DE1775417B1

DE1775417B1 - SEALING RING FOR FLANGE CONNECTIONS

Info

Publication number: DE1775417B1
Application number: DE19681775417
Authority: DE
Inventors: Johann Neumann
Original assignee: Kempchen and Co GmbH
Current assignee: Kempchen and Co GmbH
Priority date: 1968-08-08
Filing date: 1968-08-08
Publication date: 1971-03-04

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Dichtungsring zur gasdichten, insbesondere wasserstoffdichten Abdichtung von Flanschverbindungen.The invention relates to a sealing ring for gas-tight, especially hydrogen-tight sealing of flange connections.

Dichtungsringe zum Abdichten von Fianschverbindungen od. dgl. gibt es in verschiedenen Ausführungsformen, die normalerweise den gestellten Anforderungen genügen. Bei höheren Anforderungen insbesondere bewährt haben sich die sogenannten Spiraldichtungen. Diese Dichtungsringe weisen Windungen von beispielsweise gesickt profiliertem Stahlband mit einer Belegung aus Dichtwerkstoff, im allgemeinen Asbestpapier oder auch Polytetrafluoräthylen auf (vgl. deutsches Gebrauchsmuster 1908 026). Die äußeren und inneren Windungen der Spiraldichtung sind gegen ein Aufdrehen durch Punktschweißung gesichert. Um eine optimale Dichtigkeit zu erzielen, wird der ursprünglich z. B. 4,5 mm dicke Ring zwischen den Flanschen durch Anziehen der Flanschschrauben auf 3 mm Dicke gestaucht, wozu ein Vorpreßdruck von etwa 1400 kp/cm2 erforderlich ist. Damit der Dichtungsring aber nicht durch plastische Verformung übermäßig ausweichen kann, sind außen und innen etwa 3 mm dicke Stützringe vorgesehen, die sich unter der beschriebenen, auf den Dichtungsring wirkenden Anpreßkraft normalerweise derart verformen, daß der Innendurchmesser des Innenstützringes um etwa 1,4 mm ab- und der Außendurchmesser des Außenstützringes um etwa 1,4 mm zunimmt. Bei diesen auf den Dichtring wirkenden sehr hohen Kräften ist zwar eine gute Abdichtung gegen Flüssigkeiten und Wasserdampf gegeben, aber diese Dichtung reicht nicht aus, um die Flanschverbindung gegen Gas-, insbesondere gegen Wasserstoffverlust abzudichten. Für besondere Einsatzzwecke, z. B. wenn die Dichtung säurefest sein muß, hat man das Asbestpapier zwischen den Stahlbandwindungen durch It-Material oder durch Streifen aus gesintertem Polytetrafluoräthylen ersetzt. Auch diese Dichtringe zeigten eine unerwünschte Durchlässigkeit für Gase. Als Dichtwerkstoff ist auch ungesintertes Polytetra-Iluoräthylen bereits eingesetzt worden wegen seiner guten Abdichtwirkung sowohl unter niedrigen als auch hohen Druckverhältnissen, nicht jedoch bei Spiraldichtungen (vgl. britische Patentschrift 796 610).Sealing rings for sealing flange connections or the like are available in various embodiments that normally meet the requirements. So-called spiral seals have proven particularly useful for higher requirements. These sealing rings have turns of, for example, corrugated profiled steel strip with a covering of sealing material, generally asbestos paper or also polytetrafluoroethylene (cf. German utility model 1908 026). The outer and inner turns of the spiral seal are secured against unscrewing by spot welding. In order to achieve optimal tightness, the originally z. B. 4.5 mm thick ring between the flanges compressed by tightening the flange screws to 3 mm thick, for which a pre-pressure of about 1400 kp / cm2 is required. So that the sealing ring cannot evade excessively due to plastic deformation, support rings about 3 mm thick are provided on the outside and inside, which normally deform under the pressure acting on the sealing ring in such a way that the inner diameter of the inner support ring decreases by about 1.4 mm - and the outer diameter of the outer support ring increases by about 1.4 mm. With these very high forces acting on the sealing ring, a good seal against liquids and water vapor is provided, but this seal is not sufficient to seal the flange connection against loss of gas, in particular against loss of hydrogen. For special purposes, e.g. B. if the seal must be acid-proof, you have replaced the asbestos paper between the steel tape windings by It material or by strips of sintered polytetrafluoroethylene. These sealing rings also showed an undesirable permeability for gases. Unsintered polytetrafluoroethylene has also already been used as a sealing material because of its good sealing effect under both low and high pressure conditions, but not in the case of spiral seals (cf. British Patent 796 610).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Dichtring für Flanschverbindungen zu schaffen, der die Flanschverbindung gas-, insbesondere wasserstoffundurchlässig macht. Die Erfindung betrifft einen Dichtungsring zur gasdichten, insbesondere wasserstoffdichten Abdichtung von Flanschverbindungen, in Form einer Spiraldichtung mit Windungen aus Metallband und einer Belegung mit Dichtwerkstoff, wie Asbestpapier, It-Material oder Polytetrafluoräthylen. Die Erfindung besteht darin, daß die Belegung der Windungen zu einem Teil aus ungesintertem, extrudierbaren Polytetrafluoräthylen und die Belegung des anderen Teils aus einem anderen Dichtwerkstoff besteht. Die Windungen aus ungesintertem Polytetrafluoräthylen können mit gleich gutem Erfolg sowohl in der Mitte als auch nach außen und/oder innen angeordnet werden. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Stahlband in bekannter Weise mit einer oder mehreren Längssicken versehen.The invention is based on the object of a sealing ring for flange connections to create the flange connection gas, in particular hydrogen impermeable power. The invention relates to a sealing ring for gas-tight, in particular hydrogen-tight Sealing of flange connections, in the form of a spiral seal with turns Metal tape and a covering with sealing material, such as asbestos paper, it material or polytetrafluoroethylene. The invention consists in the assignment of the turns partly made of unsintered, extrudable polytetrafluoroethylene and the occupancy the other part consists of a different sealing material. The turns of unsintered Polytetrafluoroethylene can be used with equally good success both in the middle as well to the outside and / or inside. In an advantageous embodiment the steel strip is provided with one or more longitudinal beads in a known manner.

Ein beispielsweise aus 15 Windungen mit Dichtwerkstoff belegter Dichtungsring für eine Flanschverbindung der Größe NW 100 ist in den inneren und äußeren sechs Windungen mit Asbestpapier und in den mittleren drei Windungen, der siebenten, achten und neunten Windung, mit ungesintertem, extrudierbaren Polytetrafluoräthylen belegt, wobei die Dicke der Polytetrafluoräthylenstreifen etwa gleich der Dicke des Asbestpapiers (0,5 bis 0,8 mm) ist.For example, a sealing ring made of 15 turns with sealing material for a flange connection of size NW 100 is covered in the inner and outer six turns with asbestos paper and in the middle three turns, the seventh, eighth and ninth turns, with unsintered, extrudable polytetrafluoroethylene, the The thickness of the polytetrafluoroethylene strips is approximately equal to the thickness of the asbestos paper (0.5 to 0.8 mm).

Obwohl das Polytetrafluoräthylen nur 20 % des gesamten Dichtungswerkstoffes ausmacht, war an den mit diesen Ringen versehenen Flanschverbindungen keine Gasdurchlässigkeit - auch nicht bei Wasserstoff - festzustellen.Although the polytetrafluoroethylene is only 20% of the total sealing material makes out, there was no gas permeability at the flange connections provided with these rings - not even with hydrogen.

Überraschenderweise ergaben sich noch weitere Vorteile, nämlich der auf den Dichtring wirkende Vorpreßdruck konnte um 40 % verringert werden, was bei der oben als Beispiel genannten Zahl von 1400 kp/cm:' eine Verminderung um 560 kp/cm2 ausmacht. Hierbei vermindert sich auch die Beanspruchung der in diesem Kraftfluß einbezogenen Elemente. Ausdrücklich festzustellen ist an dieser Stelle, daß die Gasdichtigkeit nicht beeinträchtigt wurde.Surprisingly, there were other advantages, namely the The pre-compression pressure acting on the sealing ring could be reduced by 40%, which is the case with the figure of 1400 kp / cm mentioned above as an example: 'a reduction of 560 kp / cm2 matters. This also reduces the stress in this power flow included items. It should be expressly stated at this point that the Gas tightness was not impaired.

Darüber hinaus zeigte sich völlig unerwartet, daß der Dichtungsring nach dem Ausbau eine elastische Rückstellung zu seiner ursprünglichen Form hin aufweist. Das Rückstellvermögen in axialer Richtung, d. h. bezüglich der Dicke des Dichtungsringes ist bis zu 200 % größer als bei den normalen, nur mit Asbestpapier versehenen Dichtungsringen. Des weiteren zeigte sich eine elastische Rückstellung in radialer Richtung, die bei den herkömmlichen Dichtungsringen nicht beobachtet werden konnte, so daß sich hieraus als weiterer Vorteil ergibt, daß die erfindungsgemäßen Dichtungsringe wieder verwendbar sind. Erfindungsgemäß soll das Polytetrafluoräthylen ungesintert und extrudierbar, d. h. unter Druck und/ oder Wärme plastisch verformbar sein und sich aus Spalten heraus oder in Spalten hineindrücken lassen. Unter dem obengenannten, wenn auch vorteilhaft verminderten Vorpreßdruck, werden der Dichtungsring und die Stützringe verformt. Zudem baut sich in den mit Polytetrafluoräthylen versehenen Windungen eine Art hydraulischer Druck auf, der als elastisches Druckkissen wirkt und es nicht gestattet, daß das gesickte Stahlband in dem Maß zusammengedrückt wird, wie es in den mit Asbestpapier belegten Windungen geschieht, in denen das poröse Gerüst des Asbestpapiers zusammenbricht, so daß sich hier kein Gegendruck aufbauen kann. Dieser Druck in den mit Polytetrafluoräthylen belegten Windungen entspannt sich beim Lösen der Flanschverbindungen und bewirkt dann die axiale und radiale Rückstellung.In addition, it was found completely unexpected that the sealing ring has an elastic return to its original shape after expansion. The resilience in the axial direction, i.e. H. regarding the thickness of the sealing ring is up to 200% larger than the normal sealing rings that are only provided with asbestos paper. Furthermore, there was an elastic recovery in the radial direction, which could not be observed in the conventional sealing rings, so that this results in a further advantage that the sealing rings according to the invention again are usable. According to the invention, the polytetrafluoroethylene should be unsintered and extrudable, d. H. be plastically deformable under pressure and / or heat and let it be pushed out of or into crevices. Under the above, although advantageously reduced pre-compression pressure, the sealing ring and the Deformed support rings. In addition, builds up in those provided with polytetrafluoroethylene Windings apply a kind of hydraulic pressure, which acts as an elastic pressure pad and it does not allow the beaded steel band to be compressed to the extent that as happens in the coils covered with asbestos paper, in which the porous The structure of the asbestos paper collapses, so that no counterpressure builds up here can. This pressure in the turns covered with polytetrafluoroethylene relaxes when loosening the flange connections and then causes the axial and radial Provision.

Will man nachträglich versuchen, die überraschenden Ergebnisse zu erläutern, so betrachtet man zweckmäßigerweise einen quer durchgeschnittenen Dichtungsring nach seiner Verwendung. Das gesickte Metallband hat in den mit Asbestpapier oder einem anderen Dichtwerkstoff belegten Windungen während der Verformung des Dichtungsringes, der axial zusammengedrückt wird, ein anderes Profil als in den mit ungesintertem, extrudierbaren Polytetrafluoräthylen belegten Windungen erfahren. Die Änderung des verformten Metallbandprofils ist im Bereich des Überganges von einem zum anderen Werkstoff am größten. In diesem Bereich wird der Dichtwerkstoff durch die stärkere Verengung des zwischen zwei benachbarten Metallbandwindungen liegenden Raumes stärker gequetscht als an den übrigen Stellen. Die Gasundichtigkeit der Dichtungsringe mit einheitlichem Dichtwerkstoff hängt offensichtlich nicht so sehr vom Porositäts- oder Durchlässigkeitsgrad des Dichtwerkstoffes selbst ab, sondern beruht wahrscheinlich darauf, daß durch die überall gleiche Verformung des hIetallbandes immer noch gleichsam Zwischenkanäle zwischen Dichtwerkstoff und Metallband erhalten bleiben, die es Gasen mit Überdruck gestatten, an der inneren Windung des Dichtungsringes einzutreten, dann der Spirale längs der Zwischenkanäle folaend durch die Dichtung zu wandern und schließlich an der Außenwindung austreten.If you want to try retrospectively, the surprising results explain, it is expedient to consider a transversely cut sealing ring after its use. The beaded metal band has in those with asbestos paper or coils occupied by another sealing material during the deformation of the sealing ring, which is axially compressed, a different profile than in those with unsintered, experience extrudable polytetrafluoroethylene occupied turns. The change in the deformed metal strip profile is in the transition from one to the other Material at its greatest. In this area, the sealing material becomes stronger Narrowing of the space between two adjacent metal band windings is greater squeezed than in the rest of the places. The gas leakage of the sealing rings with uniform sealing material obviously does not depend so much on the porosity or permeability of the Sealing material itself from, but rather is probably based on the fact that due to the same deformation of the metal strip everywhere still preserved, as it were, intermediate channels between the sealing material and the metal strip remain, which allow gases with overpressure, on the inner turn of the sealing ring then the spiral along the intermediate channels folaend through the seal to wander and finally exit at the outer turn.

Durch die verschiedenartige Verformung des Metallbandes im Wechselbereich der Dichtwerkstoffe und durch die daraus folgernden Druckkräfte auf den Dichtwerkstoff wird dieser Weg versperrt, wenn an dieser Stelle ungesintertes, extrudierbares Polytetrafluoräthylen, d. h. ein Werkstoff mit besonders guten Fließ- und Abdichtungseigenschaften, verwendet wird.Due to the various deformations of the metal strip in the changing area the sealing materials and the resulting compressive forces on the sealing material this way is blocked if unsintered, extrudable polytetrafluoroethylene, d. H. a material with particularly good flow and sealing properties is used will.

An Hand der lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnungen wird der erfindungsgemäße Dichtungsring noch einmal erläutert. Es zeigt F i g. 1 den erfindungsgemäßen Dichtungsring im Einbauzustand, F i g. 2 den erfindungsgemäßen Dichtungsring im Betriebszustand bei angezogenen Flanschen.On the basis of the drawings, which show only one exemplary embodiment the sealing ring according to the invention is explained again. It shows F i g. 1 the sealing ring according to the invention in the installed state, FIG. 2 the invention Sealing ring in operating condition with the flanges tightened.

Die F i g. 1 und 2 sind übereinander gezeichnet und lassen so gut die Formänderung des Dichtungsringes 1 und der Stützringe 2, 3 erkennen. Zwischen einem nicht dargestellten unteren Flansch und einem oberen Flansch 4 befindet sich in F i g. 1 der erfindungsgemäße Dichtungsring 1 im Einbauzustand. An seinem inneren Durchmesser liegt der Innenstützr ing 2 an seinem äußeren Durchmesser der AußenstützrIng 3 an. Der erfindungsgemäße Dichtungsring 1 weist Windungen aus gesicktem und profiliertem Stahlband 5 und einer Belegung mit Dichtwerkstoff auf, wobei die inneren und äußeren Windungen mit Asbestpapier 6 und die in der Mitte liegenden Windungen mit urgesintertem, extrudierbaren Polytetraiiuoräthylen 7 belegt sind. Das Profil des Stahlbar- , des 5, aus dem der Dichtungsring gewickelt wird, ist aus F i g. 1 gut zu erkennen. Zur Abdichtung der Flanschverbindung ist mit geeigneten Mitteln der obere eingezeichnete Flansch 4 gegen den unteren nicht eingezeichneten Flansch zu ziehen, wodurch der Diclitungsring 1 verformt wird. Er wird in axialer Richtung, d. 1i. bezüglich seiner Dicke, zusammengedrückt und weicht in radialer Richtung nach außen und innen aus. Diesem Ausweichen widersetzen sich die Stützringe 2, 3, die aber durch die auf den Dichtring wirkende Kraft ebenfalls verformt werden, und zwar derart, daß der innere Durchmesser des Innenstützringes 2 ab- und der äußere Durchmesser des äußeren Stützringes 3 zunimmt. Deutlich in F i g. 2 zu erkennen ist die verschiedene Verformung des Stahlbandes 5 im Bereich der mit Asbestpapier 6 belegten und im Bereich der erfindungsgemäß mit Polytetrafluoräthylen 7 belegten Windungen. Während im Bereich der mit Asbestpapier 6 belegten Windungen das Stahlband 5 völlig verformt ist, weist es im Bereich der mit Polytetrafluoräthylen 7 belegten Windungen annähernd seine ursprüngliche Form auf.The F i g. 1 and 2 are drawn on top of each other and leave so well recognize the change in shape of the sealing ring 1 and the support rings 2, 3. Between a lower flange, not shown, and an upper flange 4 is located in Fig. 1 the sealing ring 1 according to the invention in the installed state. On his inside Diameter is the inner support ring 2 at its outer diameter of the outer support ring 3 on. The sealing ring 1 according to the invention has turns of corrugated and profiled Steel band 5 and an assignment with sealing material, the inner and outer Turns with asbestos paper 6 and the turns in the middle with sintered, extrudable Polytetraiiuoräthylen 7 are occupied. The profile of the steel bar, the 5, from which the sealing ring is wound, is shown in FIG. 1 easy to recognize. To the Sealing of the flange connection is shown in the above with suitable means To pull flange 4 against the lower flange, not shown, whereby the Diclitungsring 1 is deformed. He is in the axial direction, i. 1i. regarding his Thick, compressed and giving way in a radial direction outwards and inwards. This evasion oppose the support rings 2, 3, but by the on Sealing ring acting force are also deformed, in such a way that the inner Diameter of the inner support ring 2 and the outer diameter of the outer support ring 3 increases. Clearly in Fig. 2 shows the various deformations of the Steel strip 5 in the area covered with asbestos paper 6 and in the area according to the invention with polytetrafluoroethylene 7 turns. While in the field of using asbestos paper 6 occupied turns the steel strip 5 is completely deformed, it has in the area of with polytetrafluoroethylene 7 turns almost its original shape on.

Claims

Claims: 1. Sealing ring for gas-tight, especially hydrogen-tight Sealing of flange connections, in the form of a spiral seal with turns Metal tape and a covering with sealing material, such as asbestos paper, it material or polytetrafluoroethylene, by means of which the assignment the coils are partly made from unsintered, extrudable polytetrafluoroethylene and the other part is covered with a different sealing material.

2. Sealing ring according to claim 1, characterized in that the central turns have the occupancy of unsintered, extrudable Pol_vtetrafluoräthylen.

3. Sealing ring according to claim 1, characterized in that the turns from Originally sintered, extrudable polytetrafluoroethylene arranged on the outside and / or inside are.

4. Sealing ring according to claims 1 to 3, characterized in that the metal strip is provided with one or more longitudinal beads in a known manner.