DE9208943U1 - Stuffing box seal with a plurality of graphite sealing rings - Google Patents
Stuffing box seal with a plurality of graphite sealing ringsInfo
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Description
BeschreibungDescription
Die Erfindung betrifft eine Stopfbuchsdichtung mit einer Mehrzahl von Graphit-Dichtungsringen, die zu einer Stopfbuchspackung aufeinandergelegt sind. - Es versteht sich, daß die Stopfbuchspackung in die Packungsaufnahme eines Dichtungsgehäuses eingesetzt ist und einerseits an der Wand der Packungsaufnahme, andererseits an einer Stellstange oder Welle anliegt sowie über eine Packungsbrille in axialer Richtung komprimierbar ist. Der Ausdruck Welle bezeichnet im Rahmen der Erfindung auch Ventilspindeln. Stopfbuchsdichtungen des beschriebenen Aufbaus können für die verschiedensten Zwecke eingesetzt werden. Die erfindungsgemäße Stopfbuchsdichtung soll insbesondere auch für Hochdruckventile verwendbar sein, wo ohne weiteres die Gefahr des Ausblasens der Stopfbuchspackung besteht. Das kann zu Personenschäden und Umweltschäden führen. Es versteht sich fernerhin, daß die Graphit-Dichtungsringe einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt aufweisen, wenn auch mit verrundeten Kanten. Graphit bezeichnet im Rahmen der Erfindung den sogenannten Dichtungsgraphit. Im allgemeinen handelt es sich dabei um Graphitexpandat. Der Dichtungsgraphit stellt ein Vorprodukt für den Aufbau von Dichtungsringen dar, die beispielsweise aus Folien gewickelt und in Formen gepreßt werden.The invention relates to a stuffing box seal with a plurality of graphite sealing rings that are placed on top of one another to form a stuffing box packing. - It is understood that the stuffing box packing is inserted into the packing receptacle of a seal housing and rests on the one hand on the wall of the packing receptacle and on the other hand on an adjusting rod or shaft and can be compressed in the axial direction via a packing gland. The term shaft also refers to valve spindles in the context of the invention. Stuffing box seals of the structure described can be used for a wide variety of purposes. The stuffing box seal according to the invention should also be usable in particular for high-pressure valves, where there is a risk of the stuffing box packing blowing out. This can lead to personal injury and environmental damage. It is also understood that the graphite sealing rings have a rectangular or square cross-section, albeit with rounded edges. Graphite in the context of the invention refers to the so-called sealing graphite. In general, this is expanded graphite. The sealing graphite is a precursor for the construction of sealing rings, which are wound from foils and pressed into molds, for example.
Bei den aus der Praxis bekannten Stopfbuchsdichtungen, von denen die Erfindung ausgeht, handelt es sich um Ventilspindeldichtungen. Hier besteht die Ventilspindeldichtung aus einem Graphit-Wickelpreßring sowie aus einem Grundring und einem Deckring, die aus einem Geflecht aus Dichtungsfaserstoffen aufgebaut sind. - Graphit-Wickelpreßring bezeichnet gepreßte Packungsringe besonderen Auf-The stuffing box seals known from practice, from which the invention is based, are valve spindle seals. Here, the valve spindle seal consists of a graphite wound press ring as well as a base ring and a cover ring, which are made of a braid of sealing fiber materials. - Graphite wound press ring refers to pressed packing rings with a special
baus. Sie bestehen aus einem Band aus expandiertem Graphit, welches spiralförmig zu einem Ring gewickelt ist. Das so gebildete Vorprodukt wird in einem geeigneten Werkzeug in axialer Richtung gepreßt und geformt, wobei sich das Graphitband nach statistischen Gesetzen mehr oder weniger wellenförmig oder zickzackförmig zusammenstaucht. Bei der bekannten Ventilspindeldichtung können Undichtigkeiten auftreten, wenn die innere Werkstof festigkeit des Graphit-Wickelpreßringes kleiner ist als die Spannungen, die bei Betätigung der Ventilspindel über Adhäsionskräfte in den Graphit-Wickelpreßring eingeleitet werden. Die Adhäsionskräfte hängen von der Oberflächenqualität der Ventilspindel ab und können insbesondere dann, wenn die Ventilspindel nur von Zeit zu Zeit betätigt wird oder wenn die Oberflächenqualität der Ventilspindel nicht den Vorschriften entspricht, sehr groß werden. Dann kann die Ventilspindel bei Betätigung Graphitelemente aus dem Werkstoffverbund des Graphit-Wickelpreßringes bis zur Undichtigkeit herausreißen und bei Eintreten der Undichtigkeit kann, wie erwähnt, ein hochgespanntes Fluid gefahrträchtig die Packung ausblasen. Das kann der aus Geflecht bestehende Grundring bzw. Deckring nicht verhindern. Insoweit ist die Standzeit oder Gebrauchstüchtigkeit der bekannten Ventilspindeldichtungen in erheblichem Maße verbesserungsbedürftig. Das gilt alles auch für eine Ventilspindeldichtung (DE-OS 23 03 671 Al), die aus einem axial zusammenpreßbaren Dichtungsring mit Ringscheiben aus Graphitexpandat und zwischen den Ringscheiben aus Graphitexpandat angeordneten nichtmetallischen Ringscheiben anderen Materials besteht, deren Rückfederungsvermögen bei den jeweiligen Einsatzbedingungen des Dichtungsringes mindestens in der Größenordnung des Rückfederungsvermögens der Ringscheiben aus Graphit-They consist of a strip of expanded graphite, which is wound spirally into a ring. The pre-product thus formed is pressed and shaped in an axial direction in a suitable tool, whereby the graphite strip compresses itself in a more or less wave-like or zigzag shape according to statistical laws. Leaks can occur in the known valve spindle seal if the internal material strength of the graphite wound press ring is less than the tensions that are introduced into the graphite wound press ring via adhesion forces when the valve spindle is operated. The adhesion forces depend on the surface quality of the valve spindle and can become very large, especially if the valve spindle is only operated from time to time or if the surface quality of the valve spindle does not comply with the specifications. Then when actuated, the valve spindle can tear graphite elements out of the material composite of the graphite wound press ring until it leaks and when the leak occurs, as mentioned, a highly compressed fluid can blow out the packing, which is dangerous. The base ring or cover ring made of braid cannot prevent this. In this respect, the service life or usability of the known valve spindle seals is in need of considerable improvement. All of this also applies to a valve spindle seal (DE-OS 23 03 671 Al) which consists of an axially compressible sealing ring with ring disks made of graphite expanded material and non-metallic ring disks made of other material arranged between the ring disks made of graphite expanded material, the resilience of which under the respective operating conditions of the sealing ring is at least in the order of magnitude of the resilience of the ring disks made of graphite expanded material.
expandat liegt. Die Ringscheiben anderen Materials können eine plastische Verformbarkeit aufweisen und bestehen in der Praxis im allgemeinen aus Faserstoff material, insbesondere aus Asbestfaserstoff oder entsprechenden Austauschprodukten, aber auch aus geeignetem Kunststoff wie z. B. Polytetrafluorethylen (PTFE).expandat. The ring disks made of other materials can be plastically deformable and in practice generally consist of fibrous material, in particular asbestos fiber or corresponding replacement products, but also of suitable plastic such as polytetrafluoroethylene (PTFE).
Bei den vorstehend beschriebenen bekannten Stopfbuchsdichtungen kann nicht ausgeschlossen werden, daß das Fluid gegen welches abzudichten ist, durch die Graphit-Dichtungsringe diffundiert.With the known stuffing box seals described above, it cannot be ruled out that the fluid against which the seal is to be sealed diffuses through the graphite sealing rings.
Tatsächlich weist ein Graphit-Dichtungsring ohne weiteres in allen Richtungen freie Diffusionswege auf, wenn auch mit hohem Diffusionswiderstand. Demgegenüber stellt eine Ausführungsform eine wesentliche Verbesserung dar (DE 37 21 967 Al), bei der die Stopfbuchspackung aus einem Graphit-Wickelpreßring sowie einem Grundring und einem Deckring besteht, die beide aus geschichteten Ringscheiben aus expandiertem Graphit und zwischen diesen Ringscheiben angeordneten Zwischenlagen aus Metallfolie gepreßt sind. Der Grundring und der Deckring können zumindest eine abdeckende Ringauflage aus Metallfolie aufweisen. Diese Ausführungsform geht von der Erkenntnis aus, daß der Grundring und der Deckring, die in der beschriebenen Weise aufgebaut sind, in besonderer Weise funktionieren. Sie arbeiten zunächst als Dichtungsringe, wobei die Zwischenlagen aus Metallfolie integrierte Diffusionssperren darstellen für eine Diffusion in Achsrichtung der Ventilspindel. Bei der zuletzt beschriebenen Ausführungsform ist die Ventilspindeldichtung insoweit im Querschnitt absolut gasdicht und dampfdicht. Der Grundring und der Deckring wirken bei dieser Ausführungsform darüber hinaus mit ihren Zwischenringen aus Metallfolie gleichsam alsIn fact, a graphite sealing ring has free diffusion paths in all directions, albeit with high diffusion resistance. In contrast, an embodiment represents a significant improvement (DE 37 21 967 Al), in which the stuffing box packing consists of a graphite wound press ring as well as a base ring and a cover ring, both of which are pressed from layered ring disks made of expanded graphite and intermediate layers of metal foil arranged between these ring disks. The base ring and the cover ring can have at least one covering ring layer made of metal foil. This embodiment is based on the knowledge that the base ring and the cover ring, which are constructed in the manner described, function in a special way. They work first as sealing rings, with the intermediate layers made of metal foil representing integrated diffusion barriers for diffusion in the axial direction of the valve spindle. In the last embodiment described, the valve spindle seal is absolutely gas-tight and vapor-tight in cross-section. In this embodiment, the base ring and the cover ring, with their intermediate rings made of metal foil, also act as
Abstreifringe und kammern den Graphit der Graphit-Wickelpreßringe ein. Das hat sich als Ventilspindeldichtung von Hochdruckdampfventilen bewährt und verhindert sicher das eingangs beschriebene Ausblasen.Scraper rings and chamber the graphite of the graphite wound press rings. This has proven itself as a valve spindle seal for high-pressure steam valves and reliably prevents the blow-out described above.
Demgegenüber liegt der Erfindung die grundsätzliche Aufgabe zugrunde, die Stopfbuchsdichtung des eingangs beschriebenen Aufbaus, von der die Erfindung ausgeht, baulich zu vereinfachen und funktionell in bezug auf den Diffusionswiderstand zu verbessern. Der Erfindung liegt fernerhin die Aufgabe zugrunde, eine solche Stopfbuchsdichtung so einzurichten, daß sie auch dort eingesetzt werden kann, wo es auf niedrige Verstellkräfte ankommt.In contrast, the invention is based on the fundamental task of structurally simplifying the stuffing box seal of the initially described design, on which the invention is based, and of functionally improving it with regard to the diffusion resistance. The invention is also based on the task of setting up such a stuffing box seal in such a way that it can also be used where low adjustment forces are required.
Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß zumindest einer der Graphit-Dichtungsringe einen Graphitkern und eine Umhüllung aus Polytetrafluorethylen (PTFE) aufweist. Dabei kann der Graphitkern aus Schichten von ringförmig ausgestanzten Graphitfolien aufgebaut sein. Der Graphitkern kann aber auch aus zumindest einem Graphitstrang geformt sein. Auch besteht die Möglichkeit, den Graphitkern aus Graphitfasern und/oder Graphitkörnern zu pressen, oder ihn als Graphit-Wickelpreßring auszuführen.To solve this problem, the invention teaches that at least one of the graphite sealing rings has a graphite core and a casing made of polytetrafluoroethylene (PTFE). The graphite core can be made up of layers of ring-shaped punched graphite foils. However, the graphite core can also be formed from at least one graphite strand. It is also possible to press the graphite core from graphite fibers and/or graphite grains, or to design it as a graphite wound press ring.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß die Umhüllung aus PTFE bei Dichtungsringen des beschriebenen Aufbaus einen wesentlich größeren Diffusionswiderstand als der Dichtungsgraphit aufweist, so daß durch die Umhüllung der Diffusionswiderstand des Dichtungsringes insgesamt beachtlich vergrößert wird. Insoweit erreicht die Erfindung bis zu den Temperaturen, für die PTFEThe invention is based on the knowledge that the PTFE coating in sealing rings of the described design has a significantly higher diffusion resistance than the sealing graphite, so that the diffusion resistance of the sealing ring is considerably increased overall by the coating. In this respect, the invention achieves a high diffusion resistance up to the temperatures for which PTFE
verwendbar ist, eine Verbesserung der Dichtwirkung. Werden in dem Graphitkern Metallfolien angeordnet, was besonders einfach dann möglich ist, wenn der Graphitkern aus ausgestanzten Graphitfolien aufgebaut ist, so werden durch die Umhüllung aus PTFE diese Metallfolien gegen Korrosion geschützt. Im Rahmen der Erfindung liegt es daher, den Graphitkern in der beschriebenen Weise auch mit Metallfolien mit Zwischenlagen in Form von Metallfolien zu versehen.can be used, an improvement in the sealing effect. If metal foils are arranged in the graphite core, which is particularly easy if the graphite core is made of punched graphite foils, these metal foils are protected against corrosion by the PTFE coating. It is therefore within the scope of the invention to also provide the graphite core in the manner described with metal foils with intermediate layers in the form of metal foils.
In bezug auf die Umhüllung aus PTFE bestehen im Rahmen der Erfindung mehrere Möglichkeiten. Eine dieser Möglichkeiten ist dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung aus PTFE als eine geschlossene Umhüllung ausgeführt ist. Sie kann z. B. auf den Graphitkern aufgesintert sein. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, die sich durch fertigungstechnische Einfachheit auszeichnet, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung aus PTFE als nach oben offene, rinnenförmige Umhüllung ausgeführt ist. Die Umhüllung kann aber auch aus einer PTFE-Folie oder einer PTFE-Platte geformt sein. Wie bereits erwähnt kann die Umhüllung auf den Graphitkern diffusionsdicht auf gesintert sein.With regard to the PTFE casing, there are several possibilities within the scope of the invention. One of these possibilities is characterized in that the PTFE casing is designed as a closed casing. It can, for example, be sintered onto the graphite core. A preferred embodiment of the invention, which is characterized by simplicity in terms of production technology, is characterized in that the PTFE casing is designed as a groove-shaped casing that is open at the top. The casing can also be formed from a PTFE film or a PTFE plate. As already mentioned, the casing can be sintered onto the graphite core in a diffusion-tight manner.
Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung sind bei der erfindungsgemäßen Stopfbuchsdichtung alle Graphit-Dichtungsringe wie beschrieben aufgebaut. Im Rahmen der Erfindung liegt es, die Stopfbuchspackung unterseitig und oberseitig mit einer metallischen Abdeckung zu versehen und/oder zwischen den einzelnen Graphit-Dichtungsringen mit ihrer Umhüllung Einlagen aus Metallfolie vorzusehen, beispielsweise aus Edelmetall-Folien. Das wird selbstverständlich nur dort verwirklicht, wo eine Korrosion der metallischen Bauteile nicht zu befürchten ist.According to a preferred embodiment of the invention, all graphite sealing rings in the stuffing box seal according to the invention are constructed as described. It is within the scope of the invention to provide the stuffing box packing with a metal cover on the bottom and top and/or to provide inserts made of metal foil, for example made of precious metal foil, between the individual graphite sealing rings and their casing. This is of course only implemented where there is no risk of corrosion of the metal components.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigenThe invention is explained in more detail below using a drawing that merely represents an exemplary embodiment.
Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine erfindungsgemäße Ventilspindeldichtung, Fig. 1 shows an axial section through a valve spindle seal according to the invention,
Fig. 2 einen erfindungsgemäßen Dichtungsring aus dem Gegenstand der Fig. 1 in gegenüber der Fig. 1 vergrößertem Maßstab,Fig. 2 shows a sealing ring according to the invention from the subject matter of Fig. 1 on an enlarged scale compared to Fig. 1,
Fig. 3 eine Draufsicht auf den Gegenstand nach 2,Fig. 3 is a plan view of the article according to 2,
Fig. 4 eine andere Ausführungsform des Gegenstandes der Fig. 2,Fig. 4 shows another embodiment of the object of Fig. 2,
Fig. 5 eine weitere Ausführungsform des Gegenstandes der Fig. 2 undFig. 5 shows a further embodiment of the subject matter of Fig. 2 and
Fig. 6 mehrere, aufeinanderliegende erfindungsgemäße Dichtungsringe in einer Stopfbuchspackung.Fig. 6 several sealing rings according to the invention lying on top of one another in a stuffing box packing.
In der Fig. 1 erkennt man eine erfindungsgemäße Stopfbuchsdichtung. Sie ist aus einer Mehrzahl von Graphit-Dichtungsringen 1 aufgebaut, die zu einer Stopfbuchspackung 2 aufeinandergelegt sind. Diese Stopfbuchspackung 2 ist in die Packungsaufnahme 3 eines Dichtungsgehäuses 4 eingesetzt. Sie liegt einerseits an der Wand der Packungsaufnahme 3 und andererseits an einer Stellstange oder Welle 5 an. Im Ausführungsbeispiel mag es sich um eine Ventilspindel eines Hochdruckventils handeln. Die Stopfbuchspackung 2 ist über eine Packungsbrille 6 in axialer RichtungIn Fig. 1, a stuffing box seal according to the invention can be seen. It is made up of a plurality of graphite sealing rings 1, which are placed on top of one another to form a stuffing box packing 2. This stuffing box packing 2 is inserted into the packing receptacle 3 of a seal housing 4. On the one hand, it rests against the wall of the packing receptacle 3 and on the other hand against an adjusting rod or shaft 5. In the exemplary embodiment, this may be a valve spindle of a high-pressure valve. The stuffing box packing 2 is connected in the axial direction via a packing gland 6.
komprimierbar, wobei die in der Fig. 1 angedeuteten Schrauben 7 entsprechend angezogen werden. Die einzelnen Graphit-Dichtungsringe 1 besitzen im Ausführungsbeispiel einen mehr oder weniger quadratischen Querschnitt mit verrundeten Kanten.compressible, whereby the screws 7 indicated in Fig. 1 are tightened accordingly. The individual graphite sealing rings 1 in the exemplary embodiment have a more or less square cross-section with rounded edges.
Insbesondere aus den Fig. 2 bis 6 entnimmt man, daß die Graphit-Dichtungsringe 1 einen Graphitkern 8 und eine Umhüllung 9 aus Polytetrafluorethylen (PTFE) aufweisen. Im Ausführungsbeispiel sind alle Graphit-Dichtungsringe 1 der Stopfbuchspackung 2 entsprechend aufgebaut. Der Graphitkern 8 mag aus Schichten von ringförmig ausgestanzten Graphitfolien aufgebaut sein. Zwischen den Graphitfolien können Metallfolien angeordnet sein, was zeichnerisch nicht dargestellt worden ist.In particular, it can be seen from Figs. 2 to 6 that the graphite sealing rings 1 have a graphite core 8 and a covering 9 made of polytetrafluoroethylene (PTFE). In the exemplary embodiment, all graphite sealing rings 1 of the stuffing box packing 2 are constructed accordingly. The graphite core 8 may be constructed from layers of ring-shaped punched graphite foils. Metal foils may be arranged between the graphite foils, which has not been shown in the drawing.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist die Umhüllung 9 aus PTFE eine rinnenförmige Umhüllung, die nach oben offen ist. In der Ausführungsform nach Fig. 4 ist die Umhüllung 9 aus PTFE eine geschlossene Umhüllung. Die Umhüllungen 9 mögen aus PTFE-Folie oder aus einer PTFE-Platte geformt sein. Sie könnten aber auch diffusionsdicht auf den Graphitkern 8 aufgesintert sein. In der Fig. 1 wurde angedeutet, daß die Stopfbuchspackung 2 unterseitig und oberseitig metallische Abdeckungen 10 aufweist.In the embodiment according to Fig. 2, the PTFE casing 9 is a channel-shaped casing that is open at the top. In the embodiment according to Fig. 4, the PTFE casing 9 is a closed casing. The casings 9 may be made of PTFE foil or a PTFE plate. However, they could also be sintered onto the graphite core 8 in a diffusion-tight manner. In Fig. 1, it was indicated that the stuffing box packing 2 has metal covers 10 on the bottom and top.
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