DE2609753C2

DE2609753C2 - Abdichtvorrichtung für hohe Drücke und insbesondere hohe Temperaturen

Info

Publication number: DE2609753C2
Application number: DE2609753A
Authority: DE
Inventors: Nikolai Aleksandrovi&ccaron; Moskva &Ccaron;uikin; Konstantin Grigorievi&ccaron; Charitonov; Leonid Bentsionovi&ccaron; Izrailevsky; Aleksandr Yakovlevi&ccaron; Levin; Solomon Lazarevi&ccaron; Rivkin; Aleksandr Fedorovi&ccaron; Step&ccaron;enko
Original assignee: Vsesojuznyj Teplotechniceskij Naucno-Issledovatel'skij Institut Imeni Fe Dzerzinskogo Moskva Su
Current assignee: Vsesojuznyj Teplotechniceskij Naucno-Issledovatel'skij Institut Imeni Fe Dzerzinskogo Moskva Su
Priority date: 1976-03-09
Filing date: 1976-03-09
Publication date: 1983-03-03
Also published as: GB1518583A; DE2609753A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Abdichtvorrichtung für hohe Drücke und insbesondere hohe Temperaturen, die an stillstehenden und umlaufenden Bauteilen zwischen einem Medium mit hohem und einem Medium mit niedrigerem Druck abdichtet, mit einem aus feinkörnigern Pulver bestehenden Dichtungsmittel, das unter Druck setzbar ist.

Eine derartige Abdichtvorrichtung zeigt die FR-PS 60 078. Dabei wird als Dichtungsmittel ein feinkörniges Pulver (Metalloxid, Aluminiumoxid) verwendet, in das einstückige Metalldichtungselemente aus gesintertem Aluminium eindringt und die ihrerseits in die betreffenden Bohrungen unter Kraftaufwendung eingetrieben sind.

Die DE-PS 10 12 786 betrifft eine Dichtung für hochevakuierte Gefäße mit Sperrgliedern aus künstlich gealtertem Polytetrafluoräthylen in Form von Schnüren. In einem Raum zwischen den Sperrgliedern ist ein fließfähiges Dichtungsmittel, z. B. Quecksilber angeordnet. Zum Ausgleich von Wärmedehnungen der Gefäße und zur Aufrechterhaltung der Gasabdichtung stehen die Sperrglieder unter einem ständigen Federdruck. Dabei dienen die aus Polytetrafluoräthylen bestehenden Sperrschnüre als Hauptdichtungsmittcl, die den evakuierten Innenraum des Gefäßes gegen die Atmosphäre

h5 abdienten. Das dabei eingesetzte Quecksilber stellt lediglich einen sog. hydraulischen Verschluß dar. der mir bei geringen Druckgefäßen voll funktionsfähig ist. Bei der Abdichtung von Vakuumgefäßen kann das Druck-

gefälle maximal ! al betragen, wobei der größte Teil dieses Gefälles von einem der beiden Sperrglieder 3 aufgenommen wird. Dei dieser bekannten Ausführung ist damit ein hydraulischer Verschluß ohne weiteres funktionsfähig.

Bei Hochdruckaggregaten mit Betriebstemperaturen zwischen beispielsweise 300 und 500° C und einem Druckgefälle von bis zu 300 at wären jedoch derartige hydraulische Verschlüsse mit Quecksilber als Sperrflüssigkeit und Teflon als Werkstoff für die Sperrglieder ungeeignet, weil lediglich Betriebstemperaturen von höchstens 200⁼C beherrscht werden können.

Es sind Abdichtungsvorrichtungen bekannt, die auf dem Prinzip einer sog eingefrorenen Stopfbuchse beruhen. In der US-PS 3129 947 ist eine derartige Abdichtung für Elemente eines Flüssigmeiall-Kreislaufs beschrieben. Die Absperrung des Flüssigmetalls in dem abzudichtenden Zwischenraum erfolgt durch örtliches Einfrieren eines Dichtungsmittels mittels Vorrichtungen, die einen Teil des Metalls bei einer Temperatur halten, die unter seinem Schmelzpunkt liegt. Dabei wird der andere Teil des Metalls, der direkt »m ka'ten Abschnitt liegt, auf einer Temperatur gehalten, die über dem Schmelzpunkt liegt. Das unter dem Dsuck des Arbeitsmediums stehende geschmolzene Metall kann den Zwischenraum nicht durchqueren, weil es in der gekühlten Zone einfriert.

In der US-PS 35 54 558 ist eine Abdichtung beschrieben, die nach diesem Prinzip arbeitet, aber die Verwendung eines vom Dichtungsstoff verschiedenen Arbeitsmediums ermöglicht. Dies wird durch einen Anschluß des abzudichtenden Zwischenraumes an eine Quelle eines flüssigen Dichtungsmittels erreicht, das dem Zwischenraum unter einem Druck zugeführt wird, der in bezug auf die durch den Zwischenraum getrennten Medien einen überschüssigen Wert aufweist, wobei Vorrichtungen zum Erwärmen des Zwischenraumes an der Zuführungsstellc des Dichtungsmittels zwecks Einhaltung des letzteren im geschmolzenen Zustand und Vorrichtungen zum Kühlen des Zwischenraums beiderseits des flüssigen Dichtungsmittelabschnittes /weeks Erzeugung von absperrenden Kaltverschlüssen vorgesehen sind.

Die beiden vorstehend angeführten Abdichtungsarten gewährleisten nicht nur, wie der hydraulische Verschluß, eine vollständige hermetische Abdichtung eines Systems, sondern sie können auch im Unterschied zum hydraulischen Verschluß ausreichend große Druckgefällewerte und Hochtemperaturen aushalten.

Gleichzeitig aber zeigen derartige Abdichtungen wesentliche Nachteile, die ihre Anwendung in der Praxis einschränken. Sie haben die Festigkeil des Metalls ungünstig beeinflussende starke Temperaturgradienten, sie sind durch die erforderlichen Sondererhitzer und Kühlaggregate kompliziert aufgebaut und nicht zuverlässig in Zusammenhang mit einer momentanen Enthermetisierung bei Notabschaltung der Stromversorgung des Erhitzers und/oder der Kühiaggregate. Außerdem erfordern solche Abdichtungen einen Stromverbrauch auch im Ruhebetrieb, wenn sich das Arbeitsmedium vom Umgebungsmedium in bezug auf die Temperatur nicht unterscheidet, aber einen in bezug auf das Umgebiingsmcdiiim überschüssigen Druck aufweist.

Ein weiterer Nachteil der hermetischen Abdichtung durch ein örtlich eingefrorenes Dichtungsmittel besieht darin, daß bei einer solchen Baugruppe eine gegenseitige Verschiebung der zusammenwirkenden Teile nur mit einer relativ geringen Geschwindigkeit stattfinden kann, die durch Schmelzen der am verschiebbaren Teil liegenden Schicht des eingefrorenen Dichtungsabschnittes infolge Reibungswärmeausscheidung beschränkt ist.

Es sind auch Baugruppen bekannt, die durch ein flüssiges Dichtungsmittel hermetisch abgedichtet sind, das durch Oberflächenspannungskräfte direkt in dem abzudichtenden Zwischenraum oder im Sperrelement zurückgehalten wird, das eine Polykapillar-Struktur aufweist und aus einem durch das Dichtungsmittel nicht benetzbaren Stoff besteht. Solche Baugruppen werden z. B. zur Abdichtung von Durchgangsstellen eines laufenden Dünndrahtes durch einen Sonderreaktor

t5 benutzt, in dem der Draht mit einem Überzug aus einem dampfförmigen Mittel versehen wird (siehe US-PS 36 69 065,37 31 651, 37 38 314). Bei derartigen Baugruppen wird als Dichtungsmittel üblicherweise Quecksilber benutzt, das Sperrelement aber stellt einen Netzkorb aus Molybiiändraht dar.

Der Erfindung liegt die Aufga' ■ zugrunde, eine hermetisch abdichtende Druckdichtung ier angegebenen Gattung zu schaffen, die bei einfachem Aufbau und wirtschaftlichem Betrieb und bei hohen Kenndaten des Arbeitsmittels eine zuverlässige Druckabdichtung gewährle^: tet.

Diese Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch angeführten Merkmale gelöst. Die Unteransprüche kennzeichnen zweckmäßige weitere Ausbildungen bzw. Varianten.

Durch Verwendung des zusammengepreßten feinkörnigen Einsatzes bzw. pulvcrförmigen Dichtungsmittels als Sperrglied können die gestellten Anforderungen auf einfache Weise erfüllt werden, da bei der sehr einfachen Bauart des Einsat/es eine ausreichend feine Kapillarstruktur und die Möglichkeit ihrer Einstellung durch Änderung der Kompression gewährleistet wird sowie der Raum zwischen den zusammenwirkenden Teilen vollständig dicht ausgefüllt wird, was ein Dijrchd: Ocken des Dichtungsmittels durch den Dichtungsspalt auch bei großen Druckgcfällen von Hunderten Atmosphären (ÜL-izendcn Megapascal) verhindert.

Als Werkstoff für den feinkörnigen Einsatz bzw. das pulverförmige Dichtungsmittel eignet sich für die genannten Betriebsbedingungen insbesondere Graphitpulver, das von dem geschmolzenen Metall nicht benetzt wird und inert sowie hochtemperaturbeständig ist.
Der Einsatz bzw. das pulverförmige Dichtungsmittel kann vorteilhaft mindestens zwei Schichten mit einer von Schicht zu Schicht in Richtung auf das unter geringem Druck stehende Medium zunehmender Korngröße aufweisen. Dadurch kann ein aus technologisch' η Rücksichten ausreichend großer Montagespiel-

V5 raum zwischen den Teilen ohne Gefahr eines Austragens von Feinkorn "ius dem Spaltraum erhallen werden. Als Dichtungsmittel kann erfindungsgemäß ein heterogener zweiphasiger Verbund aus einer Flüssigkeit und einem durch die Flüssigkeit benetzbaren Stoff.

SjO der eine feinkörnige oder schwammartige Struktur hat, z, B, ein Gemisch aus geschmolzenem Zinn oder geschmolzener Wood-Legierung mit Bronzcp'ilvcr in freien oder gesintertem Zustand, dienci·. Ein Milche Gemisch weist gegenüber einer reinen .Schmelze eine

Vi höhere effektive Oberflächenspannung auf. wodurch die Anforderungen an ent !'einheit eier Kapillarsiriikiiir dts Einsatzes und seine AnpresMing an die Aussparungswände niedriger gehalten werden können.

2b

Nachstehend w erden A11 s f 11 Ii f μ π ir ^ h< · ι >-1111 · 11¹ iler I ι tin dung anhand der/eu hniin;' iliei erläutert Fszri<:i

Mg.! einen I .,in^ μ Inn: ι dun Ii rim l.rmieiisih abgedichtete lestslehende horizontale I laust lncrhin dung, deren linker I eil eine Abwandlung fiir cii-t η kleineren Drui k und deren reedier I eil eine Ausfuhrum: für einen I 'berdruek des Arbeitsmedium*· in bezug au¹' das I Imgchimgsmediiim darstellt:

I'ij:. 2 einen Längsschnitt in vergrößertem Maßstab durch einen Teil der Baugruppe mit einem Sperrglied in · Form eines feinköi -'ii>*en I -msat/rs. der /uei Schuhten mit einer \>n Schicht /u Si hu lit in Richtung /um Umgebungsmedium ansingenden Korngroße hut.

Fig. ! einen Längsschnitt einer hermetisch ahgedichteten Baugruppe mit einem flüssigen Arbeitsmedium als ι Dichtungsmittel;

I i g. 4 einen l.iingssehnill durch eine abgedichtete vertikale Flanschverbindung mil ringförmigen Lin/ell,.,l-,lr.i,,..,..η für,lon l-,r,i,l , ,,ι.,I -Ι·>^ \\„ I. I,, η .< ·. η> i I I .·) ■ "- "" '■"■ -■- ί- -"

Mg.¹) einen L.mgsschnilt durch eine hori/onlale ■ Flanschverbindung mit einen für d.is Dichtungsmittel bestimmten Hohlraum, der über der Abstufung im erweiterten Feil der Aussparung des I Interflansehes und dem Finzahnvorsprung liegt;

F i g. 6 eine Ausführung r.ach F i g. 5 entsprechende ; Verbindung mit /ahnförmigen Vorspriingen:

Fi g. 7 einen Längsschnitt durch eine Flanschverbindung mit einer Dichuingsmitteleinheit. die eine willkürliche Orientierung im Raum ermöglicht:

F i g. 8 einen Längsschnitt durch die Abdichtung einer ; beweglichen Stange, wobei auf der linken Seile der Figur die Abwandlung einer vertikalen, auf der rechten aber einer willkürlichen Orientierung im Raum dargestellt ist.

Die in der Zeichnung dargestel'ten Vorrichtungen bestehen aus je zwei zusammenwirkenden Teilen I und 2 (F ig. I ... 7). 18 und 19 (F ι g. 8). 29 und JO (F ig. 9. K)). /wischen denen ein Ringspall 5 ausgebildet ist. der die unier verschiedenem Druck stehenden Medien trennt und hermetisch abzudichten ist. i,

Im Ringspalt ist ein fließfähiges Dichtungsmittel 4 angeordnet, das durch Oberflächenspannungskräfte mittels eines .Sperrgliedes zurückgehalten wird. Das Sperrglied hat eine Polvkapillarstruktur und besteht aus einem vom Dichtungsmittel nicht benetzbaren Werk- j stoff.

Das Sperrglied stellt einen mit dem Dichtungsmittel 4 in Berührung stehenden feinkörnigen Finsat/ dar. zltr Unterbringung dieses Einsatzes 5 in einem der Teile 1 oder 2 (Mg. 1 ... 7). 19 (Fig. 8). 30 (Fig. 9. 10) ,,·. -,, mindestens eir? zu dem Spalt 3 konzentrische Aussparung 6 ausgeführt. Die Baugruppe enthält auch eine Vorrichtung zum Komprimieren des Einsatzes 5 in den Aussparungen 6. Als feinkörniger Einsatz kann Graphitpuiver dienen. -,-,

Um ein Auspressen des Graphitpulvers oder eines anderen feinkörnigen Einsatzes 5 aus dem Ringspalt zwischen den zugeordneten Teilen 1 und 2, 18 und 19. 29 und 30 der Dichtungs-Baugruppe zu verhindern, is: eine geschichtete Struktur des Einsatzes besonders geeignet, n-,

Der feinkörnige Einsatz 5 weist mindestens zwei Schichten 5a (F i g. 2) und 5b mit einer von Schicht 5a zu Schicht 5b in Richtung vom Medium mit höherem Druckwert P< zum Medium mit niedrigerem Druckwert P-, zunehmenden Korngröße auf. „i

Die Graphitkorngröße kann z. B. in der Schicht 5a etwa 0,1 mm und in der Schicht 5b etwa 0.3 mm betragen. Dabei steht mit dem Dichtungsmittel 4 die Sthithi I./ iles I in>,ii/.s 3 mn :eiiiei f· I· orngroHe in Ueruhrung die eine au·.ι en hend leine Kapillarstruk'ur gi'wahrleiitel. w.iliii n·! aiii der Seite ties Mediums mit niedrigerem I )rin k". er; /' die Seh ich I ϊ,ί tics l.insalzes 5 , i η ι · gröbere- Kor;u:i'>|!i- angeordnet r-. die /um Zurückhalten des lei/vren Korns im Ringspalt Ϊ /\\ is. h-n Jen erw ahnten I eilen ausreichend ist.

Al·. Dichtungsmittel 4 im erfiiidungsgemäll die Hrti'itziini: n.n Si hwertlus .urkeiten. insbesondere von leichtsi hmelzeiideii Metallen und Legierungen vorgese hei;, die bei Wärmeeinwirkung des Atbeilsmediiims in den Schmelzziis· .d iibergehen. z.H. /mn. Wood-Legierung u. a. leiclr ehmel/ende Metalle.

Aus Ii g. 1 ist ersichtlich, daß dir Dichtungs-Baugruppe bei einer feststehenden horizontalen Flanschverbindung zwei zusammenwirkende Mansche I und 2 mit einem Ringspalt 3 zwischen ihnen enthält. Im unteren Flansch 1 ist eine zum Rmgspalt 3 konzentrische r-iniff, it Miiiip Λ.π <.sM:iim ι η ιτ h vorwjpM'hpri in der in Richtung muh Medium mit höherem Druckwert /Ί zum Medium mit niedrigerem Druckwert l'_: ein fließfähiges Dichtungsmittel 4 und ein Sperrglied in I orm eines feinkörnigen Einsat/es 5 angeordnet sind. Die Vorrichtung zum Komprimieren les Einsatzes 5 stellt einen tier , Aussparung 6 äquidistantcn Vorsprung 7 dar. der im Obcrflans.1i 2 ausgeführt ist. Die Aussparung 6 hat eine im Vergleich zum Vorsprung 7 größere Breite, wobei tier Ie' 'tere durch seine eine Seit ■ an tier Innenwand der Aussparung 6 auf der Seite des Mediums mit . niedrigerem Druckwert P; liegt. Die linke Hälfte der Zeichnung in Fig. 1 entsprich· einer Ausfuhrung, bei der das Arbeitsmedium im In'icnhohlraum der abzudichtenden Verbindung einen im Vergleich zum Umgcbungsmedium niedrigerem Druckwert, in der rechten Hälfte der Zeichnung aber einen höheren Druckwert aufweist.

Auf der anderen Seite des Vorsprunges 7 ist ein ringförmiger Schirm 8 ausgeführt, wobei der Einsat/. 5 auf tier Oberfläche des Dichtungsmittels in einem Teil der Aussparung 6 angeordnet ist. der durch den erwähnten Schirm 8 und die Wand dieser Aussparung begrenzt ist. die zum Medium mit niedrigerem Druckwert gerichtet ist. Die Freispiegelfliiche des Dichtungsmittels 4 im anderen Teil der Aussparung liegt höher als die untere Kante des Schirms 8 zwecks Bildung eines hydraulischen Verschlusses, der eine direkte Berührung zwischen dem abzudichtenden Medium und dem Einsatz 5 verhindert.

I im ein Durchfließen des abzudichtenden Mediums an den Anliegestellen des Einsatzes 5 an den Wänden der Teile I und 2 zu verhindern, müssen die Obe. .lachen der letzteren im Berührungsbereich mit dem Einsatz 5 ebenfalls unbenetzbar sein, was durch Auswahl eines geeigneten Werkstoffes oder durch Überzüge zu erreichen ist.

Der Einsatz 5 muß dicht zwischen den zusammenwirkenden Teilen eingepreßt sein, damit ein Lecken des abzudichtenden Mediums durch die Undichtheiten der Struktur und zwischen dem Einsatz 5 und den Wänden der Aussparung 6 verhindert wird. Das Zusammenpressen vermindert außerdem den Abstand zwischen den Körnern des Einsatzes 5. Dabei wird seine Kapillarstruktur feiner, d. h. die effektiven Durchmesser der Kapillarkanäle werden kleiner. Üblicherweise wird bei dem Einsatz eines Graphiteinsatzes für ein Dnjckgefälle von 20 ... 25 Megapascal eine ausreichende Dichtheit bei einem Komprimieren des Einsatzes um etwa 60 ... 70% der Tiefe der Aussparung 6. in welcher der Einsatz

MlZt. sjesiiJu'l't. I κι weiteres Κιιπιρπηιιΐ'πτι dc* I in-.itzcs ) wird iluuli die Annahme der hohe des ,in ρ res', end e η \ orspniiiL's 7 oder durch andere bekannte IkgrenziingsMnTiclitiingen eingeschränkt.

Der einfachste f-all einer Abdichtung wm Baugruppen unler Verwendung mui PciKkapiilar-Sperrgliedern ist eine Kombinierung der letzteren direkt mn dem ■Nrbei.'.iiedium des DichtungMiiittels 4. falls dieses Medium das Sperrglied und die Wände der Baugruppenteile mehl benetzt. Eine solche Möglichkeit ist ■ insbesondere für eine hermetische Ahi.u hiniu: des I lussignietallkreises von Kernkraftwerken mit schnei len Reaktoren zweckmäßig. I ine hermetische Abdichtung einer horizontalen I lanv hteilfuge für einen ähnlichen I all ist in E ι g. 2 und i daigeslellt. I her sieh! ι das llüssigmetallisi. he Arbeitsmedium vom Druckwert /' mit dem Einsatz 5 in direkter Berührung.

Fk·. W Wanne- und Kernenergetik sowie in anderen

i iKiüSiriC/.VVCigCn niindCit CS SiCn ii'iC i "-itCir-i iKü AibcitV medien. wie Wasser und Wasserdampf unter llochtem- _■,. peraturen und Hochdruck. Als üblicher Werkstoff fur mit diesen Medien betriebenen Anlagen dienen hitzebeständige I egierungsstahlsorten. die durch das Arbeitsmedium benetzt werden. Da es für diese Medien außerdem schwierig ist. einen geeigneten Werkstoff für y. das Sperrglied zu finden, ist ein flüssiges Zwischendichtungsmittel 4 erforderlich, das einerseits als Verschluß gegen das abzudichtende Medium dienen kann und andererseits ^elbst durch den Einsatz. 5 abgesperrt werden kann. Als solches Dichtungsmittel 4 können für ι·, die ' .)en angegebenen Verhältnisse geschmolzenes Zinn. Wood-Legierungen u. a. leichtschmclzbare Metalle dienen.

Einige Schwierigkeiten bei der Druckverdichtung \on Baugruppen nach dem oben beschriebenen Grundsalz i, bestehen darin, daß die in bezug auf Hochtemperaturen beständigen Stoffe, aus denen der Einsatz 5 gefertigt sein kann, unter Betriebsverhältnissen mit der Zeit mindestens teilweise ihrer ursprünglichen Eigenschaften verlieren und der Einsatz sintert. Es können Risse ■>■> er !stehen, die die Dichtheit der Baugruppe beeinträchtigen.

Eine Erhöhung der Abdichtungszuverlässigkeit kann bei Beseitigung dieses Einflusses dadurch erreicht werden, daß als Dichtungsmittel 4 ein heterogenes j=> zweiphasiges Gemisch mit einem vom Gemisch benetzbaren festen Stoff benutzt wird. Dabei wird im Dichtungsmittel 4 der effektive Koeffizient der Oberflächenspannung gegenüber einem entsprechenden Koeffizienten für ein flüssiges Dichtungsmittel wesentlich erhöht. Ausgehend von den oben angeführten Gleichungen 2 und 3, die das Verhältnis zwischen Oberflächendruck, Oberflächenspannung und Kapillardurchmesser angeben, ermöglicht eine Erhöhung der effektiven Oberflächenspannung das zulässige Maß der effektiven Durchmesser der Kapillarkanäle (der Poren) im Einsatz und der Spalt zwischen dem Einsatz und den Wänden der Baugruppenteile zu vergrößern, wodurch eben die Zuverlässigkeit der Druckdichtung erhöht und der erforderliche Komprimierungsgrad des Einsatzes vermindert werden kann.

Wird als flüssige Phase des Dichtungsmittels geschmolzenes Zinn oder die Woods-Legierung benutzt, so kann Bronze in Form von Pulver oder Schwamm als feste Phase empfohlen werden, die die Rolle eines elastischen Gerippes, das die flüssige Phase des Dichtungsgemisches zurückhält, erfüllt.

Eine andere Schwierigkeit besteht darin, daß die Dichtungsmittel .ml' der Ii,ims Uf, : < (!!schmelzenden Melal^!iin erst ,ils Schmelze wirksam sind. Das ■\rbe"sinediuni aber in der abzudichtenden Ausrüstung h.i' iblichiTweise bis zum Heginn des Nominalbetriebes eine lemperaiur unter dem Schmelzpunkt des DichtMiigsmittelv Heim Anfahren eines Kraftwerkes kann e.ne Temperatur v:>n IH(I ( , die als niedrigster Schmelzpunkt fur Blei/innlegierungen gilt, erst in einigen Stunden nach Anlaßbeginn erreicht werden. Zur Verhinderung m>ii Medium verlust en kann in diesem Fall ein Stoff Mir t.\>jn i.ins.tt/ gewählt wcrdcMi. der bei Betnebskenndaten das abzudichtende Medium nicht zurückhalten kann, aber bei niedrigeren Kenndaten, die dem Anlaßbetrieb und der Stillsetzung der Anlage entsprechen, das Medium erfolgreich zurückhält. Als geeigneter Stoff für Wasser ist insbesondere das bereits erwähnte Ciraphitpulver zu nennen, welches in der Praxis bis zum .Schmelzpunkt des Dichtungsmittels

Die Anordnung des Dichtungsmittels 4 und des Einsatzes 5 in einer gemeinsamen Aussparung 6. gemäß Fig. I. kann :nit einigen Schwierigkeiten verbunden sein. Diese bestehen darin, daß tier Hinsat/. 5 für einen effektiven Betrieb allseitig komprimiert werden muß. Der Zusammenbau der Dichtlings-Baugruppe einer Flanschverbindung erfolgt durch aufeinanderfolgende Einbringung des D> htungsmittels 4 im Hartzustand und des Einsatzes 5 in die Aussparung 6. wonach im Verlauf der Verbindung de- Teile 1 und 2 durch den ringförmigen Vorsprung 7 der erforderliche Komprimierungsgrad des Einsat/es 5 bewerkstelligt wird. Bei wiederholter Inbetriebnahme der Anlage mit jeweiligem Erstarren und neuer Schmelzung des Dichtungsmittels 4 kann der Einsatz 5 bei stillgesetzter Ausrüstung unkomprimiert bleiben, wodurch Leckstellen entstehen können. Für eine '.olche Dichtungs-Baugruppe ist somit eine wiederholte Montage bei jedem Anfahren nach dem Erstarren des Dichtungsmittel erforderlich. Daher kann sie in de Hauptsache nur für dauernd betriebene Anlagen empfohlen werden.

Andere konstruktive Abwandlungen gemäß den Fig. 4—10 ermöglichen es. den nachteiligen Einfluß wiederholter Inbetriebnahmen der Anlagen auf die Dichtheit der Baugruppe zu beseitigen, was durch eine räumliche Trennung des Dichtungsmittels und Einsatzes erreicht wird, wobei der Einsatz während sämtlicher Betriebsarten im zusammengepreßter, Zustand bleibt. Dabei sind für den Einsatz 5 und das Dichtungsmittel 4 in der Baugruppe Einzelringräume vorgesehen, die miteinander durch den Ringspalt 3 in Verbindung stehen.

In F i g. 4. 7 und 8 stellen die ringförmigen Hohlräume Einzelaussparungen 6 dar, in Fi g. 5 und 6 aber dienen der schmale und der erweiterte Teil der Aussparung 6 als ringförmiger Hohlraum.

Bei vertikaler Lage der Flansche (Fig. 4) sind zum Unterbringen des Einsatzes im Flansch 1 zwei Aussparungen 6 vorgesehen, die durch entsprechende Vorsprünge 7 des Flansches 2 auf der Seite des Arbeitsbzw. Umgebungsmediums abgeschlossen werden. Das Dichtungsmittel 4 ist in einer zusätzlich zum Ringspalt 3 konzentrischen Aussparung 9 des Flansches 2 zwischen seinen zwei Vorsprängen 7 angeordnet. Zur Übertragung des Arbeitsmediumdruckes auf das Dichtungsmittel 4 dient ein Oberströmrohr 10. Ein- und Auslauf des Dichtungsmittels 4 erfolgt durch einen mit einer Verschlußschraube 12 geschlossenen Kanal 11.

Bei einer horizontalen Stellung der Flansche 1 und 2

k.'.iiii die trennung des Dichtungsmittels 4 und tics I iiis.iι /es ϊ voneinander durch ihre gemeinsame Anordnung in einer gemeinsamen Aiisspiirunp f> (Fig. 5) erreicht werden. Dazu hut die Aussparung b eine ihren Oberteil crw eiternde Abstufung IV die ;uif der Seite des Mediums mit höherem Drtickwerl /' liegt (in diesem I ;,ΪIc ;iuf der Arbcitsmediumseil'·). Die Ircnniing wird dadurch gesichert. dall der Vm -;-iuntr 7 und eier l'.inSi'.'z 5 im schnullen Teil der Aussparung unter einem Vorsprung Π liegen, wahrend tins Dichtungsmittel 4 über dem Vorsprung I 5 im erweiterten I eil der Aussparung h auge· >rdnet ist.

Das durch das Arbeitsmedium gesehniol/cnc Dichtungsmittel 4 stellt im Ausgangsziistand einen Metallnng dar. Die Ausgangshölie ties Einsatzes 5 soll unter HerücksichtiguMg seiner Komprimierbarkeit so gewühlt werden, daß nach dem Anziehen tier Verbindung die Stirnflaehe des Vorspnings 7 und folglich auch die endgültige Höhenlage lies 1 insat/os 5 unter der einer zusätzlichen konzentrischen Aussparung lh vorgesehen, die durch die Aussparung fi mit dem Einsatz 5c vom Medium mil höherem Druck und durch die Aussparung 6 mit dem Einsatz 5;/ vom Medium ίιιΙ niedrigerem Druck getrennt wird wobei der Einsatz 5c .nil der Seite des Mediums mit höherem Druckwert !'■ einen größeren effektiven Durchmesser der Kapillarka näle aulweist als der Einsatz 5(/ auf der Seite des Mediums mit niedrigerem Druck /'. Die Vorrichtungen zum Komprimieren des Dichtungsmittels 4 in der Aussparung 16 und der Einsätze 5c. 5</ in den Aussparungen 6 stellen diesen Aussparungen aquidistante Vorsprünge 17 und 7 in den den Aussparungen gegenüberliegenden Flanschen I und 2 dar. Der Einsat/ 5c auf der Seite des Mediums mit höherem Druck /' erfüllt gegenüber dem Einsatz 5</ auf der Seite des Mediums mit niedrigerem Druck /Ί eine and' re Funktion, da er kein Sperrglied darstellt, sondern eine Verrichtung zur Erhöhung des Druckes im Dichtungs

der King des Dichtungsmittels sit/.l.

Die Stirnfläche des \orsprungs 7 am Teil 2 hat einen (Ii g. ^ri) oder mehrere (F i g. (i) /.ahne 14 mit vertikalen, /ur Teilfuge senkrecht üerichteten Seitenwänden, die eine Leckage des abzudichtenden Mediums und des ■. geschmolzenen Dichtungsmittels 4 in den Ringspalt 3 über den Einsatz 5 bei einer geringen Öffnung der Verbindung unter dem Arbeitsmeoiumdruek /' verhindern. /. B infolge Abschwächung der Befestigungsmitel. die die [eile 1 und 2 verspannen (in I" ig. 5 und b ,, durch eine punktierte Linie angedeutet). Die /.ahne 14 mit ihren vertikalen Wanden verursachen einen Abschluß des Ringspaltes 3 über dem Einsatz 5. Dadurch kann die \ οι Spannkraft der Befestigungsmittel vermindert werden, die. wie Vcruiche erwiesen haben, r, -iO . .. 8O¹¹V der durch den Innendruck des abzudichtenden Mediums erzeugten Beanspruchung beträgt. Sind /ur Vereinfachung von Herstellung und Montage der Baugruppe relativ große Räume (1 ... 2 mm) zwischen dem Vorsprung 7. dem Teil 2 und dem schmalen Teil der m Aussparung 6 im Teil 1 erforderlich, können über dem Einsat/ 5 an den vertikalen Wänden der Aussparung 6 Schnüre 15 aus hitzebt^ändigem Material, z. B. Asbest oder Weichinctall (Kupfer. Aluminium) verlegt werden. Es kann auch ein Metallseil oder eine mehradrige jt Leitung sein. An den Berührungsstellcn der Schnur 15 sind auf dem anpressenden Vorsprung 7 Abschrägungen 7.1 zum Andrücken der Schnur 15 an die Vertikalwände der Aussparung 6 im Teil 1 vorgesehen.

Die Schnüre 15 verhindern ein Auspressen des ίο Einsatzes 5 durch die herstellungstechnisch bedingten Toleranzspalte zwischen dem Vorsprung 7 und der Aussparung 6.

Zur Erzielung einer willkürlichen Stellung der Dichtungs-Baugruppe im Raum ohne einen Freispiegel des Dichtungsmittels 4 sind die in F i g. 7.8 (rechte Seite) gezeigten Vorrichtungen zum Komprimieren des Dichtungsmittels 4 vorgesehen, das Dichtungsmittel 4 selbst aber ist durch die Aussparung mit Einsatz 5 sowohl vom Medium mit Hochdruck P\ als auch vom Medium mit Niederdruck P₂ getrennt, wobei der Einsatz 5 auf der Hochdruckseite P_x einen größeren Wert der effektiven Durchmesser der Kapillarkanäle aufweist als derjenige auf der Seite des Mediums mit einem Niederdruck Pi.

Bei der in Fig. 7 dargestellten Flanschverbindung nehmen die Aussparungen 6 den Einsatz 5 im Flansch 1 auf und das Dichtungsmittel ist im anderen Flansch 2 in ist. Eine minimale Differenz zwischen den Drücken des Dichtungsmittels und des abzudichtenden Mediums ist erforderlich, da sonst das letztere durch das Dichtungs mittel zum Sperrglied (Einsatz 5) einbrechen kann, wobei unvermeidliche Verluste entstehen. Liegt der Einsatz vor dem Dichtungsmittel, so entsteht im letzteren ein erhöhter Druck infolge des auf das Dichtungsmittel wirkenden in den Kapillaren entstehenden Oberfläehcndruekes. Da der in bezug auf das abzudichtende Medium überschüssige Druck des Dichtungsmittels als Minimalwcrt ausreichend ist. können die effektiven Porendurchmesser bei diesem Einsatz erheblich größer sein als die entsprechenden Durchmesser zum Einsatz, der hinter dem Dichtungsmittel angeordnet ist. wo der Oberflächendruck den Druck des abzudichtenden Mediums summiert mit dem überschüssigen Druck im Dichtungsmittel zurückhalten muß (vgl. auch die oben angeführten Gleichungen für die Verhältnisse zwischen Kapillardurchmesser. Meniskusdruck und Oberflächenspannung).

[-"ine Dichtungs-Baugruppe für bewegliche Teile mit relativ kleiner gegenseitiger Geschwindigl· "it. z. B. eine Stangenbaugruppe, ist in Fig. 8 dargestellt, wobei die linke Hälfte der Figur eine Ausführung für eine vertikale und die rechte Hälfte für eine willkürliche Stellung der Stange im Raum angibt.

Die Baugruppe enthält eine Stange (Fig. 8). die in einem Gehäuse 19 verschiebbar ist. in dem eine der Stange zugewendete Aussparung 6 vorgesehen ist.

Für eine vertikale Stellung der Dichtungs-Baugruppe ist im unteren Teil der einen Ringspalt 20 bildenden Aussparung 6 eine nach oben offene Buchse 21 angeordnet, in deren Boden eine Öffnung für die Stange

18 vorgesehen ist. In die Buchse 21 ist von oben frei auf einen Teil der Buchsentiefe ein ringförmiger Schirm 22 eingesetzt, dessen oberer Flansch z. B. durch Anschweißung, auf dem ganzen Umfang dicht mit dem Gehäuse

19 verbunden ist. Das Dichtungsmittel 4 ist in einem nach oben offenen ringförmigen Hohlraum 23 untergebracht, der durch die Buchse 21 und Schirm 22 gebildet wird. Der Einsatz 5 befindet sich zwischen Metallringen 24 in dem durch den Schirm 21 und Stange 18 gebildeten Ringspalt. In diesem Ringspalt ist auch eine zum Komprimieren des Einsatzes 5 bestimmte flanschförmige Preßbuchse 25 eingesetzt die mit dem Gehäuse durch in der Zeichnung nicht dargestellte Befestigungsstücke gespannt wird.

Die Buchse 21 hat unterhalb des Hohlraumes 23 in

ihrem liodenteil cine .in der Stange 18 anliegende Aussparung f>n zur zusätzlichen Au'nah me ties feinkörtilgen f-ünsü'/cs 5. der ein Ausfließen ties Dichlungsmiitels 4 längs der Stange 18 abuarts in den abzudichtenden Hohlraum verhindert. Zum Zusammenprc'en dieses Diehturigsmiuels 4 ^;st eine /wischenlicgendc PrcBbuehse 2β vorgesehen, die Seitenöffnungen 27 aufweist, durch welche das Dichtungsmittel 4 mit dem Ringspalt 3 in Verbindung steht. Anstatt tier zusät/lichen Aussparung 6;) kann die liuchse 21 durch ihren liotlenteil mit tier Stange 21 dicht verbunden werden.

Zur willkürhehen Orientierung der Stange 18 im Raum (rechte I liiiftc dtτ I ι g. H) ist der Hohlraum 2 J liir das llichtun.estnitt':¹ <* durch Anordnung /'wischen den zwei Mi a'l,in_;"'n 24 ..in ifistan/siucken 27 gebildet, die '.!<"' minimalen Abstand 'wischen diesen cinschränken. An bciilen Seiten des Hohlraumes 23 is; /v/ischen den Ringen 24 ein feinkörniger F.ins..l/ 5 ungeordnet, und /war mit größeren effektiven Durchmessern an der Seite des abzudichtenden Atbeitsmetliums mit Druckwert I'; und mit kleinerem effektiven Durchmesser an der Seite des llmgcbungsmcdiums mit Druekwert /'>.

Hier/u 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Abdichtvorrichtung für hohe Drücke und insbesondere hohe Temperaturen, die an stillstehenden und umlaufenden Bauteilen zwischen einem Medium mit hohem und einem Medium mit niedrigem Druck abdichtet, mit einem aus feinkörnigem Pulver bestehenden Dichtungsmittel, das unter Druck setzbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Medium mit dem größten Druck (P_x) und dem aus feinkörnigem Pulver bestehenden Dichtungsmittel (5) sich ein fließfähiges Dichtungsmittel (4) befindet, daß die Substanz des pulverförmigen Dichtungsmittels (5) und auch die Bauteile der Abdichtvorrichtung nicht benetzt.

2. Abdichtvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als fließfähiges Dichtungsmittel (4) ein leicht schmelzbares Metall wie Zinn oder eine Wood-Legierung dient

3. Abdjchtvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als fließfähiges Dichtungsmittel (4) ein heterogenes zweiphasiges Gemisch aus einer Flüssigkeit und einem durch diese benetzbaren Werkstoff besteht, der eine feinkörnige oder schwammartige Struktur besitzt.

4. Abdichtvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als pulverförmiges Dichtungsmittel (5) ein Bronzepulver dient.

5. Abdichtvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als fließfähiges Dichtungsmittel das in Rohrleitungen und Armaturen zu befördernde Hochdruckrnedium in solchen Fällen selbst verwendet wird, in denen Jas Hujhdruckmedium einen hohen Oberflächenspai.ni'ngskoeffizienten aufweist und ein Schmelzgut wie Zin· schmelze oder eine Wood-Legierungsschmelze ist, durch das weder die Substanz des pulverförmigen Dichtungsmittels (5) noch die Bauteile der Abdichtvorrichtung benetzt werden (F ig. 2 und 3).

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I —4, dadurch gekennzeichnet, daß für das pulverförmige Dichtungsmittel (5) und das fließfähige Dichtungsmittel (4) ringförmige Einzelhohlräume vorgesehen sind, die durch den abzudichtenden Ringspalt (3) miteinander in Verbindung stehen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6 für eine vertikale Flanschverbindung mit freiem Dichtungsmittelspiegel auf der Seite des Mediums mit höherem Druckwert, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum für das Dichtungsmittel (4) eine in einem der Flansche (2) ausgeführte zusätzlich zu dem Ringspalt konzentrische Aussparung (9) darstellt, als Hohlräume für das pulverförmige Dichtungsmittel aber Aussparungen (6) dienen, die im anderen Flansch (1) liegen, wobei der durch die zusätzliche Aussparung (9) gebildete Hohlraum über dem Spiegel des Dichtungsmittels (4) durch ein Überströmrohr (10) mit dem Medium höheren Druckwertes in Verbindung steht (Fi g. 4).

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 für eine horizontale Flanschverbindung mit Dichüingüfflittelspiegel auf der Seite des Mediums mit höherem Druckwert, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungsmittel (4) und das pulverförmige Dichtungsmittel (5) in einer einzigen Aussparung (6) angeordnet sind, die eine ihren Oberteil erweiternde Abstufung (13) auf der Seite des Mediums mit höherem Druckwert aufweist, wobei der untere schmale Teil der

Aussparung als Hohlraum für das pulverfömige Dichtungsmittel (5) und ihr erweiterter Oberteil über der Abstufung (13) zur Aufnahme des Dichtungsmittels (4) dienen (F i g. 5,6).

9. Vorrichtung nach Anspruch 6 für eine willkürlich im Raum ausgerichtete Baugruppe, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (17, 25) zum Komprimieren des Dichtungsmittels (4) vom Medium mit höherem Drr.ckwert durch das puNerformige Dichtungsmittel (5) getrennt ist, daß an dieser Seite einen höheren Wert der effektiven Kaj.illarkanäle-Durchmesser aufweist als derselbe auf der Seite des Mediums mit niedrigerem Druckwert (F i g. 7,8).

10. Vorrichtung nach Anspruch 9 für eine Flanschverbindung, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (6) zur Aufnahme des pulverförmiger! Dichtungsmittels (5) in dem einen Flansch (1) liegen, während im anderen Flansch (2) eine zusätzlich zum Ringspalt (3) konzentrische Aussparung (16) ausgeführt ist, die mindestens durch eine Aussparung (6) mit pulverförmigem Dichtungsmittel (5c) vom Medium mit höherem Druckwert und mindestens eine Aussparung (6) mit pulverförmigem Dichtungsmittel (5d) vom Medium mit niedrigerem Druckwert getrennt ist, wobei das pulverförmige Medium (5c) auf der Seite des Mediums mit höherem Druckwert einen größeren effektiven Durchmesser der Kapillarkanäle aufweist als das pulverförmige Medium (5d) auf der Seite des Mediums mit niedrigerem Druckwert und wobei die Vorrichtungen zum Komprimieren des Dichtungsmittels (4) in der Aussparung (16) und die pulverförmigen Medien (5c, 5d) in den Aussparungen (6) äquidistant ausgeführte Vorsprünge (17 und 7) in den gegenüberliegenden Flanschen(1 und2)darstellen(Fig. 7).