ФЛАНЦЕВОЕ СОЕДИНЕНИЕ СОСУДА Российский патент 2002 года по МПК F16L23/00 

Изобретение относится к устройствам для герметичного разъемного соединения сосудов и трубопроводов и может быть применено в нефтехимическом, энергетическом и другом оборудовании, работающем при высоких параметрах рабочей среды.

Известны фланцевые соединения по ГОСТ 12815-80 - ГОСТ 12822-80 "Фланцы арматуры соединительных частей и трубопроводов" ГОСТ 28759.1-90 "Фланцы сосудов и аппаратов". Все эти конструкции фланцевых соединений предусматривают использование мягких пластичных плоских прокладок. Усилие затяжки фланцевых соединений выбирается с учетом поджатия пластичного материала прокладок для заполнения микронеровностей сопрягаемых поверхностей и усилия, противодействующего от давления рабочей среды сосуда на трубопроводе. Последняя составляющая усилия может быть весьма существенной (при высоких давлениях), что приводит к большим усилиям затяжки шпилек фланцевых соединений.

Недостатком подобных соединений является невозможность обеспечения равномерного удельного давления на уплотнительных поверхностях в процессе монтажа и эксплуатации. При монтаже ввиду практической ограниченности жесткости фланцев удельное давление вблизи шпилек больше, чем между ними. Различны удельные давления и деформации и в поперечном сечении уплотнительных элементов. В случае резкого изменения температуры рабочей среды, в связи с асимметричным изменением температурного поля, герметичность соединения нарушается. Это объясняется значительным снижением удельного давления на уплотнительных элементах в зоне пониженной температуры. Данное явление наблюдается, например, при ускоренном прогреве горизонтального паропровода во время пуска установки, где нижняя часть соединения заполняется конденсатом, который образует зону пониженной температуры. Анализ приведенных аналогов (конструкции вышеперечисленных ГОСТов) свидетельствует о наличии явного технического противоречия, суть которого заключается в том, что два соединяемых фланца (с прокладкой или без нее), с одной стороны, являются носителями уплотнительных элементов, где требуется максимальная плоскостность уплотнительных поверхностей и их высокая чистота обработки, с другой стороны, эти фланцы являются силовыми, испытывающими значительные деформации. Деформации изгиба существенно влияют на плоскостность уплотнительной поверхности.

В патенте RU 2049286 "Соединение крышки с корпусом сосуда", принятом за прототип, удалось конструктивно разрешить это техническое противоречие и тем самым повысить надежность разъемного соединения. Это достигнуто тем, что уплотнительные элементы фланцевых соединений (крышки и корпуса) выполнены в виде колец, взаимодействующих каждый со своим фланцем посредством кольцеобразного пояска, расположенного по линии, разделяющей уплотнительную поверхность кольца на равновеликие площади, и герметично соединенных с возможностью самоустановки.

Однако широкое использование данного технического решения ограничивается некоторыми сложностями конструкции при изготовлении. Необходимость выполнения двух герметичных соединений в виде усеченного тора непосредственно на фланцах с последующим контролем после приварки, особенно на крупногабаритных деталях, усложняет изготовление изделий.

Задача, решаемая изобретением - повышение технологичности конструкции.

Технический результат от использования изобретения заключается в получении технологичной конструкции фланцевого соединения с уменьшением трудоемкости изготовления.

Указанный технический результат достигается тем, что герметичный элемент установлен между двумя уплотнительными элементами, образуя автономную линзу, с возможностью самоустановки через кольцеобразный поясок. В кольцеобразном пояске выполнен по меньшей мере один сквозной канал, соединяющий полость между кольцеобразным пояском и герметичным элементом с внутренней полостью сосуда.

На фиг.1 изображено продольное сечение разъемного фланцевого соединения.

На фиг.2 изображен вид Б фиг.1.

На фиг.3 изображено сечение В-В фиг.2.

Соединение состоит из фланцев 1 и 2, прокладок 3, крепежных деталей 4 и 5. Соединение содержит линзу, которая состоит из двух колец 6 и 7 и с герметичным элементом 8, выполненным в виде тора, расположенного между кольцами 6,7 и герметично соединенного с ними. Кольцо 6 на одном торце имеет уплотнительную поверхность 9, а на другом торце выполнен кольцеобразный поясок 10, выполненный в виде ножевой опоры и расположенный по линии, разделяющей уплотнительную поверхность 9 на равновеликие площади. Кольцо 7 имеет на одном торце уплотнительную поверхность 11, а на другом торце - опорную поверхность 12. На кольцеобразном пояске 10 выполнен по крайней мере один сквозной канал 13, соединяющий полость А между кольцеобразным пояском 10 и герметичным элементом 8 с внутренней полостью сосуда.

Конструкция работает следующим образом.

Фланцы 1 и 2 через линзу и прокладки 3 соединяются крепежными деталями 4,5. Усилие, создаваемое в соединении, выбирается с учетом преодоления силы, действующей на фланцевое соединение от максимального рабочего давления сосуда и потребного усилия, необходимого для обжатия уплотнительных поверхностей. Под действием усилия затяжки фланцы 1,2 совместно с кольцами линзы подвергаются деформации изгиба, при этом усилие через кольцеобразный поясок 10 замыкается на уплотнительных поверхностях линзы и фланцев через прокладки 3. Разворот фланцев под действием усилий происходит относительно пояска 10, а деформации в местах соединения колец 6,7 линзы воспринимаются герметичным элементом 8, который не должен оказывать существенных силовых изменений на соединяемые фланцы. При эксплуатации сосуда под действием внутреннего давления и температуры рабочей среды изгибающие усилия фланцевого соединения еще больше увеличиваются, что приводит к увеличению их взаимных перемещений. Механизм восприятия этих перемещений аналогичен вышеописанному процессу. Особенность работы данного соединения состоит в том, что если в прототипе обеспечивалась абсолютная соплоскостность, то в данном техническом решении обеспечивается относительная соплоскостность уплотнительных поверхностей. Кольцо 6 работает как одно целое с фланцем 1, а кольцо 7 работает как одно целое с фланцем 2. Однако взаимная соплоскостность уплотнительных поверхностей 9,11 линзы и соответственных уплотнительных поверхностей фланцев 1,2 в процессе работы не изменяются, тем самым не нарушается герметизация соединения.

Промышленная применимость очевидна. Предлагаемая конструкция обеспечивает надежное поджатие уплотнительных поверхностей без нарушения соплоскостности. Использование данной конструкции позволяет организовать специализированное изготовление автономных взаимозаменяемых линз, в том числе и под унифицированные типоразмеры фланцевых соединений, позволяет обеспечить ремонт фланцевых соединений без существенных доработок, снизить весогабаритные характеристики конструкции за счет того, что в существующих конструкциях, с целью увеличения момента сопротивления изгиба, фланцы предусматриваются повышенной толщины с усиленной жесткой заделкой. В предлагаемой конструкции фланцы выполняются более тонкими, так как должны выдерживать усилие затяжки и усилие от рабочего давления только в пределах упругой деформации. Величина прогиба от изгибающего момента не сказывается на взаимной соплоскостности уплотняемых поверхностей. Изготовление не требует дополнительного специального оборудования.

Перечисленные признаки отличают предлагаемое техническое решение от прототипа и обуславливают соответствие этого решения требованиям изобретения.

Изобретение относится к устройствам для герметичного разъемного соединения сосудов и трубопроводов и может быть применено в нефтехимическом, энергетическом и другом оборудовании, работающем при высоких параметрах рабочей среды. Фланцевое соединение сосуда содержит средства соединения фланцев между собой, два уплотнительных элемента, выполненных в виде колец, имеющих уплотнительные и контактные поверхности и кольцеобразный поясок в виде ножевой опоры, расположенный по линии, разделяющей уплотнительные поверхности на равновеликие площадки. Герметичный элемент расположен между уплотнительными элементами, образуя автономную линзу с возможностью ее самоустановки, а кольцеобразный поясок расположен между уплотнительными элементами. В кольцеобразном пояске выполнен, по меньшей мере, один сквозной канал, соединяющий полость между кольцеобразным пояском и герметичным элементом с внутренней полостью сосуда. Изобретение позволяет повысить надежность уплотнения. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Фланцевое соединение сосуда, содержащее средства соединения фланцев между собой, два уплотнительных элемента, выполненных в виде колец, имеющих уплотнительные и контактные поверхности и кольцеобразный поясок в виде ножевой опоры, расположенный по линии, разделяющей уплотнительные поверхности на равновеликие площадки, герметичный элемент, отличающееся тем, что герметичный элемент расположен между уплотнительными элементами, образуя автономную линзу с возможностью ее самоустановки, а кольцеобразный поясок расположен между уплотнительными элементами. 2. Фланцевое соединение сосуда по п. 1, отличающееся тем, что в кольцеобразном пояске выполнен, по меньшей мере, один сквозной канал, соединяющий полость между кольцеобразным пояском и герметичным элементом с внутренней полостью сосуда.