УПЛОТНЕНИЕ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО СОЕДИНЕНИЯ Российский патент 2002 года по МПК F16J15/08 

Изобретение относится к уплотнительным устройствам для неподвижных соединений, а более точно к уплотнению высокотемпературного соединения, в частности к уплотнению между корпусом и буксой паровпускного клапана паровой турбины.

Известны многочисленные виды уплотнений с применением в них эластичных элементов, которые позволяют обеспечить высокую плотность соединений, но не могут быть использованы в условиях воздействия высоких температур. Для высокотемпературных соединений применяют жесткие прокладки или иные уплотнительные элементы из металлов. При этом необходимо предусматривать специальные меры для плотного обжатия уплотняемых поверхностей.

Известно уплотнение высокотемпературного соединения, содержащее корпус с уплотняемой в нем деталью и уплотнительный кольцевой элемент с одной выпуклой поверхностью, обращенной к корпусу, и с двумя другими выпуклыми торцевыми поверхностями, примыкающими к первой. В этом уплотнении кольцевой уплотнительный элемент выполнен из материала с коэффициентом линейного расширения, большим, чем у корпуса и уплотняемой детали, и размещен торцевыми поверхностями между двумя опорными площадками, одна из которых образована на опорном кольце, выполненном из материала с коэффициентом линейного расширения, большим, чем у кольцевого уплотнительного элемента (1).

При работе такого уплотнения в условиях высокой температуры кольцевой уплотнительный элемент расширяется в радиальном и осевом направлениях и за счет этого выбираются монтажные радиальный и осевой зазоры, обеспечивая необходимый натяг в соединении. Однако этот натяг в указанном уплотнении не может быть отрегулирован в процессе сборки и требуется очень точный и сложный расчет всех элементов уплотнения для обеспечения натяга, достаточного для получения необходимой плотности конструкции, но не превышающего величин, при которых происходят пластические деформации в рабочем диапазоне температур.

Известно высокотемпературное уплотнение, применяемое, в частности, для клапанов паровых турбин, которое содержит кольцевой уплотнительный элемент с клиновидной формой сечения, обжимаемый в клиновидном проеме между уплотняемыми поверхностями корпуса и установленной в нем деталью, и нажимной элемент (2). При этом для обеспечения большего контактного давления и более плотного прилегания кольцевого элемента к уплотняемым поверхностям этот элемент изготавливают из металла с низким сопротивлением ползучести и имеющего так же, как и у упомянутого выше аналога, коэффициент линейного расширения выше, чем у металла корпуса и второй детали соединения.

С помощью нажимного элемента в описанном уплотнении обеспечивается расчетное контактное давление на уплотняемых поверхностях в процессе сборки, а при работе под действием высоких температур происходит расширение кольцевого уплотнительного элемента и за счет его меньшей твердости - смятие и заполнение микронеровностей уплотняемых поверхностей. Тем самым достигается подтвержденная многолетней эксплуатацией высокая плотность соединения и надежность действия такого уплотнения. Однако ремонтопригодность соединения с использованием этого уплотнения не является удовлетворительной, так как после разборки соединения при ремонтах необходимо осуществлять обработку поверхностей уплотнительного кольца с использованием специальной оснастки. Эта обработка существенно увеличивает трудоемкость ремонта таких изделий, как клапаны крупных паровых турбин, а изготовление и хранение оснастки для каждого типоразмера в условиях электростанции не являются рациональными.

Известно также уплотнение высокотемпературного соединения, являющееся ближайшим аналогом настоящего изобретения, которое содержит основной кольцевой уплотнительный элемент с высоким сопротивлением ползучести, устанавливаемый в клиновидном проеме между уплотняемыми поверхностями корпуса и заключенной в него деталью, промежуточное кольцевое уплотнительное средство из материала с более низким расчетным сопротивлением ползучести и контактирующий с основным кольцевым элементом нажимной элемент (3). В таком известном уплотнении основной кольцевой уплотнительный элемент, как и в предыдущем аналоге, выполнен с клиновидной формой сечения, а промежуточное уплотнительное средство выполнено в виде, по меньшей мере, одного выступающего пояса из металла, заплавленного в кольцевые канавки на основном уплотнительном элементе. Тем самым промежуточное уплотнительное средство выполняет функцию сальника, заполняя под действием высокого контактного давления и температуры все неровности уплотняемой поверхности корпуса.

В таком известном уплотнении, как и в описанном предыдущем аналоге, при ремонте необходимы кроме снятия пояска заплавленного металла зачистка кольцевого углубления под него и наплавка нового слоя.

В основу настоящего изобретения поставлена задача создания такого уплотнения высокотемпературного соединения, сочетание элементов которого обеспечивало бы достижение необходимой плотности при сборке соединения и обладало бы хорошей ремонтопригодностью при относительно простом исполнении.

Эта задача решается в уплотнении высокотемпературного соединения, которое содержит основной кольцевой уплотнительный элемент между уплотняемыми поверхностями корпуса и заключенной в него деталью, выполненный из материала с высоким сопротивлением ползучести, промежуточное кольцевое уплотнительное средство - из материала с относительно низким сопротивлением ползучести, и нажимной элемент, и в котором в соответствии с сущностью настоящего изобретения основной уплотнительный элемент выполнен с поверхностью тора или его части, а промежуточное уплотнительное средство - с формой, охватывающей поверхность тора с обеих сторон.

Такое уплотнение обладает таким же уплотняющим качеством, как и ближайший аналог, но вместе с тем более хорошей ремонтопригодностью, сводящейся, по существу, к замене промежуточного уплотняющего средства. Кроме того, кольцевой уплотнительный элемент обладает более простой формой и комплектуется промежуточным уплотнительным средством в процессе сборки уплотнительного соединения.

Промежуточное уплотнительное средство может иметь различную форму, в частности в виде кольцевой манжеты с V-образным поперечным сечением. В ряде случаев более предпочтительным по технологическим возможностям может быть выполнение этого средства в виде двух пластинчатых колец, по меньшей мере одно из которых имеет форму конусообразной детали.

Сущность настоящего изобретения поясняется следующим далее подробным описанием примеров его реализации, изображенных на прилагаемых чертежах, на которых:
Фиг. 1 показывает узел соединения с одним примером осуществления изобретения, в продольном разрезе;
Фиг. 2 - узел соединения с другим конструктивным исполнением уплотнения согласно изобретению, в продольном разрезе.

Изображенные на чертежах примеры привязаны к паровпускным клапанам паровых турбин, работающих с паром высоких давлений и температуры - до 560^oC и выше. На чертежах показаны узлы соединения корпуса 1 с буксой 2 в месте расположения крышки 3 корпуса. В этом месте у торца буксы 2 обращенные друг к другу поверхности буксы 2 и корпуса 1 обточены на конус, образуя клиновидный проем между уплотняемыми поверхностями 4 и 5 соответственно корпуса 1 и буксы 2, а в этом проеме установлено уплотнение, состоящее из основного кольцевого уплотнительного элемента, промежуточного кольцевого уплотнительного элемента и нажимного элемента.

В примере, изображенном на фиг. 1, основной уплотнительный элемент выполнен в виде тора 6, а промежуточный уплотнительный элемент - в виде манжеты 7, охватывающей тор 6, располагаясь между ним и уплотнительными поверхностями 4 и 5. Нажимной элемент в этом примере представляет собой кольцевой выступ 8 на крышке 3 корпуса 1.

В примере, изображенном на фиг. 2, основной уплотнительный элемент выполнен в виде части тора 9, а промежуточный уплотнительный элемент - в виде двух пластин 10 и 11, имеющих форму конусообразных деталей. Из чертежа видно, что они располагаются с двух сторон между указанным элементом 9 в виде части тора и уплотняемыми поверхностями 4 и 5. В этом примере нажимной элемент выполнен в виде кольца 12, центрируемого в кольцевой канавке крышки 3 корпуса 1.

В обоих примерах основной уплотнительный элемент 6 и 9 выполнен из жаропрочной стали, обладающей высоким сопротивлением ползучести, а значит, и твердостью, у которой также коэффициент теплового расширения не меньше, чем у металла корпуса 1 и буксы 2. Промежуточный уплотнительный элемент 7, 10 и 11 выполнен из жаропрочного, но более мягкого сплава, обладающего меньшим сопротивлением ползучести и предпочтительно большим коэффициентом теплового расширения, чем у других деталей. Для предотвращения перерезывания этого уплотнительного элемента между торцем буксы 2 и крышкой 3 корпуса размещено опорное кольцо подкладное 13, выполненное из прочного твердого металла.

Последовательность сборки соединений, изображенных на чертежах и описанных, очевидна. В процессе сборки, при стягивании крышки 3 с корпусом 1, нажимной элемент 8 или 12 надавливает на основной уплотнительный элемент, который осуществляет распор промежуточного уплотнительного элемента, его смятие и заполнение металлом этого элемента микронеровностей уплотняемых поверхностей 4 и 5. В процессе работы под действием высокой температуры за счет большего теплового расширения промежуточного уплотнительного элемента происходит его дополнительное поджатие к уплотняемым поверхностям.

При ремонтах, в зависимости от степени износа промежуточного уплотнительного элемента, он может быть заменен или подвергнут рихтовке.

Следует понимать, что описанные примеры лишь иллюстрируют изобретение, но не являются единственно возможными. В частности, обточена на конус может быть только одна из поверхностей корпуса 1 или буксы 2 с образованием одностороннего клинового проема, возможна иная форма исполнения нажимного элемента и прочие видоизменения, не выходящие за пределы формулы изобретения.

Источники информации
1. Авт. св. СССР 916835, F 16 J 15/02, 1982 г.

2. А. Д. Трухний, С. М. Лосев. Стационарные паровые турбины. М. , 1981 г. , с. 153, рис. 5.27.

3. Патент США 3690685, F 16 J 15/08, 1972 г.

Изобретение относится к уплотнительным устройствам. Уплотнение устанавливается в клиновидном проеме между уплотняемыми поверхностями корпуса и заключенной в него деталью. Уплотнение содержит основной кольцевой уплотнительный элемент, промежуточное кольцевое уплотнительное средство и нажимной элемент, воздействующий на основной уплотнительный элемент. Основной уплотнительный элемент выполнен из металла, имеющего высокое сопротивление ползучести, а промежуточный уплотнительный элемент выполнен из металла с относительно низким сопротивлением ползучести, сминаемого под действием натяжного усилия и температуры. Основной уплотнительный элемент выполнен в форме тора или его части, а промежуточный уплотнительный элемент - в виде манжеты или конусообразных кольцевых пластин, охватывающих торовую поверхность, располагаясь между основным уплотнительным элементом и уплотняемыми поверхностями. Такое уплотнение обеспечивает достижение необходимой плотности и обладает хорошей ремонтопригодностью. 2 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. Уплотнение высокотемпературного соединения, содержащее основной кольцевой уплотнительный элемент в клиновидном проеме между уплотняемыми поверхностями корпуса и заключенной в него деталью, обладающий высоким сопротивлением ползучести, промежуточное кольцевое уплотнительное средство с относительно низким сопротивлением ползучести и нажимной элемент, контактирующий с основным кольцевым элементом, отличающееся тем, что основной уплотнительный элемент выполнен в виде тора или его части, а промежуточное уплотнительное средство - с формой, охватывающей поверхность тора с обеих сторон между уплотняемыми поверхностями. 2. Уплотнение по п. 1, отличающееся тем, что промежуточное уплотнительное средство выполнено в виде кольцевой манжеты с V-образным поперечным сечением. 3. Уплотнение по п. 1, отличающееся тем, что промежуточное уплотнительное средство выполнено из двух пластинчатых колец, по меньшей мере одно из которых - в форме конусообразной детали.