РАЗЪЕМНОЕ НЕПОДВИЖНОЕ УПЛОТНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2000 года по МПК F16J15/02 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к герметизации разъемных неподвижных соединений трубопроводов и магистралей с помощью металлических упругих прокладок.

Известно разъемное уплотнительное устройство, содержащее фланцы с контактирующими поверхностями криволинейной или конической формы, между которыми установлена металлическая прокладка с упругими усами и жестким периферийным участком, причем в одном из фланцев выполнена цилиндрическая посадочная поверхность под фиксирующий кольцевой выступ периферийного участка прокладки, а со стороны одного из усов прокладки во фланце выполнена кольцевая проточка, в которой установлено стопорное разжимное кольцо, фиксирующее прокладку от осевого смещения при монтаже фланцевого соединения (Авторское свидетельство СССР N 1499032, м.п.к. F 16 J 15/02, опубл. 08.04.89 г.).

Устройство предназначено для работы в широком диапазоне давлений и температур в среде агрессивных компонентов при одновременном воздействии вибрационных и динамических нагрузок.

Недостатком известного устройства является размещение стопорного разжимного кольца в нижней рабочей части фланца. Кольцо устанавливается в проточке с радиальным и осевым зазорами, поэтому при воздействии сильных вибраций возможно трение поверхностей стопорного кольца и поверхности проточки, что в условиях высоких температур и нахождения в среде агрессивных компонентов может привести к возгоранию элементов конструкции соединения.

Кроме того, подобное расположение стопорного кольца при заданном диаметре посадочной поверхности фланца и расчетной длине периферийного участка прокладки приводит к необходимости уменьшения длины упругих усов, что при прочих равных условиях уменьшает их податливость, необходимую для компенсации расхождения стыка с обеспечением заданного уровня герметичности.

Решаемая изобретением задача - повышение качества.

Технический результат от использования предлагаемого изобретения состоит в повышении качества и надежности конструкции, в которой стопорное разжимное кольцо установлено над уплотнительной прокладкой со стороны фиксирующего кольцевого выступа, и заключается в следующем:
- уменьшение габаритов соединения за счет использования места, высвобождаемого из-за отсутствия бурта под стопорное кольцо, что позволяет перенести уплотнительную поверхность прокладки на меньший диаметр;
- повышение надежности за счет выноса места трения поверхности фланца и стопорного кольца за пределы прохождения потока компонентов, а также за счет уменьшения возможных расхождений стыка из-за увеличения его жесткости, связанные с уменьшением диаметральных размеров фланцев;
- повышение герметизирующей способности устройства за счет возможности подбора оптимальной длины упругих усов прокладки.

Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата в известном разъемном уплотнительном устройстве трубопровода, содержащем фланцы, первый из которых выполнен с конической поверхностью и с внешней цилиндрической поверхностью, а второй - с вогнутой поверхностью, обращенной к упомянутой конической поверхности первого фланца, прокладку, расположенную между фланцами, одна часть поверхности которой выполнена выпуклой и сопряжена с вогнутой поверхностью второго фланца, а другая часть поверхности которой выполнена конической и сопряжена с конической поверхностью первого фланца, при этом торец прокладки, обращенный к оси трубопровода, выполнен с U-образной канавкой, а противоположный торец прокладки выполнен с кольцевым выступом, внутренняя поверхность которого установлена на внешней цилиндрической поверхности первого фланца, стопорное разжимное кольцо, предназначенное для фиксации прокладки, согласно изобретению стопорное разжимное кольцо выполнено в сечении C-образным и установлено в проточке, выполненной на внешней цилиндрической поверхности первого фланца, кольцевой выступ прокладки снабжен поперечным наружным выступом, который установлен внутри стопорного разжимного кольца.

Возможны дополнительные варианты выполнения устройства, в которых целесообразно, чтобы:
- поперечный наружный выступ кольцевого выступа прокладки был выполнен с конической наружной поверхностью, а большее основание конической поверхности было бы установлено с возможностью охвата его Г-образной частью C-образного стопорного разжимного кольца, расположенной над кольцевым выступом прокладки;
- толщина части прокладки в окрестностях расположения основания U-образной канавки была выполнена меньшей, чем толщина части прокладки с конической и выпуклой поверхностями, с возможностью придания прокладке в продольном сечении вида упругих усов;
- концы упругих усов были снабжены выступами тороидальной формы; прокладка была бы снабжена перепускными отверстиями, расположенными над U-образной канавкой в части прокладки с меньшей толщиной;
- угол образующей конической поверхности прокладки был выбран равным или большим угла образующей конической поверхности фланца;
- радиус кривизны выпуклой поверхности прокладки был выбран равным или большим радиуса кривизны вогнутой поверхности второго фланца;
- были введены болты для соединения фланцев над наружными поверхностями стопорного разжимного кольца и прокладки.

Указанные преимущества, а также особенности настоящего изобретения поясняются лучшим вариантом выполнения устройства со ссылками на прилагаемые чертежи.

На фиг.1 представлено продольное, вдоль оси трубопровода, сечение конструкции устройства после затяжки соединения,
на фиг. 2 - то же, что фиг. 1, до затяжки соединения в увеличенном масштабе, место А на фиг. 1.

Устройство состоит из фланцев 1 и 2, прокладки 3, стопорного разжимного кольца 4, болтов 5 со сферическими головками и шайб 6 со сферической расточкой под головку.

На фланце 1 (фиг. 2) выполнены поверхность 7 конической формы, внешняя цилиндрическая 8, торцевая поверхность 9 и проточка 10 под стопорное разжимное кольцо 4 (фиг. 1).

Прокладка 3 содержит упругие усы 11 (фиг. 2) с кольцевыми уплотнительными выступами тороидальной формы 12 и периферийное кольцо 13 с уплотнительными поверхностями: наружной выпуклой 14 с радиусом R1 и внутренней конической 15.

Для улучшения уплотнения поверхности 7 и 15 имеют разные углы β и α (при этом α ≥ β). Фланец 2 имеет вогнутую поверхность 16 с радиусом R2, при этом R1 может быть выбран меньшим или равным R2. На периферийном кольце 13 на торце прокладки 3 со стороны большего диаметра выполнены кольцевой выступ 17, внутренняя поверхность которого установлена на внешней цилиндрической поверхности 8 первого фланца 1, с внутренней заходно-центрирующей поверхностью 18, внешней цилиндрической поверхностью 19 и торцевой поверхностью 20, на которой выполнен поперечный наружный выступ 21, входящий во внутреннюю кольцевую проточку 22 стопорного разжимного кольца 4 (фиг. 2).

Между барьерами уплотнения, образованного уплотнительными выступами 12 и уплотнительными поверхностями 14 и 15, в прокладке 3 выполнены перепускные отверстия 23. На фланце 1 для отвода утечек предусмотрен канал 24, заканчивающийся штуцером (условно на фигурах не показан) (фиг. 1, 2).

На все уплотнительные поверхности прокладки 3 нанесено мягкое герметизирующее покрытие (медь, серебро, фторопласт и т.п).

Устройство (фиг. 1, 2) работает следующим образом.

Сначала на фланец 1 устанавливается стопорное разжимное кольцо 4, которое фиксируется в проточке 10 фланца. Затем на фланец 1 устанавливается прокладка 3 и центрируется своей заходно-центрирующей поверхностью 18 кольцевого выступа 17 по посадочной цилиндрической поверхности 8 фланца 1. При дальнейшем перемещении прокладки 3 вдоль оси соединения конический поперечный наружный выступ 21 прокладки 3 входит в соприкосновение с заходной фаской на стопорном разжимном кольце 4, разжимает его и фиксируется поперечным наружным выступом 21 во внутренней проточке 22 кольца 4. Затем на прокладку 3 устанавливается фланец 2 и производится затяжка устройства болтами 5. При затяжке происходит последовательное обжатие упругих усов 11 и упругая деформация периферийного кольца 13 прокладки 3 и фланца 2 до обеспечения полного контактирования уплотнительных поверхностей 14 и 15 прокладки 3 с поверхностями 16 и 7 фланцев. При этом заходно- центрирующая поверхность 18 кольцевого выступа 17 перемещается по посадочной цилиндрической поверхности 8 фланца 1.

В конечном положении между торцом 9 фланца 1, торцами стопорного разжимного кольца 4 и торцом 20 прокладки 3 должны быть гарантированные зазоры.

При подаче давления уплотняемой среды за счет эффекта самоуплотнения контактное давление на уплотнительных поверхностях выступов 12 упругих усов 11 увеличивается; при этом за счет перемещения упругой прокладки 3 в радиальном направлении под действием внутреннего давления в сочетании с сужающимися к периферии устройства посадочным местом также возрастает контактное давление на уплотнительных поверхностях 14 и 15 прокладки 3. Поддержание требуемой величины контактного давления на уплотнительных поверхностях при возможных расхождениях стыка во время работы устройства обеспечивается за счет упругой отдачи усов 11 и обратного разворота сечения периферийного кольца 13 прокладки 3 в исходное положение, причем чем длиннее усы 11, тем выше их упругость и выше самоуплотняющий эффект, т.е. выше герметизирующая способность устройства.

Изобретение предназначено для герметизации неподвижных соединений трубопроводов и магистралей, через которые транспортируется высокотемпературная окислительная среда. Это устройство может быть использовано в магистралях жидкостных ракетных двигателей.

Изобретение относится к уплотнительной технике, в частности к герметизации неподвижных соединений трубопроводов и магистралей с помощью металлических упругих прокладок. Разъемное неподвижное уплотнительное устройство включает фланцы с уплотнительными поверхностями, на одном - конической, а на другом - вогнутой формы, уплотнительную прокладку и стопорное разжимное кольцо. Прокладка содержит упругие усы, контактирующие с уплотнительными поверхностями фланцев, и кольцевой выступ, внутренняя цилиндрическая поверхность которого находится в контакте с внешней цилиндрической поверхностью. Стопорное разжимное кольцо имеет в сечении С-образную форму и фиксируется в кольцевой проточке, выполненной на упомянутой цилиндрической поверхности фланца. Кольцевой выступ прокладки снабжен поперечным наружным выступом, который входит в проточку стопорного кольца. Изобретение позволяет уменьшить габариты соединения, повысить его надежность и герметизирующие свойства. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Разъемное неподвижное уплотнительное устройство, содержащее фланцы, первый из которых выполнен с конической поверхностью и с внешней цилиндрической поверхностью, а второй - с вогнутой поверхностью, обращенной к упомянутой конической поверхности первого фланца, прокладку, расположенную между фланцами, одна часть поверхности которой выполнена выпуклой и сопряжена с вогнутой поверхностью второго фланца, а другая часть поверхности которой выполнена конической и сопряжена с конической поверхностью первого фланца, при этом торец прокладки, обращенный к оси трубопровода, выполнен с U-образной канавкой, а противоположный торец прокладки выполнен с кольцевым выступом, внутренняя поверхность которого установлена на внешней цилиндрической поверхности первого фланца, стопорное разжимное кольцо, предназначенное для фиксации прокладки, отличающееся тем, что стопорное разжимное кольцо выполнено в сечении С-образным и установлено в проточке, выполненной на внешней цилиндрической поверхности первого фланца, кольцевой выступ прокладки снабжен поперечным наружным выступом, который установлен внутри стопорного разжимного кольца. 2. Разъемное неподвижное уплотнительное устройство по п.1, отличающееся тем, что поперечный наружный выступ выполнен с конической наружной поверхностью, а большее основание конической поверхности было бы установлено с возможностью охвата его Г-образной частью С-образного стопорного разжимного кольца, расположенной над кольцевым выступом прокладки. 3. Разъемное неподвижное уплотнительное устройство по п.1, отличающееся тем, что толщина части прокладки в окрестностях расположения основания U-образной канавки выполнена меньшей, чем толщина части прокладки с конической и выпуклой поверхностями, с возможностью придания прокладке в продольном сечении вида упругих усов. 4. Разъемное неподвижное уплотнительное устройство по п.3, отличающееся тем, что концы упругих усов снабжены выступами тороидальной формы. 5. Разъемное неподвижное уплотнительное устройство по п.3, отличающееся тем, что прокладка снабжена перепускными отверстиями, расположенными над U-образной канавкой в части прокладки с меньшей толщиной. 6. Разъемное неподвижное уплотнительное устройство по п.1, отличающееся тем, что угол образующей конической поверхности прокладки выбран равным или большим угла образующей конической поверхности фланца. 7. Разъемное неподвижное уплотнительное устройство по п.1, отличающееся тем, что радиус кривизны выпуклой поверхности прокладки выбран равным или меньшим радиуса кривизны вогнутой поверхности второго фланца. 8. Разъемное неподвижное уплотнительное устройство по п.1, отличающееся тем, что введены болты для соединения фланцев над наружными поверхностями стопорного разжимного кольца и прокладки.