DE69109155T2 - Herstellungsverfahren eines Dichtungsringes und nach einem solchen Verfahren gewonnenes Produkt. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Dichtungsrings und ein nach dem Verfahren erhaltenes Produkt.
• Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen Dichtungsring, der in Fluidkreisen, insbesondere solchen von Wärmekraftwerken, verwendet werden kann.
• Die Dimensionen der unterschiedlichen Vorrichtungen in Wärmekraftwerken, wie z.B. Ventile, und die Drücke des in diesen Vorrichtungen zirkulierenden Dampfes haben derartige Werte erreicht, daß die Hersteller der Vorrichtungen im Falle großer Durchmesser und hoher Drücke den herkömmlichen Zusammenbau anhand äußerer zusammengeschraubter Flansche durch ein im Innern der Vorrichtung eingebautes System ersetzt haben.
• Im Falle eines Schiebers z.B., der mit einem Stopfen ausgerüstet ist, durch den eine Steuerstange verläuft, ist es notwendig, ein Dichtungssystem in dem Volumen anzuordnen, das durch einen geneigten Teil einer Fläche des Stopfens, die innere Wand des Körpers des Schiebers und einem einstückigen Ring begrenzt wird, der von einem oberen, demontierbaren Ring gehalten wird, der in einer kreisringförmigen Nut des Körpers des Schiebers eingebaut ist. Im allgemeinen bildet der geneigte Teil des Stopfens, dessen untere und obere Flächen dem zirkulierenden Fluiddruck bzw. dem Außendruck ausgesetzt sind, einen Winkel von 25º mit der vertikalen Achse des Stopfens.
• Das noch vor kurzer Zeit verwendete Dichtungssystem bestand aus einem Metallring geeigneter Form, der in dem Volumen angeordnet war und dessen unterer Teil oder untere Lippe sich während der Verschiebung des Stopfens verformen konnte, die durch den Druckanstieg in dem Körper der Vorrichtung verursacht wurde. Die Verformung der Lippe reichte aus, um die Abdichtung zu sichern. Dennoch konnte sich, wenn es vor der Verformung der Lippe zu einem Leck kam, eine Abnutzung des Ventil-und/oder Stopfenkörpers ergeben, was unvermeidlich zu einem Dichtungsfehler führt.
• Darüber hinaus kam es während der Verformung des Stopfens durch die Kräfte, die durch den hydrostatischen Druck erzeugt wurden und auf die untere Fläche des Stopfens einwirkten und die vollständig auf die Lippe des Rings übertragen wurden, zu einer Verformung der Lippe bis zu einem Punkt, an dem die Kraft, die auf den Stopfen zum Innern der Vorrichtung während der Demontageschritte zur Freisetzung der unterschiedlichen Ringe ausgeübt wird, eine Achsverschiebung des Stopfens und eine Verkantung an dem Körper der Vorrichtung verursachen kann. Dies erforderte, daß man den Körper erhitzte oder aufsägte, um ihn aufzuweiten, d.h., daß man einen Teil einer Vorrichtung zerstörte, deren Wände starken Drücken widerstehen mußte.
• Um diesen Nachteiles zu begegnen, wurde vor kurzem vorgeschlagen, die Metallringe durch rekomprimierte Ringe aus expandiertem Graphit zu ersetzen.
• Allerdings konnten derartige Dichtungsringe auf Graphitbasis mit variabler Dicke nur in kleinen zu füllenden Volumen einerseits und in Vorrichtungen, bei denen das Fluid im wesentlichen einen stabilen Druck und eine stabile Temperatur hat, verwendet werden. Dies liegt an der Tatsache, daß man für große zu füllende Volumen die Technik zur Herstellung eines Rings aus expandiertem Graphit mit variabler Dicke nicht völlig beherrscht, der die Doppelfunktion der Druckbeständigkeit und der Dichtheit erfüllt.
• Da während der Kompression des Graphits die Dimensionen in der Richtung der Kompression sehr stark variieren und die Bahnen der Teilchen des Graphits sehr stark parallel zu den Zylinderwänden verlaufenden Geraden ähneln, ergibt sich, daß den größten Dimensionen in der Kompressionsrichtung die geringsten Verdichtungen entsprechen.
• Aus der Veröffentlichung "Research Disclosure" Nr. 178, Februar 1979, in "Gland Packings" ist ein Dichtungssystem bekannt, das ein Leck um eine Welle verhindern kann. Allerdings verwendet ein solches System einen üblicherweise als "Verkantungseffekt" bezeichneten Effekt mit Hilfe von Klemmeinrichtungen, wie z .B. Schraubenbolzen.
• Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Dichtungsring bereitzustellen, der auf der Basis von expandiertem Graphit beruht und gute Druckbeständigkeits- und Dichtungseigenschaften aufweist.
• Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Dichtungsrings nach Anspruch 1, wobei eines der Stützelemente die Höhenschwankungen aufnimmt, die in der Kompressionsrichtung erzeugt werden, und das andere die Dichtheit an sich sicherstellt, indem es sich ausreichend verformt, um ein Hindernis gegenüber dem Durchtritt von Fluid zu bilden.
• Der die Dichtheit sicherstellende Teil wird von dem anderen Teil mechanisch gehalten und hat eine Innenwand, die im wesentlichen parallel zu der Außenwand verläuft, jedoch in der Kompressionsrichtung verschoben ist. Dies ermöglicht es, ihn durch axiale Kompression leicht herzustellen, ausgehend von einem Rohling, dessen Höhe man in einem Verhältnis von 1 zu 2, 3 zu 1 oder dazwischen verringert, wodurch die notwendige Kompaktheit erreicht wird, um das Fluid in dem äußeren Bereich abzublocken, was dem Durchtritt des Fluids am Rand des Stopfen entspricht.
• Ein anderer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Dichtungsring, den man gemäß dem oben genannten Verfahren erhält, nach Anspruch 8.
• Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels sowie den beigefügten Zeichnungen, wobei:
• Fig. 1 eine Schnittansicht des Teils eines Ventils ist, das mit einem erfindungsgemäßen Dichtungsring ausgestattet ist, und
• Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht des Dichtungsrings ist.
• Ein Innenhut-Ventil, wie in Fig. 1 zum Teil dargestellt, umfaßt einen zylindrischen Körper 1, in dem ein Stopfen 2 angeordnet ist, dessen seitliche Außenwand einen geneigten Teil 3a und vertikale Teile 3b derart aufweist, daß er sich in dem Zylinderkörper 1 bewegen kann. Die untere Fläche 5 des Stopfens 2 unterliegt einem erhöhten Druck aufgrund des in dem Ventil zirkulierenden Fluids, während die obere Fläche 6 dem Außendruck unterliegt. Das Ventil ist durch einen oberen Flansch 7 geschlossen, der auf dem Zylinderkörper mittels Stiftschrauben 8 und Muttern 9 befestigt ist. Ein Segmentring 10 ist in der Innenwand 11 des zylindrischen Körpers eingebaut und dient dem Ring 12 als Auflage, der seinerseits einem Dichtungsring 13 als Auflage dient. Der Dichtungsring muß, soweit es möglich ist, das von der Innenwand 11, dem Auflagering 12 und der seitlichen Außenwand 3 des Stopfens 2 begrenzte Volumen auffüllen.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Dichtungsring in Form von mindestens zwei gesonderten und ineinander einsetzbaren Elementen 14, 15 (Fig. 2) ausgebildet.
• Das Element 14 besteht z.B. aus expandiertem Graphit, der einer ausreichenden Kraft ausgesetzt wurde, um die inneren Schichten, welche die zuerst kompaktierten sind, dazu zu zwingen, die benachbarten, außenliegenden Schichten radial wegzudrücken, bis man einen unteren Bereich auf den äußeren Schichten erhält und der auf diesen unteren Bereich ausgeübte Innendruck ungefähr zweimal so groß wie der Druck des in dem Ventil zirkulierenden Fluids ist. Das Element 14 wird mit veränderlicher Stärke bei einem Druck zwischen 200 und 1500 bar und vorzugsweise bei 500 bar komprimiert, um die Eigenschaft des Graphits, sich unter starken Drücken wie ein Fluid zu verhalten, maximal auszunutzen. Deshalb ist der auf mehr als 500 bar komprimierte expandierte Graphit ausreichend resistent, um eine stabile Auflage für das Element 15 zu bilden, sowie in beinahe homogener Art und Weise die inneren Spannungen und die entsprechenden Verschiebungen zurückzuwerfen, und zwar in allen Richtungen.
• Das Element 14 wird derart komprimiert, daß ihm eine Form eines zylindrisch-kegelstumpfförmigen Kreisrings verliehen wird. Die Darstellung der Fig. 2 ist nicht maßstabsgetreu, weil die zentrale Öffnung 16 sehr viel größere Dimensionen als die kreisringförmige Auflage 17 haben kann. Der zylindrische Teil 18 hat eine Höhe, die nicht unter 0,5 mm sein kann. Vorzugsweise hat der zylindrische Teil 18 eine Höhe zwischen 6 und 15 mm und hängt im wesentlichen von den äußeren Dimensionen ab, die wiederum von den in dem Ventil verwendeten Drücken abhängen. Der kegelstumpfförmige Teil 19 hat einen Neigungswinkel, der fast gleich demjenigen des kegelstumpfförmigen Teils des Stopfens ist, der ihm gegenüber liegt. In dem dargestellten Beispiel beträgt der Neigungswinkel ungefähr 25º, um es dem Stopfen zu ermöglichen, richtig an dem erfindungsgemäßen Dichtungsring anzuliegen. Eine untere Abflachung 20 mit einer Breite von ungefähr 1 mm ist auf dem unteren Rand des Elements 14 eingearbeitet.
• Das so hergestellte Element 14 nimmt den größten Teil des wie zuvor festgelegten Teils des Volumens ein, und es ist ausreichend steif, um sämtliche Höhenänderungen aufzunehmen, die in der Drehachse 21 des Kreisrings erzeugt werden. Dies ist um so wichtiger, da die von dem Stopfen auf das Element 14 über das Element 15 übertragenen Drücke zwischen dem 3- und 6,5-fachen des in dem Ventil zirkulierenden Fluids liegen, und zwar auf Grund der vorliegenden Querschnitte.
• Das Element 15 hat eine Form, die derjenigen des Elements 14 entspricht, um dort praktisch ohne Spiel hauptsächlich in dem zweiten Randbereich eingeschoben werden zu können. Das Element 15 hat einen zylindrischen Teil mit im wesentlichen der gleichen Höhe wie der zylindrische Teil 18, wobei die Teile 18 und 22 nach dem Einschieben der Elemente 14 und 15 zueinander ausgerichtet sind. Der kegelstumpfförmige Teil 23 des Elements 15 ist genauso geneigt wie der Teil 19 des Elements 14, und es endet in einem kreisringförmigen Rand 24, dessen Höhe gleich derjenigen des Teils 22 ist und dessen Breite gleich der Breite der Abflachung 20 des Elements 14 ist.
• Wenn die Elemente 14 und 15 ineinander eingeschoben sind, erscheinen sie wie ein Ring aus einem einzigen Stück ohne geometrische Unstetigkeit zueinander, abgesehen von ihrer Verdichtung, wobei das Element 15 dazu dient, das Anhalten des Fluids zu sichern, das dazu neigt, zwischen dem Rand des Stopfens 5 und der Bohrung 11 aufzusteigen und deshalb so nahe wie möglich an diesem Durchlaß zurückgehalten werden muß.
• Das Element 15 ist verhältnismäßig dünn und wird aus einem aufgewickelten Band aus expandiertem Graphit gewonnen. Er wird vorkomprimiert für seine Installation mit konstanter Stärke bei einer Kraft, die vorzugsweise unterhalb derjenigen liegt, der er, wenn er installiert ist, durch den von dem Druck des Fluids belasteten Stopfen ausgesetzt wird, damit die Graphitteilchen leicht in die zur Verfügung stehenden kleinen Räume hineinwandern können und die angemessene Dichtheit erzeugen. Das Element 15 wird bei einem Druck mit konstanter Stärke zwischen 100 und 500 bar komprimiert und im allgemeinen bei einem Druck, der in der Nähe des Zweifachen des Druckes des abzudichtenden Fluids liegt.
• Es versteht sich von selbst, daß der erfindungsgemäße Dichtungsring mehr als zwei ineinanderschiebbare Elemente aufweisen kann. Dennoch gibt es in jedem Fall, wenn der Dichtungsring mehr als zwei Elemente aufweist, ein zu dem Element 14 analoges Basiselement, wobei die anderen Elemente zu dem Element 15 analog sind und physikalische Charakteristiken haben, die im wesentlichen untereinander gleich sind. So wird jedes Element 15 mit einem kreisringförmigen Rand versehen sein, dessen Höhe gleich dem inneren zylindrischen Teil 22 ist und dessen Breite gleich derjenigen der Abflachung 20 des Basiselements 14 ist.
• Wenn der erfindungsgemäße Dichtungsring sich in seinem Sitz in dem Ventil (Fig. 1) befindet und bevor das Ventil in Betrieb genommen wird, beginnt man, den Dichtungsring mit Hilfe mechanischer Klemmelemente 25 vorzukomprimieren, die auf einer Stiftschraube 26 mit Außengewinde und einer Mutter 27 bestehen, wobei die Stiftschraube mit Außengewinde 26 den Stopfen 2 mit dem Halteflansch 7 verbindet. Die von den Klemmelementen ausgeübte Kraft reicht aus, um die Dichtheit einzuleiten, indem man eine innige Berührung zwischen dem Stopfen 2 und dem Dichtungsring einerseits und zwischen dem Ring und der Innenwand des Körpers 1 andererseits bewirkt, um die unterschiedlichen, ineinandergeschobenen Elemente 14 und 15 gegeneinander zu drücken und die Verformung des Dichtungsrings in allen Richtungen einzuleiten, damit der Sitz des Dichtungsrings fast vollständig ausgefüllt ist. Wenn das Ventil in Betrieb genommen wird, kann das Fluid weder hinter den Ring eindringen noch entlang der Innenwand des Ventilkörpers abfließen, wobei die in dem Ventil aufgebauten Drücke die Verformung des Dichtungsrings erhöhen. Bei Bedarf ist es auch möglich, auf dem untersten Element des Dichtungsrings ein Geflecht geeigneter Form und z.B. aus Asbest anzuordnen.
• Bei der Demontage erkennt man leicht, daß der erfindungsgemäße Dichtungsring ohne große Anstrengung in einem oder mehreren Stücken wiedergewonnen werden kann. Auf alle Fälle stellt die Wiedergewinnung des Dichtungsrings keinerlei Schwierigkeit dar, und man läuft nicht Gefahr, daß die Innenwand des Ventilkörpers oder der Stopfen selbst beschädigt wird. Ebenso besteht keine Gefahr einer Verkantung des Rings in dem Sitz, da es immer möglich ist, ihn in Stücken herauszunehmen.
• Selbstverständlich ist die Erfindung in keinerlei Weise auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt und kann von dem Fachmann je nach den betrachteten Anwendungen abgewandelt werden, ohne daß man den Umfang der Erfindung verläßt.

Claims (14)

1. Verfahren zur Herstellung eines Dichtungsringes mit ineinanderschiebbaren Elementen, gekennzeichnet durch Herstellen eines starren Basiselements (14), das innen einen zylinderförmigen Teil (18) und einen kegelstumpfförmigen Teil (19) aufweist, Herstellen mindestens eines verformierbaren Elements (15) aus expandiertem Graphit, der mit konstantem Verhältnis komprimiert wird, wobei das verformbare Element (15) innen einen zylinderförmigen Teil (22), dessen Durchmesser gleich dem inneren Durchmesser des zylinderförmigen Teils (18) des Basiselements (14) ist, und einen kegelstumpfförmigen Teil (23), der auf den kegelstumpfförmigen Teil (19) paßt, aufweist, so daß das Einschieben des verformbaren Elements (15) in das Basiselement (14) möglich ist, wobei die Anzahl der ineinander und in das Basiselement (14) einschiebbaren Elemente so gewählt wird, daß eine vorbestimmte Höhe des Dichtungsrings erreicht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das einschiebbare Element aus einem aufgewickelten Graphitband konstanter Breite erhält.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Band mit einem konstanten Verhältnis in Folge einer parallel zu der Richtung seiner Achse verlaufenden Translationsbewegung komprimiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das einschiebbare Element (15) bei einem Druck zwischen 100 und 500 bar mit einem konstanten Verhältnis komprimiert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zylinderförmige Teil (18) des Basiselements (14) eine Höhe weit unterhalb derjenigen des kegelstumpfförmigen Teils (23) aufweist.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Basiselement (14) aus expandiertem Graphit besteht.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Basiselement (14) mit einem veränderlichen Druck zwischen 200 und 1500 bar komprimiert wird.

8. Dichtungsring, der nach einem der Ansprüche 1 bis 7 erhalten wurde, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Basiselement (14), das einen zylinderförmigen Teil (18) und einen kegelstumpfförmigen Teil (19) aufweist, wobei das Basiselement (14) ausreichend starr ist, um die Höhenveränderungen auszuhalten, die durch eine entlang der Drehachse (21) des Dichtungsrings ausgeübte Kraft hervorgerufen werden können, und mindestens ein Element aus expandiertem Graphit, der mit einem konstanten Verhältnis komprimiert ist, umfaßt, wobei das verformbare Element (15) innen einen zylinderförmigen Teil (22), dessen Durchmesser gleich dem inneren Durchmesser des zylindrischen Teils (18) des Basiselements (14) ist, und einen kegelstumpfförmigen Teil (23), der auf den kegelstumpfförmigen Teil (19) paßt, aufweist, so daß das Einschieben des verformbaren Elements (15) in das Basiselement (14) möglich ist.

9. Dichtungsring nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Basiselement (14) aus expandiertem Graphit besteht und mit veränderlichem Verhältnis stark komprimiert ist.

10. Dichtungsring nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des zylinderförmigen Teils (18) des Basiselements größer als 0,5 mm und vorzugsweise größer als 3 mm ist.

11. Dichtungsring nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß er eine untere Stützabflachung (20) für die anderen einschiebbaren Elemente (15) aufweist.

12. Dichtungsring nach einem der Ansprüche 8 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die einschiebbaren Elemente einen kreisringförmigen Rand (24) mit gleicher Höhe wie ihr zylinderförmiger Teil (18) aufweisen.

13. Dichtungsring nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Basiselement (14) mit einem Druck größer als 500 bar komprimiert ist.

14. Dichtungsring nach Anspruch 8 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß das einschiebbare Element zylindrisch-konisch ist und einen kreisringförmigen Rand für eine stabile Abstützung auf der Stützabflachung (20) aufweist und daß es mit einem Druck zwischen 100 und 500 bar komprimiert ist.