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
Известны различные конструктивные выполнения сальниковых уплотнений, предназначенных для работы в условиях высоких давлений и температур теплоносителя электростанций (см. книгу А.А.Кондакова "Уплотнения гидравлических систем", М. , Машиностроение, 1972 г.). Известное уплотнение представляет собой кольцо прямоугольного сечения из эластичного материала, изготовленное из пенькового, асбестового или иного шнура или порошково-волокнистой массы, содержащей графит, асбест, слюду, тальк и другие компоненты.

Недостатком известных уплотнений 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 двух уплотнительных колец, имеющих в поперечном сечении прямоугольную форму, и, по меньшей мере, одного металлического диска, установленного между уплотнительными кольцами параллельно диаметральной плоскости с возможностью взаимодействия с их торцевой поверхностью по всей их площади и контактирования в рабочем положении сальникового уплотнения с поверхностью элемента соединения (см. SU 1720503 A3, МПК⁷ F 16 J 15/32, опубл. 15.04.1991).

Недостатком известного сальникового уплотнения является его невысокая надежность работы в связи с недостаточной плотностью прилегания элементов уплотнения к соединяемым поверхностям в большем диапазоне варьирования температуры.

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 известном сальниковом уплотнении, выполненном в виде двух уплотнительных колец, имеющих в поперечном сечении прямоугольную форму, и, по меньшей мере, одного металлического диска, установленного между уплотнительными кольцами параллельно диаметральной плоскости с возможностью взаимодействия с их торцевой поверхностью по всей их площади и контактирования в рабочем положении сальникового уплотнения с поверхностью элемента соединения, при этом уплотнительное кольцо, установленное со стороны действия рабочей среды, имеет плотность меньшую, чем плотность другого уплотнительного кольца, и обладает свойствами пластической деформации, при этом другое уплотнительное кольцо обладает упругими свойствами.

Возможны и другие варианты выполнения изобретения, согласно которым необходимо, чтобы:
- металлический диск был бы установлен с возможностью контактирования в рабочем положении сальникового уплотнения с обеими поверхностями элементов соединения;
- толщина металлического диска определяется из соотношения (0,005-0,1)Т, где Т - толщина сальникового уплотнения;
- уплотнительные кольца были бы выполнены графитовыми, или фторопластовыми, или комбинированными из этих материалов, или из набивок из углеродных материалов, или в виде прессованного графита.

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,
на фиг. 3 и 4 - продольный разрез сальникового уплотнения, соответственно, до затяжки и после затяжки.

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 подвижных и неподвижных соединений. Так, например, сальниковое уплотнение размещают в корпусе 1 с возможностью схватывания подвижно установленного штока 2 (фиг.1) или поверхности крышки 3 (фиг.2), установленной на корпусе посредством разъемного соединения (на чертежах не показано) с возможностью сжатия сальникового уплотнения.

Сальниковое уплотнение согласно изобретению выполнено в виде последовательно установленных уплотнительных колец 4, 5, имеющих в поперечном сечении прямоугольную форму и выполненных графитовыми, и, по меньшей мере, одного металлического диска 6, установленного между уплотнительными кольцами 4 и 5 параллельно диаметральной плоскости с возможностью взаимодействия с торцевой поверхностью уплотнительных колец 4, 5 по всей их площади и контактирования в рабочем положении сальникового уплотнения с поверхностью штока 2 (фиг.1) или крышки 3 (фиг.2).

Для обеспечения повышения плотности прижатия уплотнительных колец 4, 5 к поверхности штока 2 (фиг.1) или крышки 3 (фиг.2) необходимо, чтобы плотность уплотнительного кольца 4 была больше плотности уплотнительного кольца 5.

Для обеспечения эффективной работы металлический диск 6 имеет толщину, выбираемую из соотношения t=(0,005-0,1)Т, где Т - толщина сальникового уплотнения. Величины значений данного соотношения определены экспериментальным путем, причем верхний придел обусловлен возможностью появления деформации дисков при их контактировании с поверхностью штока 2, а нижний предел - возможностью нарушения целостности металлического диска 6 ввиду сжатия сальникового уплотнения при взаимодействии с материалом уплотнительных колец 4 и 5. Данное соотношение также учитывает возможность изменения внутреннего диаметра сальникового уплотнения в интервале 4-200 мм. Оптимальным диаметром для указанного диапазона величины толщины металлического диска 5 является диаметр, равный 18-160 мм.

В качестве материала для изготовления металлических дисков 5 используют нержавеющую жаростойкую сталь, наиболее полно отвечающую условиям эксплуатации сальникового уплотнения.

Возможно выполнение металлического диска 6, обеспечивающего контактирование в рабочем положении сальникового уплотнения как с поверхностью штока 2 или крышки 3, так и с поверхностью корпуса 1.

Изменением толщины S₁ и S₂ уплотнительных колец 4 и 5 возможно обеспечить требуемое уплотнение при определенных условиях функционирования сальникового уплотнения. Для решения этой задачи уплотнительные кольца 4 и 5 выполняют с различной или одинаковой толщиной S₁ и S₂.

Оптимальным является выполнение уплотнительных колец 4 и 5 из графитового материала, или фторопласта, или комбинированными из этих материалов, или в виде набивки из углеродных материалов, или в виде прессованного графита. Указанные материалы обладают различными параметрами таких свойств, как плотность, термостойкость, теплопроводность, трение-скольжение по металлу (см. БЭС, раздел "Химия", "Физика", 1989 г.). В частности в качестве фторопластов (фторлоны), т.е. фторосодержащих полимеров, могут быть использованы такие: политетрафторэтилен, политрифторхлорэтилен, поливинилфторид, поливинилиденфторид, а также сополимеры фторпроизводных этилена с фторолефинами, олефинами и др., а к группе графитовых материалов могут быть, в частности, отнесены: графита слоистые соединения, графита фториды, графитопласты.

При этом материал должен обладать определенной плотностью и удовлетворять условию: "плотность уплотнительного кольца 5, установленного со стороны рабочей среды, меньше плотности уплотнительного кольца 4, при этом материал уплотнительного кольца 5 должен обладать свойствами пластической деформации, в то время как материал уплотнительного кольца 4 должен обладать упругими свойствами", для чего уплотнительное кольцо 4 необходимо выполнить, например, из фторопласта, а другое уплотнительное кольцо 5 - из графитового материала.

Такое решение позволяет эффективно совместить упругие свойства уплотнительного кольца 4, плотность которого больше плотности уплотнительного кольца 5, обладающего свойствами пластической деформации.

Таким образом, при действии с максимальной силой сжатия на сальниковое уплотнение размеры уплотнительного кольца 5 не претерпевают изменений после снятия нагрузки и соответствуют условию максимального уплотнения соединения, т. е. размеры кольца, обладающего пластической деформацией, не зависят от параметров условий эксплуатации, в частности от изменения температуры рабочей среды. В то время как уплотнительное кольцо 4, обладая упругими свойствами, не изменяет размеров деталей конструкции узла уплотнения: корпус, крышка, шток, при изменении внешних условий, в частности температуры, обеспечивая постоянное поджатие через металлический диск 6, выполняющий функцию поршня, к уплотнительному кольцу 5, т.е. уплотнительное кольцо 4 выполняет роль компенсатора температурных расширений подвижных и неподвижных элементов соединения и работает как "пружина". Но это стало возможным только при сочетании упругих свойств уплотнительного кольца 4 со свойствами пластической деформации. Такое решение обеспечивает уплотнение неподвижного или подвижного соединений в заданном диапазоне изменения температурных напряжений.

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 рабочей среды. Сальниковое уплотнение для подвижных и неподвижных соединений выполнено в виде двух уплотнительных колец, имеющих в поперечном сечении прямоугольную форму. По меньшей мере один металлический диск установлен между уплотнительными кольцами параллельно диаметральной плоскости с возможностью взаимодействия с их торцевой поверхностью по всей их площади и контактирования в рабочем положении сальникового уплотнения с поверхностью элемента соединения. Уплотнительное кольцо, установленное со стороны действия рабочей среды, имеет плотность меньшую, чем плотность другого уплотнительного кольца, и обладает свойствами пластической деформации. Другое уплотнительное кольцо обладает упругими свойствами. Изобретение повышает надежность работы сальникового уплотнения. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Сальниковое уплотнение, выполненное в виде двух уплотнительных колец, имеющих в поперечном сечении прямоугольную форму, и, по меньшей мере, одного металлического диска, установленного между уплотнительными кольцами параллельно диаметральной плоскости с возможностью взаимодействия с их торцевой поверхностью по всей их площади и контактирования в рабочем положении сальникового уплотнения с поверхностью элемента соединения, отличающееся тем, что уплотнительное кольцо, установленное со стороны действия рабочей среды, имеет плотность меньшую, чем плотность другого уплотнительного кольца, и обладает свойствами пластической деформации, при этом другое уплотнительное кольцо обладает упругими свойствами. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что металлический диск установлен с возможностью контактирования в рабочем положении сальникового уплотнения с обеими поверхностями элементов соединения. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что толщина металлического диска определяется из соотношения (0,005-0,1)Т, где Т - толщина сальникового уплотнения. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что уплотнительные кольца выполнены графитовыми, или фторопластовыми, или комбинированными из этих материалов, или из набивок из углеродных материалов, или в виде прессованного графита.