УПЛОТНИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ Российский патент 1994 года по МПК F16J15/02 

Изобретение относится к уплотнительной технике, в частности к уплотнительным устройствам скважинных геофизических приборов.

Известен уплотнительный элемент в виде гофрированной в радиальном направлении пластины с острыми кромками на свободных концах, врезающимися в уступы фланцев.

Недостатком изобретения является высокое усилие герметизации, связанное с необходимостью значительной деформации уплотнительного элемента.

Цель изобретения - снижение усилия герметизации и повышение надежности работы.

На чертеже изображено уплотнительное устройство с использованием уплотнительного элемента.

Устройство содержит уплотнительный элемент 1, состоящий из гофрированной пластины 2 и низкомодульного покрытия 3, нанесенного на нее с двух сторон, который размещен между фланцами 4 и 5, жестко соединенных с помощью болта 6, гайки 7, шайбы 8. Свободные концы пластины 2 заострены и контактируют с уступами фланцев 4 и 5.

Уплотнительный элемент работает следующим образом.

С помощью болтов 6, гаек 7, шайб 8 осуществляется затяжка фланцевого соединения с деформацией уплотнительного элемента 1. При этом в местах контакта уплотнительного элемента 1 с поверхностями фланцев 4 и 5 (как на максимумах синусоиды, так и на свободных концах гофрированной пластины 2) осуществляется герметизация неподвижного стока, образованного фланцами 4 и 5.

Синусоидальная форма уплотнительного элемента 1 обеспечивает наиболее равномерно распределенное по нагрузке деформационное состояние. Это позволяет снизить усилие герметизации, повысить долговечность уплотнительного элемента и надежность его работы. За счет многократного контакта уплотнительного элемента 1 с поверхностями стыка создается многоступенчатая герметизация уплотнения. В случае, если в результате перепада температур или увеличения давления среды происходит разгерметизация первой ступени уплотнения, герметичность поддерживается последующими ступенями. При этом, чтобы обеспечить надежность уплотнения, количество ступеней, определяемое числом максимумов синусоиды, должно быть не меньше двух. С другой стороны, большее число максимумов приводит к увеличению геометрических размеров и усилия затяжки, при этом надежность уплотнения повышается незначительно. Кроме того, возрастает сложность изготовления такого уплотнительного элемента с правильной геометрической формой (возможно коробление, отклонение формы от синусоидальной и т.д.).

Оптимальная толщина низкомодульного покрытия, наносимого на гофрированную пластину для повышения герметичности уплотнения, облегчения сборки и увеличения надежности при эксплуатации, зависит от качества механической обработки уплотнительных поверхностей и составляет (80...100) R_a, где R_a - показатель шероховатости поверхности пластины (среднее арифметическое отклонение профиля).

Если утечки в соединении при отсутствии покрытия Q_о, а при наличии покрытия Q_п, то отношение Q_п/Q_о при одинаковых размерах соединения и условиях эксплуатации зависит только от среднего зазора в соединении и относительной площади контакта, т.е.

= · , (1), (1) где h_п и h - зазор в соединении при наличии и отсутствии покрытия;
η_n и η- относительная площадь контакта при наличии и отсутствии покрытия.

Покрытие приводит к резкому снижению утечки через соединение за счет снижения жесткостных свойств соединения, но начиная с толщин Δ_к≥ 100 R_a влияние толщины покрытия нивелируется. Это соответствует моменту, когда жесткостными свойствами подложки можно пренебречь.

Для изготовления гофрированной пластины в зависимости от условий эксплуатации и типа уплотнительного устройства могут быть использованы различные материалы (как металлы, так и полимерные материалы, резины). Соотношение твердостей материалов гофрированной пластины и материалов уплотняемых деталей может быть как прямым (т.е. твердость гофрированной пластины больше твердости уплотняемых деталей), так и обратным.

Устройство целесообразно использовать в экстремальных условиях, в том числе на больших глубинах при проведении геофизических исследований, при высоких температурах и больших амплитудах термоциклирования, в агрессивных средах, при высоких требованиях к долговечности.

Изобретение имеет следующие преимущества: возможность компенсации температурных деформаций уплотнения за счет наличия острых кромок на свободных концах гофрированной пластины; тепло- и агрессивностойкость уплотнительного элемента при использовании фторопласта в качества низкомодульного покрытия; широкий температурный интервал использования уплотнительного элемента (в том числе и при отрицательных температурах).

Использование: изобретение используется как уплотнительное устройство скважинных геофизических приборов. Сущность изобретения: в уплотнительном элементе в виде гофрированной в радиальном направлении пластины с острыми кромками на свободных концах гофры имеют синусоидальную форму, а на поверхность пластины с двух сторон нанесено антифрикционное низкомодульное покрытие толщиной (80 100)Ra где Ra - показатель шероховатости поверхности пластины (среднее арифметическое отклонение профиля). Положительный эффект: снижение усилия герметизации и повышение надежности работы. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. УПЛОТНИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ, выполненный в виде гофрированной в радиальном направлении пластины с острыми кромками на свободных концах, отличающийся тем, что гофры выполнены синусоидальной формы, а на поверхности пластин с двух сторон нанесено антифрикционное низкомодульное покрытие толщиной (80 - 100) R_a, где R_a - показатель шероховатости поверхности пластины (среднее арифметическое отклонение профиля). 2. Элемент по п.1, отличающийся тем, что гофры выполнены с двумя максимумами синусоиды, а низкомодульное покрытие выполнено из фторопласта.