DE2633809C2 - Hochtemperatur-Armatur - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochtemperatur-Armatur, insbesondere Schieber oder Kugelhahn für Reaktorkreisläufe, mit durch Faltenbälge betätigten, während der Verschlußstückbewegung vom Dichtsitz abgehobenen und an im Armaturengehäuse umlaufenden Anschlägen anliegenden Dichtringen sowie einem das Verschlußstück umschließenden Kühlraiim im Armaturengehäuse, dessen von einer Kühlmittelquelle zugeführtes Kühlmittel durch unter höherem Druck stehendes Durchflußmedium niedrigerer Temperatur gebildet wird und einer den Gehäusedurchgiing auskleidenden, wärmeisolierenden Schicht, die die dem Kolben zugewandten Dichtpartien abschirmt, wobei die Innenwände der Faltenbälge zusammen mit den daran befestigten Dichtringen und Teilen der Armaturwm-

dung zwei weitere Kühlräume bilden.

Derartige Armaturen werden eingesetzt bis zu Temperaturen von etwa 900⁰C und Drücken von etwa 40 bar. Bei solch extremen Bedingungen ist vor allem die Sitzpartie der Armatur einer sehr hohen Belastung

is ausgesetzt Eine lediglich innerhalb des Armaturengehäuses oder innerhalb des Verschlußstückes verlaufende Kühleinrichtung kann hier eine ausreichende Kühlung der Sitzpartie nicht mehr gewährleisten. Das sich daraus ergebende Problem ist umso bedeutungsvoller, als es

μ vor allem in Reaktorkreisläufen auf eine sehr hohe Sicherheit ankommt

Durch einen Prospekt der Firma Zimmermann & Jansen GmbH, Düren (Nr. 1.1.08.06), ist ein dem Gattungsbegriff entsprechender Heißgasschieber vor bekannt, der über zusätzliche, die isolierten Rohrstutzen konzentrisch umschließende Stutzen mit einem Kühlmittel versorgt wird. Dieses Kühlmittel gelangt vor allem in einen relativ großen Gehäuseraum. Bohrungen in den Dichtringen des Schiebers erlauben einen Übertritt von Kühlmittel in Hohlräume, welche innerhalb der Dichtringe vorgesehen sind. Bei dem einen, mittels eines Faltenbalges zu betätigenden Dichtring, wird der so gebildete Kühiraum durch den Faltenbalg begrenzt

J5 Da die Versorgung der innerhalb der Dichtringe befindlichen Kühlräume nur mittelbar erfolgt, sind diese nur passiv an der Kühlung beteiligt Im übrigen besteht die durch die Rohrisolierung gegebene Abschirmung der Dichtringe nur bei anliegenden Dichtringen. Bei abgehobenen Dichtringen, währe.*! der Verstellbewegung des Schiebers also, ist keine ausreichende Sperrwirkung gegen nach außen und entlang den Dichtflächen strömendes Durchflußmedium gegeben. Wenn nun das Wiederanlegen der Dichtungsringe nicht schnell erfolgt, ist eine die Gefahr der Verschweißung der Dichtungsringe mit der Schieberplatte herbeiführende hohe Erwärmung zu gewärtigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hochtemperatur-Armatur der eingangs genannten

Gattung zu schaffen, die die geforderte Sicherheit gewährleistet, deren Dichtpartie also gegen die hohe Wärmebeanspruchung geschützt ist

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß der Kühlraum durch beiderseits des Gehäusedurch ganges mit einem Abstand zum Verschlußstück angeordnete Wände begrenzt wird, daß zwischen der wärmeisolierenden Schicht des Armaturengehäuses und dem Verschlußstück ein in allen Verschlußstückstellungen verbleibender Spalt vorhanden ist, der von dem

Kühlmittel durchströmt wird, daß die weiteren Kühlräume durch separate Zuführungen mit Kühlmittel versorgt werden und bei am Verschlußstück anliegenden Dichtringen über einen zwischen deren Rückseite und den für sie an der Armaturenwandung vorgesehenen Anschlägen vorhandenen Spalt und bei vom Verschlußstück abgehobenen und an den Anschlägen anliegenden Dichtringen über an den Anschlägen und/oder an den Dichtringen angebrachte Nuten mit dem Spalt in

Verbindung stehen, wobei der Kühlraum bei abgehobenen Pichtringen ebenfal's mit dem Spalt in Verbindung steht, daß die Dichtringe und/oder mit ihn zusammen· wirkenden Dichtpartien des Verschlußistückes mit umlaufenden Nuten versehen sind, wobei die Nuten über innerhalb des Verschlußstückes verlaufende Kanäle und über die Dichtpartien verteilte Bohrungen mit der Kühlmittelquelle verbunden sind.

Durch die Verlegung der Dichtpartien in den dem Kühlraum zugewandten Bereich wird bewirkt, daß diese aus dem heißesten Bereich der Armatur herausgenommen sind. Durch das Kühlmittel, das über den in allen Verschlußstückstellungen zwischen der wärmeisolierenden Schicht und dem Verschlußstück verbleibenden Spalt fließt und welches durch unter höherem Druck stehendes Fördermedium niedriger Temperatur gebildet wird, erfolgt eine zusätzliche Kühlung der Dichtpartien. Außerdem wird eine Sperrwirkung erreicht, so daß kein Durchflußmedium in den Bereich der Dichtpartien und in die Kühlräume gelangt Die beiderseits des Gehäusedurchganges mit einem Abstand zum Verschlußstück angeordneten Wände haben die Funktion von Hitzeschutzschilden. Während der Verstellbewegung des Verschlußstückes verhindern sie ein Obertreten heißen Durchflußmediums in die Kühlzone. Die durch die Faltenbälge und die daran befestigten Dichtringe begrenzten Kühlräume werden unabhängig von dem Hauptkühlraum von außen gespeist Damit wird nicht nur eine ausreichende Kühlung der Innenseiten der Faltenbälge und der Rückseiten der Dichtringe sichergestellt Außerdem wird über diese Kühlräume zusätzliches Sperrmedium in den Spalt zwischen der wärmeisolierenden Schicht des Armaturengehäuses und dem Verschlußstück geleitet Um auch ein Ausströmen des Kühlmediums aus diesen Kühlräumen während der Verschlußstückbewegung, also bei abgehobenen und an den Anschlägen der Armaturenwandung anliegenden Dichtringen, zu gewährleisten, sind Nuten in den Anschlägen und/oder in den Rückseiten der Dichtringe angebracht. Die Dichtpartien der Armatur selbst werden über innerhalb des Verschlußuückes verlaufende Kanäle und über Bohrungen, die über die Dichtpartien verteilt sind, mit Kühlmittel versorgt Nuten, die innerhalb der Dichtpartie umlaufen, sorgen für eine gleichmäßige Verteilung des Kühlmittels.

Durch die erfindungsgemäße Kombination von Merkmalen wird sichergestellt, daß die Dichtpartien ständig, also auch während der Verschlußstückbewegung, eine wesentlich unter der Temperatur des Durchflußmediums liegende Temperatur besitzen. Die direkte Versorgung mit Kühlmittel, die Abschirmung gegenüber dem Gehäusedurchgang, die Sperrung gegen das Durchflußmedium und die Abschirmung der Kühlräume stellen die Voraussetzung für die Funktionssicherheit der Armatur dar.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die die Dichtpartie tragende Platte des Verschlußstückes über innerhalb der Platte verlaufende bzw. dahinter angeordnete Spalte oder Kanäle gekühlt wird. Eine derartige Maßnahme ist grundsätzlich bekannt durch die DE-PS 16 50 609.

Außerdem wird vorgeschlagen, daß die Bohrungen eine bei abgehobenem Dichtring eine Verwirbelung des ausströmenden Kühlmittels erzeugende Ausbildung haben. Beide Maßnahmen können angewendet werden, um auch bei extremer Wärmebeansptuchung ein kurzzeitiges Aufheizer, der Dichtpartie während der Verseblußstückbewegung m vermeiden.

Anhand eines Ausführongsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt die

F i g, I einen Längsschnitt durch einen erfmdungsgemaß gestalteten Kugelhahn in Offenstellung mit am Verschlußstück anliegendein Dichtringen, die

Fig.2 den Kugelhahn der FigJ unmittelbar vor Beginn der Verscblußstücklbetätigung, die

Fig.3 den Kugelbahn der Fig. 1 unmittelbar nach ι ο Beendigung des Schwenkvorganges, die

F i g. 4 den Kugelhahn in geschlossener Stellung mit an dem Verschlußstück anliegenden Sitzringen, die

Fig.5 einen Querschnitt durch den geöffneten Kugelhahn, die

Fig.6 einen Querschnitt durch den geschlossenen Kugelhahn, die

F i g. 7 als Einzelheit einen Teil der Dichtpartie bei geschlossenem Kugelhahn mit am Verschlußteil anliegenden Sitzring, die

Fig.8 die Dichtungspartie des geöffneten Kugelhahns mit am Verschlußscüek anliegenden Dichtring, die

Fig.9 den geschlossenen Kugelhahn mit vom Verschlußteil abgehobenen Dichtring u.A die

Fig. 10 den geöffneten K.ugeihahn mit vom Verschlußtei! abgehobenen Dichtring.

In einem Gehäuse 1 ist ein Küken 2 mit Hilfe von

Axial- und Radiallagern 3 drehbar gelagert. Mittels einer Welle 4 ist das Küken 2 zu drehen. Im Gehäuse 1 sind beiderseits des Kükens 2 Dichtringe 5 angeordnet,

ίο die über Faltenbälge 6 an das Küken 2 anpreßbar oder von diesem abhebbar sind. Die Faltenbälge 6 werden mittels eines über Anschlüsse E eingeleiteten bzw. abgezogenen Druckmittels betätigt. Über Stäbe 7 und Federn 8 sind die Dichtringe 5 axial verschiebbar im

r> Gehäuse 1 angeordnet

Durch eine wärmeisolierende Schicht 9 sind das Gehäuse 1 und das Küken 2 gegen das Durchflußmedium abgeschirmt Innerhalb des Gehäuses 1 werden drei Kühlräume gebildet. Der Hauptkühlraum 10 umschließt ad das Küken 2 und reicht bis in die die Faltenbälge 6 umgebenden Zonen. Zwei weitere, kleine Kühlraum^.· 11 werden durch die Innendurchmesser der Faltenbälge 6, die Rückseiten der Dichtringe 5 und die Armaturenwand t gebildet Der Hauptkühlraum 10 wird über die in 4j den Fig.5 und 6 dargestellten Anschlüsse K mit Kühlmedium versorgt. Über die in den F i g. 1 bis 4 dargestellten Anschlüsse Ko verläßt das Kühlmedium den Hauptkühlraum 10. Das in die Kühlräume 11 über Anschlüsse AK eintretende Kühlmedium tritt über ">" Spalten /zwischen den Rückseiten der Dichtringe 8 und diesen dienenden Anschlägen e an der Armaturenwandung 1 in einen das Küken 2 umgebenden Spalt d aus. Der Spalt d führt direkt in den Gehäusedurchgang 12. Der Hauptkühlraum 10 ist noch durch beiderseits des ■>> Gehäusedurchganges 12 mit einem Abstand g zum Venchi.ithJtück angeordnete Wände 13 abgeschirmt. Die in den F i g. 5 und 6 dargestellten Wände 13 besitzen eine Vielzahl von kleinen Bohrungen 14, über die eine Verbindung des Hauptkühlraumes 10 mit dem Spalt g bo hergestellt wird.

Das Küken 2 wird über Zuleitungen ACi, Ki mit Kühlmedium versorgt. Der Kühlstrom wird innerhalb des Verschlußstückes geteilt. Während der Kühlstrom K\ zur Kühlung der Lagerpartie des Kükens 2 d'en, und in den Hauptkühlraum 10 austritt, wird der Kühlstrom Ki über Leitungen zu den Dichtpartien und hinter die Dichtplatte 15 des Kükens 2 geführt. Der hinter die Dichtplatte 15 geleitete Kühlmittelstrom verläßt das

Küken 2 über eine Bohrung 16 im metallenen Grundkörper 17 des Kükens 2, die Isolierschicht 9 und Fugen zwischen den die Innenverkleidung des Kükens bildenden Blechen 18. Ein anderer Teil des Kühlmittelstromes Ki wird über Bohrungen 19 in die Dichtpartien der Armatur geleitet. Die Bohrungen 19 sind über den gesamten Umfang der Dichtplatte 15 verteilt. Die Dichtringe 5 besitzen umlaufende Nuten 20, in denen das Kühlmedium in der Schließstellung der Armatur zirkuliert. Außerdem sind in den Dichtringen 5 Nuten 21 vorgesehen, die bei abgehobenen Dichtringen S die Verbindung zwischen den Kühlräumen It und dem Spalt d aufrechterhalten.

Über den bereits geschilderten Kühlverlauf hinaus ergeben sich für die verschiedenen Stellungen des Kükens noch folgende Besonderheiten:

Bei geöffneter Armatur und am Küken 2 anliegenden Dichtringen 5, diese Stellung ist in der Fig. t und als Einzelheit in der F i g. 8 dargestellt, fließt ein Kühlstrom aus dem Hauptkühlstrom 10 über die Nuten h im Küken 2 und über den Spalt d in den Gehäusedurchgang 12. Zwei weitere Ströme fließen aus den Kühlräumen 11, über die Spalte /"zwischen den Dichtringen 5 und den Anschlägen e am Gehä-jse 1 über den Spalt d zum Gehäusedurchgang 12.

Bei der in der F i g. 2 und als Einzelheit in der F i g. 10 dargestellten Stellung sind die Dichtringe 5 vor Beginn der Betätigung des Kükens 2 von diesem abgehoben. Sie bleiben während der gesamten Betätigung gegen die Anschläge des Gehäuses 1 gefahren. Je ein Kühlmittelstrom fließt wiederum aus dem Hauptkühlraum 10 über den sich zwischen dem Dichtring 5 und dem Küken 2 ergebenden Spalt, ein weiterer Kühlmittelstrom fließt

über die Nuten 21 auf der Rückseite des Dichtringes 5.

Die beiden Ströme vereinigen sich und fließen über den Spalt c/in den Gehäusedurchgang 12 ab. Sobald die Armatur in die Schließstellung geschwenkt

ίο ist, der Dichtring 5 sich aber noch in einer vom Küken 2 getrennten Position befindet, die F i g. 3 und 9 zeigen diesen Zustand, fließt auch der über die Bohrungen 19 in der Dichtplatte 15 kommende Kühlmittelstrom über den Spalt c/in den Gehäusedurchgang 12 ab.

ii Wenn die Armatur geschlossen ist und der Dichtring 5 am Küken 2 anliegt, diese Stellung ist in den Fig. 4 und 7 gezeigt, wird der über die Bohrungen 19 kommende Kiihlmittelstrom K₂ in die Nuten 20 geleitet, wo er zirkuliert. Durch den Spalt d fließt nur noch aus

2<i den Kuhiraumen i i kommendes Küniumici in den Gehäusedurchgang 12 ab. Die Wände !3, die beiderseits des Gehäusedurchganges mit einem Abstand g zum Küken 2 angeordnet sind, schirmen den Hauptkühlraum 10 während der Verschlußstückbetätigung gegen das im

?> Gehäusedurchgang 12 befindliche heiße Medium ab. Außerdem liefern sie über kleine Bohrungen 14 einen zusätzlichen, das Küken 2 umspülenden Kühlstrom.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1. Patentansprüche;

   t, Hochtemperatur-Armatur, insbesondere Schieber oder Kugelhahn für Reaktorkreisläufe, mit durch Faltenbälge betätigten, während der Verschlußstuckbewegung vom Dichtsitz abgehobenen und an im Armaturengehäuse umlaufenden Anschlägen anliegenden Dichtringen sowie einen das Verschlußstück umschließenden Kühlraum im Armaturengehäuse, dessen von einer Kühlmittelquelle zugeführtes Kühlmittel durch unter höherem Druck stehendes Durchflußmedium niedrigerer Temperatur gebildet wird und einer den Gehäusedurchgang auskleidenden, wärmeisolierenden Schicht, die die dem Kühlraum zugewandten Dichtpartien abschirmt, wobei die Innenwände der Faltenbälge zusammen mit den daran befestigten Dichtringen und Teilen der Armaturwandung zwei weitere Kühlräume bilden, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlraum (10) durch beiderseits des Gehäusedurchganges (12) mit einem Abstand (g) zum VerschluBstück (2) angeordnete Wände (13) begrenzt wird, daß zwischen der wärmeisolierenden Schicht (9) des Armaturengehäuses (1) und dem Verschlußstück (2) ein in allen Verschlußstückstellungen verbleibender Spalt (d) vorhanden ist, der von dem Kühlmittel durchströmt wird, daß die weiteren Kühlräume (11) durch separate Zuführungen (AK) mit Kühlmittel versorgt werden und bei am VerschluBstück (2) anliegenden Dichtringen (5) über einen zwischen deren Rückseite und den für sie an der Anaaturenwandung (t) vorgesehenen Anschlägen (e) vorhandenen °,palt (f) und bei vom Verschlußstück (2) abgehobenen und an den Anschlägen (e) anliegenden R'chtringen (5) über an den Anschlägen (e) und/oder an den Dichtringen (5) angebrachte Nuten (21) mit dem Spalt (d) in Verbindung stehen, wobei der Kühlraum (10) bei abgehobenen Dichtringen (5) ebenfalls mit dem Spalt (d) in Verbindung steht, daß die Dichtringe (5) und/oder mit ihm zusammenwirkenden Dichtpartien des Verschlußstückes (2) mit umlaufenden Nuten (20) versehen sind, wobei die Nuten (20) über innerhalb des Verschlußstückes (2) verlaufende Kanäle (Kt) und über die Dichtpartien verteilte Bohrungen (19) mit der Kühlmittelquelle verbunden sind.
2. 2. Hochtemperatur-Armatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Dichtpartie tragende Platte (15) des Verschlußstückes (2) in an sich bekannter Weise über innerhalb der Platte (15) verlaufende bzw. dahinter angeordnete Spalte oder Kanäle gekühlt wird.
3. 3. Hochtemperatur-Armatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (19) eine bei abgehobenem Dichtring (5) eine Verwirbelung des ausströmenden Kühlmittels erzeugende Ausbildung haben.