DE1090904B - Lid closure for high pressure container - Google Patents

Description

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für den Deckelverschluß von Hochdruckbehältern großer Abmessungen eine Dichtung zu schaffen, die folgende Anforderungen erfüllt:The invention is based on the object for the lid closure of high-pressure containers of large dimensions create a seal that meets the following requirements:

1. Die Dichtung soll nur geringen, vorzugsweise jedoch gar keinen axialen Änpreßdruck erfordern,1. The seal should only require low axial pressure, but preferably no axial pressure at all,

2. die Dichtung soll geringfügige Verschiebungen in radialer und axialer Richtung zwischen Deckel und Druckgefäß zulassen, ohne undicht zu werden,2. The seal should have slight shifts in the radial and axial directions between the cover and allow pressure vessel without leaking,

3. die Dichtung soll wiederholt lösbar sein, und3. the seal should be releasable repeatedly, and

4. die für die Fertigung der Dichtungselemente erforderliche Herstellungsgenauigkeit soll nicht größer sein, als sie bei Teilen großer Abmessung mit normalen Werkzeugmaschinen erreichbar ist.4. The manufacturing accuracy required for manufacturing the sealing elements should not be greater than can be achieved with parts of large dimensions with normal machine tools.

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.The aforementioned requirements for pressure vessels for nuclear reactors are of particular importance to whom the question of leak tightness of the pressure vessel is particularly important. It is well known that they cause leakage losses with nuclear reactors in individual cases not only high costs, such as when using heavy ones Water as a coolant and moderator, but it also creates the risk of a radioactive contamination of the vicinity of the reactor.

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.The subject of the invention is a lid closure for high pressure vessels, preferably reactor vessels, with an elastic sealing member carried by the lid, which in the sealing position under the Effect of the overpressure in the container from the inside against an associated conical Sealing surface of the container wall is pressed. The lid closure is characterized according to the invention characterized in that the sealing member consists of a thin-walled metallic sealing ring with easily cambered, conical sealing surface and a per se known, lipped slotted tube as an expansion member exists, the interior of which is in communication with the interior of the container and which with its lower lip on the upper face of the sealing ring, with its upper lip on a holding and pressure web is attached to the underside of the lid in a pressure-tight manner.

Die Zeichnung zeigt einen schematischen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Deckelverschlusses.The drawing shows a schematic longitudinal section through an embodiment of the invention Lid closure.

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-This consists of the cover 1 of a cylindrical pressure vessel 2 pressure-tight and elastic connected sealing member made of a metallic sealing ring 3 and a lipped slotted tube 4 as Dilator. The latter is pressure-tight with its lower lip 5 on the upper end face of the sealing ring 3 attached, preferably welded. His upper lip 6 is pressure-tight with an annular Holding and pressure web 7 connected to the underside of the cover flange 8, preferably also connected

Anmelder:Applicant:

Siemens-SchuckertwerkeSiemens-Schuckertwerke

Aktienges ells chaf t,Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,Berlin and Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dipl.-Ing. Hermann Kumpf, Erlangen,
ist als Erfinder genannt wordenDipl.-Ing. Hermann Kumpf, Erlangen,
has been named as the inventor

schweißt. Dichtungsring, Dehnungsglied und Deckel bilden somit ein zusammenhängendes Ganzes.welds. Sealing ring, expansion member and cover thus form a coherent whole.

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.In the sealing position shown in the drawing, the sealing ring 3 with its conical sealing surface 10 under the action of the pressure medium in the container and a mechanically applied pretension pressed radially from the inside against the associated sealing surface9 of the container wall. The-conical Sealing surface 10 is slightly cambered to improve the sealing effect. A strong mechanical preload to achieve, the diameter of the conical sealing surface 10 of the sealing ring 3 in relaxed state (i.e. before installation) of the sealing ring larger than the corresponding diameter the conical sealing surface 9 held in the container opening. Elasticity and pliability of the Sealing ring are achieved by the corresponding thinness of the ring. The slope of the conical sealing surfaces is dimensioned so that in the axial direction self-locking between Sealing ring and container sealing surface guaranteed against the forces caused by the internal pressure of the container is.

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,In the middle part, the container sealing surface 9 has an annular groove 11 for receiving a high-pressure seal 12 on. Above the container sealing surface is another annular groove 13 for one with the upper part of the Sealing ring 3 cooperating low pressure seal 14 is provided. Between the two ring grooves, there is a suction hole 15 for draining or ventilating the space between the seals 12 and 14. A plurality of suction bores distributed over the circumference of the container are expediently provided. The container lid 1 is designed to be retractable. It is held and secured by adjusting screws 16,

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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.which in turn are screwed into a retaining ring 17. The retaining ring can be released with the aid of screws 18 attached to the top of the pressure vessel.

Im folgenden sei auf die zu Anfang genannten Forderungen an die Dichtung näher eingegangen:The following is a closer look at the seal requirements mentioned at the beginning:

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.During operation, the seal should initially have a low axial contact pressure, but if possible no axial contact pressure at all require, d. that is, the sealing pressure should be without the axial preload that is known per se the cover flange.

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.For this reason, the sealing surfaces in the lid closure according to the invention are placed so that the compressive forces acting on the sealing ring can preferably only act in the radial direction. The mechanical bias is generated in such a way that the thin-walled sealing ring with the help of Lid itself (when it is placed on the pressure vessel) on the conical sealing surfaces radially into the Is biased near its yield point. The pressure force required for this is transferred from the cover the holding and pressure web 7 is transferred directly to the sealing ring 3. The expansion member 4 can are not damaged in the process, as its lips 5., 6 lie on top of one another when pressed.

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.Under the action of the pressure medium in the container, the sealing ring 3 is even stronger against the sealing surface 9 pressed in the container opening. This makes the sealing effect even more significant improved that the sealing ring because of its thinness and elasticity and because of its Crowning of out-of-roundness and other manufacturing inaccuracies of the container sealing surface adapts. Furthermore, since the self-locking prevents the sealing ring from deflecting upwards, the Container lid, in contrast to known designs, no axial preload to the during operation To apply the purpose of sealing. Rather, it can, if necessary, under the influence of temperature and evade the pressure upwards, the lifting of the cover from its support without any influence on the tightness is.

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.According to the second requirement, the sealing device should have slight displacements in radial and radial directions allow axial direction between cover and pressure vessel without leaking. These shifts can namely in pressure vessels of the present type, with diameters of 3 to 5 m, the Reach size of a few millimeters. The possibility of evading the cover in the axial direction was just pointed out. Like the slotted tube inserted between the container lid and the sealing ring absorbs the axial expansion occurring when the cover is lifted off, so it can be done in a similar way also compensate for expansion in the radial direction. The seal is not impaired.

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.The third requirement for repeated releasability of the seal is ensured according to the invention that in operation, even under extreme conditions Changes in temperature and pressure, no relative movements between the sealing ring and the container sealing surface appear. So it is avoided abrasion or scoring on the sealing surfaces. Around to avoid overstretching of the slotted tube when removing the cover, this wears on his Underside a cylindrical extension 19 with the detachable collar 20. This collar stands up below the lower end face of the sealing ring 3 in front. When the cover is removed, the collar of the at the bottom against the sealing ring and takes it up with it.

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.Finally, the manufacturing accuracy of the sealing elements mentioned in the fourth requirement need not be greater than that of parts this order of magnitude (3 to 5 m) can be maintained with normal machine tools, requires the previous ones Explanations about the type of sealing seat and the admissibility of relatively large play none special exposition.

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.In order to further improve the tightness, the aforementioned high-pressure seal is in the container sealing surface 9 let in. Its effect is determined by the low-pressure seal in the overlying zone 14 added, against which the thin-walled sealing ring under the influence of the internal pressure applies. If traces of the pressure medium should still penetrate the high-pressure seal - this can happen be liquid or gas - these can easily be withdrawn through the suction holes 15 will. If necessary, this can be a function of a measurement to be carried out at the same point of radioactivity happen.

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.It can be advantageous that the container sealing surface 9, the annular grooves 11, 13 and the inner Parts of the container wall 2 carrying parts of the suction bores 15 as an independent ring element 23 to train. This ring element 23 is then inserted into a corresponding annular recess in the container wall used and with this z. B. connected pressure-tight by a weld 22. The dividing line between the ring element 23 and the container wall 2 is shown in dashed lines in the drawing.

Claims (6)

PaTENTANSPKÜCHE:PATENT KITCHEN: 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.1. Lid closure for high pressure container, preferably Reactor vessel, with an elastic sealing member carried by the lid, which in the sealing position under the influence of the overpressure inside the container is pressed against an associated conical sealing surface of the container wall, characterized in that that the sealing member made of a thin-walled metallic sealing ring (3) with easily cambered, conical sealing surface (10) and a known tipped slotted tube (4) as Expansion member exists, the interior of which is connected to the interior of the container and which with its lower lip on the upper face of the sealing ring (3), with its upper lip (6) a holding and pressure web (7) is attached to the underside of the lid in a pressure-tight manner. 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.2. Lid closure according to claim 1, characterized in that the diameter of the conical Sealing surface (10) of the sealing ring (3) are larger in the relaxed state of the sealing ring than the corresponding diameter of the conical sealing surface (9) in the container opening. 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.3. Lid closure according to claim 1 and 2, characterized in that the conical sealing surfaces (9 and 10) have a tendency to self-locking in the axial direction between the Container wall and the sealing ring (3) compared to the pressure caused by the internal container pressure Ensure forces. 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 mit4. Lid closure according to claim 1 to 3, characterized in that the sealing surface (9) in the container opening in a known manner an annular groove (11) for a high pressure seal (12) and the container wall above the sealing surface (9) a further annular groove (13) for one with 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.the upper part of the sealing ring (3) has cooperating low-pressure seal (14), wherein between the two annular grooves (11, 13) at least one penetrating the container wall Suction hole (15) is provided. 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.5. Lid closure according to claim 4, characterized in that the sealing surface (9), the Ring grooves (11., 13) and the inner part of the suction holes (15) supporting massive part of the container wall (2) as an independent ring element (23) in a corresponding annular recess (21) the container wall used and with this z. B. connected by a weld (22) is. 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.6. Lid closure according to claim 1 to 5, characterized in that the lid on its The underside has a cylindrical extension (19) with a detachable collar (20), which in turn protrudes below the lower face of the sealing ring (3). In Betracht gezogene Druckschriften:Considered publications: Deutsche Patentschriften Nr. 723 599, 801 604,
302, 923 887;German patent specifications No. 723 599, 801 604,
302,923,887; französische Patentschrift Nr. 1 056 521;French Patent No. 1,056,521; schweizerische Patentschrift Nr. 191 911;Swiss Patent No. 191 911; USA.-Patentschriften Nr. 2 457 927, 2 485 497,
739 828.U.S. Patents Nos. 2,457,927, 2,485,497,
739 828. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings © 009 627/228 10.60© 009 627/228 10.60