DE1090904B - Deckelverschluss fuer Hochdruckbehaelter - Google Patents

Description

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für den Deckelverschluß von Hochdruckbehältern großer Abmessungen eine Dichtung zu schaffen, die folgende Anforderungen erfüllt:

1. Die Dichtung soll nur geringen, vorzugsweise jedoch gar keinen axialen Änpreßdruck erfordern,

2. die Dichtung soll geringfügige Verschiebungen in radialer und axialer Richtung zwischen Deckel und Druckgefäß zulassen, ohne undicht zu werden,

3. die Dichtung soll wiederholt lösbar sein, und

4. die für die Fertigung der Dichtungselemente erforderliche Herstellungsgenauigkeit soll nicht größer sein, als sie bei Teilen großer Abmessung mit normalen Werkzeugmaschinen erreichbar ist.

Besondere Bedeutung gewinnen die vorgenannten Forderungen bei Druckgefäßen für Kernreaktoren, bei denen die Frage der Leckdichtigkeit des Druckgefäßes besonders wichtig ist. Bekanntlich verursachen Leckverluste bei Kernreaktoren im Einzelfall nicht nur große Kosten, wie etwa bei Verwendung von schwerem Wasser als Kühlmittel und Moderator, sondern es entsteht darüber hinaus dabei auch die Gefahr einer radioaktiven Verseuchung der Umgebung des Reaktors.

Gegenstand der Erfindung ist ein Deckelverschluß für Hochdruckbehälter, vorzugsweise Reaktorkessel, mit einem vom Deckel getragenen elastischen Dichtungsglied, welches in der Dichtstellung unter der Einwirkung des im Behälter herrschenden Überdruckes von innen gegen eine zugeordnete konische Dichtfläche der Behälterwand angepreßt wird. Der Deckelverschluß ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungsglied aus einem dünnwandigen metallischen Dichtungsring mit leicht bombierter, konischer Dichtfläche und einem an sich bekannten gelippten Schlitzrohr als Dehnungsglied besteht, dessen Innenraum mit dem Behälterinneren in Verbindung steht und welches mit seiner Unterlippe an der oberen Stirnfläche des Dichtungsringes, mit seiner Oberlippe an einem Halte- und Drucksteg an der Deckelunterseite druckdicht befestigt ist.

Die Zeichnung zeigt einen schematischen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Deckelverschlusses.

Dabei besteht das mit dem Deckel 1 eines zylindrischen Druckbehälters 2 druckdicht und elastisch verbundene Dichtungsglied aus einem metallischen Dichtungsring 3 und einem gelippten Schlitzrohr 4 als Dehnungsglied. Letzteres ist mit seiner Unterlippe 5 druckdicht an der oberen Stirnfläche des Dichtungsringes 3 befestigt, vorzugsweise angeschweißt. Seine Oberlippe 6 ist druckdicht mit einem ringförmigen Halte- und Drucksteg 7 an der Unterseite des Deckelflansches 8 verbunden, vorzugsweise ebenfalls ver-

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke

Aktienges ells chaf t,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dipl.-Ing. Hermann Kumpf, Erlangen,
ist als Erfinder genannt worden

schweißt. Dichtungsring, Dehnungsglied und Deckel bilden somit ein zusammenhängendes Ganzes.

In der in der Zeichnung dargestellten Dichtstellung wird der Dichtungsring 3 mit seiner konischen Dichtfläche 10 unter der Einwirkung des Druckmittels im Behälter und einer mechanisch aufgebrachten Vorspannung radial von innen gegen die zugeordnete Dichtfläche9 der Behälterwand angepreßt. Die-konische Dichtfläche 10 ist zur Verbesserung der Dichtwirkung leicht bombiert. Um eine kräftige mechanische Vorspannung zu erreichen, sind die Durchmesser der konischen Dichtfläche 10 des Dichtungsringes 3 im entspannten Zustand (also vor dem Einbau) des Dichtungsringes größer als die entsprechenden Durchmesser der konischen Dichtfläche 9 in der Behälteröffnung gehalten. Elastizität und Schmiegsamkeit des Dichtungsringes werden durch entsprechende Dünnwandigkeit des Ringes erreicht. Die Neigung der konischen Dichtflächen ist im übrigen so bemessen, daß in axialer Richtung Selbsthemmung zwischen Dichtungsring und Behälterdichtfläche gegenüber den vom Behälterinnendruck bewirkten Kräften gewährleistet ist.

Im Mittelteil weist die Behälterdichtfläche 9 eine Ringnut 11 zur Aufnahme einer Hochdruckdichtung 12 auf. Oberhalb der Behälterdichtfläche ist eine weitere Ringnut 13 für eine mit dem oberen Teil des Dichtungsringes 3 zusammenwirkende Niederdruckdichtung 14 vorgesehen. Zwischen beiden Ringnuten, liegt eine Absaugbohrung 15 zur Entwässerung bzw. Entlüftung des Raumes zwischen den Dichtungen 12 und 14. Zweckmäßig werden mehrere über den Behälterumfang verteilte Absaugbohrungen vorgesehen. Der Behälterdeckel 1 ist versenkbar ausgebildet. Er wird durch Stellschrauben 16 gehalten und gesichert,

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die ihrerseits in einen Haltering 17 eingeschraubt sind. Der Haltering· ist mit Hilfe von Schrauben 18 lösbar am oberen Ende des Druckbehälters befestigt.

Im folgenden sei auf die zu Anfang genannten Forderungen an die Dichtung näher eingegangen:

Die Dichtung soll im Betrieb zunächst einen geringen, möglichst jedoch gar keinen axialen Anpreßdruck erfordern, d. h., der Dichtungsdruck soll ohne die an sich bekannte axiale Vorspannung gegenüber dem Deckelflansch bewirkt werden.

Aus diesem Grunde sind die Dichtflächen bei dem erfindungsgemäßen Deckelverschluß so gelegt, daß die auf den Dichtungsring einwirkenden Druckkräfte vorzugsweise nur in radialer Richtung wirken können. Die mechanische Vorspannung wird derart erzeugt, daß der dünnwandige Dichtungsring mit Hilfe des Deckels selbst (bei dessen Aufsetzen auf das Druckgefäß) an den konischen Dichtflächen radial bis in die Nähe seiner Streckgrenze vorgespannt wird. Die hierzu erforderliche Druckkraft wird vom Deckel über den Halte- und Drucksteg 7 unmittelbar auf den Dichtungsring 3 übertragen. Das Dehnungsglied 4 kann dabei nicht beschädigt werden, da sich beim Anpressen dessen Lippen 5., 6 aufeinanderlegen.

Unter der Einwirkung des Druckmittels im Behälter wird der Dichtungsring 3 noch stärker gegen die Dichtfläche 9 in der Behälteröffnung gepreßt. Dabei wird die Dichtwirkung noch dadurch erheblich verbessert, daß sich der Dichtungsring wegen seiner Dünnwandigkeit und Elastizität und wegen seiner Bombierung an Unrundheiten und andere Herstellungsungenauigkeiten der Behälterdichtfläche anpaßt. Da ferner die Selbsthemmung ein Ausweichen des Dichtungsringes nach oben verhindert, braucht der Behälterdeckel, im Gegensatz zu bekannten Ausführungen, im Betrieb keinerlei axiale Vorspannung zum Zwecke der Abdichtung aufzubringen. Er kann vielmehr nötigenfalls unter dem Einfluß der Temperatur und des Druckes nach oben ausweichen, wobei das Abheben des Deckels von seiner Auflage ohne Einfluß auf die Dichtheit ist.

Nach der zweiten Forderung soll die Dichtungseinrichtung geringfügige Verschiebungen in radialer und axialer Richtung zwischen Deckel und Druckgefäß zulassen, ohne undicht zu werden. Diese Verschiebungen können nämlich bei Druckbehältern der vorliegenden Art, mit Durchmessern von 3 bis 5 m, die Größe von einigen Millimetern erreichen. Auf die Ausweichmöglichkeit des Deckels in axialer Richtung wurde soeben hingewiesen. So wie das zwischen Behälterdeckel und Dichtungsring eingefügte Schlitzrohr die beim Abheben des Deckels entstehende axiale Dehnung aufnimmt, so kann es in ähnlicher Weise auch Dehnungen in radialer Richtung ausgleichen. Die Abdichtung wird dabei nicht beeinträchtigt.

Die dritte Forderung nach wiederholter Lösbarkeit der Dichtung ist gemäß der Erfindung dadurch gewährleistet, daß im Betrieb, selbst unter extremen Temperatur- und Druckänderungen, keine Relativbewegungen zwischen Dichtungsring und Behälterdichtfläche auftreten. Es werden also Abrieb oder Riefenbildung an den Dichtflächen vermieden. Um eine Überdehnung des Schlitzrohres beim Abnehmen des Deckels zu vermeiden, trägt dieser an seiner Unterseite einen zylindrischen Ansatz 19 mit dem lösbaren Bundring20. Dieser Bundring steht bis unter die untere Stirnfläche des Dichtungsringes 3 vor. Beim Abnehmen des Deckels legt sich der Bundring von unten gegen den Dichtungsring an und nimmt ihn nach oben mit.

Daß schließlich auch die in der vierten Forderung genannte Herstellungsgenauigkeit der Dichtungselemente nicht größer zu sein braucht als bei Teilen dieser Größenordnung (3 bis 5 m) mit normalen Werkzeugmaschinen einhaltbar, bedarf nach den bisherigen Erläuterungen über die Art des Dichtsitzes und der Zulässigkeit relativ großen Spieles keiner besonderen Darlegung.

Um die Dichtigkeit noch zu verbessern, ist in die Behälterdichtfläche 9 die erwähnte Hochdruckdichtung eingelassen. Sie wird in ihrer Wirkung durch die in der darüberliegenden Zone befindliche Niederdruckdichtung 14 ergänzt, gegen die sich der dünnwandige Dichtungsring unter dem Einfluß des Innendruckes anlegt. Sollten noch Spuren des Druckmittels die Hochdruckdichtung durchdringen — es kann sich dabei um Flüssigkeit oder Gas handeln —, so können diese leicht durch die Absaugbohrungen 15 abgezogen werden. Gegebenenfalls kann dies in Abhängigkeit von einer an der gleichen Stelle vorzunehmenden Messung der Radioaktivität geschehen.

Es kann vorteilhaft sein, den die Behälterdichtfläche 9, die Ringnuten 11, 13 und die inneren Teile der Absaugbohrungen 15 tragenden Teil der Behälterwand 2 als selbständiges Ringelement 23 auszubilden. Dieses Ringelement 23 wird dann in eine entsprechende ringförmige Ausnehmung der Behälterwand eingesetzt und mit dieser z. B. durch eine Schweißnaht 22 druckdicht verbunden. Die Trennlinie zwischen dem Ringelement 23 und der Behälterwand 2 ist in der Zeichnung gestrichelt eingetragen.

Claims (6)

PaTENTANSPKÜCHE:

1. Deckel Verschluß für Hochdruckbehälter, vorzugsweise Reaktorkessel, mit einem vom Deckel getragenen elastischen Dichtungsglied, welches in der Dichtstellung unter der Einwirkung des im Behälter herrschenden Überdruckes von innen gegen eine zugeordnete konische Dichtfläche der Behälterwand angepreßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungsglied aus einem dünnwandigen metallischen Dichtungsring (3) mit leicht bombierter, konischer Dichtfläche (10) und einem an sich bekannten getippten Schlitzrohr (4) als Dehnungsglied besteht, dessen Innenraum mit dem Behälterinneren in Verbindung steht und welches mit seiner Unterlippe an der oberen Stirnfläche des Dichtungsringes (3), mit seiner Oberlippe (6) an einem Halte- und Drucksteg (7) an der Deckelunterseite druckdicht befestigt ist.

2. Deckelverschluß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmesser der konischen Dichtfläche (10) des Dichtungsringes (3) im entspannten Zustand des Dichtungsringes größer sind als die entsprechenden Durchmesser der konischen Dichtfläche (9) in der Behälteröffnung.

3. Deckel Verschluß nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die konischen Dichtflächen (9 und 10) eine Neigung besitzen, die in axialer Richtung Selbsthemmung zwischen der Behälterwand und dem Dichtungsring (3) gegenüber den vom Behälterinnendruck hervorgerufenen Kräften gewährleisten.

4. Deckelverschluß nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtfläche (9) in der Behälteröffnung in an sich bekannter Weise eine Ringnut (11) für eine Hochdruckdichtung (12) und die Behälterwand oberhalb der Dichtfläche (9) eine weitere Ringnut (13) für eine mit

dem oberen Teil des Dichtungsringes (3) zusammenwirkende Niederdruckdichtung (14) aufweist, wobei zwischen den beiden Ringnuten (11, 13) mindestens eine die Behälterwand durchdringende Absaugbohrung (15) vorgesehen ist.

5. Deckelverschluß nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der die Dichtfläche (9), die Ringnuten (11., 13) und den inneren Teil der Absaugbohrungen (15) tragende massive Teil der Behälterwand (2) als selbständiges Ringelement (23) in eine entsprechende ringförmige Ausnehmung (21) der Behälterwand eingesetzt und mit dieser z. B. durch eine Schweißnaht (22) verbunden ist.

6. Deckelverschluß nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel an seiner Unterseite einen zylindrischen Ansatz (19) mit lösbarem Bundring (20) aufweist, der seinerseits bis unter die untere Stirnfläche des Dichtungsringes (3) vorsteht.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 723 599, 801 604,
302, 923 887;

französische Patentschrift Nr. 1 056 521;

schweizerische Patentschrift Nr. 191 911;

USA.-Patentschriften Nr. 2 457 927, 2 485 497,
739 828.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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