DE3228583C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtungspackung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a seal pack according to the Preamble of claim 1.

Eine solche Abdichteinrichtung wird in Ventilen der Schieberbauart benutzt, ähnlich wie sie in DE-OS 28 40 323 und DE-OS 27 34 794 offenbart sind, wobei aus letzterer eine Dichtungspackung der eingangs genannten Art bekannt ist.Such a sealing device is used in valves of the slide type used, similar to that in DE-OS 28 40 323 and DE-OS 27 34 794 are disclosed, from the latter a seal pack of the type mentioned is known.

In der Öl- und Gasindustrie werden Bohrungen mit ständig höher werdenden Temperaturen und Drücken am Bohrlochboden und manchmal auch in "sauren" Gasfeldern gebohrt, wo die Bohrlochfluide verhältnismäßig große Anteile H₂S enthalten. In neuerer Zeit sind Dichtungen für in Ölfeldern eingesetzte Ventile und Bohrlochköpfe entwickelt worden, die einer Beeinträchtigung durch die kombinierten Auswirkungen höheren Drucks und höherer Temperatur und der ätzenden Bohrlochfluide, wie H₂S, ziemlich gut standhalten.In the oil and gas industry, drilling is becoming more and more common higher temperatures and pressures at the bottom of the borehole and sometimes drilled in "acid" gas fields, where the Borehole fluids contain relatively large proportions of H₂S. In recent times, seals have been used for oil fields Valves and wellheads have been developed that have an impairment through the combined effects higher Pressure and higher temperature and the corrosive borehole fluids, like H₂S, withstand pretty well.

Aus der US-PS 40 56 272 ist eine statische Dichtung zwischen einem Bohrlochkopf und einer darin abgestützten Rohrleitungsaufhängung bekannt, die zwei kegelstumpfförmige, elastische Metallringdichtungen von im wesentlichen rechteckigem Querschnitt aufweist, die von einer Sicherungsschraube und einem Kompressionsring flachgedrückt und belastet werden, bis die Ränder der Metallringdichtungen durch plastisches Fließen oder "Prägen" in einen Metall-Metall-Dichtungseingriff mit den parallelen zylindrischen Wänden des Bohrlochkopfes und der Rohrleitungsaufhängung gelangen. Bei dieser statischen Dichtung ist ein verformbarer Ring, der anfangs einen im wesentlichen trapezförmigen Querschnitt hat und beispielsweise aus Teflon (Polytetrafluoräthylen), Polyurethan oder Gummi besteht, zwischen den Metallringdichtungen angeordnet und wird beim Flachdrücken der Metallringdichtungen in eine regelmäßige rechteckige Querschnittsgestalt und in Eingriff mit den Wänden des Bohrlochkopfes und der Rohrleitungsaufhängung zusammengedrückt. Der verformbare Ring hat in dieser statischen Dichtung die Aufgabe einer Reservedichtung, die als Sicherheit für den Fall dient, daß die durch die Metallringdichtungen geschaffene Dichtung nicht ganz perfekt ist, weil beispielsweise im Bohrlochkopf oder an der Rohrleitungsaufhängung Kratzer oder maschinell hervorgerufene Markierungen vorhanden sind. In diese Kratzer oder durch Bearbeitung verursachte Markierungen fließt der verformbare Ring und dichtet sie ab.From US-PS 40 56 272 is a static seal between a wellhead and a pipe suspension supported in it known, the two frustoconical, elastic Metal ring seals of essentially rectangular cross-section has that of a locking screw and a compression ring is flattened and loaded, until the edges of the metal ring seals through plastic Flowing or "embossing" into a metal-to-metal seal engagement with the parallel cylindrical walls of the wellhead and the pipe suspension. At This static seal is a deformable ring that initially a substantially trapezoidal cross-section has and for example made of Teflon (polytetrafluoroethylene),  There is polyurethane or rubber between the metal ring seals arranged and is when flattening the metal ring seals in a regular rectangular cross-sectional shape and in engagement with the walls of the wellhead and the pipeline suspension compressed. The deformable Ring has the function of a in this static seal Reserve seal that serves as security in the event that the seal created by the metal ring seals is not is perfect, for example in the wellhead or Scratches or machine-induced scratches on the pipe suspension Markings are present. Into these scratches or Markings caused by processing flow the deformable Ring and seal them.

Eine für die dynamische ebenso wie für die statische Abdichtung zwischen dem Ventilschaft und dem Ventilgehäuse bzw. der Haube verwendete Dichtung ist mit kegelstumpfförmigen, elastischen Metallringdichtungen von rechteckigem Querschnitt versehen, die in einer Stopfbüchse um den Ventilschaft herum angeordnet sind und zwischen denen schichtartige Ringe aus biegsamerem Material vorgesehen sind. Die Gründe, weshalb die Metallringdichtungen elastisch sind, ähnlich wie Tellerfedern, obwohl sie nicht aus Federstahl, sondern aus einem weicheren Werkstoff bestehen, sind unter anderem daß 1.) die Dichtungen in unbelastetem Zustand einen größeren Innendurchmesser und einen kleineren Außendurchmesser haben, so daß die Dichtungseinheit ohne weiteres in die Stopfbüchse eingesetzt und aus ihr entnommen werden kann, ohne daß es zu übermäßigem Reibungseingriff mit dem Ventilschaft oder der Stopfbüchse kommt, und 2.) daß die Dichtungen ihren durch Belastung geschaffenen Eingriff mit dem Ventilschaft und der Stopfbüchse während der Benutzung des Ventils beibehalten, auch wenn geringfügige Änderungen an den Ventilabmessungen beispielsweise aufgrund von Temperatur- und Druckschwankungen auftreten, die eine geringfügige Änderung der Verformung oder Beanspruchung der Dichtungen hervorrufen, welche anfangs durch das Anziehen der Packungssicherung hergestellt wurde. Mit anderen Worten heißt das, daß die Dichtungen elastisch sein müssen, damit sie ihre Vorbelastung beibehalten können.One for dynamic as well as for static sealing between the valve stem and the valve housing or the hood used is frustoconical, elastic metal ring seals of rectangular cross-section provided in a stuffing box around the valve stem are arranged and between which layer-like rings more flexible material are provided. The reasons why the metal ring seals are elastic, similar to disc springs, although not made of spring steel, but from one softer material are, among others, that 1.) the Seals have a larger inner diameter when unloaded and have a smaller outer diameter so that the sealing unit is easily inserted into the stuffing box and can be removed from it without it being too excessive frictional engagement with the valve stem or the Stuffing box comes, and 2.) that the seals pass through Load created engagement with the valve stem and the Maintain the gland while using the valve, even if there are slight changes to the valve dimensions for example due to temperature and pressure fluctuations occur that have a slight change in deformation or Stress on the seals, which initially  was made by tightening the packing lock. In other words, that means the seals are elastic must be so that they can maintain their preload.

Die oben erwähnte Ventilschaftdichtung ist in der schon genannten DE-OS 27 34 794 und in einem Vortrag von C.D. Morrill und C.W. Meyer mit dem Titel "Seals für Valve Stems and Wellheads in High Pressure - High Temperature Service" offenbart, den die Autoren für einen Kongreß vom 19.-24. September 1976 in Mexiko City vorbereitet hatten, und dessen Offenbarung hier ausdrücklich eingeschlossen wird. Die offenbarte Dichtung wird von einer mit Gewinde versehenen Packungssicherung so zusammengepreßt, daß die Metallringdichtungen flachgedrückt werden und ihre Innen- und Außenumfangsränder in Metall-Metall-Dichtungseingriff sowohl mit der Außenfläche des Ventilschaftes als auch mit den Wänden der Stopfbüchse verformt bzw. "geprägt" werden. Die zwischen die Metallringdichtung geschichteten Ringe werden gleichfalls beim Komprimieren der Dichtung verformt, um sich der Gestalt der Metallringdichtungen anzupassen und mit dem Ventilschaft und der Stopfbüchse in Eingriff zu treten. Deshalb sollten die Schichtringe bis zu einem gewissen Grad elastisch sein. Die anfängliche Verformung verursacht meistens, daß die Schichtringe eine anfängliche dauerhafte Verformung annehmen, jedoch bis zu einem gewissen Grad elastisch bleiben. Zu den für die Schichtringe in derartigen Dichtungen verwendeten Werkstoffen gehören Fluorkunststoffe, z. B. Tetrafluoräthylenpolymerisat und Graphitwerkstoffe. Dabei sind auch Tetrafluoräthylenpolymerisate verwendet worden, die als Füllstoff bis zu 15% Molybdändisulfid enthielten.The valve stem seal mentioned above is in the already mentioned DE-OS 27 34 794 and in a lecture by C.D. Morrill and C.W. Meyer entitled "Seals for Valve Stems and Wellheads in High Pressure - High Temperature Service ", which the authors presented for a congress of 19.-24. September 1976 in Mexico City and the disclosure of which is expressly included here becomes. The disclosed seal is from a threaded one provided packing lock so compressed that the Metal ring seals are flattened and their inner and outer peripheral edges in metal-to-metal sealing engagement both with the outer surface of the valve stem and with the walls of the stuffing box are deformed or "embossed". The rings are layered between the metal ring gasket also deformed when compressing the seal adapt to the shape of the metal ring seals and with to engage the valve stem and the stuffing box. Therefore the layer rings should to a certain extent be elastic. The initial deformation mostly causes that the layer rings have an initial permanent deformation assume, but to some extent elastic stay. To those for the layer rings in such seals Materials used include fluoroplastics, e.g. B. Tetrafluoroethylene polymer and graphite materials. Here tetrafluoroethylene polymers have also been used, which contained up to 15% molybdenum disulfide as a filler.

Bei den Schichtringen der vorstehend beschriebenen Ventilschaftdichtung handelt es sich um dynamische Dichtungen, die hauptsächlich während der Ventilschaftbewegung abdichtend zwischen den Metallringdichtungen und dem Ventilschaft wirken, wenn die Metallringdichtungen Reibungswiderstand während der Bewegung des Ventilschaftes ausgesetzt sind. Bei solchen Schichtringen besteht auch die Tendenz, daß sie die Berührungsflächen zwischen dem Ventilschaft und den Metallringdichtungen durch ein gewisses Ausmaß an Abrieb am Ventilschaft schmieren, so daß die Reibung zwischen dem Ventilschaft und den Metallringdichtungen verringert wird. Die Gleitwirkung der Schichtringe macht sich auch in einer Reduzierung der Reibung zwischen dem Ventilschaft und den Schichtringen sowie zwischen den Schichtringen und den Metallringdichtungen bemerkbar. Ferner wirken die Schichtringe als Reservedichtungen für die Metallringdichtungen wie die verformbaren, ringförmigen Reservedichtungen, die vorstehend für die Bohrlochkopf-Rohrleitungsaufhängungs-Dichtung gemäß US-PS 40 56 272 beschrieben wurde, indem sie in Kratzer oder Markierungen am Ventilschaft hineinfließen und diese abdichten.For the layer rings of the valve stem seal described above are dynamic seals, which mainly seal during valve stem movement between the metal ring seals and the valve stem act when the metal ring seals frictional resistance  are exposed during the movement of the valve stem. At Such layer rings also tend to have the Contact surfaces between the valve stem and the metal ring seals due to a certain amount of wear on the valve stem lubricate so that there is friction between the valve stem and the metal ring seals is reduced. The Sliding action of the layer rings also results in a reduction the friction between the valve stem and the Layer rings and between the layer rings and the metal ring seals noticeable. The layer rings also act as reserve seals for the metal ring seals like that deformable, annular reserve seals, the above for the wellhead pipe suspension gasket according to US-PS 40 56 272 has been described by scratching or Flow the markings on the valve stem and seal them.

Die hier offenbarte Erfindung stellt eine Verbesserung gegenüber der oben beschriebenen Ventilschaftdichtung dar.The invention disclosed herein provides an improvement the valve stem seal described above.

Ein Ausführungsbeispiel der oben beschriebenen Ventilschaftdichtung umfaßt drei Metallringdichtungen und zwei dazwischen angeordnete Schichtringe und wird als "SMT"-Dichtung bezeichnet. Die SMT-Dichtung hat sich als zufriedenstellend zur Ventilschaftabdichtung in Ventilen mit Arbeitsdrücken bis zu ca. 1725 bar (25 000 psi) bei Temperaturen von ca. -29 bis +149°C (-20 bis 300°F) erwiesen.An embodiment of the valve stem seal described above includes three metal ring seals and two in between arranged layer rings and is referred to as "SMT" seal. The SMT seal has proven satisfactory for valve stem sealing in valves with working pressures up to approx. 1725 bar (25,000 psi) at temperatures from approx. -29 to + 149 ° C (-20 to 300 ° F).

In Ventilen mit Arbeitsdrücken bis zu 2070 bar (30 000 psi) oder darüber bietet jedoch die SMT-Dichtung nicht immer eine zufriedenstellende Abdichtung für den Ventilschaft bei den im Betrieb zu erwartenden Bedingungen. Graphitmaterial allein ist z. B. für SMT-Dichtungen der Ventilschäfte von Ventilen der 2070 bar (30 000 psi) Klasse unerwünscht, weil dies Material dazu neigt, an den Metallringdichtungen vorbei zu extrudieren, wenn die Metallringdichtungen flachgedrückt werden, um die Dichtung zur Wirkung zu bringen, da Graphit zu extrudieren beginnt, ehe die Metallringdichtungen so weit flachgedrückt worden sind, daß sie eine Abdichtung mit dem Ventilschaft und der Stopfbüchse herstellen. Außerdem besteht die Gefahr, daß Graphitmaterial durch die Bewegung des Ventilschaftes abgenutzt oder abgerieben wird, da sich Graphit am Ventilschaft absetzt und von diesem an den Metallringdichtungen vorbei aus der Stopfbüchse gebracht wird. Durch das Extrudieren und den Verschleiß von Graphitwerkstoff bei Arbeitsbedingungen von 2070 bar (30 000 psi) kann es zu Leckverlusten von Bohrlochfluiden an der Dichtung vorbei kommen und ein Austausch des Graphitringes nötig werden.In valves with working pressures up to 2070 bar (30,000 psi) or above, however, the SMT seal does not always offer one satisfactory sealing for the valve stem the conditions to be expected in operation. Graphite material alone is z. B. for SMT seals of the valve stems of valves the 2070 bar (30,000 psi) class undesirable because this material tends to go past the metal ring seals to extrude when the metal ring seals are flattened  to bring the seal to work, as graphite begins to extrude before the metal ring seals reach that far have been flattened out to provide a seal with the Manufacture the valve stem and the stuffing box. There is also the risk of graphite material from moving the valve stem is worn or rubbed off, as Graphite deposits on the valve stem and from this on the metal ring seals is brought over from the stuffing box. By extruding and wearing graphite material at 2070 bar (30,000 psi) working conditions leakage of borehole fluids past the seal come and an exchange of the graphite ring become necessary.

Auch Tetrafluoräthylenpolymerisat-Werkstoffe (TFE) allein oder mit einem MoS₂-Zusatz eignen sich nicht für SMT-Ventilschaftdichtungen in Ventilen der 2070 bar (30 000 psi) Klasse, weil solche Werkstoffe nicht immer eine sichere Abdichtung gegen den genannten Druck beibehalten können, wenn das Ventil zyklischen Temperaturänderungen ausgesetzt ist. In der Ölförderung können Ventile, durch die mit hohem Druck Bohrlochfluide aus tiefen Bohrlöchern strömen, durch diese Fluide bis auf eine Temperatur von ca. 149°C (300°F) erhitzt werden. Wenn dann keine Bohrlochfluide mehr durch das Ventil fließen, weil z. B. die Bohrung abgeschlossen ist, kann sich das Ventil bis auf Umgebungstemperatur von beispielsweise 21°C (70°F) abkühlen, und wenn dann die Bohrung erneut in Betrieb genommen wird und wieder Fluide strömen, wird das Ventil erneut auf ca. 149°C (300°F) erhitzt. Die Temperatur des Ventils schwankt also zyklisch zwischen ca. 21°C (70°F) und ca. 149°C (300°F). Eine Ventilschaftdichtung muß jederzeit und bei allen Temperaturen und während aller Temperaturzyklen, denen das Ventil im Betrieb ausgesetzt ist, dicht bleiben. Eine SMT-Dichtung mit TFE-Ringen oder TFE-Ringen mit MoS₂-Füllstoff dichtet ab gegenüber Bohrlochfluiden bei Drücken von ca. 2070 bar (30 000 psi) bei Umgebungstemperaturen von ca. 21°C (70°F) und auch wieder bei erhöhten Temperaturen von z. B. 149°C (300°F). Aber wenn das Ventil einen Wärmezyklus zwischen etwa Umgebungstemperatur und ca. 149°C (300°F) und wieder zurück zur Umgebungstemperatur durchläuft, bleibt die SMT-Dichtung nicht immer dicht. Manchmal zeigen sich nur geringfügige Leckverluste, entweder während der Ventilschaftbewegung oder wenn der Ventilschaft ortsfest steht oder bei beiden Bedingungen. Solche Leckverluste können zwar durch weiteres Anziehen der Packungssicherung angehalten werden; aber bei weiteren zyklischen Temperaturschwankungen treten erneut Leckverluste auf.Even tetrafluoroethylene polymer materials (TFE) alone or with a MoS₂ additive are not suitable for SMT valve stem seals in 2070 bar (30,000 psi) valves Great because such materials are not always a reliable seal can maintain against the pressure mentioned, if the valve is exposed to cyclical changes in temperature. In oil production, valves can be operated with high pressure Borehole fluids flow from deep boreholes through them Fluids heated to a temperature of approximately 149 ° C (300 ° F) will. Then when there is no more downhole fluid through the valve flow because e.g. B. the hole is completed, can the valve to ambient temperature, for example Cool down to 21 ° C (70 ° F) and when the hole is in again Is put into operation and fluids flow again, it will Valve reheated to approximately 149 ° C (300 ° F). The temperature the valve fluctuates cyclically between approx. 21 ° C (70 ° F) and about 149 ° C (300 ° F). A valve stem seal must be used at all times and at all temperatures and during all temperature cycles, to which the valve is exposed during operation stay. An SMT seal with TFE rings or TFE rings with MoS₂ filler seals against borehole fluids Pressures of approximately 2070 bar (30,000 psi) at ambient temperatures of approx. 21 ° C (70 ° F) and again at elevated temperatures  from Z. B. 149 ° C (300 ° F). But if the valve is one Heat cycle between around ambient temperature and around 149 ° C (300 ° F) and goes back to ambient temperature, the SMT seal does not always remain tight. Sometimes show minor leakage, either during the Valve stem movement or when the valve stem is stationary stands or in both conditions. Such leakage losses can be done by tightening the packing lock be stopped; but with further cyclical temperature fluctuations leakage occurs again.

Aufgabe der Erfindung ist es, die oben genannten Schwierigkeiten durch die Schaffung einer zuverlässigen Ventilschaftdichtung zu vermeiden, die für Ventile mit Arbeitsdrücken im Größenordnungsbereich von ca. 200 · 10⁶ Pa oder mehr, welche zyklischen Temperaturschwankungen im Bereich von ca. -30°C bis +150°C ausgesetzt sind, geeignet ist, und die einfach, kompakt sowie wirtschaftlich und leicht herzustellen, einzubauen und zu warten ist.The object of the invention is to overcome the difficulties mentioned above by creating a reliable valve stem seal to avoid working for valves with working pressures in the order of magnitude of approx. 200 · 10⁶ Pa or more, which cyclical temperature fluctuations in the range of approx. -30 ° C exposed to up to + 150 ° C is suitable and simple, compact, economical and easy to manufacture and install and is waiting.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebene ErfindungThis problem is solved by the one specified in claim 1 invention

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous further developments are specified in the subclaims.

Eine solche Dichtung bleibt dicht, wenn sie Bohrlochfluiden mit Drücken von ca. 200 · 10⁶ Pa (30 000 psi) oder mehr ausgesetzt ist, und wann die Temperatur des Ventils von Umgebungstemperatur bis zu ca. 150°C und zurück zu Umgebungstemperatur zyklisch schwankt, ohne daß es notwendig ist, die Packungssicherung erneut anzuziehen.Such a seal remains tight when it drills downhole fluids exposed to pressures of approximately 200 · 10⁶ Pa (30,000 psi) or more and when the temperature of the valve is from ambient temperature up to approx. 150 ° C and back to ambient temperature fluctuates cyclically without it being necessary tighten the packing lock again.

Eine solche Dichtung hat den Vorteil, daß ihr Reibwert niedrig ist, daß sie dauerhaft und verhältnismäßig beständig ist gegen Qualitätsverschlechterungen aufgrund von Temperaturschwankungen und extremen Temperaturwerten, hohem Druck und chemischer Aktivität der Bohrlochfluide, gegen die eine Abdichtung geschaffen werden soll.Such a seal has the advantage that its coefficient of friction is low is that it is permanent and relatively stable against deterioration in quality due to temperature fluctuations and extreme temperature values, high pressure and chemical activity of the borehole fluids against which one Sealing should be created.

Gemäß der Erfindung hat ein Hochdruck-Schieberventil mit entlastetem, steigendem Ventilschaft eine kombinierte Metall- Metall-/nachgiebiges Material-Ventilschaftabdichteinrichtung zwischen dem Haubenteil des Ventilgehäuses und dem Ventilbetätigungsschaft und zwischen dem Kammerteil des Ventilgehäuses und dem Ausgleichs-Ventilschaft. Zu jeder Abdichteinrichtung gehört mindestens ein Dichtungssatz, der ein Paar kegelstumpfförmige, elastische Metalldichtringe aufweist, zwischen denen zwei Auffüll- bzw. Zusatzringe aus nachgiebigem, zähen Werkstoff von hoher Gleitfähigkeit, z. B. Tetrafluoräthylenpolymerisat angeordnet sind, von denen ein Zusatzring einem der Metalldichtringe benachbart und der andere Zusatzring dem anderen Metalldichtring benachbart angeordnet ist. Zwischen den Zusatzringen ist ein Kernring aus einem Werkstoff angeordnet, der sich bei Erwärmung erheblich weniger volumetrisch ausdehnt als die Zusatzringe, z. B. verdichtetes Graphit. Der Kernring hat einen Innendurchmesser, der größer ist als der Innendurchmesser der Zusatzringe. Um den Innenumfang des Kernringes herum ist zwischen diesem und dem Ventilbetätigungsschaft bzw. Ausgleichsschaft ein Lagerring angeordnet, der aus dem gleichen Typ von Werkstoff bestehen kann wie die Zusatzringe, z. B. Tetrafluoräthylenpolymerisat. Jeder Dichtungssatz ist in einer ringförmigen Stopfbüchse in dem benachbarten Teil des Ventilgehäuses angeordnet, die sich um den Schaft erstreckt. Jede Stopfbüchse ist von einer ringförmigen Packungssicherung geschlossen, die in die Stopfbüchse so weit eingeschraubt ist, daß die kegelstumpfförmigen Metalldichtringe flachergedrückt werden, so daß der innere und äußere Umfang jedes Metalldichtringes mit dem Ventilschaft bzw. der Stopfbüchse unter so starkem Druck in Eingriff steht, daß eine plastische Verformung der inneren Umfangskante an der konkaven Seite und der äußeren Umfangskante an der konvexen Seite erfolgt. Der schichtartig angeordnete Stapel, der aus dem Kernring und dem Lagerring zwischen den Zusatzringen besteht, wird zur Anpassung an die Gestalt und zum im wesentlichen vollständigen Ausfüllen des Raums zwischen den flachergedrückten Metalldichtringen verformt. Das Volumen des Kernringes beträgt etwa ein Drittel des Gesamtvolumens des geschichteten Stapels. Wenn das Ventil in Betrieb ist und zyklischen Wärmebelastungen ausgesetzt ist, bleibt die Dichtung intakt und hält ihre Vorbelastung bei, ohne daß die Packungssicherung nachgezogen werden muß.According to the invention, a high-pressure slide valve has relieved, rising valve stem a combined metal  Metal / Compliant Material Valve Stem Sealer between the hood part of the valve housing and the Valve actuation shaft and between the chamber part of the Valve housing and the compensating valve stem. For everyone Sealing device includes at least one set of seals, which is a pair of frusto-conical, elastic metal sealing rings has, between which two filler or additional rings compliant, tough material with high lubricity, e.g. B. Tetrafluoroethylene polymer are arranged, one of which Additional ring adjacent to one of the metal sealing rings and the other Additional ring arranged adjacent to the other metal sealing ring is. A core ring is made between the additional rings arranged a material that changes considerably when heated expands less volumetrically than the additional rings, e.g. B. condensed Graphite. The core ring has an inner diameter, which is larger than the inner diameter of the additional rings. Around the inner circumference of the core ring is between this and the valve actuation shaft or balance shaft a bearing ring arranged, which consist of the same type of material can like the additional rings, for. B. tetrafluoroethylene polymer. Each gasket set is in an annular gland arranged in the adjacent part of the valve housing, the extends around the shaft. Every stuffing box is one ring-shaped packing lock closed in the stuffing box is screwed in so far that the frustoconical Metal sealing rings are flattened so that the inner and outer circumference of each metal sealing ring with the valve stem or the stuffing box under such strong pressure stands that a plastic deformation of the inner peripheral edge on the concave side and the outer peripheral edge the convex side. The layered one Stack that consists of the core ring and the bearing ring between the Additional rings exist, is used to adapt to the shape and for essentially completely filling the space between the flattened metal sealing rings are deformed. The The volume of the core ring is approximately one third of the total volume  of the layered stack. When the valve is operating and is exposed to cyclical heat loads, the seal remains intact and maintains its preload, without having to tighten the packing lock.

Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigenThe following is the invention based on a schematically illustrated embodiment explained in more detail. Show in the drawings

Fig. 1 einen vertikalen Schnitt durch ein Ventil gemäß der Erfindung; Figure 1 is a vertical section through a valve according to the invention.

Fig. 2A und 2B Teilschnitte in der gleichen Ebene wie Fig. 1, die allerdings in größerem Maßstab ein Ausführungsbeispiel einer Abdichteinrichtung für den Betätigungsschaft gemäß der Erfindung zeigen, bei der die kegelstumpfförmigen Metalldichtringe von dem Druck wegweisen, gegen den im Innern des Ventils eine Abdichtung geschaffen wird, wobei Fig. 2B die Abdichteinrichtung gemäß der Erfindung nach Einbau in das Ventil, aber vor dem Spannen durch das Anziehen der Packungssicherung und Fig. 2A die Abdichteinrichtung für den Ventilschaft in gespanntem Zustand zeigt. Figs. 2A and 2B are partial sections in the same plane as Fig. 1, which, however, an embodiment of a sealing means for the actuating shaft to show the invention in a larger scale in accordance with at which point away the truncated cone-shaped metal seal rings of the pressure against the inside of the valve sealing is provided, wherein Fig. 2B, the sealing device according to the invention after installation in the valve, but before clamping by tightening the packing backup and Fig. 2A, the sealing device for the valve stem in the tensioned condition shows.

In Fig. 1 ist ein Ventil mit einem hohlen Ventilgehäuse gezeigt, welches einen Kammerteil 21 und einen mittels Schraubbolzen 25 und Muttern 27 daran befestigten Haubenteil 23 aufweist. Der Haubenteil 23 ist gegenüber dem Kammerteil 21 durch eine druckbeaufschlagte Dichtung 29 abgedichtet. Die Strömung von Fluiden, z. B. Wasser, Öl oder Gas durch das Ventil wird von an den inneren Enden von Kanälen 35, 37 angebrachten Sitzen 31, 33, die mit zwei mit Öffnungen versehenen Schiebern 39, 41 zusammenwirken, gesteuert. Den Zwischenflächen zwischen den Schiebern und den Sitzen und zwischen den Sitzhälsen und dem Ventilgehäuse wird zur Abdichtung an diesen Zwischenflächen in Vorratsbehältern 43, 45 gespeichertes Dichtmittel selbsttätig durch Verteilerkanäle 47, 49 zugeführt.In Fig. 1, a valve is shown with a hollow valve housing having a chamber portion 21 and a means of bolts 25 and nuts 27 fastened thereto hood part 23. The hood part 23 is sealed off from the chamber part 21 by a pressurized seal 29 . The flow of fluids, e.g. B. water, oil or gas through the valve is controlled by seats 31, 33 attached to the inner ends of channels 35, 37 which cooperate with two apertured sliders 39, 41 . The sealing surfaces stored in storage containers 43, 45 are automatically supplied to the intermediate surfaces between the slides and the seats and between the seat necks and the valve housing through sealing channels 47, 49 for sealing at these intermediate surfaces.

Die Schieber 39, 41 werden von einem insgesamt zylindrischen Betätigungsschaft 51 zwischen einer in Fig. 1 gezeigten, geschlossenen Stellung, bei der die Strömung von Fluiden durch die Kanäle 35, 37 unterbunden ist, und einer offenen Stellung hin- und herbewegt, die die Strömung ermöglicht und bei der in den Schiebern ausgebildete Öffnungen 53, 55 mit in den Sitzen 31, 33 ausgebildeten Öffnungen 57, 59 ausgerichtet sind. Das obere Ende des Betätigungsschafts 51 ragt aus dem Kammerteil 21 des Ventils und durch eine Öffnung 61 im Haubenteil 23. Zwischen dem Betätigungsschaft 51 und einer insgesamt zylindrischen Stopfbüchse 65 im Haubenteil 23 wirkt eine Abdichteinrichtung 63, die in der Stopfbüchse 65 von einer Packungssicherung 67 zusammengedrückt ist, welche in einen mit Innengewinde versehenen Hals 69 oben am Haubenteil 23 eingeschraubt ist. Fluidleckverluste zwischen dem Betätigungsschaft 51 und der Öffnung 61 nach dem Rücksetzen des Schaftes können durch eine Entlüftungsöffnung 71 überprüft werden.The slides 39, 41 are reciprocated by a generally cylindrical actuating shaft 51 between a closed position shown in FIG. 1, in which the flow of fluids through the channels 35, 37 is prevented, and an open position, which the flow enables and in which openings 53, 55 formed in the slides are aligned with openings 57, 59 formed in the seats 31, 33 . The upper end of the actuating shaft 51 protrudes from the chamber part 21 of the valve and through an opening 61 in the hood part 23 . A sealing device 63 acts between the actuating shaft 51 and a generally cylindrical stuffing box 65 in the hood part 23 , which is compressed in the stuffing box 65 by a packing lock 67 , which is screwed into an internally threaded neck 69 at the top of the hood part 23 . Fluid leakage between the actuating shaft 51 and the opening 61 after the shaft has been reset can be checked through a vent opening 71 .

Auch die Außenseite des Halses 69 am Haubenteil ist mit Gewinde versehen, auf welches ein Lagerdeckel 73 aufgeschraubt ist. Auf den gleichfalls mit Gewinde versehenen oberen Teil 77 des Betätigungsschafts 51 ist eine Betätigungsmutter 75 aufgeschraubt, die einen Flansch 79 hat, der zwischen einem oberen und einem unteren axialen Widerlager 81 und 83 angeordnet ist. Das untere Widerlager 83 steht mit der Oberseite einer oben auf der Packungssicherung 67 angeordneten Beilagscheibe 85 in Eingriff. Das obere Widerlager 81 steht mit dem oberen inneren Ende des Lagerdeckels 73 in Eingriff. The outside of the neck 69 on the hood part is also provided with a thread onto which a bearing cover 73 is screwed. An actuating nut 75 is screwed onto the likewise threaded upper part 77 of the actuating shaft 51 and has a flange 79 which is arranged between an upper and a lower axial abutment 81 and 83 . The lower abutment 83 engages with the top of a washer 85 arranged on the top of the packing lock 67 . The upper abutment 81 is engaged with the upper inner end of the bearing cap 73 .

Auf einen entsprechend geformten Teil 91 der Betätigungsmutter 75 ist ein Handrad 87 mit einer nicht kreisförmigen Öffnung 89 aufgesetzt. Das Handrad 87 wird von einer Sicherungsmutter 93, die auf das obere Ende der Betätigungsmutter 75 aufgeschraubt ist, in seiner Lage gehalten. Fluid kann zwischen dem Gewindeteil 77 des Betätigungsschafts 51 und der Betätigungsmutter 75 durch eine Entlüftungsöffnung 95 entweichen.A handwheel 87 with a non-circular opening 89 is placed on a correspondingly shaped part 91 of the actuating nut 75 . The handwheel 87 is held in place by a lock nut 93 which is screwed onto the upper end of the actuating nut 75 . Fluid can escape between the threaded part 77 of the actuating shaft 51 and the actuating nut 75 through a vent 95 .

Mit den unteren Enden der Schieber ist ein insgesamt zylindrischer Balanceschaft 97 verbunden, der sich durch eine Öffnung 99 aus dem Kammerteil des Ventils erstreckt. Zwischen dem Balanceschaft 97 und einer insgesamt zylindrischen Stopfbüchse 103 im Ventilgehäuse wirkt eine Abdichteinrichtung 101, die in der Stopfbüchse 103 von einer unteren Packungssicherung 105 zusammengepreßt wird, welche in eine mit der Öffnung 99 und der Stopfbüchse 103 koaxiale, mit Gewinde versehene Fassung 107 eingeschraubt ist. Durch eine Entlüftungsöffnung 109 können Fluidleckverluste beobachtet werden, die zwischen dem Balanceschaft 97 und der Öffnung 99 entstehen, wenn der erweiterte Bereich am oberen Ende des Balanceschafts voll in dem die Öffnung 99 umgebenden Ringsitz im Ventilgehäuse sitzt. Über der unteren Packungssicherung 105 und dem unteren Ende des Balanceschafts 97 ist mittels Schrauben 113 eine untere Kappe 111 am Ventilgehäuse befestigt.A generally cylindrical balance shaft 97 is connected to the lower ends of the slide and extends through an opening 99 from the chamber part of the valve. A sealing device 101 acts between the balance shaft 97 and a generally cylindrical stuffing box 103 in the valve housing, which is compressed in the stuffing box 103 by a lower packing lock 105 , which is screwed into a threaded socket 107 coaxial with the opening 99 and the stuffing box 103 . Through a ventilation opening 109 , fluid leakage losses can be observed which arise between the balance shaft 97 and the opening 99 when the enlarged area at the upper end of the balance shaft is fully seated in the ring seat in the valve housing surrounding the opening 99 . A lower cap 111 is fastened to the valve housing by means of screws 113 above the lower packing lock 105 and the lower end of the balance shaft 97 .

Beim Drehen des Handrades 87 dreht sich die Betätigungsmutter 75, wodurch der Betätigungsschaft 51 die Schieber 39, 41, mit denen er durch eine Verbreiterung 115 verbunden ist, anhebt oder absenkt. Dadurch wird wiederum der mittels einer Verbreiterung 117 mit den Scheibern verbundene Balanceschaft 97 nach oben oder unten bewegt. Es entsteht also eine relative axiale Bewegung zwischen jedem der Schäfte 51, 97 und den entsprechenden Abdichteinrichtungen 63 bzw. 101. Die Abdichteinrichtungen 63, 101 müssen vor, während und nach einer solchen relativen axialen Bewegung dicht bleiben. When the handwheel 87 is rotated, the actuating nut 75 rotates, as a result of which the actuating shaft 51 raises or lowers the sliders 39, 41 to which it is connected by means of a widening 115 . As a result, the balance shaft 97, which is connected to the disks by means of an enlargement 117, is moved up or down. A relative axial movement thus arises between each of the shafts 51, 97 and the corresponding sealing devices 63 and 101 . The sealing devices 63, 101 must remain sealed before, during and after such a relative axial movement.

Da die Abdichteinrichtungen 63, 101 gleich sind, braucht nur eine im einzelnen erläutert zu werden. In den Fig. 2A und 2B ist die obere Abdichteinrichtung 63 gezeigt, die einen oberen Dichtungssatz 119 und einen unteren Dichtungssatz 121 aufweist. Im Boden der ringförmigen Stopfbüchse 65 ist unterhalb des unteren Dichtungssatzes 121 ein Anpaßring 123 für die Basis vorgesehen. Die Unterseite dieses Anpaßringes 123 für die Basis liegt glatt am Boden der Stopfbüchse an, dem sie entspricht. Zwischen dem oberen Dichtungssatz 119 und der Unterseite 127 der Packungssicherung 67 ist ein Anpaßring 125 als Folgeglied angeordnet. Das obere Ende dieses Anpaßringes 125 in Form eines Folgegliedes liegt flach an der Unterseite 127 der Packungssicherung 67 an, der es entspricht. Zwischen den Dichtungssätzen 119, 121 ist ein Anpaßring 129 als Zwischenglied angeordnet. Die Oberseite dieses Anpaßringes 123 in Form eines Zwischengliedes, die Unterseite des Anpaßringes 125 und sowohl die Ober- als auch die Unterseite des Anpaßringes 129 haben alle kegelstumpfförmige Gestalt mit den gewünschten Kegelwinkeln entsprechend der Gestalt der Dichtungssätze 119, 121 in den endgültigen Einbaupositionen. In diesem Zusammenhang sei noch einmal darauf hingewiesen, daß Fig. 2B die Abdichteinrichtung nach ihrem Einbau in das Ventil, aber vor ihrer durch Anziehen der Packungssicherung erzielten Betriebsfertigkeit zeigt, während Fig. 2A die Abdichteinrichtung unter Druckbeaufschlagung zeigt, bei der die Packungssicherung weiter in ihr mit Gewinde versehenes Aufnahmeelement eingeschraubt ist und die Dichtungssätze und Anpaßringe ihre endgültige Einbaustellung einnehmen. Wie im einzelnen noch erläutert wird, sind die Metalldichtringe der Dichtungssätze stärker konisch, d. h. sie haben kleinere Kegelwinkel in dem in Fig. 2B gezeigten entspannten Zustand als in dem endgültigen, in Fig. 2A gezeigten Zustand unter Druckbeaufschlagung. Wenn gewünscht kann einer der Anpaßringe 123, 125 oder beide weggelassen sein, wobei stattdessen der Boden der Stopfbüchse und/oder das untere Ende der Packungssicherung 67 mit einer kegelstumpfförmigen Oberfläche des gewünschten Kegelwinkels und der gewünschten Fläche versehen ist. Wenn Anpaßringe 123, 125 vorgesehen sind, sollten diese und der Anpaßring 129 aus einem ziemlich harten Werkstoff hergestellt sein. Das Ventilgehäuse und der Haubenteil braucht nur aus einem üblicherweise für Hochdruckventile benutzten Stahl gemacht zu sein.Since the sealing devices 63, 101 are the same, only one need be explained in detail. In FIGS. 2A and 2B the upper seal means 63 is shown having an upper set of seals 119 and a lower gasket set 121st In the bottom of the annular stuffing box 65 , an adapter ring 123 is provided for the base below the lower seal set 121 . The underside of this adapter ring 123 for the base lies flat against the bottom of the stuffing box to which it corresponds. An adapter ring 125 is arranged as a follower between the upper seal set 119 and the underside 127 of the packing lock 67 . The upper end of this adapter ring 125 in the form of a follower lies flat against the underside 127 of the packing lock 67 , which it corresponds to. An adapter ring 129 is arranged as an intermediate member between the seal sets 119 , 121 . The top of this adapter ring 123 in the form of an intermediate member, the underside of the adapter ring 125 and both the top and the bottom of the adapter ring 129 all have a frustoconical shape with the desired cone angles corresponding to the shape of the sealing sets 119, 121 in the final installation positions. In this context, it should be pointed out again that Fig. 2B shows the sealing device after its installation in the valve, but before it is ready for operation by tightening the packing lock, while Fig. 2A shows the sealing device under pressure, with the packing lock still in it screwed-in receiving element is screwed in and the sealing sets and adapter rings assume their final installation position. As will be explained in more detail, the metal sealing rings of the sealing sets are more conical, ie they have smaller taper angles in the relaxed state shown in FIG. 2B than in the final state shown in FIG. 2A under pressure. If desired, one of the adapter rings 123 , 125 or both may be omitted, instead the bottom of the stuffing box and / or the lower end of the packing lock 67 being provided with a frustoconical surface of the desired cone angle and area. If adapter rings 123, 125 are provided, these and adapter ring 129 should be made of a fairly hard material. The valve housing and the hood part need only be made of steel commonly used for high pressure valves.

Da die Dichtungssätze 119, 121 gleich sind, wird nur einer im einzelnen beschrieben. Der Dichtungssatz 119 weist zwei kegelstumpfförmige Metalldichtringe 131 auf, zwischen denen zwei gleiche Zusatzringe 133 angeordnet sind, die aus zähem, nachgiebigem, festem, gleitfähigem Werkstoff von niedrigerem Elastizitätsmodul als die Metalldichtringe 131 bestehen. Ein Zusatzring ist einem der Metalldichtringe benachbart angeordnet, während der andere Zusatzring dem anderen der Metalldichtringe benachbart angeordnet ist.Since the seal sets 119, 121 are the same, only one will be described in detail. The seal set 119 has two truncated-cone-shaped metal sealing rings 131 , between which two identical additional rings 133 are arranged, which are made of tough, resilient, solid, lubricious material with a lower modulus of elasticity than the metal sealing rings 131 . An additional ring is arranged adjacent to one of the metal sealing rings, while the other additional ring is arranged adjacent to the other of the metal sealing rings.

Zwischen den Zusatzringen 133 ist ein Kernring 135 angeordnet, der einen niedrigeren volumetrischen Wärmedehnungskoeffizienten hat als die Zusatzringe 133. Der Innendurchmesser des Kernringes 135 ist größer als der Innendurchmesser der Zusatzringe 133. Um den Innenumfang des Kernrings 135 herum ist zwischen diesem und dem Betätigungsschaft 51 des Ventils ein Lagerring 137 aus zähem, nachgiebigem, festem, gleitfähigem Werkstoff angeordnet, der der gleiche sein kann wie der Werkstoff der Zusatzringe 133. Der Lagerring 137 paßt gleitend in die Öffnung im Kernring 135.A core ring 135 is arranged between the additional rings 133 and has a lower volumetric coefficient of thermal expansion than the additional rings 133 . The inner diameter of the core ring 135 is larger than the inner diameter of the additional rings 133 . Around the inner circumference of the core ring 135 , a bearing ring 137 made of tough, resilient, firm, slidable material, which can be the same as the material of the additional rings 133 , is arranged between this and the actuating shaft 51 of the valve. The bearing ring 137 slidably fits into the opening in the core ring 135 .

Die Metalldichtringe 131 haben in entspanntem Zustand einen insgesamt rechteckigen Querschnitt, der unter einem Winkel von ca. 30° zur Horizontalen liegt. Damit beträgt der Kegelwinkel der Metalldichtringe 131 in entspanntem Zustand ca. 120°C. In diesem entspannten Zustand haben die Metalldichtringe 131 ein radiales Spiel sowohl gegenüber dem Betätigungsschaft 51 als auch gegenüber der Stopfbüchse 65, so daß weder der Schaft noch die Stopfbüchse beim Einbau der Metalldichtringe 131 in das Ventil Schaden nehmen. Die Metalldichtringe 131 werden einfach an Ort und Stelle fallengelassen. Bei der Druckbeaufschlagung der Abdichteinrichtung durch Anziehen der Packungssicherung werden die Metalldichtringe flachgedrückt, so daß der Innendurchmesser jedes Metalldichtringes so weit verkleinert und der Außendurchmesser jedes Metalldichtringes so weit vergrößert wird, daß die innere Umfangskante an der konkaven Seite jedes Metalldichtringes und die äußere Umfangskante an der konvexen Seite jedes Metalldichtringes verformt oder "geprägt" wird, d. h. daß sie plastisch in Metall-Metall-Dichtungseingriff mit dem Betätigungsschaft bzw. der Stopfbüchse fließen. Um die Schäfte nicht durch Scheuern oder Kratzen zu beschädigen, sollten die Metalldichtringe aus weicherem Metall bestehen als die Ventilschäfte. Die Ventilschäfte können z. B. aus K-Monel hergestellt sein, obwohl auch ein vergleichbarer Stahl geeignet ist. Der Schaft kann mit einem harten Überzug, beispielsweise einem Wolframkarbidbelag in einer Dicke von 0,08 bis 0,13 mm (3 bis 5 Mil) versehen sein, um seine Härte und Dauerhaftigkeit zu verbessern. Die Härte des Schaftes würde durch einen solchen Belag von einer Rockwell- Härte von ca. 30 zu einer Rockwell-Härte von ca. 60 erhöht. Die Metalldichtringe sollten ausreichend verformbar sein, damit die Umfangskanten durch hohe Beanspruchung so geprägt werden können, daß die Metall-Metall-Abdichtung erreicht wird, und sollten gleichzeitig ausreichend fest sein, um der hohen Vorbelastung und den im Betrieb vorkommenden Bohrlochfluiddrücken standzuhalten. Sie können z. B. aus vergütetem, austenitischem rostfreiem Stahl, z. B. rostfreiem Stahl Nr. 316 oder aus anderen Metallen, wie Kohlenstoffstahl oder legiertem Stahl hergestellt sein. Um die Möglichkeit einer Beschädigung der Schäfte durch Scheuern oder Kratzen weiter zu verringern, ist die innere Umfangskante an der konkaven Seite jedes Metalldichtringes unter einem Radius, der etwa der Hälfte der Ringdicke entspricht, abgerundet. So entspricht bei einem Metalldichtring mit einer Dicke von 1,02 mm (0,04 Zoll) beispielsweise der Radius 0,51 mm (0,02 Zoll). In flachem Zustand bilden die Metalldichtringe 131 einen Winkel von ca. 15° mit der Horizontalen, was einem Kegelwinkel von ca. 150° entspricht, wodurch eine Anpassung an die kegelstumpfförmigen Flächen der Anpaßringe 123, 125 und 129 erzielt ist, die gleichfalls unter einem Winkel von ca. 15° zur Horizontalen angeordnet sind. Obwohl die Metalldichtringe in der Regel kegelstumpfförmig sind, können sie auch anders als kegelstumpfförmig gestaltet sein.In the relaxed state, the metal sealing rings 131 have an overall rectangular cross section, which lies at an angle of approximately 30 ° to the horizontal. The cone angle of the metal sealing rings 131 in the relaxed state is thus approximately 120 ° C. In this relaxed state, the metal sealing rings 131 have radial play both with respect to the actuating shaft 51 and with respect to the stuffing box 65 , so that neither the shaft nor the stuffing box is damaged when the metal sealing rings 131 are installed in the valve. The metal sealing rings 131 are simply dropped in place. When the sealing device is pressurized by tightening the packing lock, the metal sealing rings are flattened so that the inside diameter of each metal sealing ring is reduced so far and the outside diameter of each metal sealing ring is enlarged so much that the inner peripheral edge on the concave side of each metal sealing ring and the outer peripheral edge on the convex Side of each metal sealing ring is deformed or "embossed", ie that they flow plastically in metal-metal sealing engagement with the actuating shaft or the stuffing box. In order not to damage the stems by rubbing or scratching, the metal sealing rings should be made of softer metal than the valve stems. The valve stems can e.g. B. made of K-Monel, although a comparable steel is also suitable. The shaft may be provided with a hard coating, for example a tungsten carbide coating, in a thickness of 0.08 to 0.13 mm (3 to 5 mils) in order to improve its hardness and durability. Such a coating would increase the hardness of the shaft from a Rockwell hardness of approx. 30 to a Rockwell hardness of approx. 60. The metal sealing rings should be sufficiently deformable so that the peripheral edges can be embossed by high stress so that the metal-to-metal seal is achieved, and at the same time should be sufficiently strong to withstand the high preload and the borehole fluid pressures that occur during operation. You can e.g. B. from tempered, austenitic stainless steel, for. B. stainless steel No. 316 or made of other metals such as carbon steel or alloy steel. To further reduce the possibility of the shafts being damaged by rubbing or scratching, the inner peripheral edge on the concave side of each metal sealing ring is rounded under a radius which corresponds to approximately half the ring thickness. For example, in the case of a metal sealing ring with a thickness of 1.02 mm (0.04 inches), the radius corresponds to 0.51 mm (0.02 inches). In the flat state, the metal sealing rings 131 form an angle of approximately 15 ° with the horizontal, which corresponds to a cone angle of approximately 150 °, whereby an adaptation to the frustoconical surfaces of the adapter rings 123, 125 and 129 is achieved, which is also at an angle 15 ° to the horizontal. Although the metal sealing rings are generally frustoconical, they can also be designed differently than frustoconical.

Der für die Zusatzringe 133 und den Lagerring 137 gewählte Werkstoff sollte einen niedrigen Reibungskoeffizienten haben, d. h. es sollte sich um ein stark gleitfähiges Material handeln. Der Werkstoff für die Zusatzringe 133 und den Lagerring 137 sollte außerdem fest genug und zäh genug sein, um unter hohem Druck intakt zu bleiben, und sollte gegenüber der chemischen Aktivität des durch das Ventil gesteuerten Fluids beständig sein und außerdem Temperaturen im ganzen, während des Betriebs zu erwartenden Bereich, z. B. +149°C bis herab zu -29°C (300°F bis -20°F) standhalten können. Ferner sollte der Werkstoff ausreichend nachgiebig oder elastisch sein, um in die geringsten Lücken zu fließen, die möglicherweise zwischen den Metalldichtringen und dem Schaft und der Stopfbüchse aufgrund von Kratzern oder Bearbeitungsmarkierungen am Schaft oder an der Stopfbüchse oder zwischen den Metalldichtringen und der nunmehr benachbarten Ventilschaftoberfläche während und nach der Bewegung des Schaftes bestehen. Spalte der zuletzt genannten Art könnten z. B. auftreten, weil während und nach der Bewegung des Schaftes die inneren Umfänge der Metalldichtringe nicht sofort und möglicherweise gar nicht weiter plastisch fließen, um sich der nunmehr benachbarten Schaftoberfläche anzupassen. Das Zusatz- und Lagerringmaterial fließt in alle diese kleinsten Lücken und dichtet sie ab. Deshalb können die Zusatz- und Lagerringe auch als Dichtringe betrachtet werden. Zu den für die Zusatzringe 133 und den Lagerring 137 geeigneten Werkstoffen gehört z. B. Tetrafluoräthylenpolymerisat, wie das unter den Warenzeichen "Teflon" und "Moly-Teflon" auf dem Markt befindliche Material, von denen das letztere gleichfalls Teflon ist, aber bis zu 15% Molybdändisulfid, MoS₂, enthält. Ein besonders geeigneter Werkstoff ist ein Werkstoff, der 5 Gew.-% MoS₂ und 95 Gew.-% TFE enthält von der Allied Chemical Company unter der Bezeichnung Nr. 2021 vertrieben wird.The material chosen for the additional rings 133 and the bearing ring 137 should have a low coefficient of friction, ie it should be a material that is highly slidable. The material for the additional rings 133 and the bearing ring 137 should also be strong enough and tough enough to remain intact under high pressure, and should be resistant to the chemical activity of the fluid controlled by the valve and also temperatures throughout, during operation expected area, e.g. B. + 149 ° C down to -29 ° C (300 ° F to -20 ° F) can withstand. Furthermore, the material should be sufficiently compliant or resilient to flow into the slightest gaps that may exist between the metal sealing rings and the stem and the gland due to scratches or machining marks on the stem or on the gland or between the metal sealing rings and the now adjacent valve stem surface and persist after the movement of the shaft. Columns of the latter type could e.g. B. occur because during and after the movement of the shaft, the inner circumferences of the metal sealing rings do not flow plastically immediately and possibly not at all in order to adapt to the now adjacent shaft surface. The additional and bearing ring material flows into all these smallest gaps and seals them. Therefore, the additional and bearing rings can also be considered as sealing rings. Suitable materials for the additional rings 133 and the bearing ring 137 include, for. B. Tetrafluoroethylene polymer, such as the under the trademark "Teflon" and "Moly-Teflon" material on the market, the latter of which is also Teflon, but contains up to 15% molybdenum disulfide, MoS₂. A particularly suitable material is a material which contains 5% by weight MoS₂ and 95% by weight TFE from the Allied Chemical Company under the designation No. 2021.

Wie der für die Zusatzringe 133 und den Lagerring 137 verwendete Werkstoff sollte auch der Werkstoff des Kernringes 135 so fest sein, daß er der hohen Beanspruchung standhält, die für die Vorbelastung der Dichtung nötig ist. Außerdem sollte er gegenüber der chemischen Aktivität der Bohrlochfluide, gegenüber denen eine Abdichtung erzielt werden soll, resistent sein und Temperaturen in dem während des Betriebs zu erwartenden Bereich standhalten können, z. B. von ca. 149°C (300°F) bis herunter zu -54°C (-75°F).Like the material used for the additional rings 133 and the bearing ring 137 , the material of the core ring 135 should also be so strong that it withstands the high stress which is necessary for the preloading of the seal. In addition, it should be resistant to the chemical activity of the well fluids against which sealing is to be achieved and be able to withstand temperatures in the range to be expected during operation, e.g. B. from about 149 ° C (300 ° F) down to -54 ° C (-75 ° F).

Der Leckverlust bei der SMT-Dichtung für Ventilschäfte mit TFE- oder MoS₂ gefüllten TFE-Ringen bei Drücken im Bereich von 2070 bar (30 000 psi) nach Temperaturschwankungen ist offenbar die Folge eines teilweisen Verlustes der Vorbelastung der Dichtung. Wenn die SMT-Dichtung erstmals betriebsfertig gemacht oder druckbeaufschlagt wird, wird mechanische Kompression durch Anziehen der Packungssicherung auf die Dichte aufgebracht, so daß die Dichtung stärker beansprucht wird als das durch die Hochdruck-Bohrlochfluide geschähe. Wenn ein Ventil mit einer SMT-Dichtung am Ventilschaft sich von Umgebungstemperatur auf +149°C (300°F) erhitzt, versuchen die TFE-Ringe zu expandieren, können das aber nicht sehr stark, da sie im wesentlichen an allen Seiten von Metallen umgeben sind, die sich weniger rasch dehnen als die TFE-Ringe. Dadurch steigt die Vorlastbeanspruchung der Dichtung gegenüber dem ursprünglichen Wert, d. h. gegenüber dem Wert vor dem Erwärmen an. Wenn sich dann das Ventil auf Umgebungstemperatur abkühlt, sinkt die Vorlastbeanspruchung nicht nur von dem bei erhitztem Ventil erreichten erhöhten Niveau ab, sondern sie wird auch niedriger als sie ursprünglich war. Das beruht offenbar auf der einen oder anderen der nachfolgend beschriebenen Wirkungen, möglicherweise auch auf beiden. Wird das Ventil auf ca. 149°C (300°F) erhitzt, könnte die erhöhte Beanspruchung gegenüber der bereits hohen Vorlastbeanspruchung der Dichtung und der sie umgebenden Metalleinfassung aufgrund der Wärmeexpansion der TFE-Ringe eine geringfügige dauerhafte Verformung, d. h. ein Nachgeben der Metalleinfassung hervorrufen, wodurch das von der Dichtung eingenommene Volumen vergrößert ist, wenn sich die Dichtung wieder auf Umgebungstemperatur abkühlt, so daß die Beanspruchung der Dichtung unter die Vorbelastung absinkt. Alternativ, oder möglicherweise kumulativ, könnten die TFE-Ringe, wenn sie aufgrund der Wärmedehnung bei Erhitzen des Ventils auf 149°C (300°F) unter erhöhter Belastung stehen, eine dauerhafte Verformung erfahren, die über die durch die Vorlastbeanspruchung hervorgerufene hinausgeht, d. h. sie könnten eine weitere Verformung im Sinne einer Kompression annehmen, die erhalten bleibt, wenn sich das Ventil wieder auf Umgebungstemperatur abkühlt, und die dann zu einer Beanspruchungsentlastung der TFE-Ringe führt, welche die Wirkung wieder etwas aufhebt, die mit der die Dichtung zusammenpressenden Packungssicherung erzielt wird. Um also nach den Temperaturschwankungen wieder die richtige Vorbelastung zu erhalten, müßte die Packungssicherung nachgezogen werden. Ohne dieses erneute Anziehen könnte das Ventil bei Drücken im Größenordnungsbereich von 2070 bar (30 000 psi) nicht ohne geringfügige Leckverluste dicht sein.The leakage loss with the SMT seal for valve stems with TFE or MoS₂ filled TFE rings at pressures in the area of 2070 bar (30,000 psi) after temperature fluctuations apparently the result of a partial loss of the preload the seal. If the SMT seal is made ready for operation or pressurized for the first time, mechanical compression by tightening the packing lock applied to the density so that the seal  is more stressed than that by the high pressure borehole fluids would happen. If a valve with an SMT seal on the valve stem from ambient temperature to + 149 ° C (300 ° F) heated, the TFE rings try to expand, can not do that very strongly since they are essentially all sides are surrounded by metals that are less stretch faster than the TFE rings. This increases the preload the seal against the original value, d. H. compared to the value before heating. If so then the valve cools to ambient temperature, the preload load decreases not just that achieved with the valve heated increased level, but it also becomes lower than it was originally. That is obviously based on one or other of the effects described below, possibly also on both. If the valve reaches approx. 149 ° C (300 ° F) heated, could face the increased stress the already high preload stress of the seal and the surrounding metal bezel due to heat expansion the TFE rings have a slight permanent deformation, d. H. cause the metal bezel to yield, causing the volume occupied by the seal is increased if the seal cools down to ambient temperature again, so that the stress on the seal under the preload sinks. Alternatively, or possibly cumulatively, could the TFE rings when they expand due to thermal expansion when heated the valve to 149 ° C (300 ° F) under increased load stand, experience a permanent deformation that over goes beyond that caused by the preload, d. H. they could be a further deformation in the sense of a Accept compression that is retained when itself the valve cools down to ambient temperature again, and the then relieves the stress on the TFE rings, which cancels out the effect, which with the Seal compressing packing fuse is achieved. So to get the right one again after the temperature fluctuations To get a pre-load, the packing security would have to be tightened  will. Without this tightening again, that could happen Valve at pressures in the order of 2070 bar (30,000 psi) not leak tight without minor leakage be.

Ein Teil des TFE oder mit MoS₂ gefülltem TFE-Material zwischen den Metalldichtringen der SMT-artigen Schaftdichtung ist jedoch durch einen Werkstoff ersetzt, der im Vergleich zu TFE oder mit MoS₂ gefülltem TFE-Material bei Erwärmung verhältnismäßig geringe Expansion zeigt. Beim Ausführungsbeispiel weist dies Material geringer Wärmedehnung der Kernring 135 auf, der an seinen drei den Metalldichtringen und dem Schaft benachbarten Seiten von den Zusatzringen 133 und dem Lagerring 137 bedeckt ist. Folglich muß der Kernring 135 einen volumetrischen Wärmedehnungskoeffizienten haben, der niedriger ist als der der Ringe 133, 137. Ein für diesen Kernring 135 geeigneter Werkstoff ist verdichtetes Graphit, das z. B. unter dem Warenzeichen "Grafoil" vertrieben wird, siehe US-PS 34 04 061. Es ist anzunehmen, daß der volumetrische Wärmedehnungskoeffizient für TFE z. B. bedeutend höher liegt als für Grafoil, wahrscheinlich sogar ein Mehrfaches desselben ist. Aus veröffentlichen Daten geht jedoch hervor, daß Grafoil, welches in dünnen, flexiblen, geschichteten Lagen oder Bändern hergestellt wird, einen linearen Expansionskoeffizienten von ca. -0,02 × 10^-5 in/in °F in Richtung parallel zu den Graphitschichten hat, d. h. längs der Länge und Breite derselben, und zwar in einem Temperaturbereich von ca. 21°C bis 1093°C (70°F bis 2000°F) und von ca. 1,5 × 10^-5 in/in °F in Richtung senkrecht zu den Schichten, d. h. durch deren Dicke hindurch, und zwar in einem Temperaturbereich von ca. 21°C bis 2204°C (70°F bis 4000°F). TFE hat einen linearen Expansionskoeffizienten von ca. 7,0-10,0 × 10^-5 in/in °F über einen Bereich von ca. 25°C bis 260°C (78°F bis 500°F). Für Feststoffe ist der volumetrische Wärmedehnungskoeffizient etwa dreimal so hoch wie der lineare Wärmedehnungskoeffizient, siehe "The Handbook of Chemistry and Physics", 48. Ausgabe, S. F-90 (Chemical Rubber Co. 1967). Angenommen, daß sich Grafoil beim Erwärmen entsprechend dem Dreifachen des größeren der oben für die lineare Expansion angegebenen Werte volumetrisch ausdehnt, dann wäre das immer noch weniger als ein Viertel der volumetrischen Expansion beim Erwärmen, wie sie von TFE beim Erwärmen des Ventils von Temperaturen im Bereich von ca. 25°C (78°F) auf ca. 149°C (300°F) zu erwarten wäre.A part of the TFE or MoS₂-filled TFE material between the metal sealing rings of the SMT-like shaft seal is replaced by a material that shows relatively little expansion when heated compared to TFE or MoS₂-filled TFE material. In the exemplary embodiment, this material of low thermal expansion has the core ring 135 , which is covered on its three sides adjacent to the metal sealing rings and the shaft by the additional rings 133 and the bearing ring 137 . As a result, the core ring 135 must have a volumetric coefficient of thermal expansion lower than that of the rings 133, 137 . A suitable material for this core ring 135 is compressed graphite, which, for. B. is sold under the trademark "Grafoil", see US-PS 34 04 061. It can be assumed that the volumetric coefficient of thermal expansion for TFE z. B. is significantly higher than for Grafoil, probably even a multiple of the same. From published data, however, it appears that Grafoil, which is produced in thin, flexible, layered layers or strips, has a linear expansion coefficient of approximately -0.02 × 10 ^-5 in / in ° F in the direction parallel to the graphite layers, that is, along the length and width thereof, in a temperature range of approximately 21 ° C to 1093 ° C (70 ° F to 2000 ° F) and of approximately 1.5 × 10 ^-5 in / in ° F in the direction perpendicular to the layers, ie through their thickness, in a temperature range of approx. 21 ° C to 2204 ° C (70 ° F to 4000 ° F). TFE has a linear expansion coefficient of approximately 7.0-10.0 × 10 ^-5 in / in ° F over a range of approximately 25 ° C to 260 ° C (78 ° F to 500 ° F). For solids, the volumetric coefficient of thermal expansion is about three times the linear coefficient of thermal expansion, see "The Handbook of Chemistry and Physics", 48th edition, p. F-90 (Chemical Rubber Co. 1967). Assuming that Grafoil expands volumetrically when heated to three times the greater of the values given for linear expansion above, this would still be less than a quarter of the volumetric expansion when heated as it does from TFE when heating the valve to temperatures in the range from about 25 ° C (78 ° F) to about 149 ° C (300 ° F) would be expected.

Der zwischen den Metalldichtringen schichtartig angeordnete Stapel von Ringen, der nachfolgend als Schichtstapel bezeichnet wird und aus dem Kernring 135 mit dem um seinen Innenumfang angeordneten Lagerring 137 und den der Oberseite bzw. Unterseite der Ringe 135, 137 benachbart angeordneten Zusatzringen 133 besteht, wird so verformt, daß er der Gestalt der Metalldichtringe 131 in flachgedrücktem, druckbeaufschlagtem Zustand entspricht und im wesentlichen den ganzen Raum zwischen ihnen ausfüllt. Die Ringe des Schichtstapels haben typischerweise zunächst einen rechteckigen Querschnitt, können jedoch vor dem Einsetzen in das Ventil in einer Presse so verformt werden, daß sie die rechts in Fig. 2 gezeigte kegelstumpfförmige Gestalt annehmen, in der sie den kegelstumpfförmig gestalteten Oberflächen der Anpaßringe 123, 125, 129 entsprechen, gegen die die Metalldichtringe flachgedrückt werden. Gemäß einer Alternative können die Ringe des Schichtstapels in ihrer ursprünglichen Gestalt mit rechteckigem Querschnitt eingebaut und bei Druckbeaufschlagung der Dichtung zu kegelstumpfförmiger Gestalt verformt werden.The stack of rings arranged in layers between the metal sealing rings, which is referred to below as the layer stack, and consists of the core ring 135 with the bearing ring 137 arranged around its inner circumference and the additional rings 133 arranged adjacent to the top and bottom of the rings 135, 137 , is deformed in this way that it corresponds to the shape of the metal sealing rings 131 in the flattened, pressurized state and essentially fills the entire space between them. The rings of the layer stack typically initially have a rectangular cross section, but before being inserted into the valve, they can be deformed in a press in such a way that they assume the frustoconical shape shown on the right in FIG. 2, in which they conform to the frustoconically shaped surfaces of the adapter rings 123, 125, 129 correspond, against which the metal sealing rings are pressed flat. According to an alternative, the rings of the layer stack can be installed in their original shape with a rectangular cross-section and can be deformed into a frustoconical shape when the seal is pressurized.

Der Werkstoff, aus dem der als Spannungsentlastungsring vorgesehene Kernring 135 besteht, kann die Form eines Grafoil-Bandes haben, welches eng gewickelt und zu einem massiven Endlosring komprimiert ist. Ein derartiges Band kann z. B. das von der Union Carbide Corporation unter der Bezeichnung "Grafoil Ribbon-Pack" bezeichnete Band sein, welches in dem Technical Information Bulletin Nr. 524-204 der Union Carbide Corporation beschrieben ist. Ein Ring aus eng gewickeltem Grafoil-Bandmaterial zeigt nach dem Komprimieren seine größte Wärmedehnung in radialer Richtung, wenn ein solcher Ring in der Stopfbüchse um den Schaft herum angeordnet ist, d. h. in Richtung zum Schaft und zur Stopfbüchse. Gemäß einer Alternative kann der Kernring 135 aus einer Folie aus Grafoil oder aus aufeinandergestapelten Folien aus Grafoil ausgeschnitten sein. Das handelsübliche Grafoil-Material kann nur zu 70% komprimiert oder verdichtet sein, es kann aber auch vollkommen, d. h. zu 100% zusammengepreßt oder verdichtet sein, und zwar entweder in einer Presse vor dem Einbau, wie oben beschrieben, oder wenn es im Ventil an Ort und Stelle ist, bei der Druckbeaufschlagung der Dichtung.The material from which the core ring 135 provided as a stress relief ring is made can be in the form of a Grafoil tape, which is tightly wound and compressed into a solid endless ring. Such a tape can e.g. B. The band designated by the Union Carbide Corporation under the name "Grafoil Ribbon-Pack", which is described in the Technical Information Bulletin No. 524-204 of the Union Carbide Corporation. A ring of tightly wound Grafoil tape material shows its greatest thermal expansion in the radial direction after compression, if such a ring is arranged in the stuffing box around the shaft, ie towards the shaft and the stuffing box. According to an alternative, the core ring 135 can be cut out of a film made of Grafoil or of stacked films made of Grafoil. The commercial Grafoil material can only be 70% compressed or compressed, but it can also be completely, ie 100% compressed or compressed, either in a press before installation, as described above, or when it is in the valve In place is when the seal is pressurized.

Die Zusatzringe 133 sind in axialer Richtung dünner als der Kernring 135 und der Lagerring 137, die im wesentlichen die gleiche axiale Dicke haben, wenn der Kernring 135 voll verdichtet ist, die aber in radialer Richtung breiter sind als sowohl der Kernring 135 als auch der Lagerring 137. Die kombinierte radiale Breite der Ringe 135 und 137 entspricht im wesentlichen der radialen Breite der Zusatzringe 133. Die Ringe 133 und 137 sollten in eng passendem Gleitsitz mit dem Schaft sitzen, wenn der Schichtstapel in das Ventil eingesetzt ist. Wenn der Schichtstapel bei der Druckbeaufschlagung der Dichtung zusammengepreßt wird, werden die inneren Umfänge der Ringe 133, 137 enger gegen den Betätigungsschaft 51 gedrängt und die äußeren Umfänge der Ringe 133, 135 werden in engen Eingriff mit den Wänden der Stopfbüchse 65 gedrängt.The additional rings 133 are thinner in the axial direction than the core ring 135 and the bearing ring 137 , which have substantially the same axial thickness when the core ring 135 is fully compressed, but which are wider in the radial direction than both the core ring 135 and the bearing ring 137 . The combined radial width of the rings 135 and 137 corresponds essentially to the radial width of the additional rings 133 . Rings 133 and 137 should fit snugly with the stem when the layer stack is inserted into the valve. When the stack of layers is compressed when the seal is pressurized, the inner peripheries of the rings 133, 137 are urged closer to the actuating shaft 51 and the outer peripheries of the rings 133, 135 are urged into close engagement with the walls of the gland 65 .

In den Zeichnungen sind zwar zwei Dichtungssätze 119, 121 gezeigt, aber es hat sich gezeigt, daß auch ein Dichtungssatz allein ausreicht, um eine zufriedenstellende Abdichtung zu schaffen. Der zweite Dichtungssatz, d. h. der von den Fluiden, gegenüber denen eine Abdichtung geschaffen werden soll, am weitesten entfernte Dichtungssatz ist für Notfälle oder als Reserve vorgesehen, falls die erste Dichtung versagt. Als weitere Notmaßnahme oder Reservedichtung ist im Haubenteil 23 ein Kanal 139 vorgesehen, der mit einem durch den als Zwischenglied vorgesehenen Anpaßring 129 verlaufenden Kanal 141 fluchtet und in Fluidverbindung steht, wenn die Dichtung druckbeaufschlagt ist. Der Kanal 139 steht außerdem in Fluidverbindung mit einem in eine Gewindefassung in der Außenseite des Haubenteils 23 eingesetzten Einspritzpaßstück 140. In der Wand der Stopfbüchse 65 ist rundherum eine Ringnut 143 ausgebildet, die mit dem Kanal 139 in Fluidverbindung steht, während an dem inneren Umfang des Anpaßringes 129 eine Ringnut 145 ausgebildet ist, die mit dem Kanal 141 in Fluidverbindung steht. Sollten die Dichtungssätze 119, 121 versagen, kann Dichtungsmaterial durch das Einspritzpaßstück 140 und die Kanäle 139, 141 in die Ringnuten 143, 145 eingespritzt werden, um als Not- oder Reservedichtung um die Stopfbüchse bzw. den Schaft herum zu wirken.While two sets of seals 119, 121 are shown in the drawings, it has been found that one set of seals alone is sufficient to provide a satisfactory seal. The second set of seals, that is, the set of seals furthest from the fluids to which a seal is to be created, is intended for emergencies or as a reserve if the first seal fails. As a further emergency measure or reserve seal, a duct 139 is provided in the hood part 23 , which is aligned with a duct 141 running through the adapter ring 129 provided as an intermediate member and is in fluid communication when the seal is pressurized. The channel 139 is also in fluid communication with an injection fitting 140 inserted into a threaded socket on the outside of the hood part 23 . In the wall of the stuffing box 65 , an annular groove 143 is formed all around, which is in fluid communication with the channel 139 , while an annular groove 145 is formed on the inner circumference of the adapter ring 129 , which is in fluid communication with the channel 141 . Should the sealing sets 119, 121 fail, sealing material can be injected through the injection fitting 140 and the channels 139, 141 into the annular grooves 143, 145 in order to act as an emergency or reserve seal around the stuffing box or the shaft.

Die Abdichteinrichtung wird durch Anziehen der Packungssicherung auf eine bedeutend höhere Beanspruchung als die durch Fluiddruck im Betrieb des Ventils zu erwartende Beanspruchung vorbelastet. Eine typische Vorlastbeanspruchung für die Schaftdichtungen eines Ventils gemäß Fig. 1, dessen Sollarbeitsdruck bei 2070 bar (30 000 psi) liegt, ist 2587, 5 bar (37 500 psi).The sealing device is preloaded by tightening the packing lock to a significantly higher load than the load to be expected due to fluid pressure during operation of the valve. A typical preload stress for the stem seals of a valve according to FIG. 1, whose nominal working pressure is 2070 bar (30,000 psi), is 2587,5 bar (37,500 psi).

Wenn ein Ventil mit einer solchen Schaftabdichteinrichtung von den durch das Ventil strömenden Fluiden beispielsweise von Umgebungstemperatur, z. B. ca. 21°C (70°F) auf ca. 149°C (300°F) erhitzt wird und sich dann erneut auf Umgebungstemperatur abkühlt, ist kein weiteres Anziehen der Packungssicherung nötig. Damit wird die ursprüngliche Vorbelastung des Ventils bei den sich zyklisch ändernden Temperaturen beibehalten. Das ist offensichtlich der Tatsache zuzuschreiben, daß die über die ursprüngliche Vorlastbeanspruchung hinausgehende Beanspruchung, die die versuchte Wärmedehnung des Materials zwischen den Metalldichtringen 131 verursacht, nicht ausreicht, um eine dauerhafte Verformung der die Metalleinfassung bildenden, der Dichtung benachbarten Ventilteile aufgrund der geringeren Wärmedehnung des Kernringes 135 im Vergleich zu der der Zusatzringe 133 und des Lagerringes 137 zu verursachen. Aus dem gleichen Grund ist offensichtlich die zusätzliche Beanspruchung aufgrund der Erwärmung so niedrig, daß vermieden wird, daß die Ringe 133, 137 eine weitere zusätzliche Verformung erhalten oder eine stärker komprimierte Form annehmen, wodurch ein weiterer Verlust an Vorlastbeanspruchung vermieden wird, wenn sich die Ringe 133, 137 beim Abkühlen entspannen. Es hat sich herausgestellt, daß die Schaftabdichteinrichtung zum Abdichten von Fluiden unter einem Drck von 2070 bar (30 000 psi) bei zyklischen Temperaturschwankungen von -29°C bis 149°C (-20°F bis 300°F) gut arbeitet, ohne daß ein zusätzliches Anziehen der Packungssicherung nötig ist, wenn die Zusatzringe 133 und der Lagerring 137 aus 5% MoS₂-gefülltem TFE hergestellt sind, der Kernring 135 aus Grafoil besteht, und wenn das Volumen des Spannungsentlastungsringes, d. h. des Kernringes 135 etwa einem Drittel des Gesamtvolumens des Schichtstapels entspricht. D. h. es entspricht das kombinierte Volumen der Zusatzringe 133 und des Lagerringes 137 etwa dem Zweifachen des Volumens des Kernringes 135. Das für die Zusatzringe 133 benutzte Material wird bei der Druckbeaufschlagung der Dichtung nicht an den Metalldichtringen 131 vorbei extrudiert, und der Kernring 135 aus Grafoil wird bei der Druckbeaufschlagung der Dichtung zwischen den Zusatzringen eingefangen gehalten, so daß ein Extrudieren an den Metalldichtringen 131 vorbei vermieden wird, ehe diese Metall-Metall-Dichtungen mit dem Schaft und der Stopfbüchse eingehen. Durch den 5% MoS₂-gefüllten TFE-Lagerring 137, der den Innenumfang des Grafoil- Kernringes 135 umgibt, wird die Reibung zwischen dem Schaft und der Schaftabdichteinrichtung reduziert und unnötige Abnutzung des Kernringes vermieden. Es wird also ein Kernring aus Grafoil mit seiner geringen Wärmedehnung, der an den dem Schaft und den Metalldichtringen benachbarten drei Seiten von 5% MoS₂-gefüllten TFE-Ringen abgedeckt ist und etwa der Hälfte des kombinierten Volumens der 5% MoS₂-gefüllten TFE-Ringe entspricht, für den Schichtstapel verwendet. Es können sich natürlich auch andere volumetrische Verhältnisse der Ringe des Schichtstapels als zufriedenstellend erweisen, ebenso wie andere Werkstoffe der Ringe im Schichtstapel möglich sind.If a valve with such a shaft sealing device is affected by the fluids flowing through the valve, for example from ambient temperature, e.g. B. about 21 ° C (70 ° F) to about 149 ° C (300 ° F) and then cools down to ambient temperature again, no further tightening of the packing lock is necessary. This maintains the valve's original preload at cyclically changing temperatures. This is obviously attributable to the fact that the stress beyond the original preload stress, which causes the attempted thermal expansion of the material between the metal sealing rings 131 , is not sufficient to cause permanent deformation of the valve parts forming the metal skirt, adjacent to the seal, due to the lower thermal expansion of the core ring 135 to cause compared to that of the additional rings 133 and the bearing ring 137 . For the same reason, the additional stress due to heating is obviously so low that the rings 133, 137 are prevented from undergoing further additional deformation or from taking on a more compressed shape, thereby avoiding further loss of preload stress when the rings become loose Relax 133, 137 when cooling. It has been found that the shaft sealing device for sealing fluids under a pressure of 2070 bar (30,000 psi) with cyclical temperature fluctuations from -29 ° C to 149 ° C (-20 ° F to 300 ° F) works well without An additional tightening of the packing lock is necessary if the additional rings 133 and the bearing ring 137 are made of 5% MoS₂-filled TFE, the core ring 135 consists of Grafoil, and if the volume of the stress relief ring, ie the core ring 135, is approximately one third of the total volume of the Layer stack corresponds. That is, the combined volume of the additional rings 133 and the bearing ring 137 corresponds approximately to twice the volume of the core ring 135 . The material used for the additional rings 133 is not extruded past the metal sealing rings 131 when the seal is pressurized, and the Grafoil core ring 135 is captured between the additional rings when the seal is pressurized, so that extrusion past the metal sealing rings 131 is avoided before these metal-to-metal seals come in with the stem and stuffing box. Due to the 5% MoS₂-filled TFE bearing ring 137 , which surrounds the inner circumference of the Grafoil core ring 135 , the friction between the shaft and the shaft sealing device is reduced and unnecessary wear of the core ring is avoided. So there is a core ring made of Grafoil with its low thermal expansion, which is covered on the three sides adjacent to the shaft and the metal sealing rings by 5% MoS₂-filled TFE rings and about half the combined volume of the 5% MoS₂-filled TFE rings corresponds, used for the layer stack. Of course, other volumetric ratios of the rings of the layer stack can also prove to be satisfactory, just as other materials of the rings in the layer stack are possible.

Die Fig. 1, 2A und 2B zeigen die Kegel der Metalldichtringe und der Ringe im Schichtstapel von der Druckseite wegweisend, gegenüber der die Abdichtung erzielt werden soll. Trotzdem besteht ein ähnlicher Eingriff mit den inneren und äußeren Umfängen der Dichtung bei einer Abdichtung zwischen parallelen Oberflächen, so daß die Dichtung umkehrbar ist. Folglich können die Kegel der Metalldichtringe und der Ringe des Schichtstapels gemäß einer Alternative auch in Richtung zu dem Druck angeordnet sein, gegenüber dem eine Abdichtung erzielt werden soll. Ferner ist klar, daß die Ringe 133, 137 keine getrennten Ringe zu sein brauchen. Sie können stattdessen beispielsweise auch die Form eines integralen zylindrischen Ringes mit einer Nut um die Mitte des Außenumfangs haben, d. h. es kann ein Ring mit U-förmigem Querschnitt vorgesehen sein. Dann kann der Grafoil-Ring vor dem Einbau in das Ventil mit Schnappsitz in die Nut eingesetzt werden. Figs. 1, 2A and 2B show the cone of the metal seal rings and the rings in the layer stack from the pressure side leading the way, against which the seal is to be achieved. Nevertheless, there is a similar engagement with the inner and outer peripheries of the seal with a seal between parallel surfaces, so that the seal is reversible. Consequently, according to an alternative, the cones of the metal sealing rings and the rings of the layer stack can also be arranged in the direction of the pressure against which a seal is to be achieved. It is also clear that the rings 133, 137 need not be separate rings. Instead, for example, they can also have the shape of an integral cylindrical ring with a groove around the center of the outer circumference, ie a ring with a U-shaped cross section can be provided. Then the Grafoil ring can be snapped into the groove before installation in the valve.

Claims (12)

1. Dichtungspackung für eine Stopfbuchsendichtung eines Schaftes eines hohem Druck und zyklischen Temperaturschwankungen ausgesetzten Ventils, mit einem ersten und mit einem zweiten elastischen Metalldichtring (131) und einer zwischen diesen angeordneten ringförmigen, nachgiebigen Dichteinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichteinrichtung einen ersten und einen zweiten, dem jeweiligen Metalldichtring benachbarten Zusatzring aus zähem, nachgiebigem Material umfaßt, die zwischen sich einen Kernteil (135) einschließen. der aus einem Material besteht, welches einen niedrigeren Wärmedehnungskoeffizienten hat als das Material der Zusatzringe (133).1. Sealing package for a gland seal of a shaft exposed to high pressure and cyclical temperature fluctuations, with a first and with a second elastic metal sealing ring ( 131 ) and an annular, flexible sealing device arranged between them, characterized in that the sealing device comprises a first and a second , The respective metal sealing ring adjacent additional ring made of tough, resilient material, which include a core part ( 135 ) between them. which consists of a material which has a lower coefficient of thermal expansion than the material of the additional rings ( 133 ). 2. Dichtungspackung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Zusatzringe (133) einen niedrigen Reibungskoeffizienten hat. 2. Sealing pack according to claim 1, characterized in that the material of the additional rings ( 133 ) has a low coefficient of friction. 3. Dichtungspackung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Zusatzringe (133) Tetrafluoräthylenpolymerisat aufweist, und daß das Material des Kernteils (135) verdichteten Graphit aufweist.3. Sealing pack according to claim 1 and 2, characterized in that the material of the additional rings ( 133 ) has tetrafluoroethylene polymer, and that the material of the core part ( 135 ) has compressed graphite. 4. Dichtungspackung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Zusatzringe (133) ferner bis zu ca. 15% Molybdändisulfid aufweist.4. Sealing pack according to claim 3, characterized in that the material of the additional rings ( 133 ) further comprises up to about 15% molybdenum disulfide. 5. Dichtungspackung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kernteil einen Kernring (135), dessen Innendurchmesser größer ist als der Außendurchmesser des Schaftes (51), und ferner einen Lagerring (137) aus zähem, nachgiebigem Material, der um den Innenumfang des Kernringes (135) zwischen diesem und dem Schaft angeordnet ist, aufweist.5. Sealing package according to one of claims 1 to 4, characterized in that the core part has a core ring ( 135 ), the inner diameter of which is larger than the outer diameter of the shaft ( 51 ), and also a bearing ring ( 137 ) made of tough, resilient material which is arranged around the inner circumference of the core ring ( 135 ) between the latter and the shaft. 6. Dichtungspackung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Lagerringes (137) dasselbe ist wie das der Zusatzringe (133).6. Sealing pack according to claim 5, characterized in that the material of the bearing ring ( 137 ) is the same as that of the additional rings ( 133 ). 7. Dichtungspackung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kernring (135) und der Lagerring (137) gemeinsam im wesentlichen den ganzen Raum zwischen den Zusatzringen (133) in axialer Richtung und zwischen dem Schaft (51) und der Stopfbüchse (65) in radialer Richtung einnehmen.7. Sealing package according to claim 5 or 6, characterized in that the core ring ( 135 ) and the bearing ring ( 137 ) together substantially the entire space between the additional rings ( 133 ) in the axial direction and between the shaft ( 51 ) and the stuffing box ( 65 ) in the radial direction. 8. Dichtungspackung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des Kernringes (135) etwa der Hälfte des kombinierten Volumens der Zusatzringe (133) und des Lagerringes (137) entspricht.8. Sealing pack according to one of claims 5 to 7, characterized in that the volume of the core ring ( 135 ) corresponds to approximately half the combined volume of the additional rings ( 133 ) and the bearing ring ( 137 ). 9. Dichtungspackung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmedehnungskoeffizient des Kernteilmaterials geringer ist als ein Viertel desjenigen des Materials der Zusatzringe (133).9. Sealing package according to one of claims 1 to 8, characterized in that the thermal expansion coefficient of the core part material is less than a quarter of that of the material of the additional rings ( 133 ). 10. Dichtungspackung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Metalldichtring (131) von einer Einrichtung (67) so komprimierbar sind, daß sie teilweise flachgedrückt und mit ihren inneren und äußeren Umfangsrändern in Metall-Metall-Abdichteingriff mit dem Schaft (51) und der Wand der Stopfbüchse (65) gelangen, und daß die Zusatzringe (133) der Dichteinrichtung in Abdichteingriff mit dem Schaft (51) und der Stopfbüchsenwand (65) preßbar sind.10. Sealing pack according to one of claims 1 to 9, characterized in that the first and the second metal sealing ring ( 131 ) by a device ( 67 ) are so compressible that they are partially flattened and with their inner and outer peripheral edges in metal-metal Sealing engagement with the shaft ( 51 ) and the wall of the gland ( 65 ), and that the additional rings ( 133 ) of the sealing device can be pressed into sealing engagement with the shaft ( 51 ) and the gland wall ( 65 ). 11. Dichtungspackung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerring (137) und die Zusatzringe (133) aus einem Material hergestellt sind, welches zu 95% aus Tetrafluoräthylenpolymerisat und zu 5% aus Molybdändisulfid besteht, und daß der Kernteil aus verdichtetem Graphit besteht, und daß der Lagerring (137) die Zusatzringe (133) und der Kernteil (135) im wesentlichen den ganzen Raum zwischen den Metalldichtringen (131), dem Schaft (51) und der Stopfbüchse (65) einnehmen, wenn die Metalldichtringe zusammengepreßt sind, wobei der Kernteil ein Volumen hat, welches etwa einem Drittel des Gesamtvolumens dieses Raums entspricht.11. Sealing pack according to claim 6, characterized in that the bearing ring ( 137 ) and the additional rings ( 133 ) are made of a material which consists of 95% tetrafluoroethylene polymer and 5% molybdenum disulfide, and that the core part consists of compressed graphite and that the bearing ring ( 137 ), the additional rings ( 133 ) and the core part ( 135 ) essentially take up the entire space between the metal sealing rings ( 131 ), the shaft ( 51 ) and the stuffing box ( 65 ) when the metal sealing rings are pressed together, the core part has a volume which corresponds to approximately one third of the total volume of this space. 12. Dichtungspackung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Dichtungssätze (119, 121) vorgesehen sind, die jeweils aus einem ersten und einem zweiten Metalldichtring (131) und der dazwischenliegenden Dichteinrichtung bestehen, und durch einen Anpaßring (129) voneinander getrennt sind.12. Sealing pack according to one of claims 1 to 11, characterized in that at least two sealing sets ( 119, 121 ) are provided, each consisting of a first and a second metal sealing ring ( 131 ) and the sealing device in between, and by an adapter ring ( 129 ) are separated from each other.