УПЛОТНИТЕЛЬНЫЙ ШНУР Российский патент 2007 года по МПК F16J15/18 

Изобретение относится к области уплотнительной техники и может быть использовано для уплотнения запорной арматуры и разъемных фланцевых соединений в атомной, бумагоделательной, нефтегазовой, пищевой и химической отраслях промышленности.

Одной из проблем в данной области является создание надежной конструкции уплотнительного узла. При этом если надежность уплотнительного узла штока запорно-регулирующей арматуры напрямую зависит от характера взаимодействия уплотнения с уплотняемой поверхностью штока, то надежность фланцевого соединения в основном зависит от формы фланцевого соединения и его размера, поскольку возникают проблемы, связанные с изготовлением уплотнения, его доставки к месту установки и установкой на фланцевый разъем. Поскольку необходимость уплотнения штока запорно-регулирующей арматуры и уплотнения фланцевого разъема часто возникает одновременно, то желательно иметь уплотнитель, который можно было бы использовать как для уплотнения штока запорно-регулирующей арматуры, так и для уплотнения фланцев этой арматуры. На сегодняшний день единственной альтернативой в этом случае является применение сальниковых набивок.

Большинство выпускаемых сальниковых набивок состоят из волокнистой сплетенной основы, пропитанной смазочным материалом (US №3646846, публ. 07.03.72 г.; GB №1288878, публ. 13.09.72 г.; JP №55-17261, публ. 05.10.80 г.). В начальный период затяжки уплотняемого соединения происходит уплотнение набивки за счет имеющихся пустот между нитями основы и частичного выдавливания смазочного материала. В процессе эксплуатации смазочный материал постепенно вымывается из набивки. В результате набивка теряет эластичность и дальнейшая подтяжка и герметизация уплотнительного узла становится невозможной. Кроме того, этим набивкам свойственна тепловая и силовая адгезия к уплотняемым поверхностям. Поэтому при их замене необходимо производить обработку уплотняемых поверхностей, что усложняет процесс замены уплотнения, а также может служить причиной повреждения уплотняемых поверхностей. Следует также отметить, что эти набивки при приложении к ним усилия затяжки выше допустимого могут быть разрушены.

Для повышения прочностных характеристик набивок их армируют. Известна набивка сальника (US №6572117 ВВ, публ. 03.06.2003 г.), которая снабжена нитями армирующего волокна, концевые участки которых перекрывают друг друга. Такая сальниковая набивка обеспечивает высокоэффективную герметичность, но и этой набивке свойственна тепловая и силовая адгезия к уплотняемым поверхностям.

Известен уплотнительный шнур для набивки сальника (JP №6027546 В4, публ. 13.04.94 г.), который выполнен из ленты расширенного графита, сложенного по длине в гармошку и образующего слоистую полосу. Между слоями полосы зажата усиливающая лента. Такая же лента расположена на внешней боковой поверхности слоистой полосы. Наличие усиливающих лент повышает прочностные характеристики уплотнительного шнура, однако эти ленты не спасают от выкрашивания расширенного графита под действием усилия затяжки.

Частично недостатки, присущие вышеуказанному уплотнительному шнуру для набивки сальника, устранены в уплотнителе (JP №3084354 В2, публ. 04.09.2000 г.), в котором наружная поверхность ленты из расширенного графита покрыта усиливающим материалом в виде тонкой металлической проволоки, металлической сетки или металлических волокон. Такой уплотнитель за счет армирования его металлом становится жестким, его нельзя согнуть в кольцо, а поэтому из него сложно изготовить уплотнение для фланцевого разъема.

Известен материал и выполненное из этого материала уплотнение (US №5605341 А, публ. 25.02.97 г.). Материал имеет продолговатый блок, образованный несколькими гофрированными слоями расширенного графита, между которыми расположены армирующие вкладыши из органического волокна. Вокруг этого блока расположена армирующая оболочка из трикотажной пряжи. Такой блок обладает большой жесткостью, его сложно согнуть в кольцо, а поэтому из него проблематично изготовить уплотнение для фланцевого разъема. Другой недостаток известного материала заключается в том, что при разрезе происходит разрушение пряжи, из которой изготовлена армирующая оболочка. В результате нити на поверхности блока распушаются и это место в уплотнении является критическим.

Наиболее близким по своей технической сущности по отношению к заявляемому изобретению является уплотнительный шнур (WO №91/12446, публ. 22.08.91 г.), включающий сердечник, выполненный из набивки с квадратным профилем поперечного сечения, образованной из отдельных витых жгутов, и покрывающую сердечник оболочку, сплетенную из нитей трикотажного волокна. Жгуты изготовлены из расширенного графита, который связующим веществом прикреплен к поверхностям нескольких нитей армирующего волокна, расположенных в продольном направлении. В силу того что набивка с квадратным профилем поперечного сечения образована из отдельных витых жгутов, она обладает гибкостью во взаимно перпендикулярных плоскостях, а поэтому известный уплотнительный шнур может быть применен в качестве сальникового уплотнения, а также из него может быть изготовлено уплотнение для фланцевого разъема.

Поскольку основу набивки составляют нити и из нитей трикотажного волокна выполнена оболочка, то при разрезе уплотнительного шнура происходит разрушение связей плетений мононитей. В результате концы мононитей, образовавшиеся на поверхности среза, распушаются, а поэтому изготовленное из такого шнура уплотнение как фланцевое, так и сальниковое имеет неравномерную плотность, что сказывается на надежности уплотнения. Кроме того, трикотажное волокно оболочки склонно к тепловой и силовой адгезии, а поэтому может потребовать подготовки уплотнительных поверхностей при замене уплотнения. Выполнение оболочки из нитей трикотажного волокна может привести к выдавливанию ее в зазоры, например сальниковой камеры, при приложении к уплотнению осевой нагрузки. Наличие мягкой оболочки из трикотажной пряжи на уплотнительном шнуре не позволяет путем его принудительной деформации изменить форму поперечного сечения уплотнительного шнура из квадратной в прямоугольную, что не позволяет расширить диапазон использования уплотнительного шнура.

В основу настоящего изобретения была поставлена задача: разработать универсальный уплотнительный шнур, который можно использовать для уплотнения сальниковых камер и для уплотнения разъемных фланцевых соединений в широком диапазоне размеров.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в расширении диапазона использования уплотнительного шнура, в исключении разрушения связей плетений мононитей при его разрезании, в обеспечении герметичности самого уплотнительного шнура, в повышении упругих свойств уплотнительного шнура, в исключении тепловой и силовой адгезии с уплотняемыми поверхностями.

Технический результат достигается тем, что уплотнительный шнур согласно изобретению включает сердечник, выполненный из набивки с квадратным профилем поперечного сечения, образованной из отдельных витых жгутов, и покрывающую сердечник оболочку, выполненную намоткой по спирали на вышеуказанной набивке ленты пористого политетрафторэтилена, причем навивку ленты пористого политетрафторэтилена осуществляют с натяжением в ее продольном направлении, при этом каждый последующий виток спирали ленты пористого политетрафторэтилена частично перекрывает предшествующий ему виток спирали.

Предпочтительно, чтобы толщина ленты пористого политетрафторэтилена составляла 0,045-0,25 мм.

Целесообразно, чтобы общая пористость ленты пористого политетрафторэтилена составляла 35-60%,

Предпочтительно, чтобы обмотка набивки лентой пористого политетрафторэтилена была выполнена многослойной.

Обмотка набивки лентой пористого политетрафторэтилена может быть выполнена либо диагонально-однонаправленным, либо диагонально-перекрестным способом.

Витые жгуты набивки могут быть выполнены как переплетением нитей органического материала, так и/или переплетением нитей неорганического материала.

Целесообразно между набивкой и покрывающей ее оболочкой, по крайней мере, на двух противоположных сторонах набивки разместить гофрированные ленты из расширенного графита.

Желательно уплотнительный шнур снабдить средством, позволяющим идентифицировать стороны уплотнительного шнура, на которых расположены гофрированные ленты из расширенного графита.

Отличительная особенность заявляемого уплотнительного шнура состоит в том, что набивка с квадратным профилем поперечного сечения, образованная из отдельных витых жгутов (по существу податливая набивка) и обмотанная по спирали лентой пористого политетрафторэтилена с перекрытием витков спирали, превратилась в плотный уплотнительный шнур. Образование плотного уплотнительного шнура происходит за счет того, что при намотке ленты пористого политетрафторэтилена с натяжением происходит частичное выдавливание воздуха из пор ленты. В результате в месте контакта ленты с набивкой наблюдается некоторое разрежение воздуха, которое обеспечивает плотное соединение, при этом адгезионное сцепление пористого политетрафторэтилена с набивкой отсутствует. Сила же сцепления слоев ленты пористого политетрафторэтилена между собой в местах взаимного перекрытия значительно выше, за счет того, что разряжение воздуха происходит в обеих сопрягаемых между собой частях витков ленты. Такой уплотнительный шнур можно подвергнуть принудительной деформации для изменения его профиля поперечного сечения, что позволит расширить диапазон его применения, уменьшая или увеличивая ширину уплотнения. Поскольку набивка полностью изолирована от контакта с уплотняемой поверхностью, не наблюдается тепловая и силовая адгезия уплотнительного шнура с уплотняемой поверхностью. Благодаря сцеплению витков слоев ленты между собой и с набивкой при приложении к уплотнению нагрузки не происходит расслоение уплотнительного шнура, а поэтому уплотнение не проникает в зазоры сальниковой камеры и не выдавливается штоком. Многослойная обмотка набивки способствует повышению герметичности уплотнительного шнура, несмотря на пористую структуру его оболочки. Кроме того, при этом наблюдается более длительное сохранение упругих свойств материала набивки и увеличивается возможность принудительной деформации уплотнительного шнура. При разрезе уплотнительного шнура отсутствует его распушение, поскольку набивка плотно соединена с оболочкой. В разъемных фланцевых соединениях при приложении усилия затяжки, в месте стыка, за счет повышенной деформации пористого политетрафторэтилена в поперечном направлении происходит взаимное соединение концов уплотнительного шнура. В сальниковых уплотнениях на концевых участках уплотнительного шнура за счет деформации пористого политетрафторэтилена в поперечном направлении, наблюдается обволакивание по контуру среза набивки пористым политетрафторэтиленом.

Предлагаемое изобретение поясняется конкретными примерами его выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых изображены:

фиг.1 - перспективное изображение уплотнительного шнура, являющегося предметом патентуемого изобретения;

фиг.2 - уплотнительный шнур с диагонально-однонаправленной намоткой ленты пористого политетрафторэтилена;

фиг.3 - уплотнительный шнур с диагонально-перекрестной намоткой ленты пористого политетрафторэтилена;

фиг.4 - перспективное изображение уплотнительного шнура с дополнительными гофрированными лентами из расширенного графита.

Изображенный на фиг.1 уплотнительный шнур 1 согласно изобретению включает сердечник 2, выполненный из набивки 3 с квадратным профилем поперечного сечения, образованной из отдельных витых жгутов 4, и покрывающую сердечник 2 оболочку 5, выполненную намоткой по спирали на вышеуказанной набивке ленты 6 пористого политетрафторэтилена. Намотка выполнена таким образом, что каждый последующий виток спирали ленты пористого политетрафторэтилена частично перекрывает предшествующий ему виток спирали.

Витые жгуты 4 набивки могут быть выполнены как переплетением нитей органического материала, так и/или переплетением нитей неорганического материала. При этом в качестве органических материалов могут использоваться тетрафторэтилен, арамид, полипропилен, нейлон. В качестве неорганических материалов могут использоваться стекловолокна разных марок, а также керамические, кварцевые и углеродные волокна. Вышеприведенные органические и неорганические материалы приведены в качестве примера и не ограничивают круг применяемых материалов.

Толщина ленты пористого политетрафторэтилена составляла 0,045-0,25 мм. При этом лента с нижним значением толщины пористого политетрафторэтилена применяется, когда к уплотнительному шнуру предъявляется требование высокой гибкости. Это требование возникает при применении в сальниковых камерах малых размеров и когда перекрываемые зазоры между штоком и корпусом сальниковой камеры малы. Лента с верхним значением толщины пористого политетрафторэтилена обусловлена требованием сохранения приемлемой гибкости уплотнительного шнура для выполнения им предназначенных ему функций. Целесообразно, чтобы общая пористость ленты пористого политетрафторэтилена составляла 35-60%. С увеличением пористости политетрафторэтилена увеличивается его податливость в поперечном направлении. При нижнем значении плотности уплотнительный шнур обладает большей жесткостью, чем при верхнем значении плотности. Поэтому выбор плотности определяется техническими требованиями, предъявляемыми к уплотнительному шнуру.

Намотка ленты 6 пористого политетрафторэтилена вокруг набивки осуществляется с натяжением и с перекрытием витков, в результате чего исключается возможность всякого контакта набивки с уплотняемыми поверхностями и полностью исключена возможность адгезионного соединения набивки с уплотняемыми поверхностями. Намотка ленты 6 пористого политетрафторэтилена вокруг набивки 3 может быть осуществлена либо диагонально-однонаправленным способом (фиг.2), либо диагонально-перекрестным способом (фиг.3). Выбор способа намотки не имеет принципиального значения. Однако в том и другом случаях намотки она выполнена многослойной, что способствует образованию плотного уплотнительного шнуру. Образование плотного уплотнительного шнура происходит за счет того, что при намотке ленты 6 пористого политетрафторэтилена с натяжением происходит частичное выдавливание воздуха из пор ленты. В результате в месте контакта ленты 6 с набивкой 3 наблюдается некоторое разрежение воздуха, которое обеспечивает плотное безадгезионное соединение. Сила же сцепления слоев ленты пористого политетрафторэтилена между собой в местах взаимного перекрытия значительно выше за счет того, что разрежение воздуха происходит в обеих сопрягаемых между собой частях витков ленты. Поэтому такой уплотнительный шнур 1 можно подвергнуть принудительной деформации для изменения профиля его поперечного сечения, что позволяет расширить диапазон его применения, уменьшая или увеличивая ширину уплотнения.

Многослойная навивка исключает расслоение уплотнительного шнура 1 при приложении к нему деформирующей нагрузки, а также позволяет, с одной стороны, обеспечить герметичность набивки 3, а с другой стороны, способствует сохранению ее упругих свойств. Выбор числа слоев намотки определяется предназначенностью уплотнительного шнура и в основном зависит от агрессивности среды и ее параметров. Чем агрессивнее среда и чем выше ее параметры, тем большее количество слоев пористого политетрафторэтилена должно быть намотано вокруг набивки. Практические испытания показали, что увеличивать количество слоев пористого политетрафторэтилена больше шести слоев нецелесообразно, поскольку обеспечивает стойкость уплотнительного шнура противостоять агрессивности среды, но заметно влияют на его жесткость, а следовательно, на удобство работы с уплотнительным шнуром.

Поскольку набивка 3 плотно соединена с оболочкой 5, то при поперечном разрезании уплотнительного шнура 1 не происходит его распушение. При этом в разъемных фланцевых соединениях при приложении усилия затяжки, в месте стыка, за счет повышенной деформации пористого политетрафторэтилена в поперечном направлении происходит взаимное соединение пористого политетрафторэтилена. В сальниковых уплотнениях на концевых участках уплотнительного шнура за счет деформации пористого политетрафторэтилена в поперечном направлении наблюдается обволакивание по контуру среза набивки пористым политетрафторэтиленом.

Для герметизации сред с высокими параметрами давления и температуры, с быстросменяемыми тепловыми потоками между набивкой 3 и покрывающей ее оболочкой 5, по крайней мере, на двух противоположных сторонах набивки 3 размещены гофрированные ленты 7 из расширенного графита. Такая лента при ее контакте с уплотняемыми поверхностями придает уплотнительному шнуру дополнительную упругость. Гофрированная лента 7 из расширенного графита может быть заключена в оболочку из пористого политетрафторэтилена. В этом случае полностью исключается выкрашивание расширенного графита при приложении к уплотнительному шнуру нагрузки, а кроме того, такая армированная лента обладает более высокими гибкими свойствами по сравнению с неармированной графитовой лентой. С целью идентификации сторон уплотнительного шнура, на которых расположены гофрированные ленты из расширенного графита, уплотнительный шнур снабжен таким средством. Это средство может представлять собой, например, легко удаляемую наклейку 8 с уплотнительного шнура, с указанием места расположения ленты гофрированного графита.

Наличие покрывающей оболочки из пористого политетрафторэтилена позволяет компенсировать погрешности поверхностей уплотняемых поверхностей, а поэтому снижается требование к точности машинной обработки этих поверхностей. Это качество особенно ценно при применении патентуемого уплотнительного шнура для герметизации давно работающего оборудования. Кроме того, покрывающая оболочка из пористого политетрафторэтилена исключает тепловую и силовую адгезии уплотнения с уплотняемыми поверхностями и обеспечивает высокие экологические качества уплотнений, изготовленных из такого уплотнительного шнура.

Изобретение относится к области уплотнительной техники и может быть использовано для уплотнения запорной арматуры и разъемных фланцевых соединений в атомной, бумагоделательной, нефтегазовой, пищевой и химической отраслях промышленности. Уплотнительный шнур выполнен из набивки с квадратным профилем поперечного сечения, образованной из отдельных витых жгутов и ленты пористого политетрафторэтилена, намотанной по спирали на вышеуказанной набивке, причем навивку ленты пористого политетрафторэтилена осуществляют с натяжением в ее продольном направлении, при этом каждый последующий виток спирали ленты пористого политетрафторэтилена частично перекрывает предшествующий ему виток спирали. Изобретение позволяет повысить надежность уплотнительного шнура. 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Уплотнительный шнур, включающий сердечник, выполненный из набивки с квадратным профилем поперечного сечения, образованной из отдельных витых жгутов, и покрывающую сердечник оболочку, выполненную намоткой по спирали на вышеуказанной набивке ленты пористого политетрафторэтилена, причем навивку ленты пористого политетрафторэтилена осуществляют с натяжением в ее продольном направлении, при этом каждый последующий виток спирали ленты пористого политетрафторэтилена частично перекрывает предшествующий ему виток спирали.2. Уплотнительный шнур по п.1, отличающийся тем, что толщина ленты пористого политетрафторэтилена составляет 0,045-0,25 мм.3. Уплотнительный шнур по п.1, отличающийся тем, что общая пористость ленты пористого политетрафторэтилена составляет 35-60%.4. Уплотнительный шнур по п.1, отличающийся тем, что обмотка набивки лентой пористого политетрафторэтилена выполнена многослойной.5. Уплотнительный шнур по п.1, отличающийся тем, что обмотка набивки лентой пористого политетрафторэтилена выполнена либо диагонально-однонаправленным, либо диагонально-перекрестным способом.6. Уплотнительный шнур по п.1, отличающийся тем, что вышеуказанные витые жгуты набивки выполнены переплетением нитей органического и/или неорганического материала.7. Уплотнительный шнур по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что между набивкой и покрывающей ее оболочкой, по крайней мере, на двух противоположных сторонах набивки размещены гофрированные ленты из расширенного графита.8. Уплотнительный шнур по п.7, отличающийся тем, что он снабжен средствами, позволяющими идентифицировать стороны уплотнительного шнура, на которых расположены гофрированные ленты из расширенного графита.