ЦИЛИНДРИЧЕСКОЕ УПЛОТНЕНИЕ Российский патент 2001 года по МПК F16J15/00 

Изобретение относится к области уплотнительной техники, касается, в частности, уплотнения цилиндрических поверхностей с коническим посадочным местом и может быть использовано для уплотнения тепловыделяющих сборок (ТВС) и в запорной арматуре реакторного оборудования атомных электростанций (АЭС), работающих при изменяющихся температуре и давлении.

Наиболее сложной в области уплотнительной техники является задача по уплотнению разъемных, периодически подвижных по сопрягаемым цилиндрическим поверхностям соединений, работающих в условиях изменяющихся давления и температуры и подвергающихся периодическому разъединению. К таким объектам относятся, например, уплотнения тепловыделяющих сборок в технологических каналах АЭС и запорная арматура. Для надежной работы уплотнений в этих случаях необходимо, чтобы уплотнение допускало значительное радиальное перемещение при приложении нагрузки и уменьшение своего диаметра при снятии нагрузки с возможностью надежного уплотнения при очередном приложении сжимающего усилия, т.е. допускало многоразовость использования. В наибольшей степени этим требованиям отвечают уплотнения, содержащие навитые по цилиндрической спирали полосы наполнителя и армирующей упругой основы [1]. Недостатком такого уплотнения является то, что надежность работы уплотнения резко снижается при циклических нагружениях, т.е. уплотнение не обладает необходимой остаточной упругостью.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является цилиндрическое уплотнение [2] , содержащее полосы наполнителя, навитые по спирали, торцевые поверхности которых защемлены между лопастями опорного и нажимного металлических колец.

Недостатком цилиндрического уплотнения по ближайшему аналогу является то, что оно не может быть применено в таком виде, когда торцевое посадочное место под уплотнение выполнено коническим.

Задача, решаемая изобретением, заключается в расширении функциональных возможностей применения цилиндрического уплотнения, изготовленного навивкой.

Сущность предлагаемого технического решения состоит в том, что в цилиндрическом уплотнении, содержащем полосы наполнителя, навитые по спирали, торцевые поверхности которых защемлены между лопастями опорного и нажимного металлических колец, предложено опорное кольцо выполнить в форме асимметричного клина с усеченной внешней лопастью. Кроме того, предложено внутреннюю лопасть опорного кольца выполнить с отогнутой по радиусу в сторону наполнителя кромкой, а высоту наружной лопасти выполнить равной 0,2 - 0,6 от высоты внутренней лопасти.

Выполнение опорного кольца в форме асимметричного клина с усеченной внешней лопастью обеспечивает плавное заполнение конуса вначале за счет перемещения наружных слоев наполнителя в сторону клинового углубления, а затем за счет подпора внутренних слоев в этом же направлении. В процессе такого перемещения наполнителя в клине наполнитель уплотняется, что приводит к возникновению дополнительной силы, действующей на наполнитель в направлении к наружной уплотняемой поверхности как вследствие ответной реакции конической опорной поверхности. Это обеспечивает дополнительный эффект уплотнения по наружной поверхности, в том числе и имеющей механические повреждения. Наличие на внутренней лопасти кромки, отогнутой по радиусу в сторону наполнителя при высоте внешней лопасти, составляющей 0,2 - 0,6 от высоты внутренней лопасти, дополнительно обеспечивает надежное внедрение ее в материал наполнителя, чем обеспечивается ее защита от сдвига при сжатии и защемления при снятии нагрузки, и создаются условия для многоразового использования уплотнения. Кроме того, это гарантирует прочное сцепление внутренней лопасти опорного кольца с массой наполнителя с получением дополнительного самоуплотняющегося (от P сжатия) участка на клиновой опорной поверхности в верхней части внутренней лопасти, где обеспечивается дополнительное уплотнение эластичным клином материала наполнителя по этой опорной конической поверхности. Форма асимметричного клинообразного опорного кольца с усеченной лопастью обеспечивает уплотнению хорошую соосность при сборке с кольцевой заготовкой. Совокупность всех указанных признаков обеспечивает надежную работу уплотнения по коническому посадочному месту. Такое конструктивное выполнение уплотнения позволяет существенно повысить осевую и радиальную упругость уплотнения, значительно улучшить условия деформации при осевом сжатии и создать дополнительные кольцевые зоны, самоуплотняющиеся от рабочего давления уплотняемой среды.

Предлагаемое цилиндрическое уплотнение поясняется графическим материалом, где
на фиг. 1 изображен общий вид цилиндрического уплотнения; на фиг. 2 - фрагмент поперечного сечения асимметричного клинообразного опорного кольца.

Цилиндрическое уплотнение (фиг. 1) состоит из полос наполнителя 1 навитых по спирали, торцевые поверхности которых защемлены между лопастями верхнего нажимного металлического кольца 2 и нижнего опорного кольца 3. Нажимное кольцо 2 выполнено волнообразным. Опорное кольцо 3 выполнено в форме асимметричного клина с усеченной внешней лопастью 4 и внутренней лопастью 5 с отогнутой по радиусу (R) в сторону наполнителя 1 кромкой, причем высота (h) внешней лопасти 4 составляет 0,2 - 0,6 от высоты (H) внутренней лопасти 5 (фиг. 2). В исходном положении (до сжатия) опорное кольцо 3 опирается в опорно-уплотняемую поверхность 6 (фиг. 2) только своей вершиной.

Изготовление цилиндрического уплотнения осуществляют в три этапа. Сначала из полос навивают кольцевую втулку - заготовку из наполнителя 1. Затем в специальных пресс-формах формуют нажимное 2 и опорное 3 кольца. После этого заготовку обжимают в пресс-форме вместе с кольцами 2 и 3 до обеспечения заданных размеров и плотности материала наполнителя 1. При осевом сжатии уплотнения обеспечивается скользящий кольцевой контакт вершины цилиндрического уплотнения, при этом масса материала наполнителя 1 проникает практически до вершины углового сопряжения уплотняемых поверхностей 6 и 7 (фиг.2). При осевом сжатии наполнителя 1 формируется дополнительная зона 8 уплотнения, образованная опорно-клиновой отогнутой по радиусу (R) внутренней лопастью 5 опорного кольца 3. Наполнитель 1 из зоны 8 перемещается в процессе сжатия в сторону наружного диаметра, при этом увеличивается плотность и, следовательно, прочность клиновой вершины цилиндрического уплотнения.

Такое конструктивное решение позволит решить задачу по герметизации цилиндрическими навитыми уплотнениями периодически подвижных разъемных соединений с клиновыми опорными поверхностями, работающих в тяжелых условиях при циклически изменяющихся высоких температурах и давлениях уплотняемой рабочей среды. Предлагаемое техническое решение позволит повысить ресурс работы и надежную герметизацию узлов реакторного оборудования.

Используемая литература
1. Патент РФ N 2047798, Бюл. N 31, 10.11.95 г.

2. Патент РФ N 2103575, Бюл. N 3, 27. 01. 98 г. - ближайший аналог.

Изобретение относится к уплотнительной технике, в частности к уплотнениям цилиндрических поверхностей с коническим посадочным местом. В цилиндрическом уплотнении полосы наполнителя навиты по спирали, а торцевые поверхности защемлены между лопастями опорного и нажимного металлических колец. Опорное кольцо выполнено в форме асимметричного клина с усеченной внешней лопастью. Изобретение позволяет повысить ресурс работы и надежную герметизацию узлов реакторного оборудования. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Цилиндрическое уплотнение, содержащее полосы наполнителя, навитые по спирали, торцевые поверхности которых защемлены между лопастями опорного и нажимного металлических колец, отличающееся тем, что опорное кольцо выполнено в форме асимметричного клина с усеченной внешней лопастью. 2. Цилиндрическое уплотнение по п.1, отличающееся тем, что внутренняя лопасть опорного кольца выполнена с отогнутой по радиусу в сторону наполнителя кромкой, а высота внешней лопасти составляет 0,2 - 0,6 высоты внутренней лопасти.