САЛЬНИКОВОЕ УПЛОТНЕНИЕ Российский патент 2003 года по МПК F16J15/32 

Изобретение относится к энергетическому машиностроению и может быть использовано для арматуры, работающей в условиях высоких давлений и температур теплоносителя тепловых и атомных электростанций, а также для арматуры и других устройств, работающих при высоких параметрах рабочих сред.

Уровень техники
Известно сальниковое уплотнение с мягкой набивкой (см. книгу А.А. Кондакова Уплотнения гидравлических систем. -М.: Машиностроение, 1972 г.). Это уплотнение представляет собой кольцо прямоугольного сечения из эластичного материала, изготовляемого из пенькового, асбестового или иного шнура или порошково-волокнистой массы, содержащей графит, асбест, слюду, тальк и другие компоненты.

Недостатком известного уплотнения является невысокая термостойкость, износостойкость и герметичность.

Для обеспечения повышенной герметичности узлов уплотнения в практике изготовления арматуры высоких параметров применяют различные меры, которые ведут к удорожанию и повышению сложности конструкции. В арматуре первых контуров атомных электростанций для обеспечения герметичности конструкцию сальникового узла делают двух- или трехступенчатой с промежуточными отводами утечек в сборники дренажа. Для компенсации потерянной при выгорании массы материала уплотнения устанавливают пружины, которые обеспечивают постоянный поджим уплотнения. Высота сальниковых камер в арматуре высоких параметров делается очень большой из-за необходимости применения больших пакетов сальниковых уплотнений, в 2-5 раз по высоте превышающих диаметр уплотняемого шпинделя. Однако все эти мероприятия не исключают необходимости подтяжки сальниковых болтов или полной замены сальниковых уплотнений.

Наиболее близким к заявленному является сальниковое уплотнение, выполненное в виде металлических колец, желобчатого профиля в поперечном сечении, между которыми размещены кольца из эластичного наполнителя (см. SU 1642157 А1, опубл. 15.04.1991).

Недостатком этого уплотнения является его невысокая надежность работы.

Сущность изобретения
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является расширение технических возможностей за счет увеличения эксплуатационных режимов при одновременном повышении надежности работы сальникового уплотнения за счет обеспечения стабильного прижатия при высоких температурах эластичного наполнителя, выполненного из графитового материала к поверхности подвижной детали.

Технический результат достигается за счет использования пластических свойств графитового материала, исключения прилипания этого материала к трущейся поверхности в зоне контакта, исключения вытекания графита, равномерного распределения давления к поверхности контакта.

Для достижения поставленного технического результата в сальниковом уплотнении, выполненном в виде элемента уплотнения, по обе стороны которого установлены металлические диски уплотнения параллельно диаметральной плоскости с возможностью взаимодействия с его торцевой поверхностью и контактирования в рабочем положении сальникового уплотнения с поверхностью элемента соединения, и втулки, расположенной между металлическими дисками с возможностью схватывания элемента соединения, при этом втулка установлена по отношению к металлическим дискам с зазором с возможностью обеспечения в рабочем состоянии сальникового уплотнения схватывания втулки с трех сторон материалом элемента уплотнения, при этом термостойкость и теплопроводность материала элемента уплотнения выше, чем термостойкость и теплопроводность материала втулки, обладающего меньшим коэффициентом трения с материалом элемента соединения, чем аналогичный коэффициент трения элемента уплотнения.

Возможны и другие варианты выполнения изобретения, согласно которым необходимо, чтобы:
- по меньшей мере один металлический диск был бы установлен с возможностью контактирования в рабочем положении сальникового уплотнения с поверхностью штока и корпуса;
- толщину втулки определяли бы из соотношения (0,01-0,2)Т, где Т - толщина уплотнительного кольца;
- толщину металлического диска определяли бы из соотношения (0,005-0,1)Т, где Т - толщина элемента уплотнения;
- величина зазора между втулкой и металлическими дисками в рабочем состоянии сальникового уплотнения составляла бы (0,3-1,7)t₂, где t₂ - толщина втулки.

- втулка была бы выполнена из фторопласта или прессованного графита, а элементы уплотнения - графитовыми или фторопластовыми или комбинированными из этих материалов, или из набивки из углеродных материалов.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязанными между собой причинно-следственной связью с образованием совокупности существенных признаков, достаточных для повышения надежности работы сальникового уплотнения.

Краткое описание чертежей
Сущность изобретения поясняется чертежами, где
на фиг. 1 представлен продольный разрез сальникового уплотнения применительно к подвижному соединению;
на фиг. 2 - продольный разрез сальникового уплотнения применительно к неподвижному соединению.

Настоящее изобретение поясняется конкретным примером выполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения данной совокупностью существенных признаков заданного технического результата.

Сальниковое уплотнение предназначено для уплотнения как подвижных, так и неподвижных соединений, причем эффективность уплотнения указанных соединений существенно не различается ввиду проявления при этом одинаковых свойств.

Изобретение может быть с равной степенью эффективности использоваться для уплотнения как подвижных, так и неподвижных соединений. В частности, сальниковое уплотнение 1 может быть размещено в корпусе 2 с возможностью охватывания подвижно установленного штока 3 (фиг.1) или поверхности крышки 4 (фиг. 2), установленной на корпусе и связанной с ним посредством разъемного соединения (на чертежах не показано) с возможностью сжатия сальникового уплотнения.

Сальниковое уплотнение 1 (фиг.1, 2) согласно изобретению выполнено в виде элемента уплотнения 5, имеющего в поперечном сечении прямоугольную форму, двух металлических дисков 6 и 7, установленных по обе стороны от элемента уплотнения 5 параллельно диаметральной плоскости с возможностью взаимодействия с его торцевой поверхностью по всей его площади и контактирования в рабочем положении сальникового уплотнения 1 с поверхностью элемента соединения, а именно штока 3 или крышки 4.

Внутри элемента уплотнения 5, представляющего собой тело вращение, установлена втулка 8, которая расположена между металлическими дисками 6 и 7 с возможностью схватывания элемента соединения 4. При этом толщина t₁ металлического диска 6, 7 определяется из соотношения (0,005-0,1)Т, а толщина t₂ втулки 8 - из соотношения (0,01-0,2)Т, где Т - толщина элемента уплотнения 5.

Втулка 8 установлена между металлическими дисками 6 и 7 с зазором 9 с возможностью обеспечения в рабочем состоянии схватывания втулки 8 с трех сторон материалом элемента уплотнения 5 при условии, что термостойкость и теплопроводность материала, предназначенного для изготовления втулки 8, ниже, чем термостойкость и теплопроводность материала элемента уплотнения 5. Материал, из которого изготовлена втулка 8, обладает меньшим коэффициентом трения с материалом элемента соединения, чем аналогичный коэффициент трения элемента уплотнения 5. Величина зазора 9 составляет (0,3-1,7) t₂, где t₂ - толщина втулки 8.

В одном из вариантов выполнения сальникового уплотнения по меньшей мере один металлический диск 6 или 7 установлен с возможностью контактирования в рабочем положении сальникового уплотнения с поверхностью штока 3 и корпуса 2.

Оптимальным решением сальникового уплотнения является выполнение втулка 8 из фторопласта или прессованного графита, а элемента уплотнения 5 - графитовыми или фторопластовыми или комбинированными из этих материалов, или из набивок из углеродных материалов, при этом непременно должно выполняться условие, что термостойкость и теплопроводность материала элемента уплотнения 5 должна быть выше термостойкости и теплопроводности материала втулки 8, обладающего меньшим коэффициентом трения с материалом элемента соединения: штока 3 или корпуса 2, чем аналогичный коэффициент трения элемента уплотнения 5. Все параметры, включая и виды материала, определены экспериментальным путем.

Сальниковое уплотнение работает следующим образом.

После установки сальникового уплотнения 1 между корпусом 2 и крышкой 4 с возможностью схватывания подвижно установленного штока 3 его сжимают за счет присоединения крышки к корпусу 2 любым известным разъемным соединением. Описанное соединение, как уже указывалось, относится к подвижным. Отличием неподвижного соединения является отсутствие штока, при этом сальниковое уплотнение установлено в полости, образованной частями корпуса 2 или крышки 4.

В процессе установки сальникового уплотнения происходит сжатие элемента уплотнения 5 с обеих сторон посредством металлических дисков 6 и 7, выполняющих роль поршня или диафрагмы, равномерно распределяющих давление крышки 4 и корпуса 2 на элемент уплотнения 5. При сжатии материал элемента уплотнения 5 заполняет все неровности соединения и зазоры, в том числе и зазор 9, охватывая тем самым втулки 8 с трех сторон материалом элемента уплотнения.

Такое решение обеспечивает фиксацию втулки 8, обладающей более низкими параметрами по теплостойкости и теплопроводности, но более высокими параметрами по трению и уплотнению при взаимодействии со штоком 3, что особенно важно при работе сальникового уплотнения в условиях высоких давлений и температур теплоносителя или рабочей среды в трубопроводной арматуре тепловых и атомных электростанций. Возможны температурные режимы работы сальникового уплотнения, когда втулка 8, "охваченная" со всех сторон: с трех - материалом элемента уплотнения, а с четвертой прижата к поверхности штока 3 или крышки 4, находится в полурасплавленном состоянии, повышая тем самым скольжение штока 3 и примыкание к поверхности крышки 4 и, как следствие, повышая герметичность соединения и срок службы.

Элемент уплотнения 5, обладая упругими свойствами, при изменении размеров деталей конструкции узла уплотнения: корпуса, крышки, штока ввиду изменения внешних условий, в частности температуры, обеспечивает постоянное и стабильное поджатие втулки к поверхности элемента соединения, т.е. элемент уплотнения 5 выполняет роль компенсатора температурных расширений подвижных и неподвижных элементов соединения и работает как "пружина".

Применение втулки 8 во взаимодействии с элементом уплотнения 5 позволяет увеличить надежность и ресурс подвижного и неподвижного соединения, периодичность обслуживания сальниковых уплотнения и снизить затраты на ремонт и их замену, существенно уменьшить опасность внезапной разгерметизации узла соединения. Применение заявленного сальникового уплотнения обеспечивает более компактное выполнение узла в целом с соответствующей экономией конструкционных материалов.

По сравнению с прототипом заявленное устройство сальникового уплотнения позволяет увеличить герметичность уплотнения на 20-30%.

Применение изобретения позволяет повысить надежность работы сальникового уплотнения за счет обеспечения стабильного прижатия, особенно при высоких температурах, эластичного наполнителя к поверхности.

Изобретение соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость", поскольку ее реализация возможна при использовании существующих средств производства с применением известных технологических операций.

Изобретение относится к энергетическому машиностроению и может быть использовано для арматуры, работающей в условиях высоких давлений и температур теплоносителя тепловых и атомных электростанций, а также для арматуры и других устройств, работающих при высоких параметрах рабочих сред. Сальниковое уплотнение выполнено в виде элемента уплотнения в виде тела вращения, по обе стороны которого установлены металлические диски параллельно диаметральной плоскости уплотнения с возможностью взаимодействия с его торцевой поверхностью и контактирования в рабочем положении сальникового уплотнения с поверхностью элемента соединения. Втулка сальникового уплотнения установлена внутри элемента уплотнения соосно с его осью между металлическими дисками с возможностью охватывания элемента соединения и с зазором с возможностью обеспечения в рабочем состоянии сальникового уплотнения охватывания втулки с трех сторон материалом элемента уплотнения. Термостойкость и теплопроводность этого материала выше, чем термостойкость и теплопроводность материала втулки, обладающего меньшим коэффициентом трения с материалом элемента соединения, чем аналогичный коэффициент трения элемента уплотнения. Изобретение повышает надежность работы сальникового уплотнения. 5 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Сальниковое уплотнение, выполненное в виде элемента уплотнения в виде тела вращения, по обе стороны которого установлены металлические диски параллельно диаметральной плоскости уплотнения с возможностью взаимодействия с его торцевой поверхностью и контактирования в рабочем положении сальникового уплотнения с поверхностью элемента соединения, и втулки, установленной внутри элемента уплотнения соосно с его осью между металлическими дисками с возможностью схватывания элемента соединения, отличающееся тем, что втулка установлена по отношению к металлическим дискам с зазором с возможностью обеспечения в рабочем состоянии сальникового уплотнения схватывания втулки с трех сторон материалом элемента уплотнения, при этом термостойкость и теплопроводность материала элемента уплотнения выше, чем термостойкость и теплопроводность материала втулки, обладающего меньшим коэффициентом трения с материалом элемента соединения, чем аналогичный коэффициент трения элемента уплотнения. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один металлический диск установлен с возможностью контактирования в рабочем положении сальникового уплотнения с поверхностью штока и корпуса. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что толщина втулки определяется из соотношения (0,01-0,2)Т, где Т - толщина элемента уплотнения. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что толщина металлического диска определяется из соотношения (0,005-0,1) Т, где Т - толщина элемента уплотнения. 5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что величина зазора между втулкой и металлическими дисками в рабочем состоянии сальникового уплотнения составляет (0,3-1,7)t₂, где t₂ - толщина втулки. 6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что втулка выполнена из фторопласта или прессованного графита, а элементы уплотнения - графитовыми или фторопластовыми или комбинированными из этих материалов, или из набивки из углеродных материалов.