УПЛОТНИТЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ ФЛАНЦЕВОГО РАЗЪЕМА ПОДОГРЕВАТЕЛЯ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК F16J15/12 

Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано для уплотнения плоских фланцевых разъемов подогревателей высокого давления.

Одной из проблем в данной области является создание надежной конструкции уплотнительного узла фланцевого разъема. Острота проблемы обусловлена тем, что в процессе эксплуатации подогревателей высокого давления в силу тех или иных причин может произойти падение уровня конденсата и как следствие такого падения температурный перекос фланцев. Резкое увеличение скорости подъема и снижения давления в подогревателях высокого давления также неблагоприятно сказывается на работе уплотнительного узла. Острота проблемы становится особенно ясной при учете того, что габариты фланцевых разъемов достигают нескольких метров, а работы, связанные с заменой уплотнений, сложны, длительны во времени и требуют значительных материальных затрат.

Ранее была предложена конструкция уплотнительного узла фланцевого разъема подогревателя высокого давления (1). Между уплотняемыми поверхностями фланцев установлена прокладка, а на цилиндрических поверхностях фланцев герметично закреплены мембраны, внешние кромки которых герметизированы сваркой. Фланцы стянуты шпильками. Из-за повреждений трубной системы подогреватели высокого давления достаточно часто вскрывают. Мембранные уплотнения допускают ограничение, не более 2-3 вскрытий, причем при каждом последующем вскрытии труднее обеспечить герметичность мембранного уплотнения. Кроме того, требуется обязательное выполнение теплоизоляции фланцев, так как даже местные воздушные сквозняки могут привести к отказу мембранного уплотнения.

Известна конструкция уплотнительной прокладки (2,3) для уплотнения плоских фланцевых разъемов. Спирально наматываемая прокладка имеет кольцо, состоящее из нескольких наложенных один на другой витков профилированной металлической ленты и нескольких витков ленты из расширенного графита профилированной формы, установленных между витками металлической ленты. Уплотнительный материал (расширенный графит) выступает относительно металлических витков при образовании прокладки определенной толщины на 25-40%. Прокладка такого типа может быть использована для уплотнения фланцевых разъемов относительно небольшого размера, поскольку при использовании такой прокладки для уплотнения разъемов, достигающих несколько метров, возникнут проблемы, связанные с ее изготовлением, транспортировкой и установкой между фланцами.

Известна конструкция уплотнительной прокладки (4) для уплотнения плоских фланцевых разъемов. Уплотнительная прокладка содержит кольцевой сердечник из расширенного графита, расположенный между внутренним и наружным металлическими кольцами, которые могут упруго деформироваться в перпендикулярном направлении относительно уплотняемых поверхностей. Расширенный графит согласно изобретению прессуют в кольцевой форме. Этой уплотнительной прокладке свойственны те же недостатки, что и прокладке (2,3).

Была предложена конструкция уплотнительного узла (5), содержащая два кольца: внутреннее и наружное и уплотнительную прокладку из расширенного графита, установленную между кольцами. Уплотнительная прокладка из расширенного графита выполнена методом прессования и имеет ряд профильных поверхностей, которыми она взаимосвязана с кольцами, и профильные поверхности для взаимодействия с фланцами разъема. Оба кольца расположены на разных уровнях до затяжки фланцев. Конструкция уплотнительного узла может быть применена только для уплотнения фланцев небольшого диаметра, например, трубопроводов.

Наиболее близким по своей технической сущности по отношению к заявляемому изобретению является уплотнительный узел фланцевого разъема подогревателя высокого давления (6), содержащий наружное и внутреннее ограничительные кольца и расположенный между ними уплотнительный элемент из расширенного графита с двумя параллельными уплотнительными поверхностями, по крайней мере одна из которых заключена в кольцевые каркасные элементы. Уплотнительный элемент изготовлен путем навивки ленты расширенного графита в многослойное кольцо с последующим его прессованием в процессе затягивания фланцевого соединения.

Данный уплотнительный узел имеет следующие недостатки: сложность обеспечения плотной намотки ленты из расширенного графита в кольцо большого диаметра в силу ее недостаточной прочности и, как следствие, трудность обеспечения заданных механических свойств уплотнительного узла; требуется наличие специальной оснастки для намотки кольца; с уплотняемыми поверхностями в момент затяжки фланцевого соединения контактирует не поверхность ленты, а ее кромки, поэтому в процессе затягивания фланцевого соединения возможна потеря устойчивости отдельных слоев ленты при недостаточно плотной намотки, что приведет к появлению рыхлостей по сечению кольца, а следовательно, к ухудшению качества и надежности уплотнительного узла.

Технический результат, достигаемый заявляемым изобретением, заключается в обеспечении прогнозируемых технических характеристик уплотнительного узла (герметичность, ресурс) при переменных динамических нагрузках.

В основу настоящего изобретения была положена задача разработать конструкцию уплотнительного узла фланцевого разъема подогревателя высокого давления, обладающего высокой надежностью.

Эта задача решается тем, что в уплотнительном узле фланцевого разъема подогревателя высокого давления, содержащего наружное и внутреннее ограничительные кольца и расположенный между ними уплотнительный элемент из расширенного графита с двумя параллельными уплотнительными поверхностями, по крайней мере одна из которых заключена в кольцевые каркасные элементы, согласно изобретению уплотнительный элемент образован гофрированной лентой из расширенного графита, навитой по цилиндрической поверхности, при этом кромки ленты ее продольной стороны перпендикулярны образующим ограничительных колец, гофры на ленте расположены перпендикулярно ее продольной стороне, а высота гофр, по крайней мере, не меньше 1/3 шага гофр.

Целесообразно при плотности ленты из расширенного графита в пределах 0,8-1,2 г/см³ высоту уплотнительного элемента выполнить в 1,2-1,8 раза больше высоты ограничительных колец.

Желательно использовать ленту из расширенного графита с толщиной в пределах 0,4-0,8 мм.

При таком конструктивном выполнении уплотнительного узла фланцевого разъема подогревателя высокого давления отпадает необходимость в обеспечении контролируемого натяжения навиваемой ленты из расширенного графита в процессе ее укладки, а за счет размещения впадин гофр вышележащего слоя на вершинах гофр нижележащего слоя автоматически достигается высокая плотность укладки, что способствует обеспечению прогнозируемых технических (герметичность, ресурс) характеристик уплотнительного узла.

Другие особенности и преимущества настоящего изобретения будут выявлены ниже при рассмотрении конкретного примера его выполнения и прилагаемых чертежей, на которых изображены: фиг.1 - уплотнительный узел в разрезе, фиг.2 - вид по стрелке А, фиг.3 - разрез по Б-Б (фиг.2)
Патентуемый уплотнительный узел 1 фланцевого разъема подогревателя высокого давления содержит наружное 2 и внутреннее 3 ограничительные кольца одинаковой высоты и расположенный между ними уплотнительный элемент 4 из расширенного графита с двумя параллельными поверхностями 5,6. По крайней мере одна из этих поверхностей, верхняя 5 заключена в кольцевые каркасные элементы 7,8, выполненные из стальной нержавеющей ленты. Уплотнительный элемент 4 образован гофрированной лентой 9 из расширенного графита, навитой по цилиндрической поверхности 10, при этом кромки 11 ленты ее продольной стороны перпендикулярны образующим 12 ограничительных колец 2, 3, гофры 13 на ленте расположены перпендикулярно ее продольной стороны, а высота гофр, по крайней мере, не меньше 1/3 шага гофр. При плотности ленты из расширенного графита в пределах 0,8-1,2 г/см³ высота уплотнительного элемента 4 в 1,2-1,8 раза больше высоты ограничительных колец 2,3. При этом при плотности ленты 0,8 г/см³ высота уплотнительного элемента в 1,8 раза больше высоты ограничительных колец, а при плотности ленты 1,2 г/см³ высота уплотнительного элемента в 1,2 раза больше высоты ограничительных колец. Толщина ленты из расширенного графита выбирается в пределах 0,4-0,8 мм.

Нижний предел плотности обусловлен тем, что ниже этой величины лента из расширенного графита не обладает механической прочностью, достаточной для манипулирования с ней без ее разрушения. Верхний предел обусловлен тем, что при затягивании фланцевого соединения подогревателя высокого давления не достичь соединения слоев ленты за счет сил молекулярного сцепления. Нижний предел толщины ленты из расширенного графита в основном определяется удобством работы с лентой, а верхний предел - возможностью получения качественных гофр с отсутствием следов разрушения в местах перегиба ленты из расширенного графита. Выбор высоты гофр, по крайней мере, не меньше 1/3 шага гофр обусловлен тем, что при меньшей высоте гофр гофрированная лента не может быть изогнута на ребро (в направлении ширины ленты), т.е. ее невозможно уложить по дуге.

Монтаж уплотнительного узла фланцевого разъема подогревателя высокого давления осуществляется следующим образом. На нижний фланец 14 подогревателя высокого давления устанавливают внутреннее ограничительное кольцо и с учетом толщины кольцевых каркасных элементов 7,8 осуществляют укладку гофрированной ленты из расширенного графита на нижний фланец 14 по окружности. Гофры ленты направляют радиально внутрь в направлении радиуса кривизны уплотняемого разъема, при этом на внутренней стороне изгиба вершины гофр сближают, а на наружной разводят. При укладке следующего слоя гофрированной ленты на вершины гофр первого слоя укладывают впадины гофр второго слоя. Таким образом, осуществляя навивку по цилиндрической поверхности, набирают требуемую высоту уплотнительного элемента 4, обеспечивая этим простым способом плотную укладку слоев гофрированной ленты. Высота уплотнительного элемента 4 определяется заранее известным способом с учетом принятого значения предварительной затяжки шпилек фланцевого разъема подогревателя высокого давления, возможной величины раскрытия разъема, принятой плотности гофрированной ленты из расширенного графита, ее толщины, диаметра фланцевого разъема.

Затем на уплотнительный элемент 4 со стороны верхней уплотняющей поверхности 5 устанавливают каркасные элементы 7,8, которые целесообразно выполнить в виде кольцевых угольников. Затем осуществляют установку наружного ограничительного кольца 2 и после этого производят затяжку фланцевого соединения до посадки верхнего фланца 15 подогревателя высокого давления на ограничительные кольца 3,2.

В условиях всестороннего сжатия уплотнительного элемента 4, что обеспечивается конструкцией уплотнительного узла, выбранной плотностью ленты из расширенного графита и при соблюдении нормальных напряжений в материале уплотнительного элемента 4 до 2000 кг/см² (достигается варьированием ширины уплотнительного элемента) обеспечивается упругая деформация уплотнительного элемента 4 в пределах 10% от его высоты, что обеспечивает достижение прогнозируемых технических характеристик уплотнительного узла (герметичность, ресурс) при переменных динамических нагрузках.

Источники информации по тексту описания
1. Акц. з-ка JP N 55-38546, кл. F 16 J 15/02.

2. П. US N 5161807, кл. F 16 J 15/12.

3. Меж. з-ка WO N 93/07407, кл. F 16 J 15/12.

4. П. FR N 2573837, кл. F 16 J 15/08.

5. П. FR N 2671848, кл. F 16 J 23/16.

6. З-ка EP N 0251950, кл. F 16 J 15/12.

Уплотнительный узел фланцевого разъема подогревателя высокого давления содержит наружное и внутреннее ограничительные кольца и расположенный между ними уплотнительный элемент из расширенного графита с двумя параллельными уплотнительными поверхностями. При этом уплотнительный элемент образован гофрированной лентой из расширенного графита. Гофрированная лента навита по цилиндрической поверхности, кромки ленты ее продольной стороны перпендикулярны образующим ограничительных колец, гофры на ленте расположены перпендикулярно ее продольной стороне, а высота гофр, по крайней мере, не меньше 1/3 шага гофр. По крайней мере одна из уплотнительных поверхностей уплотнительного элемента заключена в кольцевые каркасные элементы. Изобретение повышает герметичность узла. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Уплотнительный узел фланцевого разъема подогревателя высокого давления, содержащий наружное и внутреннее ограничительные кольца и расположенный между ними уплотнительный элемент из расширенного графита с двумя параллельными уплотнительными поверхностями, по крайней мере одна из которых заключена в кольцевые каркасные элементы, отличающийся тем, что уплотнительный элемент образован гофрированной лентой из расширенного графита, навитой по цилиндрической поверхности, при этом кромки ленты ее продольной стороны перпендикулярны образующим ограничительных колец, гофры на ленте расположены перпендикулярно ее продольной стороне, а высота гофр по крайней мере не меньше 1/3 шага гофр. 2. Узел по п.1, отличающийся тем, что при плотности ленты из расширенного графита в пределах 0,8 - 1,2 г/см² высота уплотнительного элемента в 1,2 - 1,8 раза больше высоты ограничительных колец.