DE1625935A1 - Adbichtung des Raumes zwischen einem beweglichen Maschinenelement und einem Gehaeuse - Google Patents

Description

Gebr. Böhler & Co. Aktiengesellschaft in Wien

Abdichtung des Raumes zwischen einem beweglichen Maschinenelement und einem Gehäuse

Die Erfindung betrifft die Abdichtung eines spaltförmigen Raumes zwischen einem beweglichen Mas chin enelement, z.B. einer Ventilspindel, einem Regelstab ododgl., und einem Gehäuse oder einer FührungsbUehse nach dem an sich bekannten Prinzip der "Frierstopfbüchse".

Die bekannten Frierstopfbüchsen funktionieren derart, daß heißes Betriebsmedium, beispielsweise Natrium, durch den Betriebsdruck in^ einen meist spaltförmigen Raum zwischen einem beweglichen Maschinenelement und einem Gehäuse oder einer Führungsbüchse gepreßt wird, die in diesem Bereich von außen gekühlt wird. Das im Spalt befindliche Betriebsmedium kühlt dabei in axialer Richtung des Maschinenelementes ab und erreicht bei geeigneter Längenabmessung des Spaltes teilweise den Erstarrungspunkt. Obwohl der spaltförmige Raum nach außen hin offen 1st, kann das Betriebsmedium darin nur so weit vordringen, wie es flüssig bleibt. Sobald es aber erstarrt, bildet es einen Verschluß gegen das Nachfließen oder Austreten von weiterem flüssigen Betriebsmedium und bewirkt dort gleichzeitig die Abdichtung zwischen dem bewegten Maschinenteil und dem Gehäuse.

Solche bekannte Dichtungen oder Frierstopfbüchsen haben verschiedene Mängel, So muß zur Erzielung einer guten Abdichtung die Erstarrungstemperatur des Betriebsmediums zwischen dar Betriebs temperatur und der niedrigsten Temperatur des Gehäuses liegen. Um die Dichtungsflächen klein zu halten, wird auch der Querschnitt der beweglichen Maschinenteile an den Dichtungsstellen meist möglichst klein gehalten, Zum Beispiel hat die Ventilspindel meist erheblich geringeren Durchmesser als der ·

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Ventilteller, Um den beweglichen Maschinenteil, z.B. das Ventil, in seine Betriebsstellung zu bringen, muß das Gehäuse, z.B. die Ftthrungsbüchse, von dem das Betriebsmittel enthaltenden Hohlkörper/ z»B. einer Rohrleitung oder einem Ventilgehäuse, nach einer Fläche trennbar sein, die meist im Bereich hoher Betriebstemperatur liegt, und kann nur schwer oder nur mit komplizierten Verbindungsmitteln dicht angeflanscht werden.

Diese Dichtungen sind z.B. für Anlagen brauchbar, in denen Alkalimetalle als Betriebsmedium dienen. Wird eine derartige Anlage aber ganz oder teilweise entleert, dann entstehen auch in einem solchen erstarrten, aus Betriebsmittel bestehenden Abdiehtungsmittel Schrumpfrisse oder das Dichtungsmittel hebt sich von den Wänden des abzudichtenden Raumes ab. Eine Evakuierung der Anlage ist dann oder vor der ersten Füllung mit Betriebsmittel kaum möglich.

Es ist in diesem Falle auch nicht möglich, für die Abdichtung einen anderen Stoff als das Betriebsmittel zu verwenden, weil nur durch das Betriebsmittel das Dichtungsmittel ergänzt und bei der Erstarrung entstandene Schrumpfrisse ausgefüllt werden können. Praktisch wird dadurch die Anwendbarkeit solcher Dichtungen stark eingeschränkt.

Gemäß der Erfindung wird daher vorgeschlagen, das Dichtungsmittel dem abzudichtenden Raum gesondert zuzuleiten und diesen derart zu gestalten, daß flüssiges Dichtungsmittel sich in dem spaltförmigen Raum sowohl in Richtung zu dem mit Betriebsmittel erfüllten Anlagenteil wie auch in Richtung zur äußeren Umgebung der Anlage.hin gleichmäßig verteilen kann und in einem entsprechenden Abstand von der Zuleltungssteile infolge geeigneter Kühlung-der Wände des Raumes erstarrt.

Zu diesem Zweck muß das Dichtungsmittel in einem gesonderten Vorratsbehälter, der zugleich als Ausgleichsbehälter dienen kann, flüssig und allenfalls auch unter erhöhtem Druck, zweckmäßigerweise einer Schutzgasatmosphäre, gehalten werden. Nächst der Zuleitungsstelle können di® Zuleitung und der Vorratsbehälter beheizt oder mit Wärmeisolation versQhen sein, um das Dichtungsmittel hier mit Sicherheit" flüssig zu erhalten.

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Die Wände des spaltförmigen Raumes sind beiderseits der Dichtungsmittelzuleitung mit Vorrichtungen für die Kühlung, beispielsweise Kühlrippen oder einem Kühlmittelumlauf zwischen doppelten Wandungen od.dgl., ausgestattet.

Gegebenenfalls kann auch der bewegliche Maschinenteilj beispielsweise die Ventilspindel, hohl ausgeführt und mit kühlenden oder wärmeisolierenden Stoffen gefüllt sein. ■

Um eine bessere Dichtung zu erzielen, kann dieser bewegliche Maschinenteil, der üblicherweise im Bereich der Dichtung einen geringeren Durchmesser als im betriebsmittelerfüllten Raum aufweist, erfindungsgemäß auch mit einem gleichen oder größeren Durchmesser als außerhalb des Dichtungsbereieb.es ausgebildet sein. .

Die erfindungsgemäß ausgebildete Dichtung bietet den Vorteil, daß ein Austreten des Dichtungsmittels nicht nur zur Außenumgebung der Anlage hin sondern auch in das Inndre der Anlage verhindert wird. Daher können verschiedenartige.Stoffe als Betriebsmittel und Dichtungsmittel verwendet werden, soweit sie nur ausreichende Verträglichkeit unter den an der Berührungsstelle herrschenden Bedingungen aufweisen. Weiters ist die Betriebstemperatur weitgehend unabhängig-von der Erstarrungstemperatur des Dichtungsmittels. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß eine solche Abdichtung auch wirksam ist, bevor die Anlage mit Betriebsmedium gefüllt ist oder nachdem dieses abgelassen wurde und daß solche Anlagen daher auch vor Inbetriebnahme Evakuiert werden können. Es ist lediglich erforderlich, die Abdichtung, die Zuleitung und den Behälter bzw. das darin befindliche Dichtungsmittel vorher auf die geeignete Temperatur zu bringen, damit das Dichtungsmittel flüssig ist und den spaltförmigen Dichtungsraum ausfüllen kann, sowie für die Abkühlung an den Stellen zu sorgen, wo das Dichtungsmittel erstarren soll.

. Der Gegenstand der Erfindung wird an einem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel erläutert, das ein Eckventil zur Steuerung von flüssigem Natrium darstellt, . wie es zur Kühlung von Atomreaktoren Verwendung findet. Die

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Fig. la zeigt den oberen Teil des Ventils mit dem Antriebsmotor und Fig. Ib den Ventilraum und den Spindeldichtungsraum im Schnitt.

Das Ventilgehäuse 1 besitzt einen Einlaufstutzen j5 und einen Abflußstutzen 2. In das Gehäuse ist ein Ventilkörper 4 eingesetzt, der mit einer Ventilspindel 5 versehen ist, deren Durchmesser gleich oder größer als der des Ventilkörpers ist. Dieses Ventilgehäuse und die darin axial bewegliche Ventilspindel sind nach Art einer Stopfbuchse zur Verhinderung eines Austretens oder Abfließens des durch das Ventil zu steuernden Mediums ausgebildet,und der Spalt 6 zwischen Ventilgehäuse und Spindel ist mit flüssigem Natrium als Dichtungsmittel ausgefüllt. Der mittlere Abschnitt dieses Dichtungsspaltes steht über die Zuleitung 8 und ein Absperrventil 9 mit einem Vorratsbehälter 10 in Verbindung. In diesem ist eine ausreichende Menge des Dichtungsmittels gespeichert, das vor und während der Inbetriebnahme des Ventils in den flüssigen Aggregatzustand versetzt und dem spaltförmigen Dichtungsraum zugeleitet werden kann. Der von diesem Zuleitungsabschnitt aus gesehen in Richtung zum Ventilkörper 4 anschließende Abschnitt IJ und der an den Zuleitungsabschnitt in Richtung zum Antriebsmotor 12 gelegene Abschnitt 16 der Führungsbüchse sind mit Kühlrippen 7 ausgestattet. Das vom Zuleitungsabschnitt nach beiden Richtungen im spaltförmigen Raum 6 vordringende Dichtungsmittel erstarrt unter der Abkühlenden Wirkung der Kühlrippen in den Abschnitten Ij5 und 16 der Führungsbüchse und bildet se einen dichten Abschluß sowohl gegen das Innere des Ventilgehäuses 1 wie auch gegen das in Richtung zum Antrieb hin "gelegene Gehäuse. Allenfalls kann das letztere noch mit einer Sicherheitsstopfbüchse bei 11 abgedichtet sein.

Gegebenenfalls sind noch Vorrichtungen zur Erwärmung des Vorratsbehälters 10 und der Zuleitung 8 sowie zur Aufrechterhaltung einer Schutzgasatmosphäre allenfalls unter erhöhtem Druck im Vorratsbehälter vorgesehen, die der Deutlichkeit halber auf der Zeichnung nicht dargestellt sind.

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Aus dem Schnitt in Pig. Ib ist auch ersichtlich, daß die Ventilspindel 5 den gleichen Durchmesser wie der Ventilkopf 4 aufweist, so daß eine Trennung des Ventilgehäuses von dem anschließenden Betriebshohlraum nicht erforderlich ist. Vielmehr kann der Ventilkörper samt der Spindel nach Entfernung des Antriebsteiies von oben her bis auf den Ventilsitz eingeführt werden. An diese Ventilspindel großen Durchmessers schließt eine Schraubenspindel 11 geringeren Durchmessers an. Diese beiden Spindeln sind über einen Ring Ϊ4 miteinander verbunden, der mit einer Bohrung 15 versehen ist. Am Kopf der Spindel 11 ist der Antriebsmotor 12 vorgesehen.

Zur Dichtung der axial bewegten Ventilspindel ist der Raum 6 zwischen der Ventilspindel 5 und dem Gehäuse 1 mit flüssigem Natrium gefüllt, das infolge der Gehäusekühlung der Kühlrippen 7 in den beiden Abschnitten 15 und 16 über und unter dem Zu3,eitungsabschnitt erstarrt. Infolge wechselnder Betriebsbedingungen oder Betriebsunterbrechnungen erkaltet das Dichtungsmittel und erleidet eine Volumsyermihderuhg. Zur Auffüllung des bei diesem Vorgang entstehenden Raumes ist der Dichtungsspalt mit dem Vorratsbehälter 10 verbunden, der die Aufgabe eines Ausgleichsbehälters zu erfüllen hat, so daß in solchen Fällen das Dichtungsmittel stets nachfließen kann, um den Raum, der durch die Volumsverminderung entstanden ist, auszufüllen und die Entstehung von Lufteinschlüssen zu verhindern.

Um die Kühlwirkung durch die Rippen 7 zu vergrößern, 1st die Ventilspindel nicht, wie bei Stopfbüchsen allgemein üblich, in ihrem Durchmesser wesentlich kleiner als der Durchmesser des Ventils, sondern gleich groß oder größer als der Ventildurchmesser vorgesehen. Hierbei wird zweckmäßig die Ventilspindel als Hohlzylinder ausgebildet. Durch diese Ausbildung und dieses Maß der Ventilspindel· wird der zusätzliche Vorteil der konstruktiven Vereinfachung des Ventils und der Stopfbüchse erreicht. Hierbei kann der axiale Hohlraum 13 der Spindel, um den Wärmetransport durch Konvektion im inneren der Spindel zu verringern, mit einem wärmejaollerenden Werkstoff ausgefüllt sein.

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Die Anwendung der erfindungsgemäßen Ausbildung des Ventils ist nicht nur für Dichtmedien wie Kalium oder Natrium, ■•sondern auch für aadere Metalle, wie z.B. Zinn, vorteilhaft. Auch muß das zu steuernde Medium keinesfalls mit dem Dichtmedium identisch sein. Es kann vielmehr vorteilhaft sein, das vorgeschlagene Dichtmedium auch für Ventile zu verwenden, deren zu steuerndes Medium vom Dichtmedium verschieden ist, vorausgesetzt* daß das Stopfbüchsenmedium ein mit dem Betriebsmedium, insbesondere chemisch verträglicher Werkstoff ist.

An diese Gefrierstopfbüchse kann gegebenenfalls eine Sicherheitsstopfbüchse, etwa mit Leckfühler der üblichen und bekannten Ausführung, angeschlossen sein.

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Claims (8)

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   Patentansprüche:

   . 1. Abdichtung.des spaltförmigen Raumes zwischen einem beweglichen Maschinenelement, z.B. einer Ventilspindel, und einem Gehäuse, z.B. einer FUhrungsbüchse, mittels eines zur Ausfüllung dieses Raumes in diesen unter Druck im flüssigen Zustand zugeleiteten Dichtungsmittels, dadurch g e k e η η zeichnet , daß in einem Abstand beiderseits der Zuleitungsstelle für das flüssige Dichtungsmittel Vorrichtungen zur Abkühlung der Wände des spaltförmigen Raumes und des darin befindlichen Dichtungsmittels unter seine Erstarrungstemperatur vorgesehen sind.
2. 2.Abdichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die Zuleitungsstelle ein Vorrats- oder Ausgleichsbehälter für das Dichtungsmittel angeschlossen ist.
3. j5. Abdichtung nach Patentanspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsbehälter und die Zuleitung druckfest ausgeführt und mit Anschlüssen oder Vorrichtungen zur Erhaltung eines Überdruckes im Dichtungsmittel versehen sind.
4. 4. Abdichtung nach Patentanspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch Vorrichtungen zur Bildung und Erhaltung einer Schutzgasatmosphäre über dem Dichtungsmittel.
5. 5. Abdichtung nach Patentanspruch 1 bis 4, gekennzeichnet durch Vorrichtungen zur Erwärmung oder Wärmeisolierung des Vorratsbehälters und/oder der Zuleitung für das Dichtungsmittel und/oder der Wände des zwischen dem beweglichen Maschinenteil und dem Gehäuse gelegenen Raumes.
6. 6. Abdichtung nach Patentanspruch 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Maschinenteil im Bereich der Dichtung einen gleichen oder größeren Durchmesser aufweist als außerhalb des Dichtungsbereiches.

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7. 7· Abdichtung nach Patentanspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Maschinenteil im Dichtungsbereich hohl ist.
8. 8. Abdichtung nach Patentanspruch 1 bis J, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Maschinenteil im Bereich der Dichtung mit einem wärmeisolierenden bzw. wärmeableitenden Werkstoff gefüllt ist.

   9· Abdichtung nach Patentanspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der das Betriebsmedium enthaltende Hohlkörper ohne - z.B. nach einer allenfalls im Bereich hoher Temperatur gelegenen Trennungsfläche - lösbare Verbindungsmittel in einem Stück in das den spaltförmigen Raum nach außen umgebende Gehäuse übergeht.

   lo.- Abdichtung nach Patentanspruch 1 bis 9.» dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungsmittel vom Betriebsmittel verschieden und mit diesem unter den an der Berührungsstelle der beiden herrschenden Zuständen ausreichend verträglich ist.

   Gebr.Böhler & Co

   Aktiengesellschaft . Patentbüro X

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