УЗЕЛ УПЛОТНЕНИЯ Российский патент 2007 года по МПК F16J13/00 

Изобретение относится к области химической промышленности, теплоэнергетики и, в частности, оборудованию АЭС, и касается уплотнения крышек камер и люков теплообменных аппаратов и сосудов высокого давления.

Основными требованиями, предъявляемыми к уплотняющим устройствам крышек камер и люков теплообменных аппаратов и сосудов высокого давления, применяемых в теплоэнергетике и атомной энергетике, являются:

- надежность уплотнения, выражающееся в отсутствии протечек рабочей среды из полости теплообменных аппаратов и сосудов высокого давления в рабочих условиях, а также при превышении давления;

- надежность резьбовых соединений, обеспечивающих уплотнение крышек камер и люков теплообменных аппаратов и сосудов высокого давления;

- снижение затрат на специальный инструмент для уплотнения крышек камер и люков теплообменных аппаратов и сосудов высокого давления.

- снижение времени на проведение монтажа и демонтажа крышек камер и люков теплообменных аппаратов и сосудов высокого давления.

Последнее требование связано с радиационной обстановкой в гермообъеме АЭС и является определяющим для снижения воздействия ионизирующего излучения на эксплуатационный и ремонтный персонал АЭС.

Известны конструкции уплотняющих устройств, содержащие корпус и крышку с фланцами, где между ними установлена прокладка (Г.Л.Вихман, С.А.Круглев "Основы конструирования аппаратов и машин нефтеперерабатывающих заводов", М., изд. "Машиностроение", 1978, стр.75, рис.51б).

Все эти типы узлов уплотнения теплообменных аппаратов и сосудов высокого давления требуют использования в конструкции уплотнения толстых крышек и мощных, т.е. большого диаметра резьбовых пар (шпилек и гаек), которые воспринимают усилие внутреннего давления в теплообменных аппаратах и сосудах, а также усилие обжатия прокладки на себя.

Недостатком данной конструкции узла уплотнения крышки камеры теплообменного аппарата является наличие шпилек и гаек большого диаметра, что требует применения специального инструмента для создания необходимого усилия, обеспечивающего прочное соединение. Причем в данных соединениях шпильки снабжаются устройством для контроля их вытяжки при уплотнении фланцевого соединения. Это влечет за собой дальнейшее увеличение диаметра шпильки, а также наличие специального измерительного инструмента для контроля ее вытяжки.

Кроме того, сами фланцы имеют большие размеры, что требует наличия поковок большого диаметра, что сказывается на металлоемкости теплообменных аппаратов и сосудов высокого давления.

Известна конструкция узла уплотнения с применением фланцевых скоб, в которых усилие от нажимного болта через крышку передается на прокладку без создания дополнительного изгибающего момента в крышке (Г.Л.Вихман, С.А.Круглов "Основы конструирования аппаратов и машин нефтеперерабатывающих заводов", М., изд. "Машиностроение", 1978, стр.179, рис.151а).

Недостатком данной конструкции уплотнения является наличие фланцевых скоб значительных размеров, т.к. они в процессе уплотнения прокладки и работы испытывают значительные изгибные моменты. Кроме того, применение фланцевых скоб увеличивает габариты корпуса теплообменного аппарата или сосуда высокого давления в диаметральном направлении.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности уплотнения камеры теплообменного аппарата или сосуда высокого давления с одновременным снижением габаритов камеры теплообменного аппарата или сосуда высокого давления в диаметральном направлении.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности узла уплотнения и надежности его эксплуатации.

Технический результат достигается за счет того, что

- узел уплотнения содержит корпус, крышку, прокладку и болты;

- на внутренней стенке камеры теплообменного аппарата выполнена кольцевая проточка, которая в верхней своей части выполнена в виде обратного конуса, нижняя грань проточки выполнена параллельно уплотняющей поверхности камеры, на боковой поверхности кольцевой проточки равномерно по окружности выполнены сквозные отверстия для болтов, в кольцевой проточке равномерно по окружности размещены сухари, а под ними размещены клинья, в которых поверхность, взаимодействующая с неподвижными сухарями, выполнена параллельно уплотняющей плоскости камеры, а противоположная поверхность - наклонная, имеющая тот же угол наклона, что и наклонный бурт крышки камеры, в теле клиньев выполнены отверстия, согласующиеся с отверстиями на боковой поверхности кольцевой проточки камеры теплообменного аппарата, через которые проходят болты, которые при взаимодействии с клиньями прижимают крышку камеры, уплотняя прокладку.

По вариантам исполнения:

- клинья имеют сквозные отверстия, а на боковой поверхности кольцевой проточки камеры выполнены отверстия с резьбой.

- клинья имеют отверстия с резьбой, на боковой поверхности кольцевой проточки камеры выполнены сквозные отверстия.

- для фиксации положения сухарей относительно отверстий для болтов на внутренней поверхности камеры над кольцевой проточкой выполнены пазы, повторяющие собой поперечный профиль прилегающей части сухаря.

- сухарь выполнен в виде разрезного, как минимум, на три части кольца, причем, как минимум, один сектор кольца имеет боковые кромки, параллельные друг другу.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг.1 изображена камера теплообменного аппарата высокого давления с использованием узла уплотнения по настоящему изобретению и мембраны в качестве уплотняющего элемента;

на фиг.2 - вид А с фиг.1 на камеру теплообменного аппарата с уплотняющим устройством, с сухарями, выполненными в виде отдельных элементов, резьбой в клиньях и с наружным размещением прижимных болтов;

на фиг.3 изображена камера теплообменного аппарата высокого давления с использованием узла уплотнения по настоящему изобретению и приваренной к корпусу камеры мембраны в качестве уплотнения, с сухарями, выполненными в виде отдельных элементов и резьбой в корпусе камеры теплообменного аппарата;

на фиг.4 - вид Б с фиг.3 на камеру теплообменного аппарата;

на фиг.5 - камера теплообменного аппарата с использованием узла уплотнения по настоящему изобретению с сухарем, выполненным в виде разрезного кольца;

на фиг.6 - вид В с фиг.5 на камеру теплообменного аппарата;

на фиг 7 - узел уплотнения с фиг.1 с резьбой, выполненной в клиньях, и с наружным размещением прижимных болтов;

на фиг.8 - узел уплотнения фиг.3 с резьбой, выполненной в корпусе камеры, и с внутренним размещением прижимных болтов;

на фиг.9 - узел уплотнения по настоящему изобретению с использованием плоской кольцевой прокладки;

на фиг.10 - узел уплотнения с фиг.5 с резьбой, выполненной в клиньях, наружным размещением прижимных болтов и с сухарем, выполненным в виде разрезного кольца;

на фиг.11 - узел уплотнения с фиг.5 с резьбой, выполненной в корпусе камеры, внутренним размещением прижимных болтов и с сухарем, выполненным в виде разрезного кольца.

Конструкция уплотняющего устройства по настоящему изобретению состоит из корпуса камеры теплообменного аппарата или сосуда 1, имеющего на внутренней поверхности кольцевую проточку 2, в верхней своей части выполненную в виде обратного конуса, крышки 3, имеющей наклонный бурт 4, прокладки 5, сухарей 6, клиньев 7, болтов 8.

Сухари 6, клинья 7 и, соответственно, болты 8 расположены равномерно по окружности уплотняемой камеры (фиг.2, 4, 6).

По вариантам исполнения, в зависимости от требований к конструкции, болты 8 могут располагаться как с наружной стороны корпуса 1 камеры теплообменного аппарата или сосуда высокого давления, так и с внутренней стороны. При этом резьбовые отверстия должны быть выполнены соответственно либо в клиньях 7 (фиг.1, 2, 7, 10) либо в корпусе 8 камеры теплообменного аппарата или сосуда высокого давления соответственно (фиг.3, 4, 5, 6, 8, 11).

По вариантам исполнения, в зависимости от требований конструкции, сухари могут быть выполнены в виде разрезного кольца 9, причем, как минимум, один сектор кольца имеет боковые кромки, параллельные друг другу 10 (фиг.5, 6, 10, 11).

Кроме того, по вариантам исполнения уплотняющая прокладка может быть выполнена как в виде приваренной к корпусу камеры теплообменного аппарата мембраны (фиг.1, 3, 5), так и виде кольцевой плоской прокладки 11 (фиг.9).

Уплотняющее устройство работает следующим образом.

Крышка 3 устанавливается в корпус 1 на прокладку 5, размещенную на плоскости, заглубленной в камере теплообменного аппарата. В кольцевую проточку 2 на внутренней стенке камеры вставляются сухари 6 и клинья 7, клинья 7 с помощью болтов 8 втягиваются в полость проточки 2 и, взаимодействуя с наклонным кольцевым буртом 4 крышки 3, прижимают ее к прокладке 5, тем самым уплотняя ее.

Применение предлагаемого изобретения позволяет за счет уменьшения диаметра крышки снизить ее толщину и, следовательно, массу более чем на 50%, избавиться от изгибающих напряжений в крышке, возникающих при обжатии прокладки, и, в связи с этим, обеспечить качественное ее уплотнение, уменьшить диаметральные габариты камеры теплообменного аппарата или сосуда высокого давления.

Так, например, при угле скоса клина и бурта крышки, равном 5°, нагрузка на болт в 11,4 раза меньше, чем на шпильку в разъемном соединении прототипов, а при угле скоса 2° - в 28,6 раза меньше, т.е. в теплообменных аппаратах или сосудах высокого давления, имеющих шпильки диаметром 72 мм, при использовании данного изобретения, шпильки можно заменить, с достаточным запасом по прочности, на болты диаметром 24 мм при скосе 5° и 16 мм при скосе 2°, сохраняя их количество равным количеству шпилек в разъемном соединении прототипов.

Предлагаемая конструкция узла уплотнения по настоящему изобретению позволяет избавиться от применения одного из наиболее уязвимых элементов разъемного соединения - резьбовой пары (шпилька-гайка) большого диаметра и заменить их болтами гораздо меньшего диаметра.

Изобретение относится к области химической промышленности, теплоэнергетики и, в частности, оборудованию АЭС, и касается уплотнения крышек камер и люков теплообменных аппаратов и сосудов высокого давления. Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности уплотнения камеры теплообменного аппарата или сосуда высокого давления с одновременным снижением габаритов камеры теплообменного аппарата или сосуда высокого давления в диаметральном направлении. Узел уплотнения содержит корпус, крышку, прокладку и болты; на внутренней стенке камеры теплообменного аппарата выполнена кольцевая проточка, которая в верхней своей части выполнена в виде обратного конуса, нижняя грань проточки выполнена параллельно уплотняющей поверхности камеры, на боковой поверхности кольцевой проточки равномерно по окружности выполнены сквозные отверстия для болтов, в кольцевой проточке равномерно по окружности размещены сухари, а под ними размещены клинья, в которых поверхность, взаимодействующая с неподвижными сухарями, выполнена параллельно уплотняющей плоскости камеры, а противоположная поверхность - наклонная, имеющая тот же угол наклона, что и наклонный бурт крышки камеры, в теле клиньев выполнены отверстия, согласующиеся с отверстиями на боковой поверхности кольцевой проточки камеры теплообменного аппарата, через которые проходят болты, которые при взаимодействии с клиньями прижимают крышку камеры, уплотняя прокладку. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности узла уплотнения и надежности его эксплуатации. 4 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Узел уплотнения камеры теплообменного аппарата, содержащий корпус, крышку, прокладку и болты, отличающийся тем, что крышка камеры с наружной стороны снабжена наклонным буртом, а внутренней, обращенной к уплотняемой полости камеры, поверхностью взаимодействует с прокладкой; на внутренней стенке камеры теплообменного аппарата выполнена кольцевая проточка, которая в верхней своей части выполнена в виде обратного конуса, нижняя грань проточки выполнена параллельно уплотняющей поверхности камеры, на боковой поверхности кольцевой проточки равномерно по окружности выполнены сквозные отверстия для болтов, в кольцевой проточке равномерно по окружности размещены сухари, а под ними размещены клинья, в которых поверхность, взаимодействующая с неподвижными сухарями, выполнена параллельно уплотняющей плоскости камеры, а противоположная поверхность - наклонная, имеющая тот же угол наклона, что и наклонный бурт крышки камеры, в теле клиньев выполнены отверстия, согласующиеся с отверстиями на боковой поверхности кольцевой проточки камеры теплообменного аппарата, через которые проходят болты, которые при взаимодействии с клиньями прижимают крышку камеры, уплотняя прокладку.2. Узел уплотнения по п.1, отличающийся тем, что клинья имеют сквозные отверстия, а на боковой поверхности кольцевой проточки камеры выполнены отверстия с резьбой.3. Узел уплотнения по п.1, отличающийся тем, что клинья имеют отверстия с резьбой, на боковой поверхности кольцевой проточки камеры выполнены сквозные отверстия.4. Узел уплотнения по п.1 или 2, отличающийся тем, что для фиксации положения сухарей относительно отверстий для болтов на внутренней поверхности камеры над кольцевой проточкой выполнены пазы, повторяющие собой поперечный профиль прилегающей части сухаря.5. Узел уплотнения по п.1, отличающийся тем, что сухарь выполнен в виде разрезного, как минимум на три части кольца, причем, как минимум, один сектор кольца имеет боковые кромки, параллельные друг другу.