DE1255419B

DE1255419B - Resilient restoring device for metal sealing rings with a C-shaped cross section

Info

Publication number: DE1255419B
Application number: DES98819A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Diethelm Knoedler; Lorenz Schildhauer
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1965-08-13
Filing date: 1965-08-13
Publication date: 1967-11-30
Also published as: CH450080A; BE685429A

Description

Federnde Rückstellvorrichtung für im Querschnitt C-förmige Metalldichtun#gsringe Die Erfindung betrifft eine federnde Rückstellvorrichtung für das Andrücken der Schenkel von im Querschnitt C-förmigen Metalldichtungsringen gegen die Flanschflächen der gegeneinander abzudichtenden Maschinenteile, insbesondere bei Kernreaktorgefäßen und Wärmetauschern.Resilient reset device for metal sealing rings with a C-shaped cross-section The invention relates to a resilient return device for pressing the Legs of metal sealing rings with a C-shaped cross-section against the flange surfaces of the machine parts to be sealed against each other, especially in the case of nuclear reactor vessels and heat exchangers.

Beispielsweise an Druckwasserreaktoren und Versuchseinbauten sowie auch bei Wärmetauschern besteht an einigen Stellen das Problem, bei Temperaturwechsel auftretende größere radiale und axiale Spalte, deren Größe bis zu einigen Millimetern betragen kann, mittels einer metallischen Dichtung zu dichten.For example, on pressurized water reactors and experimental installations as well Even with heat exchangers, there is a problem in some places with temperature changes occurring larger radial and axial gaps, their size up to a few millimeters can be to seal by means of a metallic seal.

Bekannte Metalldichtungen, vor allem aber auch geschlossene Torusdichtungen, können im allgemeinen nur kleinste Verschiebungen gestatten, wenn sie nicht ihre Funktion durch überbeanspruchung über ihr elastisches Verformungsvermögen hinaus einbüßen sollen. Man vermeidet deshalb bei allen bekannten Torusdichtungen die überschreitung der Streckgrenze des Dichtungswerkstoffes. Dadurch wird aber wieder-um der Anwendungsbereich dieser an sich sonst sehr vorteilhaften Dichtungsform sehr eingeschränkt.Well-known metal seals, but above all closed toroidal seals, can generally only allow the smallest shifts if they are not theirs Function through overstressing beyond its elastic deformation capacity should lose. You therefore avoid exceeding it with all known toroidal seals the yield point of the sealing material. But this again becomes the scope of application this otherwise very advantageous seal form is very limited.

Aus dem Anwendungsgebiet nichtmetallischer Dichtungen ähnlicher Bauform ist es bekannt, elastische und federnde metallische Einlagen oder auch Blähkörper vorzusehen und damit die Dichtungsqualität zu verbessern (britische Patentschrift 883 498, 528 359, USA.-Patentschrift 3 114 561). From the field of application of non-metallic seals of a similar design, it is known to provide elastic and resilient metallic inserts or also inflatable bodies and thus to improve the seal quality (British patent specification 883 498, 528 359, USA patent specification 3 114 561).

Auch sehr harte U-förmge metallische Dichtungsringe wurden schon mit federnden Einlagen versehen, siehe die französische Patentschrift 923 196. Even very hard U-shaped metallic sealing rings have already been provided with resilient inserts, see French patent specification 923 196.

Keine der aus dem umfangreichen Stand der Technik bekannten Dichtungsringkonstruktionen ist jedoch geeignet, die insbesondere beim Betrieb von Kernreaktoren auftretenden, besonders großen Dichtspaltdifferenzen in federnder Weise befriedigend auszugleichen.None of the sealing ring designs known from the extensive prior art however, it is suitable for the compensate for particularly large sealing gap differences in a resilient manner satisfactorily.

Diese Aufgabe wird durch die vorliegende Erfindung gelöst. Erfindungsgemäß besteht die Rückstellvorrichtung aus einer Anzahl auf dem Umfang verteilter Einzelanpreßvorrichtungen, die aus mit den Innenseiten der beiden Schenkel fest verbundenen Druckverteilungsstücken und einer zwischen diesen angeordneten Tellerfedersäule aufgebaut ist.This object is achieved by the present invention. According to the invention the reset device consists of a number of individual pressure devices distributed over the circumference, the pressure distribution pieces firmly connected to the insides of the two legs and a disc spring column arranged between these is constructed.

Die Tellerfedern sind dabei zu einer Säule auf einem Bolzen aufgereiht, dessen Enden in Achsrichtung des Bolzens frei beweglich in die dieser Säule zugeordneten Druckverteilungsstücke eingreifen. Die bisher übliche Eigenfederung des Ringes wird also durch eine entsprechend anpaßbare »Frerndfederung« ersetzt, wobei dem eigentlichen Dichtungsring hauptsächlich nur die Funktion der Abdichtung bleibt. Dementsprechend kann natürlich auch die Materialwahl für den eigentlichen Dichtungsring getroffen werden. Geeignet ist z. B. auch austenitischer Stahl, der dafür bekannt ist, daß er für Lastwechselzahlen bis in die Größenordnung von 103 besonders große plastische Wechseldehnungen zuläßt. Es sind jedoch auch andere Werkstoffe, wie z. B. Nickellegierungen, für diesen Zweck verwendbar.The disc springs are lined up to form a column on a bolt, the ends of which engage freely movably in the axial direction of the bolt in the pressure distribution pieces assigned to this column. The previously customary self-resilience of the ring is thus replaced by a correspondingly adaptable "spring suspension", with the actual sealing ring mainly only having the function of sealing. The choice of material for the actual sealing ring can of course also be made accordingly. Suitable is z. B. also austenitic steel, which is known to allow particularly large alternating plastic strains for load cycles up to the order of magnitude of 103. However, there are also other materials, such as. B. nickel alloys, can be used for this purpose.

Zur näheren Veranschaulichung der Erfindung sei auf die F i g. 1 bis 3 verwiesen. F i g. 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Reaktordruckgefäß, bei dem am Kühlmittelaustrittsstutzen die erfindungsgemäße Dichtung angewendet ist. F i g. 2 zeigt einen Querschnitt durch die Torusdichtung an der Stelle eines federnden Rückstellgliedes, F i g. 3 zeigt in einer schematischen Darstellung die Verteilung dieser Rückstellglieder über den Umfang der Torusdichtung.For a more detailed illustration of the invention, reference is made to FIG. 1 to 3 referenced. F i g. 1 shows a schematic representation of a reactor pressure vessel in which the seal according to the invention is applied to the coolant outlet nozzle. F i g. 2 shows a cross section through the toroidal seal in place of a resilient return member, FIG . 3 shows a schematic representation of the distribution of these restoring elements over the circumference of the toroidal seal.

Der Reaktorkessel 2, der den Reaktorkern 24 enthält, ist mit Kühlmittelzuführungsstutzen 21 und Kühlmittelabführungsstutzen 22 versehen. Nach dem Eintritt des Kühlmittels gelangt dieses zunächst in einen Ringspalt 23, strömt in demselben nach unten und dringt von unten her durch den Reaktorkern nach oben. Anschließend verläßt es den Reaktordruckkessel durch den Stutzen 22. Zur Führung des Kühlmittels ist dabei auch der den Reaktorkern 24 tragende Zylinder 3 vorgesehen. Dieser ist zur Abfüh- rung des Kühlmittels durchbrochen und an dieser Stelle mit Hilfe der Torusdichtung 5 gegenüber der Kesselwandung 2 abgedichtet. Die Dichtung 5 ist durch einen Stützring 4 gehaltert, der am Zylinder 3 lösbar befestigt ist. Damit ist es z. B. auch möglich, die Dichtung 5 nach Ausbau des Reaktorkernes mit Hilfe eines fernbedienbaren Werkzeuges auszuwechseln.The reactor vessel 2, which contains the reactor core 24, is provided with coolant supply stubs 21 and coolant discharge stubs 22. After the coolant enters, it first passes into an annular gap 23, flows downward therein and penetrates upward through the reactor core from below. It then leaves the reactor pressure vessel through the nozzle 22. The cylinder 3 carrying the reactor core 24 is also provided for guiding the coolant. This is perforated to discharge the coolant and is sealed at this point with the aid of the toroidal seal 5 with respect to the boiler wall 2. The seal 5 is held by a support ring 4 which is detachably attached to the cylinder 3. So it is z. B. also possible to replace the seal 5 after removing the reactor core with the help of a remote-controlled tool.

Infolge des Druckverlustes beim Durchströmen des Kühlmittels durch den Reaktorkern wird im Ringraum 23 ein höherer Druck herrschen als im Austrittsstutzen 22. Die Torusdichtung 5 ist daher so angeordnet, daß ihre offene Seite dem höheren Druck zugewendet ist und dieser damit im Sinne einer Verbesserung der Abdichtung auf die eigentliche Torusdichtung einwirkt. Da bei der Größe des Behälters, der einen Durchmesser in der Größenordnung, von etwa 4 m haben kann, an der Abdichtungsstelle bei wechselnden Temperaturen mit einer Änderung der Spaltbreite bis zu einigen Millimetern gerechnet werden muß, ist eine einfache Torusdichtung nicht mehr geeignet, vielmehr muß, wie bereits erwähnt, die Eigenfederkraft des Torus durch eine Anzahl radial angeordneter Stützfedersysteme ersetzt werden, so daß dem Torusmaterial selbst nur die Aufgabe der Abdichtung gegenüber den Anlagenflächen zukommt. Diese »Fremdfederung« ist in F i g. 2 näher dargestellt. Sie besteht nach diesem Beispiel im wesentlichen aus hintereinander angeordneten Tellerfedern 7, die auf einem Bolzen 8 aufgereiht sind. Dieser ist an beiden Enden geführt in Kopfstücken 9 und 10, die den Außenflächen der Toruswölbung angepaßt sind. Damit ein sicherer Sitz dieser Federrückstellglieder gesichert ist, sind die Endstücke 9 und 10 an Stellen 59 und 51 mit dem Torus 5 punktförmig verschweißt. Selbstverständlich kann auch eine andere Befestigungsart, die eine Veränderung der Sollage des Federsatzes verhindert, gewählt werden.As a result of the pressure loss when the coolant flows through the reactor core, a higher pressure will prevail in the annular space 23 than in the outlet nozzle 22. The toroidal seal 5 is therefore arranged so that its open side faces the higher pressure and this thus improves the seal the actual toroidal seal acts. Since with the size of the container, which can have a diameter of about 4 m, a change in the gap width of up to a few millimeters must be expected at the sealing point with changing temperatures, a simple toroidal seal is no longer suitable, rather must As already mentioned, the inherent spring force of the torus can be replaced by a number of radially arranged support spring systems, so that the torus material itself only has the task of sealing against the contact surfaces. This "external suspension" is shown in FIG . 2 shown in more detail. According to this example, it consists essentially of disc springs 7 arranged one behind the other, which are lined up on a bolt 8. This is guided at both ends in head pieces 9 and 10, which are adapted to the outer surfaces of the torus curvature. In order to ensure that these spring return members are securely seated, the end pieces 9 and 10 are point-welded to the torus 5 at points 59 and 51. Of course, another type of fastening that prevents a change in the desired position of the spring set can also be selected.

Derartige Stützglieder sind gemäß F i g. 3 regelmäßig am Umfang des Torusringes 5 angeordnet, die Abstände richten sich dabei nach der Dicke des Torusmaterials, nach dem Durchmesser des Torusringes und nach den zu erwartenden bzw. benötigten Rückstellkräften.Such support members are shown in FIG . 3 arranged regularly on the circumference of the toroidal ring 5 , the distances depend on the thickness of the toroidal material, the diameter of the toroidal ring and the expected or required restoring forces.

Aus diesen Darstellungen ist zu ersehen, daß der eigentliche Torus oder eine an dem Torus angebrachte Gleitfläche gleitend auf den abzudichtenden Flächen anliegt. Der Stützring 4 ist dabei vorgesehen, um ein Ausknicken des Torusringes mit Sicherheit zu vermeiden. Da diese Dichtung auf Grund der verhältn.ismäßig geringen Flächenpressung an den Dichtungsflächen keine 100%ige Abdichtung ermöglicht, ist ihr Einsatz vorzugsweise dort angezeigt, wo das gleiche Medium auf beiden Seiten der Dichtungsfläche ansteht. Wie im Falle des gewählten Beispieles ist dies auch insbesondere bei speziellen Bauformen von Wärmetauschern der Fall. Die an den Dichtungsstellen auftretenden Leckraten sind dabei so gering, daß sie für die Funktion des betreffenden Reaktors oder Wärmetauschers ohne jeden Belang sind. Weitere Anwendungsmöglichkeiten dieser speziellen Torusdichtung dürften vor allem auch bei der chemischen Industrie gegeben sein.From these representations it can be seen that the actual torus or a sliding surface attached to the torus, sliding on the surfaces to be sealed is present. The support ring 4 is provided to prevent buckling of the toroidal ring to be avoided with certainty. Since this seal is due to the relatively low Surface pressure on the sealing surfaces does not allow 100% sealing their use preferably indicated where the same medium is on both sides the sealing surface. As in the case of the example chosen, this is also the case this is particularly the case with special designs of heat exchangers. The ones at the sealing points Occurring leak rates are so low that they are necessary for the function of the relevant Reactor or heat exchanger are of no concern. Other possible uses This special toroidal seal is particularly likely to be used in the chemical industry be given.

Claims

Claims: 1. Resilient return device for pressing the legs of metal sealing rings with a C-shaped cross-section against the flange surfaces of the machine parts to be sealed against each other, in particular in the case of nuclear reactor vessels and heat exchangers, characterized in that the return device consists of a number of individual pressure devices distributed around the circumference, each of which consists of the inner sides of the two legs firmly connected pressure distribution pieces and a disc spring column arranged between these is constructed.

2. Resilient return device according to claim 1, characterized in that the disc springs of a disc spring column are lined up on a bolt, the ends of which engage freely movable in the axial direction of the bolt in the pressure distribution pieces associated with this spring column. Documents considered: German Patent No. 1 050 620; French Patent Nos. 454 039, 923 196; British Patent Nos. 883 498, 475 967, 528 359; U.S. Patent Nos. 3,058,750, 3,114,561; »Technica«, No. 12, 1964, pp. 969 to 972.