die Ausdrücke- für den Meniskusdruck bei einer zylinder- förmigen Einzelkapillare und einer Einzelringkapillare in der fogenden Form dargestellt werden d (2) d
POm
5 = ¯ S (3)
Der Oberflächendruck eines konvexen Meniskus wird zur Entwicklung einer Sperrkraft benutzt, die den Austritt des Druckmediums aus dem Raum zwischen den Baugruppenelementen verhindert.
Ein solcher Meniskus könnte bei Zuführung einer Flüssigkeit dem Zwischenraum entstehen, die den Stoff, aus dem die Baugruppenelemente ausgeführt sind, nicht benetzt. Die Berechnungen nach den oben angeführten Formeln zeigen jedoch, dass zur Erzeugung eines Meniskusdruckes nur von ca. 1 at die Grösse des erforderlichen Spaltes ungefähr 0,01 mm betragen muss.
Dies ist zur Abdichtung der Durchgangsstelle des Dünndrahtes beim Auftragen eines Überzuges gemäss den oben erwähnten USA-Patenten Nr. 3,669,065, 3,731,651,3,738,314 ausreichend, da zum Durchlassen des biegsamen Drahtes der Raum zwischen dem letzteren und den Lochwänden genü gend klein sein kann, und der Dampfdruck im Reaktor gering ist. Das im Korb aus einem Drahtnetz angeordnete Quecksilber aber (Patent Nr. 3,738,314) ist durch ein Druckgefälle nicht belastet und der Oberflächendruck in den Netzelementen hält nur das Quecksilbergewicht zurück.
Derartige Dichtungen sind trotzdem bemerkenswert, da sie eine vollständige Dichtheit ohne Anwendung von Erhitzern und Kühlaggregaten gewährleisten. Die in den erwähnten Patenten beschriebenen Einrichtungen ermöglichen jedoch keine Hermetisierung der Stossstellen von Teilen, deren Berührungsfläche sich über derselben erstreckt und ausserdem noch schnell rotieren, sowie von Baugruppen mit einer willkürlichen Orientierung im Raum. Diese bekannten Einrichtungen sind ausserdem für einen Betrieb bei grossen Druckgefällen und unter Hochtemperaturen, die für moderne Kraftanlagen kennzeichnend sind, nicht geeignet.
Bei einem Druck des Arbeitsniittels von ca- 10 ... 30 Megapascal, der bei solchen Anlagen üblicherweise vorkommt, muss die Breite des Raumes zwischen den Teilen oder die Grösse der effektiven Durchmesser der Spérrelementen-Kapillaren (unter dem effektiven Durcmesser wird in diesem Falle der Durchmesser einer Öffnung unregelmässiger Form verstanden, der dem kleinsten lichten Querschnitt gleich ist) eine Grösse von ca. einem Zehntel eines Mikrons betragen, was in der Praxis durch die in den erwähnten Patenten vorge sehnen Vorrichtungen nicht ausführbar ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur dichten Verbindung zweier zusammenwirkenden Teilen mit einem Ringspalt zwischen ihnen, der Medien unter unterschiedlichem Druck trennt, mit einem Sperrglied zu schaffen; das eine zuverlässige Druckabdichtung der Baugrup pe bei einer einfachen Bauart und mit einem wirtschaftlichen
Betrieb ermöglicht.
Die gestellte Aufgabe wird bei der Einrichtung der ein gangs genannten Art erfindungsgemäss in der Weise gelöst, wie dies im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 definiert ist.
Die Benutzung eines zusammengepressten feinkörnigen
Einsatzes als Sperrglied ermöglicht es, die im Rahmen der gestellten Aufgabe liegenden Anforderungen zu erfüllen.
Dies deswegen, weil bei einer Einfachheit der gewählten
Bauart der Einsatz eine ausreichende Feinheit der Kapillar struktur hat und die Möglichkeit einer Einstellung der letzte- ren durch Änderung der Kompression gegeben ist. Ferner ist auch- ein dichtes Ausfüllen des Raumes-zwischen den zusammenwirkenden Teilen gegeben, das ein Durchdrücken des lDichtungsmittels durch den zu hermetisiernden Spalt auch bei grossen Druckgefällen von hunderten Atmosphären (dutzenden Megapascal) verhindert
Bei einer willkürlichen Orientierung der Einrichtung, im Raum, welche beweglichen Teile abdichtet, kann das Dichtungsmittel in der gemeinsamen Aussparung mit dem Einsatz zwischen zwei Metallringe angeordnet sein, die die benachbarten Einsätze trennen.
Dadurch kann der Einfluss des Dichtungsmittels auf den Komprimierungsgrad des Einsatzes in derselben Weise vermindert werden, wie es bei der Anrrdnung des Dichtungsmittels und Einsatzes in verschiedenen Aussparungen bei Flanschverbindungen der Fall ist.
Um den Komprimierungsgrad des Mchtungsmittels bei seiner Anordnung in der gemeinsamen Aussparung mit dem Einsatz zu beschränken, sind zwischen den Ringen Zwischenstücke (Distanzstücke) zur Begrenzung des minimalen Abstandes zwischen diesen Ringen angeordnet
Die Sicherung einer zuverlässigen Abdichtung der Einrichtung bei grossen Geschwindigkeiten der gegenseitigen Verschiebung ihrer Teile, z.
B. bei einer Rotation der Welle im feststehenden Gehäuse, kann dadurch erreicht werden, dass an der Stelle der Berührung zwischen den zusammenwirkenden Teilen mit dem Umgebungsmedium ein ringförmiger Hohlraum vorgesehen ist, der mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, die den Stoff des Einsatzes benetzt, und der durch einen Kanal mit einer durch Elektroantrieb versehenen Förderpumpe sowie durch ein Rückschlagventil mit dem Raum der Aussparung über dem freien Spiegel des Dichtungsmittels auf der Seite des Umgebungsmediums in Verbindung steht. Die den Einsatz benetzende Flüssigkeit vermn- dert die Reibung und Erhitzung der an der Welle anliegenden Einsatzschicht, wodurch die Entstehung von Rissen in der letzteren, durch die das Dichtungsmittel eindringen könnte, verhindert wird.
Nachstehend wird die Erfindung anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein der Beispiele der erfindungsgemässen Einrichtung, welche für die Abdichtung einer festen horizontalen Flanschverbindung bestimmt ist, wobei der linke Teil dieser Fig. eine Abwandlung für einen kleineren Druck des Arbeitsmediums zeigt.
Der rechte Teil derselben zeigt eine Ausführungsform, die für einen grösseren Druck des Arbeitsmediums in bezug auf das Umgebungsmedium ausgeführt ist;
Fig. 2 einen Längsschnitt in vergrössertem Massstab eines Teiles der Einrichtung mit einem Sperrglied in Form eines feinkörnigen Einsatzes, der zwei Schichten aufweist, wobei die Korngrösse des Materials der zum Umgebungsmedium näher liegenden Schicht grösser ist;
Fig. 3 einen Längsschnitt durch die vorliegende Einrichtung, welche als Dichtungsmittel das in der Rohrleitung fliessende Arbeitsmedium verwendet;
Fig. 4 einen Längs schnitt durch die vorliegende Einrichtung zur Abdichtung einer vertikalen Flanschverbindung, bei der ringförmige Einzelhohlräume für den Einsatz und das Dichtungsmittel vorgesehen sind;
;
Fig. 5 einen Längsschnitt durch die vorliegende Einrichtung zur Abdichtung einer horizontalen Flanschverbindung mit einem für das Dichtungsmittel bestimmten Hohlraum, der oberhalb einer Abstufung im erweiterten Teil der Aussparung des unteren Flansches und einem rippenförmigen Vorsprung liegt;
Fig. 6 dasselbe wie in Fig. 5, aber mit einem mehrteiligen Vorsprung (kammförmiger Vorsprung);
Fig. 7 einen Längsschnitt durch eine Flanschverbindung mit einer Dichtungsmitteleinheit, die eine beliebige Orientierung im Raum haben kann;
Fig. 8 einen Längsschnitt durch die vorliegende Einrichtung zur Abdichtung einer beweglichen Stange, wobei auf der linken Seite der Zeichnung die Abwandlung für eine vertikale, auf der rechten dagegen die Abwandlung für eine beliebige Orientierung der Stange im Raum dargestellt ist;
;
Fig. 9 einen Längsschnitt durch die vorliegende Einrichtung zur Abdichtung einer schnellaufenden horizontalen Welle; und
Fig. 10 einen Längsschnitt durch die vorliegende Einrichtung zur Abdichtung einer schnellaufenden vertikalen Welle.
Zwischen zwei Teilen 1 und 2 (Fig. 1... 7), 18 und 19 (Fig. 8), 29 und 30 (Fig. 9, 10) besteht ein ringförmiger Spalt 3. Zu jeder Seite dieses Spaltes 3 befindet sich ein Medium.
Diese Medien stehen unter verschiedenen Druck.
Die Einrichtung zum Abdichten des Spaltes 3 enthält nach Fig. 1 ein flüssiges Dichtungsmittel 4 sowie ein Sperrglied 5. Unter Ausnützung der Oberflächenspannungskräfte wird das Dichtungsmittel 4 mit Hilfe des Sperrgliedes an Ort und Stelle gehalten. Das Sperrglied 5 hat eine polykapillare Struktur und ist aus einem Stoff, der durch das Dichtungsmittel nicht benetzt wird.
Das Sperrglied ist als ein mit dem Dichtungsmittel 4 in Berührung stehender Einsatz 5 ausgeführt und aus einem feinkörnigen Material angefertigt. Zur Aufnahme dieses Einsatzes 5 ist in einem der Teile 1 oder 2 (Fig. 1... 7), 19 (Fig. 8), 30 (Fig. 9, 10) mindestens eine zum Spalt 3 konzentrische Aussparung 6 ausgeführt. Die Einrichtung enthält auch ein Mittel zum Zusammendrücken des Einsatzes 5 in der Aussparung 6. Als das feinkörnige Material für den Einsatz kann Graphitpulver verwendet werden.
Um ein Auspressen des feinkörnigen Materials des Einsatzes 5 aus dem Spalt 3 zwischen den betreffenden Teilen 1 und 2, bzw. 18 und 19, bzw. 29 und 30 zu verhindern, weist der Einsatz 5 eine geschichtete Struktur auf.
Der feinkörnige Einsatz 5 besteht aus mindestens zwei Schichten Sa (Fig. 2) und 5b, wobei das Material der Schicht 5a, welche dem Medium mit höherem Druckwert P1 näher liegt, kleineres Korn hat als das Material jener Schicht 5b, welche dem Medium mit niedrigerem Druckwert P2 näher ist.
Die Graphitkorngrösse kann, z. B. in der Schicht Sa etwa 0,1 mm, in der Schicht 5b aber etwa 0,3 mm betragen.
Dabei steht die Schicht 5a mit feinerem Korn mit dem Dichtungsmittel 4 in Berührung. Dies gewährleistet eine ausreichend feine Kapillarstruktur dieses Bereiches des Einsatzes. Auf der Seite des Mediums mit niedrigerem Druck Wert P2 ist die Schicht Sa des Einsatzes 5 mit gröberem Korn angeordnet, die das Zurückbleiben der feineren Körner im Ringspalt 3 zwischen den erwähnten Teilen sicherstellt.
Als Dichtungsmittel 4 sind schwere Flüssigkeiten, insbesondere leichtschmelzende Metalle und Legierungen vorgesehen, die bei der Einwirkung der vom Arbeitsmedium mitgeteilten Wärme in den flüssigen Zustand übergehen.
Diese sind z. B. Zinn, Wood-Metall und andere leichtschmelzende Metalle bzw. Legierungen.
In Fig. 1 ist eine Verbindung von zwei stillstehenden horizontal angeordneten Teilen, die zwei Flansche 1 und 2 aufweisen, wobei zwischen diesen Teilen der Spalt 3 vorhanden ist. Im unteren Flansch 1 ist eine ringförmige und mit dem Spalt 3 konzentrisch ausgeführte Aussparung 6 vorgesehen, in der das flüssige Dichtungsmittel 4 und das Sperrglied 5 aus einem feinkörnigen Material angeordnet sind.
Das Mittel bzw. die Vorrichtung zum Zusammendrücken des Einsatzes 5 enthält einen vom Boden der Aussparung 6 äquidistanten ringförmigen Vorsprung 7, der am oberen Flansch 2 ausgeführt ist. Die Aussparung 6 hat eine grössere Breite als der Vorsprung 7, wobei die eine Seite des Vorsprunges 7 an der Innenwand der Aussparung 6 auf der Seite des Mediums mit niedrigerem Druckwert P2 liegt. Die linke Hälfte der Zeichnung in Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Einrichtung, wenn der Druck des Arbeitsmediums im Inneren der abzudichtenden Verbindungsstelles kleiner ist als der des Umgebungsmediums. Die rechte Hälfte der Zeichnung zeigt eine Ausführungsform, wenn der Druck im Inneren grösser ist als der Druck in der Umgebung der Verbindungsstelle.
Der Vorsprung 7 ist mit einem, ringförmigen Schirm 8 ausgeführt, wobei der Einsatz 5 auf der Oberfläche des Dich-: tungsmittels 4 in einem Abschnitt der Aussparung 6 angeordnet ist. Dieser Abschnitt ist durch den erwähnten Schirm 8 vom übrigen Teil der Aussparung 6 abgetrennt und er befindet sich nähetzum Medium mit niedrigerem Druck. Der Spiegel des Dichtungsmittels 4 liegt im äusseren Teil der Aussparung höher als die unterste Partie des Schirmes 8, um einen-hydraulis-chen Verschluss zu bilden, der eine direkte Berührung zwischen dem abzudichtenden Medium und dem Einsatz 5 verhindert.
Um ein-Durchfliessen des abzudichtenden Mediums an den Anliegestellen des Einsatzes 5 an den-Wänden der Teile 1 und 2 zu verhindern, müssen die Oberflächen der Teile im Berührungsbereich mit dem Einsatz 5 ebenfalls unbenetzbar sein, was durch Auswahl eines geeigneten Stoffes oder durch Benutzung von Ueberzügen erreicht werden kann.:
Der Einsatz 5 muss zwischen den zusammenwirkenden Teilen dicht sitzen, damit ein'Entweichen des abzudichtenden Mediums durch die Undichtheiten in der Anordnung, d. h. zwischen dem Einsatz 5 und den Wänden der Aussparung 6 verhindert wird. Dies wird durch ein- Zusammenpressen des Einsatzes 5 erreicht, was ausserdem eine Verminderung des Abstands zwischen den einzelnen Körnern des Einsatzes 5 zur Folge hat.
Dabei wird die Kapillarstruktur des Einsatzes 5 feiner, da die effektiven Durchmesser der einzelnen kapillarartigen Kanäle kleiner werden.
Üblicherweise wird bei der Anwendung eines Graphiteinsatzes für ein Druckgefälle von 20 . . . 25 Megapascal eine ausreichende Dichtheit durch ein Komprimieren. des Einsatzes um etwa 60 . . . 700/0 der Tiefe der Aussparung 6 erreicht, in welcher- der Einsatz sitzt. Ein weiteres Zusammen drücken des Einsatzes 5 wird durch eine geeignete Wahl der Höhe des Vorsprunges 7 oder durch andere bekannte Begrenzungsvorrichtungen erreicht.
Die einfachste Art der Abdichtung von Baugruppen erreicht man bei der Verwendung des polykapillaren Sperrgliedes, wenn das Arbeitsmedium selbst als das Dichtungsmittel 4 wirksam ist. Dies ist jedoch nur dann möglich, wenn dieses Medium das Sperrglied und die Wände der Teile nicht benetzt.
Eine solche Möglichkeit gibt es, insbesondere, bei der Abdichtung von Baugruppen in Flüssigmetallkreisen bei Kernkraftwerken mit schnellen Reaktoren. Eine solche An- ordnung an einer horizontalen Flanschfuge ist in Fig. 2 und 3 darstellt. In Fig. 3 berührt das flüssige metallene Arbeitsmedium, welches unter dem Druck Pl steht, direkt den Einsatz 5, weil es unter der Einwirkung des Druckes1 durch den Spalt 3bis zum Einsatz 5 gelangt. Das Arbeitsmedium stellt;somit selbst das Dichtungsmittel dar.
In der WÅarme- und Kernenergetik sowie in anderen Industriezweigen handelt es sich meistens um Arbeitsmedien, die Wasser und Wasserdampf sind, und die eine hohe Tem-- peratur und einen hohen Druck- aufweisen. Zur Herstellung der solche Medien enthaltenden Anordnungen werden hitze- beständige Legierungsstähle verwendet, die das Arbeitsmedium gut benetzt; Ausserdem gelingt es in der Praxis bei solchen Medien nicht, einen geeigneten Stoff für das Sperrglied zu finden.
Es ist daher ein flüssiges¯Zwischendich- tungsmittel 4 erforderlich, das einerseits als Verschluss ge gerne das abzudichtende Medium dienen kann, andererseits aber selbst durch den Einsatz 5 abgesperrt werden kann. Als solches Dichtungsmittel 4 können für die oben angegebenen Verhältnisse, wie bereits erwähnt, geschmolzenes Zinn, Wood Metall u. a. leichtschmelzbare Metalle dienen.
Einige Sehwierigkeiten bei der Abdichtung der unter Druck stehenden Anordnungen in der vorstehend beschriebenen Weise ergeben sich daraus, dass die gegenüber den hohen Temperaturen beständigen Stoffe, aus denen der Einsatz 5 angefertigt sein kann, unter den Betriebsbedingungen mit der Zeit mindestens teilweise ihre ursprünglichen Eigenschaften verlieren, und der Einsatz wird gesintert. Dadurch werden Bedingungen zur Entstehung von' Rissen geschaffen, die die Dichtheit der Stossstelle beeinträchtigen.
Eine Erhöhung der Zuverlässigkeit der Abdichtung bei gleichzeitiger Vermeidung der Bildung von Rissen wird dadurch erreicht, dass als Dichtungsmittel 4 ein heterogenes Gemisch verwendet wird. Dabei wird der effektive Koeffizient der Oberflächenspannung im Dichtungsmittel 4 im Vergleich zum entsprechenden Koeffizienten bei einem Dichtungsmittel aus reiner Flüssigkeit wesentlich erhöht.
Ausgehend von den oben angeführten Formeln (2, 3), die das Verhältnis zwischen Oberflächendruck, Oberflächenspannung und Kapillarendurchmesser angeben, ermöglicht eine Erhöhung der effektiven Oberflächenspannung eine Vergrösserung des zulässigen Masses der effektiven Durchmesser der Kapillarkanäle (der Poren) im Einsatz 5 sowie der Spalte zwischen dem Einsatz 5 und den Wänden der Teile, wodurch die Zuverlässigkeit der Druckabdichtung erhöht wird, wobei der erforderliche Komprimierungsgrad des Einsatzes zugleich vermindert werden kann.
Wird als die flüssige Phase des Dichtungsmittels ge schmolzenes Zinn- oder das Wood-Metall verwendet, kann Bronze in Form von Pulver oder Schwamm als die feste Phase empfohlen werden, die als ein elastisches Gerippe, das die flüssige Phase des Dichtungsgemisches zurückhält, erfüllt.
Eine Schwierigkeit besteht darin, dass die Dichtungsmittel auf der Basis von leichtschmelzenden Metallen erst nach ihrer Schmelzung wirksam werden. Das Arbeitsmedium in den abzudichtenden Anlagen hat jedoch üblicherweise bis zum Beginn des Nominalbetriebes eine Temperatur, welche unter dem Schmelzpunkt des Dichtungsmittels liegt. - Während des Anfahrens eines Kraftwerks kann die Tempe rasur von 180 OC, die als der niedrigste Schmelzpunkt für Blei-Zinniegierungen gilt, erst in einigen Stunden nach dem Beginn des Anfahrens erreicht werden.
Um Mediumverluste zu verhindern, kann zu diesem Zweck ein Stoff für den Einsatz gewählt werden, der das abzudichtende Medium im Betriebszustand der Anlage nicht zurückhalten kann, der aber bei niedrigeren Temperaturen, die beim Anfahren und bei der Stillsetzung der Anlage vorkommen, imstande ist, das Medium zurückzuhalten. Falls das Medium Wasser ist, gilt der geeignete Stoff insbesondere das bereits erwähnte Graphitpulver, welches in der Praxis bis zur Erreichung des Schmelzpunktes des Dichtungsmittels durch das Wasser nicht benetzt wird.
Die Anordnung des Dichtungsmittels 4 und des Einsatzes 5 in einer gemeinsamen Aussparung 6, wie es in Fig. 1 gezeigtwurde, ist mit einigen SchwieAgkeiten verbunden. Denn für einen effektiven Betrieb muss der Einsatz 5, wie es bereits oben erwähnt wurde, einer allseitigen Komprimierung unterworfen werden. Der Zusammenbau einer Flanschverbindung erfolgt derart, dass in die Aussparung 6 zunächst das.Dichtungsmittel 4 im festen Zustand sowie der Einsatz 5 eingelegt werden, wonach erst während der Verbindung der Teile 1 und 2 der ringförmige Vorsprung 7 den erfor deriichen Druck auf den Einsatz 5 auszuüben beginnt.
Bei wiederholter Inbetriebsetzung der Anlage jedoch, wenn ein Erstarren und ein erneutes Schmelzen des Dichtungsmittels 4 erfolgt, wird sich der Einsatz 5 bei stillgesetzter Anlage im entlasteten Zustand befinden, so dass Leckstellen entstehen können. Für eine solche Konstruktion der Baugruppe ist somit eine Wiederholung des Zusammenbaues der Verbindung vor jedem Anfahren nach dem Erstarren des Dichtungsmittels erforderlich. Die beschriebene Einrichtung kann deshalb in der Hauptsache nur für sich im Dauerbetrieb befindliche Anlagen empfohlen werden.
Andere Ausführungsformen (Fig. 4... 10) der vorliegen- den Einrichtung sind jedoch für den Fall einer wiederholten Inbetriebnahme der Anlage durchaus geeignet. Bei diesen Einrichtungen erfolgt eine Trennung des Dichtungsmittels vom Einsatz, so dass der Einsatz während sämtlicher Betriebsarten im zusammengepressten Zustand bleibt. Dabei sind einzelne ringförmige Hohlräume für den Einsatz 5 und das Dichtungsmittel 4 in den Teilen 1 und 2 vorgesehen, die durch den Ringspalt 3 miteinander in Verbindung stehen.
In Fig. 4, 7 und 8 sind die ringförmigen Hohlräume als einzelne Aussparungen 6 ausgeführt. In Fig. 5 und 6 dienen als solche die schmale und die erweiterte Partie der Aussparung 6.
Bei vertikaler Lage der Flansche (Fig. 4) sind zum Unterbringen des Einsatzes im Flansch 1 zwei Aussparungen 6 vorgesehen, die mit entsprechenden Vorsprünge 7 des Flansches 2 auf der Seite des Arbeits- bzw. Umgebungsmediums abgeschlossen sind. Das Dichtungmittel 4 ist in einer zusätzlichen zum Spalt 3 konzentrischen Aussparung 9 des Flansches 2 zwischen zwei Vorsprüngen 7 desselben angeordnet. Zur Übertragung des Druckes des Arbeitsmediums auf das Dichtungsmittel 4 dient ein Überströmrohr 10. Der Ein- und Auslauf des Dichtungsmittels 4 erfolgt durch einen mit einer Verschlussschraube 12 geschlossenen Kanal 11.
Bei einer horizontalen Lage der Flansche 1 und 2 kann die Trennung des Dichtungsmittels 4 vom Einsatz 5 trotz deren Anordnung in einer gemeinsamen Aussparung 6 (Fig 5) erreicht werden. Dazu hat die Aussparung 6 eine ihren Oberteil erweiternde Abstufung 13, die auf der Seite des Mediums mit höherem Druck P1 liegt. In diesem Falle steht das Arbeitsmedium unter dem höheren Druck. Die Trennung wird dadurch erreicht, dass der Vorsprung 7 und Einsatz 5 im schmalen Teil der Aussparung unter der Abstufung 13 liegen, während das Dichtungsmittel oberhalb der Abstufung 13 im erweiterten Teil der Aussparung 6 angeordnet ist.
Das durch das Arbeitsmedium geschmolzene Dichtung.
mittel 4 bildet zunächst einen Metallring. Die anfängliche Höhe des Einsatzes 5 soll unter Berücksichtigung seiner Komprimierbarkeit so gewählt werden, dass die Stirnfläche des Vorsprungs 7 und folglich auch die endgültige Höhenlage des Einsatzes 5 unter der horizontalen Fläche der Abstufung 13 nach dem Anziehen der Verbindung liegt, auf der der Ring des Dichtungsmittels sitzt.
Die Stirnfläche des Vorsprungs 7 am Teil 2 hat einen (Fig. 5) oder mehrere (Fig. 6) Rippen 14 mit vertikalen Seitenwänden, welche zur Fuge zwischen den Teilen senkrecht gerichtet ist. Diese Rippen sollen verhindern, dass das abzudichtende Medium und das geschmolzene Dichtungsmittel 4 in den Ringspalt 3 über den Einsatz 5 durchfliessen, falls es einen Leck in der Verbindung beim Arbeitsmediumdruck P1 gibt, z. B. infolge eines Nachlassens der Befestigungsmittel, die den Teil 1 und 2 zusammenhalten. In Fig. 5 und 6 ist dies durch punktierte Linie angedeutet. Das Vorhan densein von Rippen 14 mit vertikalen Wänden verursacht einen Abschluss des Ringspaltes 3 über dem Einsatz 5.
Infolgedessen kann die Spannkraft der Befestigungsmittel, die, wie Versuche erwiesen haben, 60... 800/o der durch den
Innendruck des abzudichtenden Mediums erzeugten Bean spruchung beträgt, vermindert werden. Sind zwecks Vereinfachung-von Herstellung und Montage der Teilengruppe relativ grosse Räume (1... 2 mm) zwischen dem Vorsprung 7, dem Teil 2 und dem schmalen Teil der Aussparung 6 im Teil 1 erforderlich, können über dem Einsatz 5 an den vertikalen Wänden der Aussparung 6 Schnüre 15 aus hitzebeständigen Stoffen, wie z. B. aus Asbest oder Weichmetall (Kupfer, Aluminium) verlegt werden. Dies kann auch ein Metallseil oder eine mehradrige Litze sein. An den Berührungsstellen der Schnur 15 sind auf dem anpressenden Vorsprung 7 Anschrägungen 7a zum Andrücken der Schnur 15 an die Vertikalwände der Aussparung 6 im Teil 1 vorgesehen.
Die Schnüre 15 verhindern ein Auspressen des Einsatzes 5 durch die Spielräume zwischen Vorsprung 7 und Aussparung 6.
Damit die Teile eine beliebige Stellung im Raum haben können, wobei es beim Dichtungsmittel 4 keine freie Oberfläche geben soll, sind die in Fig. 7, 8 (rechte Seite) gezeigten Vorrichtungen zum Zusammendrücken des Dichtungsmittels 4 vorgesehen. Das Dichtungsmittel 4 selbst ist mittels der Aussparung mit Einsatz 5 sowohl vom Medium unter einem hohen Druck P1 als auch vom Medium unter einem niedrigen Druck P2 getrennt, wobei die Kapillarkanäle beim Einsatz 5 auf der Hochdruckseite einen grösseren effektiven Durchmesser aufweisen als die auf der Seite des Mediums mit dem niedrigeren Druck P2.
Bei der in Fig. 7 dargestellten Flanschverbindung sind die Aussparungen 6 zur Anordnung des Einsatzes 5 im Flansch 1 ausgeführt. Zur Unterbringung des Dichtungsmittels im anderen Flansch 2 ist dagegen eine zusätzliche konzentrische Aussparung 16 vorgesehen, die mittels der Aussparung 6 mit einem Einsatzteil 5c vom Medium mit dem höheren Druck und mittels der Aussparung 6 mit einem Einsatzteil 5d vom Medium mit dem niedrigeren Druck getrennt ist. Die Kapillarkanäle beim Einsatzteil 5c auf der Seite des Mediums mit höherem Druck P1 haben einen grösseren effektiven Durchmesser als die des Einsatzteiles 5d auf der Seite des Mediums mit niedrigerem Druck Pi.
Die Vorrichtungen zum Komprimieren des Dichtungsmittels 4 in der Aussparung 16 und der Einsätze 5c, 5d in den Aussparungen 6 enthalten diesen Aussparungen äquidi starte Vorsprünge 17 und 7 in den den Aussparungen gegenüberliegenden Flanschen 1 und 2. Der Einsatz 5c auf der Seite des Mediums mit höherem Druck P1 erfüllt im Vergleich zum Einsatz 5d auf der Seite des Mediums mit niedrigerem Druck P1 eine andere Funktion, da er kein Sperrglied darstellt sondern eine Vorrichtung zur Erhöhung des Druckes im Dichtungsmittel 4 im Vergleich zum Druck des Arbeitsmediums. Eine minimale Differenz zwischen den Druckwerten des Dichtungsmittels und des zu hermetisierenden Mediums ist erforderlich, da andernfalls das letztere durch das Dichtungsmittel zum Sperrglied (Einsatz 5) eindringen kann, wobei Verluste entstehen.
Liegt der Einsatz vor dem Dichtungsmittel, so entsteht im letzteren ein erhöhter Druck infolge des auf das Dichtungsmittel wirkenden in den Kapillaren bestehenden Oberflächendruckes. Da der in bezug auf das zu hermetisierende Medium bestehende Druck im Dichtungsmittel als Minimalwert ausreichend ist, können die effektiven Porendurchmesser bei diesem Einsatz erheblich grösser sein als die entsprechenden Durchmesser im Einsatz, der hinter dem Dichtungsmittel angeordnet ist, wo der Oberflächendruck der Summe aus dem Druck des zu hermetisierenden Mediums und aus dem überschüssigen Druck im Dichtungsmittel entgegenwirken muss, wie dies aus der oben angeführten Formel für die Beziehungen zwischen Kapillar durchmesser, Meniskusdruck und Oberflächenspannung hervorgeht.
Eine Einrichtung zur Abdichtung gegenseitig beweglicher Teile, welche sich mit einer kleinen Geschwindigkeit gegenseitig verschieben, wie dem z. B. bei einer Baugruppe mit einer Stange der Fall ist, ist inFig. 8 dargestellt. Die linke Hälfte der Zeichnung zeigt die Ausführung für eine vertikale, die rechte Hälfte die Ausführung für eine beliebige Lage der Stange im Raum.
Die Verbindung enthält einen Innenteil, eine Stange (Fig. 8), die in bezug auf den anderen, feststehenden Teil auf das Gehäuse 19 verschiebbar ist. In diesem zweiten Teil ist eine der Stange zugewendete Aussparung 6 ausgeführt.
Für eine vertikale Stellung dieser Verbindung zweier Teile ist im Unterteil der Aussparung 6 eine nach oben offene Buchse 21 mit einem Ringspalt 20 ängeordnet, in-deren Boden eine Öffnung für die Stange 18 vorgesehen ist. In die Buchse 21 ist ein ringförmiger Schirm 22 bis zu einer gewissen Tiefe der Buchse eingesetzt, dessen Oberteil auf seinem ganzen Umfang dicht z. B. durch Verschweissung mit dem Gehäuse 19 verbunden ist. Das Dichtungsmittel 4 ist in dem nach oben offenen ringförmigen Hohlraum 23 untergebracht, der durch die Buchse 21 und Schirm 22 gebildet wird. Der Einsatz 5 ist zwischen den Metallringen 24 im Ringspalt untergebracht, der durch den Schirm 21 und Stange 18 gebildet ist.
In demselben Ringspalt ist eine zum Zusammendrücken des Einsatzes 5 bestimmte flanschförmige Pressbüchse 25 eingesetzt, die mit dem Gehäuse durch in der Zeichnung nicht abgebildete Befestigungsstücke gespannt wird.
In der Buchse 21 ist unter der unteren Partie des Hohlraumes 23 in ihrem Bodenteil eine an der Stange 18: anliegende Aussparung 6a für die Anordnung des feinkörnigen Ein satzes 5 vorgesehen, der ein Ausfliessen des Dichtungsmittels 4 längs der Stange 18 abwärts in den abzudichtenden Hohlraum verhindert. Zum Zusammenpressen dieses Dichtungsmittels 5 ist eine zwischenliegende Pressbüchse 26 vorgesehen, die Seitenöffnungen 27 aufweist, durch welche dasDich- tungsmittel 4 mit dem Ringspalt 3 in Verbindung stehen.
Anstatt der zusätzlichen Aussparung 6a kann die Buchse 21 durch ihren Bodenteil mit der Stange 21 dicht verbunden sein.
Bei'einer willkürlichen Orientierung der Stange 18 (Fig. 8) -im Raum ist der Hohlraum 23 für das Dichtungsmittel 4 durch die Verwendung von Distanzstücken 27 zwischen den zwei Metallringen 24 abgeschirmt, die den minimalen Abstand zwischen diesen begrenzen. An beiden Seiten des Hohlraumes 23 ist zwischen den Ringen 24 ein feinkörniger Einsatz 5 angeordnet. Der Abschnitt des Einsatzes 5, bei welchem die Poren einen grösseren effektiven Durchmesser haben, befindet sich an der Seite des abzudichtenden Arbeitsmediums mit dem Druck P1, und der Abschnitt mit dem kleineren effektiven Durchmesser befindet sich an der Seite des Umgebungsmediums mit dem Druckwert P2.
Ein besonderes Problem stellt die Abdichtung von Baugruppen dar, die hohe Geschwindigkeiten bei der Bewegung zueinander aufweisen, insbesondere die Abdichtung vonschnellaufenden Wellen.-Die Schwierigkeit besteht darin,dass infolge der Unwucht der Welle ein Verlust der elastischen Eigenschaften der an der Welle liegenden Einsatzoberflächenschicht erfolgt. Dadurch entsteht ein Spielraum zwischen Welle und Einsatz. Die zur Beseitigung dieser Erscheinung vorgesehenen Vorrichtungen sind in Fig. 9 und 10 für horizontale bzw. vertikale Anordnung der Welle gezeigt;
Gleich wie in Fig. 8, enthält die Baugruppe ebenfalls einen beweglichen Teil, eine Welle 29, die in bezug-auf -das feststehende Gehäuse 30 jedoch rotiert.
Längs des Ringspaltes 3 zwischen Welle 29 und Gehäuse30 ist eine ringförmige Aussparung 6 vorgesehen, die mit dem flüssigem Dichtungsmittel-4 und dem auf dem Verschiebungsweg--des -Dichtungsmittels 4 angeordneten Einsatz 5 ausgefüllt ist, der an den beiden Seiten durch Metallführungsringe 24 begrenzt ist.
Das Nachstellen des Druckes auf den Einsatz 5 erfolgt durch eine Flanschpressbüchse 25 über eine Presszwischenbüchse 26, die Längsschlitze 31 aufweist, welche ein Mitnehmen des Dichtungsmittels 4 beim Rotieren der Welle 29 verhindern.
Für eine horizontal angeordnete Welle 29 (Fig. 9) hat die für das Dichtungsmittel 4 bestimmte Aussparung 6 in der Mitte eine ringförmige Rippe 32 zur Bildung eines hy draulischen Verschlusses mit zwei in Verbindung stehenden Abschnitten der Dichtungsflüssigkeit 4 und mit getrennten Spiegelflächen auf der Seite des Arbeitsmediums und Umgebungsmediums. Der Druck P1 des zu hermetisierenden Arbeitsmediums wird auf die Spiegelfläche 33 des in der Zeichnung linken Abschnittes des Dichtungsmittels 4 durch die Öffnung 34 übertragen.
An der Auslaufstelle des Ringspaltes 3 zwischen Welle 29 und Gehäuse 30 in das Umgebungsmedium ist ein ringförmiger Hohlraum 35 vorgesehen, der durch die Flüssigkeit 36 gefüllt ist, die den Stoff des Einsatzes 5 benetzt. Auf dem Abschnitt der Welle 29 ist innerhalb des Hohlraumes 35 einSpritzring 37 angeordnet, der den Auslauf der Flüssigkeit 36 in das Umgebungsmedium verhindert. Der Unterteil des Hohlraumes 35 ist über die elektrische Förderpumpe mit dem I(ana138 und das Rückschlagventil 40 mit dem Raum über dem Spiegel 41 des in der Zeichnung rechten Abschnittes des Dichtungsmittels 4 verbunden. Zur Kühlung der Flüssigkeit 36ist im Körper der Pressbüchse 25 ein Kühler angeordnet, z.
B. ein Ringkanal 42, durch den man ein umlaufendes Kältemittel fliessen lässt. Verluste der Flüssigkeit 36 werden durch eine Dichtung üblicher Art, z. B. Zwischenlage 43 verhindert.
Der Anlasskreis des in der Zeichnung nicht dargestellten. elektrischen Antriebs der Pumpe 39 ist mit dem Standgeber 41 des Dichtungsmittels 4 an der Seite des Umgebungsmediums geschaltet.
Das Gebergerät stellt einen Elektrokontakt 44 dar, der mit der Wicklung eines Relais 45 geschaltet ist, dessen Schliesskontakte den Speisekreis des Elektromotors der Puq- pe 39 steuern.
Bei der Bauguppe mit vertikal angeordneter Welle 29 (Fig. 10) hat das Dichtungsmittel einen unteren 4a und einen oberen 4b Abschnitt. Der untere Abschnitt 4a liegt in einem oben offenen ringförmigen Bad 46, in dem Radialrippen 47 angeordnet sind, die eine Übertragung der Drehbewegung von der Welle 29 auf das Dichtungsmittel 4 in ähnlicher Weise wie die Schlitze 31 in der Büchse 26 verhindern.
Wie bereits bemerkt wurde, wird die Flüssigkeit 36 durch die Pumpe 39 aus dem Hohlraum 35 in den Raum über den Spiegel 41 des Dichtungsmittels 4 an der Seite des Umgebungsmediums mit dem Druckwert P2 befördert. Der durch die Pumpe 39 erzeugte Druck soll den Druck im Dichtungsmittel 4 ubertreffen. Dabei wird der letztere durch die Flüssigkeit 36 zurückgedrängt, der Spiegel 41 des Dichtungsmittels 4 im¯Abschnitt an der Seite des Umgebungsmediums wird solange sinken bis der Kontakt 44 blossgelegt ist und dabei den Steuerkreis der Pumpe 39 unterbricht.
Unter Einwirkung des Druckes, den das Arbeitsmedium auf das Dichtungsmittel durch die Spiegelfläche 33 überträgt, wird die Flüssigkeit infolge Benetzbarkeit in den Ringspalt 3 zwischen Welle,29 und Einsatz 5 eindringen. Dabei wird die Reibung und Anwärmung der an der Welle 29 lie genen Einsatzoherschicht vermindert, wodurch das Entstehen von Rissen- irn Einsatz verhindert wird. Vom Gesichts- punkt einer Verminderung der Reibung ist es zweckmässig, dass die Flüssigkeit ausser der Benetzung auch gute Schmier- eigenschaften aufweist: Als Flüssigkeit 36 können z. B. echte Mineralöle, synthetische hitzebeständige Flüssigkeiten, die für Regelungssysteme bei Dampfturbinen benutzt werden, dienen.
Indem die Flüssigkeit 36 zwischen Dichtungsmittel 4 und Einsatz 5 liegt, wirkt sie auch wie ein Dichtungszwischenmittel, das jedoch durch den Einsatz 5 nicht gesperrt wird, sondern durch diesen frei läuft und mittels der Elektropumpe 39 in den Umlaufkreis mitgenommen wird. Während der Betriebsarten, bei denen die Welle stillsteht, kann die Elektropumpe 38 ausgeschaltet werden. Dabei wird die Flüssigkeit in den Hohlraum 35 verdrängt und das Dichtungsmittel 4 tritt mit dem Einsatz 5 in Berührung, d. h. es beginnt die Ausführung der oben beschriebenen Hauptwirkungsweise der Abdichtung.
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Screen (22) is formed, and that the insert (5) is housed in the annular gap between the screen (22) and the barrel axis (18) (Fig. 8th).
18th Device according to claim 17, characterized in that in the middle of the bottom part of the socket (21) there is an annular recess (6a) in which an additional fine-grained insert (5) is accommodated.
19th Device according to claim 17, characterized in that the bottom of the socket is tightly connected to the barrel axis (18).
20th Device according to claims 13, 15 and 16, characterized in that the sealing means (4) is arranged in the recess (6) between the metal rings (24) (Fig. 8th).
21. Device according to claim 20, characterized in that spacers (28) are used in the area of the sealing means (4).
22. Device according to claims 15 and 16, intended to seal a gap between a high-speed shaft (29) and its bearing when the working medium is under a pressure which is higher than that of the surrounding medium, characterized in that at the outlet of the Gap (3) in the surrounding medium, which is located between the shaft and the bearing (29 and 30), an annular cavity (35) is provided which contains a liquid (36) which wets the material of the insert (5), and that the cavity through a channel (38) with an electric drive delivery pump (39) and through a check valve (40) with the interior of the recess (6) above the mirror (41) of a sealant (4) on the side of the Medium is connected (Fig. 9).
23. Device according to claim 22, for a horizontally arranged shaft, characterized in that the sealing means (4) and the insert (5) are arranged in the same recess (6), that the recess in the region of the sealing means (4) defines the space of the recess (6) has a constricting annular rib (32) which serves to form a hydraulic seal in the sealing means (4) and that the upper part of the recess (6) is connected to the working medium by means of an opening (34) (Fig. 9).
24th Device according to claims 22 and 23, characterized in that the control circuit of the electric drive of the pump (39) is connected to a position transmitter (44) of the sealing means (4) on the side of the recess (6) connected to the ambient medium (Fig. 9).
25th Device according to claim 22, characterized in that devices are arranged in the area of the sealing means (4) which prevent transmission of the rotary movement from the shaft (29) to the sealing means (4), e.g. B. radial ribs (47) (Fig. 10).
The invention relates to a device for sealing the gap between two parts, with a locking member which is located in the said gap in order to separate media which are under different pressure and are located on both sides of the gap. Such devices can be used in assemblies used in the energy, metallurgy, chemical, and other industries.
A known device of this type, the z. B. attached to a machine or to fittings, usually contains two interacting parts which are movable with respect to one another or else non-movable with an intermediate space between them which separates the medium under different pressure. Flange connections, rods and shafts in guide bushes or the like come as application areas for such devices. in question.
In all cases in which the sealing of such an assembly is necessary, the aim is to prevent the media from flowing away through the intermediate space in the direction of the pressure drop. Packing glands (packings) are mostly used as sealants. The packing glands require constant inspection, they have to be tightened from time to time and the packing material has to be replaced. And yet such seals do not ensure a sufficiently reliable seal, especially at a high temperature and under a high pressure.
With several facilities, e.g. B. Even the slightest media loss is undesirable in the first cycle of a nuclear power plant, which is why completely hermetic seals had to be developed. It is known that the hydraulic closure serves as such a completely hermetic seal, i. H. a column of liquid, the weight of which counteracts the pressure of the locked-out medium. The use of so-called magnetic fluids is also known, which are retained in the interstice by a magnetic field. These seals ensure full hermeticization, but can only withstand a small pressure drop with acceptable dimensions, namely approximately parts of the pressure value of 1 at.
Hermetic seals based on the principle of a so-called frozen stuffing box have recently become known. In U.S. Patent No. 3129947 class 227-22, 1964 is e.g. B. such a seal for elements of the equipment of the liquid metal circuit described. The liquid metal in the space to be hermetized is shut off here by locally freezing the sealant by means of devices which keep part of the metal at a temperature which is below its melting point. The other part of the metal that lies directly on the cold section must be kept at a temperature that is higher than the melting point. The molten metal, which is under pressure from the working medium, cannot cross the space since it is frozen in the cooled zone.
In another U.S. Patent No. 3554558 class 27718, 1971, there is shown a hermetically sealed assembly which works according to the principle described above and which enables the use of a working medium which is different from the sealant. This is achieved by connecting the space to be hermetically sealed with the source of a liquid sealant which is supplied to the space under a pressure which is greater in relation to the media separated by the space, with devices for heating the space at the feed point of the sealant purpose compliance with the latter in the molten state and devices for cooling the intermediate space on both sides of the liquid sealant section are provided for the purpose of producing sealing cold seals.
The two types of sealing listed above not only guarantee complete hermeticisation of the assembly to be sealed, like the hydraulic closure, but they can withstand sufficiently high pressure drops and temperatures, in contrast to the hydraulic closure.
At the same time - but such seals show essential
che disadvantages that limit their application in practice. They cause strong temperature gradients, which adversely affects the strength of the metal in particular; due to the required special heater and the cooling units, their training is complicated and they are not reliable in the event of an instantaneous temperature drop in the event of an emergency shutdown of the power supply to the heater and / or the cooling units. In addition, such seals require electrical current, even in idle mode, when the temperature of the working medium is the same as that of the surrounding medium, but has a greater pressure with respect to the surrounding medium.
Another disadvantage of the assembly with locally frozen sealant is that with such an assembly mutual displacement of the parts to be cooperated can only take place at a relatively low speed, which results from the melt of the layer of the frozen sealant section lying on the displaceable part Frictional heat dissipation is limited.
There are also known assemblies that are hermetically sealed by a liquid sealant that is held back by surface tension forces directly in the space to be sealed or in a blocking element. The locking element has a polycapillary structure and is made of a material that is not wetted by the sealant. Such assemblies are, for. B. used to seal the passage points of a shifted thin wire through a special reactor, in which the wire is provided with a coating of an evaporable agent (see United States patent no. 3,669,065, 3,731,651, 3,738,314 class 118-49. 5, 1973).
In such assemblies, mercury is usually used as a sealant. The barrier element is a mesh basket made of molybdenum wire.
The operation of such a seal is based on the known capillary phenomenon. This appears in narrow cylindrical channels (capillaries) or in narrow gaps of constant width, and has the effect of a curvature of the liquid surface that arises as a result of the surface tension. This creates a meniscus. a concave if the liquid wets the capillary walls, or a convex if no wetting takes place.
According to Laplace's law, which is known from theoretical physics, the formation of a meniscus in a capillary creates an additional pressure on the surface of the liquid, namely one that is directed into the interior of the liquid if the meniscus is convex or in the opposite direction Direction shows if the meniscus is concave.
The value of this pressure is determined from the following equation: 1 1 Pm = (R2 + R) (1), where Pm is a pressure variable which depends on the curvature of the meniscus, ui surface tension, R, and 3t2 radii of curvature of the meniscus.
- Assuming a cylindrical capillary.
that R1 = R2 = d / 2, where d is the diameter of the capillary. For an annular gap one of these radii is directed to infinity, the other one can assume half the gap width s / 2. The expressions for the meniscus pressure in a cylindrical single capillary and a single ring capillary can thus be represented in the following form d (2) d
POm
5 = ¯ S (3)
The surface pressure of a convex meniscus is used to develop a blocking force that prevents the pressure medium from escaping from the space between the assembly elements.
Such a meniscus could arise when a liquid is added to the space that does not wet the material from which the assembly elements are made. However, the calculations according to the formulas given above show that to generate a meniscus pressure of only approx. 1 at the size of the required gap must be approximately 0.01 mm.
This is to seal the passage point of the thin wire when applying a coating in accordance with the above-mentioned USA patent no. 3,669,065, 3,731,651,3,738,314 are sufficient, since the space between the latter and the perforated walls can be sufficiently small for the passage of the flexible wire, and the vapor pressure in the reactor is low. However, the mercury arranged in the basket from a wire mesh (patent no. 3,738,314) is not affected by a pressure drop and the surface pressure in the network elements only holds back the mercury weight.
Such seals are nevertheless remarkable because they ensure complete tightness without the use of heaters and cooling units. However, the devices described in the patents mentioned do not allow hermeticization of the joints of parts whose contact surface extends over them and also rotate rapidly, and of assemblies with an arbitrary orientation in space. These known devices are also not suitable for operation with large pressure drops and under high temperatures, which are characteristic of modern power plants.
With a pressure of the working fluid of approx. 10. . . 30 megapascals, which usually occurs in such systems, must be the width of the space between the parts or the size of the effective diameter of the blocking element capillaries (in this case, the effective diameter is understood to mean the diameter of an opening of irregular shape, which has the smallest clear cross section is the same) a size of approx. amount to one tenth of a micron, which is not feasible in practice by the devices provided in the aforementioned patents.
The invention has for its object to provide a device for the tight connection of two interacting parts with an annular gap between them, which separates media under different pressure, with a locking member; a reliable pressure seal of the assembly with a simple design and an economical one
Operation enables.
The object is achieved according to the invention in the establishment of a type mentioned in the manner as defined in the characterizing part of claim 1.
The use of a compressed fine-grained
Use as a locking element makes it possible to meet the requirements within the scope of the task.
This is because the simplicity of the chosen one
Design of the insert has a sufficient fineness of the capillary structure and it is possible to adjust the latter by changing the compression. Furthermore, there is also a tight filling of the space between the interacting parts, which prevents the sealant from being pressed through the gap to be hermetically sealed, even with large pressure drops of hundreds of atmospheres (dozens of megapascals)
In the case of an arbitrary orientation of the device, in the room, which seals moving parts, the sealing means can be arranged in the common recess with the insert between two metal rings which separate the adjacent inserts.
As a result, the influence of the sealant on the degree of compression of the insert can be reduced in the same way as is the case with the arrangement of the sealant and use in different recesses in flange connections.
In order to limit the degree of compression of the medium when it is arranged in the common recess with the insert, intermediate pieces (spacers) are arranged between the rings to limit the minimum distance between these rings
Ensuring a reliable seal of the device at high speeds of mutual displacement of its parts, e.g.
B. when the shaft rotates in the fixed housing, it can be achieved that an annular cavity is provided at the point of contact between the interacting parts with the surrounding medium, which is filled with a liquid that wets the substance of the insert, and through a channel with an electrically powered feed pump and a non-return valve with the space of the recess above the free mirror of the sealant on the side of the ambient medium in connection. The liquid wetting the insert reduces the friction and heating of the insert layer on the shaft, thereby preventing the formation of cracks in the latter, through which the sealant could penetrate.
The invention is explained in more detail below on the basis of the description of exemplary embodiments and the accompanying drawings. Show it:
Fig. 1 shows a longitudinal section through one of the examples of the device according to the invention which is intended for sealing a fixed horizontal flange connection, the left part of this FIG. shows a modification for a smaller pressure of the working medium.
The right part thereof shows an embodiment which is designed for a greater pressure of the working medium in relation to the surrounding medium;
Fig. 2 shows a longitudinal section on an enlarged scale of a part of the device with a locking member in the form of a fine-grained insert which has two layers, the grain size of the material of the layer closer to the surrounding medium being larger;
Fig. 3 shows a longitudinal section through the present device, which uses the working medium flowing in the pipeline as the sealing means;
Fig. 4 shows a longitudinal section through the present device for sealing a vertical flange connection, in which individual annular cavities are provided for the insert and the sealing means;
;
Fig. 5 shows a longitudinal section through the present device for sealing a horizontal flange connection with a cavity intended for the sealant, which is above a step in the enlarged part of the recess of the lower flange and a rib-shaped projection;
Fig. 6 the same as in Fig. 5, but with a multi-part projection (comb-shaped projection);
Fig. 7 shows a longitudinal section through a flange connection with a sealant unit, which can have any orientation in space;
Fig. 8 shows a longitudinal section through the present device for sealing a movable rod, the modification for a vertical orientation being shown on the left-hand side of the drawing, and the modification for any orientation of the rod in space on the right-hand side;
;
Fig. 9 shows a longitudinal section through the present device for sealing a high-speed horizontal shaft; and
Fig. 10 shows a longitudinal section through the present device for sealing a high-speed vertical shaft.
Between two parts 1 and 2 (Fig. 1. . . 7), 18 and 19 (Fig. 8), 29 and 30 (Fig. 9, 10) there is an annular gap 3. There is a medium on each side of this gap 3.
These media are under various pressures.
The device for sealing the gap 3 contains according to Fig. 1 a liquid sealant 4 and a locking member 5. Taking advantage of the surface tension forces, the sealing means 4 is held in place with the aid of the locking member. The locking member 5 has a polycapillary structure and is made of a material that is not wetted by the sealant.
The locking member is designed as an insert 5 in contact with the sealing means 4 and made of a fine-grained material. To accommodate this insert 5 is in one of the parts 1 or 2 (Fig. 1. . . 7), 19 (Fig. 8), 30 (Fig. 9, 10) at least one recess 6 concentric with the gap 3. The device also includes a means for compressing the insert 5 in the recess 6. Graphite powder can be used as the fine-grained material for use.
In order to squeeze out the fine-grained material of the insert 5 from the gap 3 between the relevant parts 1 and 2, or 18 and 19, respectively To prevent 29 and 30, the insert 5 has a layered structure.
The fine-grained insert 5 consists of at least two layers Sa (Fig. 2) and 5b, wherein the material of layer 5a, which is closer to the medium with a higher pressure value P1, has smaller grain than the material of that layer 5b, which is closer to the medium with a lower pressure value P2.
The graphite grain size can e.g. B. about 0.1 mm in layer Sa, but about 0.3 mm in layer 5b.
The layer 5a with finer grain is in contact with the sealant 4. This ensures a sufficiently fine capillary structure in this area of the insert. On the side of the medium with lower pressure value P2, the layer Sa of the insert 5 with coarser grain is arranged, which ensures that the finer grains remain in the annular gap 3 between the parts mentioned.
Heavy liquids, in particular lightly melting metals and alloys, are provided as sealing means 4, which change into the liquid state when the heat imparted by the working medium acts.
These are e.g. B. Tin, wood metal and other easily melting metals or Alloys.
In Fig. 1 is a connection of two stationary, horizontally arranged parts which have two flanges 1 and 2, the gap 3 being present between these parts. In the lower flange 1 there is an annular recess 6, which is designed concentrically with the gap 3 and in which the liquid sealant 4 and the locking member 5 made of a fine-grained material are arranged.
The agent or the device for compressing the insert 5 contains an annular projection 7 which is equidistant from the bottom of the recess 6 and which is embodied on the upper flange 2. The recess 6 has a greater width than the projection 7, the one side of the projection 7 lying on the inner wall of the recess 6 on the side of the medium with a lower pressure value P2. The left half of the drawing in Fig. 1 shows an embodiment of the present device when the pressure of the working medium inside the connection point to be sealed is lower than that of the surrounding medium. The right half of the drawing shows an embodiment when the pressure inside is greater than the pressure in the vicinity of the connection point.
The projection 7 is designed with an annular screen 8, the insert 5 being arranged on the surface of the sealant 4 in a section of the recess 6. This section is separated from the remaining part of the recess 6 by the above-mentioned screen 8 and is located closer to the medium with lower pressure. The level of the sealant 4 is higher in the outer part of the recess than the lowest part of the screen 8 in order to form a hydraulic closure which prevents direct contact between the medium to be sealed and the insert 5.
In order to prevent the medium to be sealed flowing through at the contact points of the insert 5 on the walls of the parts 1 and 2, the surfaces of the parts in the contact area with the insert 5 must also be non-wettable, which can be done by selecting a suitable material or by using Coatings can be achieved. :
The insert 5 must sit tightly between the interacting parts so that a leakage of the medium to be sealed through the leaks in the arrangement, i. H. between the insert 5 and the walls of the recess 6 is prevented. This is achieved by compressing the insert 5, which also results in a reduction in the distance between the individual grains of the insert 5.
The capillary structure of the insert 5 becomes finer because the effective diameters of the individual capillary-like channels become smaller.
Usually, when using a graphite insert for a pressure drop of 20. . . 25 megapascals sufficient sealing by compressing. around 60. . . 700/0 of the depth of the recess 6 in which the insert is seated. Another squeeze of the insert 5 is achieved by a suitable choice of the height of the projection 7 or by other known limiting devices.
The simplest type of sealing of assemblies is achieved when using the polycapillary locking member if the working medium itself is effective as the sealing means 4. However, this is only possible if this medium does not wet the locking member and the walls of the parts.
There is such a possibility, in particular, in the sealing of assemblies in liquid metal circuits in nuclear power plants with fast reactors. Such an arrangement on a horizontal flange joint is shown in Fig. 2 and 3. In Fig. 3 touches the liquid metal working medium, which is under the pressure P1, directly against the insert 5, because it comes under the action of the pressure 1 through the gap 3 to the insert 5. The working medium is the sealant itself.
In heat and nuclear power engineering as well as in other branches of industry, it is mostly working media that are water and water vapor and that have a high temperature and a high pressure. Heat-resistant alloy steels, which wet the working medium well, are used to produce the arrangements containing such media; In addition, it is not possible in practice to find a suitable material for the blocking member with such media.
A liquid intermediate sealant 4 is therefore required which, on the one hand, can serve as a seal for the medium to be sealed, but on the other hand can itself be blocked off by the insert 5. As such a sealant 4 can, as already mentioned, molten tin, wood metal and the like for the above conditions. a. easily meltable metals serve.
Some difficulties in sealing the pressurized assemblies in the manner described above result from the fact that the materials, which are resistant to the high temperatures from which the insert 5 can be made, at least partially lose their original properties over time under the operating conditions, and the insert is sintered. This creates conditions for the formation of cracks which impair the tightness of the joint.
An increase in the reliability of the seal while avoiding the formation of cracks is achieved by using a heterogeneous mixture as the sealant 4. The effective coefficient of surface tension in the sealant 4 is significantly increased compared to the corresponding coefficient for a sealant made of pure liquid.
Starting from the above formulas (2, 3), which indicate the relationship between surface pressure, surface tension and capillary diameter, an increase in the effective surface tension enables an increase in the permissible dimension of the effective diameter of the capillary channels (the pores) in the insert 5 and the gap between them the insert 5 and the walls of the parts, which increases the reliability of the pressure seal, while the required degree of compression of the insert can be reduced at the same time.
If molten tin or wood metal is used as the liquid phase of the sealant, bronze in the form of powder or sponge can be recommended as the solid phase, which fulfills as an elastic framework that retains the liquid phase of the sealant mixture.
One difficulty is that the sealants based on lightly melting metals only become effective after they have melted. However, the working medium in the systems to be sealed usually has a temperature which is below the melting point of the sealant until the start of nominal operation. - During the start-up of a power plant, the temperature shave of 180 OC, which is the lowest melting point for lead-tin alloys, can only be reached a few hours after the start of the start-up.
To prevent medium loss, a substance can be selected for this purpose that cannot hold back the medium to be sealed in the operating state of the system, but which is able to do so at lower temperatures that occur when starting up and shutting down the system Hold back medium. If the medium is water, the suitable substance applies in particular the graphite powder already mentioned, which in practice is not wetted by the water until the melting point of the sealant is reached.
The arrangement of the sealant 4 and the insert 5 in a common recess 6, as shown in Fig. 1 has been associated with some difficulties. Because, for effective operation, the insert 5, as already mentioned above, must be subjected to compression on all sides. The assembly of a flange connection takes place in such a way that in the recess 6 the. Sealant 4 in the solid state and the insert 5 are inserted, after which only during the connection of the parts 1 and 2 of the annular projection 7 begins to exert the necessary pressure on the insert 5.
If the system is started up repeatedly, however, if the sealant 4 solidifies and melts again, the insert 5 will be in the unloaded state when the system is shut down, so that leaks can occur. For such a construction of the assembly, it is therefore necessary to repeat the assembly of the connection before each start-up after the sealant has solidified. The described device can therefore only be recommended for systems that are in continuous operation.
Other embodiments (Fig. 4th . . 10) of the present device are, however, quite suitable for the case of repeated commissioning of the system. With these devices, the sealant is separated from the insert, so that the insert remains in the compressed state during all operating modes. Individual annular cavities are provided for the insert 5 and the sealing means 4 in parts 1 and 2, which are connected to one another by the annular gap 3.
In Fig. 4, 7 and 8, the annular cavities are designed as individual cutouts 6. In Fig. 5 and 6 serve as such the narrow and the extended part of the recess 6.
With the flanges in a vertical position (Fig. 4) two recesses 6 are provided to accommodate the insert in the flange 1, which with corresponding projections 7 of the flange 2 on the side of the working or Surrounding medium are completed. The sealing means 4 is arranged in an additional recess 9 of the flange 2 concentric with the gap 3 between two projections 7 of the same. An overflow pipe 10 is used to transmit the pressure of the working medium to the sealing means 4. The sealant 4 is fed in and out through a channel 11 closed with a screw plug 12.
If the flanges 1 and 2 are in a horizontal position, the sealant 4 can be separated from the insert 5 despite their arrangement in a common recess 6 (FIG. 5). For this purpose, the recess 6 has a gradation 13 widening its upper part, which lies on the side of the medium with a higher pressure P1. In this case, the working medium is under the higher pressure. The separation is achieved in that the projection 7 and the insert 5 lie in the narrow part of the recess below the step 13, while the sealant is arranged above the step 13 in the enlarged part of the recess 6.
The seal melted by the working medium.
Medium 4 initially forms a metal ring. The initial height of the insert 5 should be chosen taking into account its compressibility so that the end face of the projection 7 and consequently also the final height of the insert 5 is below the horizontal surface of the step 13 after tightening the connection on which the ring of the sealant sits.
The end face of the projection 7 on part 2 has a (Fig. 5) or more (Fig. 6) Ribs 14 with vertical side walls, which is perpendicular to the joint between the parts. These ribs are intended to prevent the medium to be sealed and the molten sealant 4 from flowing into the annular gap 3 via the insert 5 if there is a leak in the connection at the working medium pressure P1, e.g. B. due to a deterioration in the fasteners holding parts 1 and 2 together. In Fig. 5 and 6, this is indicated by a dotted line. The presence of ribs 14 with vertical walls causes the annular gap 3 to close above the insert 5.
As a result, the tension of the fasteners, which have been shown to be effective, can be 60. . . 800 / o the by the
Is generated internal stress of the medium to be sealed stress, be reduced. Are relatively large rooms (1. . . 2 mm) between the projection 7, the part 2 and the narrow part of the recess 6 in part 1, 6 strings 15 made of heat-resistant materials, such as, for example, can be placed on the insert 5 on the vertical walls of the recess. B. made of asbestos or soft metal (copper, aluminum). This can also be a metal cable or a multi-core strand. At the points of contact of the cord 15, bevels 7a are provided on the pressing projection 7 for pressing the cord 15 against the vertical walls of the recess 6 in part 1.
The cords 15 prevent the insert 5 from being pressed out due to the play between the projection 7 and the recess 6.
So that the parts can have any position in space, there should be no free surface in the sealant 4, the in Fig. 7, 8 (right side) shown devices for compressing the sealant 4 is provided. The sealant 4 itself is separated by means of the recess with insert 5 both from the medium under a high pressure P1 and from the medium under a low pressure P2, the capillary channels in insert 5 having a larger effective diameter on the high-pressure side than that on the side of the Medium with the lower pressure P2.
In the case of Fig. 7 flange connection shown, the recesses 6 for arranging the insert 5 in the flange 1 are executed. To accommodate the sealant in the other flange 2, on the other hand, an additional concentric recess 16 is provided, which is separated from the medium with the higher pressure by means of the recess 6 with an insert part 5c and from the medium with the lower pressure by means of the recess 6 with an insert part 5d. The capillary channels at the insert 5c on the side of the medium with higher pressure P1 have a larger effective diameter than that of the insert 5d on the side of the medium at lower pressure Pi.
The devices for compressing the sealant 4 in the recess 16 and the inserts 5c, 5d in the recesses 6 contain these recesses equidistant projections 17 and 7 in the flanges 1 and 2 opposite the recesses. The insert 5c on the side of the medium with higher pressure P1 fulfills a different function compared to the insert 5d on the side of the medium with lower pressure P1, since it is not a blocking member but a device for increasing the pressure in the sealing means 4 in comparison to the pressure of the working medium. A minimal difference between the pressure values of the sealant and the medium to be hermeticized is required, since otherwise the latter can penetrate through the sealant to the locking member (insert 5), resulting in losses.
If the insert lies in front of the sealant, an increased pressure arises in the latter due to the surface pressure acting on the sealant in the capillaries. Since the pressure in the sealant in relation to the medium to be hermetically sealed is sufficient as a minimum value, the effective pore diameter in this insert can be considerably larger than the corresponding diameter in the insert which is arranged behind the sealant, where the surface pressure is the sum of the pressure must counteract the medium to be hermetically sealed and the excess pressure in the sealant, as can be seen from the formula given above for the relationships between capillary diameter, meniscus pressure and surface tension.
A device for sealing mutually moving parts that move at a low speed to each other, such as the z. B. in the case of an assembly with a rod, inFig. 8 shown. The left half of the drawing shows the version for a vertical, the right half the version for any position of the bar in the room.
The connection contains an inner part, a rod (Fig. 8), which is displaceable with respect to the other, fixed part on the housing 19. In this second part, a recess 6 facing the rod is made.
For a vertical position of this connection of two parts, an upwardly open bushing 21 with an annular gap 20 is arranged in the lower part of the recess 6, in the bottom of which an opening for the rod 18 is provided. In the socket 21, an annular screen 22 is inserted to a certain depth of the socket, the upper part of which is sealed over its entire circumference. B. is connected to the housing 19 by welding. The sealing means 4 is accommodated in the upwardly open annular cavity 23, which is formed by the bushing 21 and screen 22. The insert 5 is accommodated between the metal rings 24 in the annular gap, which is formed by the screen 21 and rod 18.
In the same annular gap, a flange-shaped press sleeve 25 intended for compressing the insert 5 is inserted, which is clamped to the housing by means of fastening pieces not shown in the drawing.
In the socket 21 is under the lower part of the cavity 23 in its bottom part a on the rod 18: adjacent recess 6a for the arrangement of the fine-grained A set 5 is provided, which prevents leakage of the sealant 4 along the rod 18 down into the cavity to be sealed . To compress this sealing means 5, an intermediate press sleeve 26 is provided, which has side openings 27 through which the sealing means 4 are connected to the annular gap 3.
Instead of the additional recess 6a, the socket 21 can be tightly connected to the rod 21 by its bottom part.
With an arbitrary orientation of the rod 18 (Fig. 8) in space, the cavity 23 for the sealant 4 is shielded by the use of spacers 27 between the two metal rings 24, which limit the minimum distance between them. A fine-grained insert 5 is arranged between the rings 24 on both sides of the cavity 23. The section of the insert 5 in which the pores have a larger effective diameter is on the side of the working medium to be sealed with the pressure P1, and the section with the smaller effective diameter is on the side of the surrounding medium with the pressure value P2.
A particular problem is the sealing of assemblies that have high speeds when moving to one another, in particular the sealing of high-speed shafts. The difficulty is that the unbalance of the shaft leads to a loss of the elastic properties of the insert surface layer lying on the shaft. This creates room for maneuver between the shaft and the application. The devices provided for eliminating this phenomenon are shown in Fig. 9 and 10 for horizontal and vertical arrangement of the shaft shown;
Same as in Fig. 8, the assembly also includes a moving part, a shaft 29 which rotates with respect to the fixed housing 30, however.
Along the annular gap 3 between the shaft 29 and the housing 30 there is an annular recess 6 which is filled with the liquid sealant 4 and the insert 5 arranged on the displacement path of the sealant 4, which is delimited on both sides by metal guide rings 24 .
The pressure on the insert 5 is adjusted by means of a flange press bush 25 via a press intermediate bush 26 which has longitudinal slots 31 which prevent the sealant 4 from being carried along when the shaft 29 rotates.
For a horizontally arranged shaft 29 (Fig. 9) has the recess 6 intended for the sealing means 4 in the middle of an annular rib 32 to form a hy draulic closure with two communicating sections of the sealing liquid 4 and with separate mirror surfaces on the side of the working medium and the surrounding medium. The pressure P1 of the working medium to be hermeticized is transferred to the mirror surface 33 of the left section of the sealant 4 in the drawing through the opening 34.
At the outlet of the annular gap 3 between the shaft 29 and the housing 30 into the ambient medium, an annular cavity 35 is provided which is filled with the liquid 36 which wets the material of the insert 5. A splash ring 37 is arranged on the section of the shaft 29 within the cavity 35 and prevents the liquid 36 from escaping into the surrounding medium. The lower part of the cavity 35 is connected via the electric feed pump to the I (ana138 and the check valve 40 to the space above the mirror 41 of the right section of the sealant 4 in the drawing. To cool the liquid 36, a cooler is arranged in the body of the press sleeve 25, e.g.
B. an annular channel 42 through which a circulating refrigerant is allowed to flow. Losses of the liquid 36 are caused by a seal of the usual type, e.g. B. Liner 43 prevented.
The starting point of the not shown in the drawing. Electric drive of the pump 39 is connected to the position sensor 41 of the sealant 4 on the side of the ambient medium.
The transmitter device represents an electrical contact 44, which is connected to the winding of a relay 45, the closing contacts of which control the feed circuit of the electric motor of the pump 39.
In the assembly with a vertically arranged shaft 29 (Fig. 10) The sealant has a lower 4a and an upper 4b section. The lower section 4a lies in an annular bath 46 which is open at the top and in which radial ribs 47 are arranged, which prevent the rotational movement from being transmitted from the shaft 29 to the sealing means 4 in a manner similar to the slots 31 in the sleeve 26.
As has already been noted, the liquid 36 is conveyed by the pump 39 from the cavity 35 into the space via the mirror 41 of the sealant 4 on the side of the ambient medium with the pressure value P2. The pressure generated by the pump 39 is intended to exceed the pressure in the sealant 4. The latter is pushed back by the liquid 36, the mirror 41 of the sealant 4 in the section on the side of the ambient medium will sink until the contact 44 is exposed and thereby interrupts the control circuit of the pump 39.
Under the action of the pressure that the working medium transfers to the sealant through the mirror surface 33, the liquid will penetrate into the annular gap 3 between the shaft 29 and insert 5 due to wettability. The friction and heating of the insert top layer lying on the shaft 29 is thereby reduced, thereby preventing the occurrence of cracks in the insert. From the point of view of reducing the friction, it is expedient that the liquid also has good lubricating properties in addition to the wetting. B. real mineral oils, synthetic heat-resistant liquids that are used for control systems in steam turbines.
Because the liquid 36 lies between the sealing means 4 and the insert 5, it also acts as an intermediate sealing means, which is however not blocked by the insert 5, but runs freely through it and is carried into the circulation circuit by means of the electric pump 39. During the operating modes in which the shaft is stationary, the electric pump 38 can be switched off. The liquid is displaced into the cavity 35 and the sealant 4 comes into contact with the insert 5, i. H. the main sealing operation described above begins to be carried out.