УПЛОТНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2009 года по МПК F16J15/12 

Предметом настоящего изобретения является уплотнительное устройство, в частности, для плоских фланцевых соединений, состоящее из кольцеобразной металлической основы и прокладок из мягкого материала с обеих сторон, предпочтительно из графита или политетрафторэтилена, причем основа внутри и/или снаружи имеет радиально-окружные кольцевые зубцы, обеспечивающие в собранном виде линейный металлический контакт и имеющие упругость, выбранную так, что после демонтажа уплотнения из фланцев зубцы по высоте возвращаются, по существу, в состояние до монтажа и таким образом почти достигают своей первоначальной высоты.

Уплотнительные устройства такого рода описаны в ЕР 1062442 и тем временем хорошо зарекомендовали себя на практике.

Кроме того, на протяжении многих лет известны так называемые гофрированные кольцевые уплотнения, в которых по обе стороны гофрированных металлических основ установлены прокладки из мягкого материала, причем эти прокладки из мягкого материала при монтаже частично сжимаются в зазоре между фланцами в гофры. Под действием требуемого большого давления нажима гофры основы необратимо раздвигаются и при этом могут в значительной степени расплющиваться. Другими существенными недостатками гофрированных кольцевых уплотнений являются недостаточная надежность при выдувании, увеличение негерметичности фланцевых соединений при нагрузках в результате колебаний давления и температуры, а также относительно большая монтажная толщина порядка более 2 мм перед монтажом. Эта большая монтажная толщина требует при монтаже больших зазоров между фланцами и часто приводит к повреждениям прокладок из мягкого материала еще во время монтажа. Однако большим недостатком гофрированных кольцевых уплотнений является, в частности, необратимое, радиальное расширение уплотнения при нажиме, могущее необратимо расплющить гофрированную основу. Поэтому гофрированные кольцевые уплотнения не очень хорошо зарекомендовали себя на практике, в частности, при больших нагрузках и высоких требованиях к стойкости герметичности.

В уплотнительных устройствах согласно ЕР 1062442 область, перекрываемая прокладкой из мягкого материала, выполнена плоской. В результате в этой области не происходит никакой необратимой деформации металлической основы. Прокладки из мягкого материала при затяжке фланцевых винтов уплотняются почти максимально и рассчитаны таким образом, что вершины упругих кольцевых зубцов входят в металлический контакт с поверхностями фланцев. Таким образом, металлическая основа и ее кольцевые зубцы деформируются необратимо. Эти особенности приводят к тому, что нагрузки в результате колебаний давления и температуры компенсируются за счет упругости и в результате достигается высокая герметичность.

В основу изобретения положена задача дальнейшего повышения стойкости герметичности.

Решение задачи согласно изобретению достигается за счет признаков, содержащихся в п.п.1, 3 или 5 формулы изобретения.

В первой предпочтительной форме выполнения уплотнительного устройства согласно изобретению, повышающего герметичность, последнее содержит кольцеобразную металлическую основу. Основа с обеих сторон обложена прокладками из мягкого материала, причем речь в случае прокладок из мягкого материала идет о прокладках, содержащих графит и/или политетрафторэтилен. Кроме того, основа имеет несколько радиально-окружных кольцевых зубцов. В собранном виде по меньшей мере один из кольцевых зубцов имеет линейный металлический контакт с уплотняемой поверхностью. Согласно изобретению металлическая основа имеет толщину менее 0,5 мм, предпочтительно менее 0,49 мм и особенно предпочтительно менее 0,3 мм. Неожиданно, несмотря на малую толщину металлической основы, оказалось возможным деформировать ее таким образом, чтобы в результате деформации получить кольцевые зубцы. Кольцевые зубцы согласно изобретению, с одной стороны, выполняют функцию установления металлического контакта, по меньшей мере, между одним из кольцевых зубцов и уплотняемой поверхностью. Кроме того, кольцевые зубцы служат для увеличения жесткости металлической основы. Только благодаря наличию согласно изобретений радиально-окружных кольцевых зубцов можно предусмотреть такую тонкую основу, которая, в частности, изготовлена из тонкого металлического листа.

Предпочтительно, чтобы основа содержала, по меньшей мере, один кольцевой зубец также в области прокладок из мягкого материала. В одной из последующих предпочтительных форм выполнения изобретения существенным аспектом является то, что основа в области, перекрываемой прокладкой из мягкого материала, содержит, по меньшей мере, один уголковый кольцевой зубец. В этой форме выполнения не является безусловно необходимым, но в то же время является предпочтительным наличие также в неперекрытой области по меньшей мере одного окружного кольцевого зубца, который в собранном виде обеспечивает линейный металлический контакт.

Согласно изобретению задача в одной из особенно предпочтительных форм решается тем, что область основы, перекрытая прокладкой из мягкого материала, содержит, по меньшей мере, один кольцевой уголковый зубец.

В одной из предпочтительных форм выполнения кольцевой зубец, предусмотренный в области прокладки из мягкого материала, по меньшей мере, частично поддается пластической деформации, причем деформация происходит при установке уплотнительного устройства во фланцевое соединение. Форма, по меньшей мере, одного кольцевого зубца, толщина металлической основы, а также используемый металлический сплав согласно изобретению выбраны таким образом, что в зависимости от сил, возникающих при монтаже, по меньшей мере, один кольцевой зубец хотя бы частично поддается пластической деформации. В частности, согласно изобретению предпочтительно, чтобы основа была изготовлена из высококачественной стали. При этом возникающие силы зависят от вида, размера и/или области применения фланцевого соединения. В результате пластической деформации зубцов, предпочтительно лишь частичной, так, чтобы остаточная упругость продолжала действовать, в собранном виде вершина зубца при распределении давления в поперечном сечении уплотнения создает пик давления. Таким образом, в соответствующих линейных областях вершины зубца герметичность повышается. Это приводит к повышению герметичности уплотнительного устройства согласно изобретению. При этом особенно предпочтительно, чтобы пластическая деформация (кольцевых зубцов, установленных в области уплотнительной прокладки, происходила таким образом, чтобы упругость достигала 50-100%, предпочтительно 75-100%. Под этим понимается, что соответствующий кольцевой зубец после очередного демонтажа фланцевого соединения достигает первоначальной высоты, т.е. высоты перед первым монтажом на 50-100%. При первоначальной высоте порядка 0,5 мм зубец после демонтажа снова имеет высоту от 0,25 до 0,5 мм.

Предпочтительно, чтобы кольцевые зубцы, неперекрытые прокладкой из мягкого материала, если таковые имеются, восстанавливались (отжимались) после демонтажа на 75-100%.

Предпочтительно, чтобы с каждой стороны металлической основы в области прокладки из мягкого материала был предусмотрен соответствующий кольцевой зубец. При этом речь идет о кольцевых зубцах, так что обеспечивается полная герметизация по всему фланцу. Кольцевые зубцы, установленные по обе стороны металлической основы, предпочтительно располагаются друг против друга, так что усилия, возникающие по линиям соприкосновения, направлены навстречу друг другу и не смещаются в сторону относительно друг друга.

В одной из последующих форм изобретения, представляющей собой самостоятельное изобретение, по меньшей мере, один кольцевой зубец в области прокладки из мягкого материала выполнен таким образом, что он после демонтажа снова возвращается, по существу, в первоначальное состояние. Таким образом, отличительным является упругое свойство, причем незначительная пластическая деформация является приемлемой. Существенное преимущество такого кольцевого зубца заключается также в том, что пик давления приходится на вершину зубца. Благодаря этому герметичность уплотнительного устройства явно повышается. Эта форма выполнения содержит в области прокладки из мягкого материала предпочтительно несколько кольцевых зубцов, причем предпочтительно с каждой стороны металлической основы установлен по крайней мере один такой зубец.

Таким образом, речь идет согласно изобретению не об обычных гофрированных кольцевых уплотнениях, а о новом виде уплотнительного устройства, которое можно назвать уголковым кольцевым уплотнением.

Особенно предпочтительные усовершенствованные варианты, приведенные ниже, относятся к обеим независимым формам выполнения.

Это новое уплотнительное устройство в исходном состоянии перед монтажом имеет толщину менее 2,2 мм, в частности менее 1,7 мм. Таким образом, они могут легко устанавливаться даже при незначительной ширине зазоров между фланцами, не повреждая прокладок из мягкого материала.

Толщина металлических основ, измеренная по вершинам зубьев, без прокладок из мягкого материала составляет предпочтительно лишь менее 1,2 мм, предпочтительно 0,4-0,8 мм.

Высота кольцевых зубцов в областях, перекрытых прокладками из мягкого материала, а также в областях, неперекрытых прокладками из мягкого материала, может быть различной. Это зависит, например, от вида применяемой прокладки из мягкого материала и от области применения уплотнительного устройства. Если металлический контакт одного или нескольких внутренних кольцевых зубцов и/или кольцевых зубцов, расположенных снаружи, имеет, в частности, существенное значение для герметичности, то эти кольцевые зубцы могут иметь большую высоту, чем кольцевые зубцы, предусмотренные для области прокладки из мягкого материала. Предпочтительно, в частности, чтобы кольцевые зубцы, расположенные радиально за пределами прокладки из мягкого материала, имели меньшую высоту, нежели кольцевые зубцы, перекрываемые прокладкой из мягкого материала. Этим обеспечивается достаточное удельное давление в области прокладки из мягкого материала. Кроме того, этим достигается достаточное уплотнение прокладки из мягкого материала. Особенно предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, один кольцевой зубец, расположенный в радиальном направлении за пределами и/или в пределах прокладки из мягкого материала, по меньшей мере, имел такую же высоту, что и прокладка из мягкого материала. В этом случае остальные кольцевые зубцы, расположенные в пределах и/или за пределами прокладки из мягкого материала, имеют меньшую высоту. Этим обеспечивается большая плотность металлического контакта. В частности, по меньшей мере, при одном кольцевом зубце, по меньшей мере, такой же высоты, расположенном как за пределами, так и в пределах прокладки из мягкого материала, обеспечивается капсулирование (герметизация) прокладки из мягкого материала. Благодаря этому предотвращается как выдувание прокладки из мягкого материала, так и проникновение герметика в транспортируемую среду.

Кольцевые зубцы, расположенные в пределах или при необходимости за пределами прокладки из мягкого материала, для изменения упругости могут иметь также больший угол, чем, по меньшей мере, один зубец, расположенный в области прокладки из мягкого материала. В случае необходимости кольцевые зубцы при более тупом угле дополнительно могут иметь меньшую высоту.

Однако само собой разумеется, что основа должна оставаться еще настолько толстой, чтобы быть достаточно прочной для удержания сжатой прокладки и сохранения упругости. Поэтому металлические основы предпочтительно состоят из листа толщиной минимум 0,05 мм, однако менее 0,49 мм, в частности менее 0,45 мм. Особенно предпочтительными являются толщины порядка 0,1 мм. Таким образом, уголковые кольцевые зубцы изготавливаются предпочтительно из возможно более коррозионно-стойкой высококачественной стали, которая с помощью специального инструмента долгое время деформируется таким образом, чтобы внутри получались почти острые углы, а снаружи слегка закругленные кромки.

При этом вполне возможно изготавливать и согласно изобретению использовать основы с зубцами, которые в области, перекрытой прокладками, при измерении по металлическим вершинам, имеют меньшую толщину, чем имеющиеся при необходимости свободно расположенные кольцевые зубцы. Формы выполнения со свободно расположенными кольцевыми зубцами в собранном виде обеспечивают упругий металлический контакт, уже известный из ЕР 1062442. В этих формах выполнения прокладки из мягкого материала также уплотняются почти в максимальной степени.

Для того чтобы толщина предпочтительных уплотнительных устройств перед первым монтажом в зазоре между фланцами была менее 2 мм и даже менее 1,7 мм, предпочтительно используются графитовые прокладки, которые перед монтажом при плотности порядка 0,7 или 1,0 кг/м³ имеют толщину более 0,5 мм, а при плотности порядка 1,0 кг/м³ 0,25-0,5 мм. При этом необходимо учитывать, что прокладки из мягкого материала в собранном виде позволяют заполнить промежуток между кольцевыми зубцами и при этом добиться почти максимального уплотнения как на месте вершин, так и на месте впадин. При этом происходит уплотнение прокладки из мягкого материала, в частности, если речь идет о графитовой прокладке, то минимум на 40, предпочтительно на 45 и особенно предпочтительно на 50,%.

Графитовые прокладки с помощью специального инструмента могут также запрессовываться в кольцевые зубцы еще при изготовлении уголковых кольцевых уплотнений. В этом случае графитовые прокладки как по внутреннему, так и по внешнему диаметру будут еще лишь ненамного превосходить кольцевые зубцы.

Благодаря двухстороннему перекрытию графитовой прокладкой крепление упрощается, а опасность повреждения вследствие тонкой основы сокращается.

Крепление прокладок из мягкого материала предпочтительно осуществляется с помощью клея. Однако существуют также способы, при которых можно обойтись без клея.

Предпочтительно расстояние между каждыми двумя кольцевыми зубцами составляет менее 4 мм, и оно может быть сокращено до 0,5 мм. Область, не перекрытая прокладкой из мягкого материала, может насчитывать 1-100 кольцевых зубцов. В целом, основы насчитывают, по меньшей мере, 3 и лишь в исключительных случаях в общей сложности 140 кольцевых зубцов.

Таким образом, особенно предпочтительные формы выполнения уплотнительных устройств состоят из основы из прочного листа толщиной 0,1-0,49 мм, предпочтительно 0,1-0,3 мм, которая содержит зубцы с интервалами 0,5-4 мм, предпочтительно 1-2,8 мм, особенно предпочтительно с интервалами 1-2 мм, высота которых при измерении по вершинам составляет 0,4-0,8 мм и которые перекрыты прокладками из мягкого материала, обладающими первоначальной толщиной порядка 0,25-1,0 мм. Чем тоньше используемый лист, тем меньшим может выбираться интервал между кольцевыми зубцами. В этом случае такой же тонкой может выбираться также прокладка из мягкого материала. Однако решающее значение имеют оптимальное уплотнение прокладки из мягкого материала после монтажа и тем самым максимальное заполнение промежутков между кольцевыми зубцами. Так, например, может быть использована особенно предпочтительная основа, которая, например, при толщине листа менее 0,5 мм, предпочтительно 0,1-0,3 мм, при высоте, измеренной по вершинам зубцов, 1,35 мм и интервале между зубцами менее 3 мм перекрывается графитовыми прокладками, которые при плотности 0,7 кг/м³ имеют толщину 1 мм, а при плотности 1,0 кг/м³ толщину 0,5 мм. При этом внутри и/или снаружи снова могут оказаться неперекрытые кольцевые зубцы, которые в собранном виде могут привести к металлическому контакту и также обладают упругими свойствами.

Эти формы выполнения уголковых кольцевых уплотнений приводят к усилению и улучшению уплотнения со стойкими упругими свойствами и превосходят все уплотнительные устройства, известные на сегодняшний день. Такого результата не ожидалось, поскольку такие формы выполнения, как гофрированные кольцевые уплотнения, при затяжке фланцевых винтов расплющивались и тем самым увеличивали свои размеры, в частности, радиальные. Однако изменение размеров уголковых кольцевых уплотнений согласно изобретению является обратимым. Поэтому упругость приводит к стойкому улучшению уплотнения, особенно при усиленных сжимающих и температурных нагрузках. Изменения размеров в перекрытой области согласно изобретению являются обратимыми и могут быть даже предпочтительно скомпенсированы имеющимися свободно расположенными кольцевыми зубцами и возвращены в рамки перекрытой области.

Кольцевые зубцы предпочтительно имеют закругленные вершины. В частности, вершины имеют радиус, который ≥1 мм, предпочтительно ≥0,75 мм и особенно предпочтительно ≥0,5 мм. Предпочтительно закруглена также внутренняя область кольцевых зубцов, т.е. область, противоположная скругленной вершине. Закругление предпочтительно имеет радиус, который ≥0,75 мм, в частности ≥0,5 и особенно предпочтительно ≥0,25 мм.

Благодаря закруглению вершин во внешней и/или внутренней области во время деформации основы при изготовлении кольцевых зубцов может быть предотвращен разрыв, в частности, основы, изготовленной из тонкого листа.

В одном из особенно предпочтительных усовершенствованных вариантов самый внутренний из кольцевых зубцов, т.е. кольцевой зубец с самым малым диаметром, предпочтительно выполнен таким образом, что боковая сторона, обращенная вовнутрь, т.е. внутренний свободный конец уплотнения, имеет относительно другой боковой стороны кольцевого зубца длину, составляющую, по меньшей мере, 40% этой боковой стороны. Предпочтительно эта боковая сторона относительно продольного направления фланца, или относительно вертикали к плоскости уплотнения, составляет угол, равный 30-70°, в частности примерно 45°. Этим обеспечивается плотное прилегание кольцевого зубца к фланцу. За счет длины боковой стороны, расположенной внутри, в результате давления среды, протекающей через фланец, вершина зубца прижимается к фланцу. Благодаря этому герметизация улучшается.

При ширине уплотнения для фланцев ANSI В 16,5 графитовая прокладка в зависимости от диаметра трубы имеет предпочтительно ширину менее: 19 мм с каждой стороны при 1 дюйме; 16 мм с каждой стороны при 2 дюймах; 19 мм с каждой стороны при 3 дюймах; 21 мм с каждой стороны при 4 дюймах; 24 мм с каждой стороны при 6 дюймах; 25 мм с каждой стороны при 8 и 10 дюймах; 28 мм с каждой стороны при 12 и 14 дюймах; 32 мм с каждой стороны при 16 дюймах; 39 мм с каждой стороны при 18 и 24 дюймах.

Кроме того, предпочтительно, чтобы ширина уплотнительной прокладки для фланцев DIN с каждой стороны также составляла для DN 25 менее 11 мм; для DN 40 и 50 менее 13 мм; для DN 80 менее 15 мм; для DN 100/150 менее 17 мм; для DN 200-DN 300 менее 19 мм; для DN 400-DN 500 менее 26 мм; для DN 600 менее 27 мм с тем, чтобы при меньших графитовых полосах при тех же моментах затяжки винтов, предусмотренных изготовителем винтов, добиться при тисненых уплотнениях удельного давления, обеспечивающего большее уплотнение.

Предпочтительные формы выполнения уголковых кольцевых уплотнений согласно изобретению более подробно поясняются со ссылками на чертежи, схематически приведенные ниже.

На чертежах соответственно используются следующие обозначения:

1 - металлическая основа,

2 - прокладки из мягкого материала,

3 - свободно расположенные кольцевые зубцы,

4 - свободно расположенные кольцевые зубцы,

5 - кольцевые зубцы, перекрытые прокладками из мягкого материала,

6 - детали фланца,

7 - детали фланцевого винта,

8 - острые углы,

9 - закругленные кромки,

10 - внутренняя боковая поверхность,

11 - внешняя боковая поверхность,

12 - центрирующее кольцо,

L - длина боковой поверхности,

L' - длина боковой поверхности.

В случае предпочтительных форм выполнения изобретения, представленных на чертежах, речь идет об упрощенных изображениях. При этом окружные видимые кромки вращательно-симметричного уплотнения для наглядности не показаны, а лишь обозначены. На всех чертежах с левой стороны постоянно изображена внутренняя сторона фланцевого соединения, т.е. внутренняя сторона уплотнительного устройства. Таким образом, на всех чертежах труба для подачи среды находится с левой стороны. Монтаж уплотнений во фланце показан на фиг.11 и 12.

На фиг.1 изображена форма выполнения, в которой несколько кольцевых зубцов 3, 4 в направлении вовнутрь не перекрыты прокладкой из мягкого материала. Эти свободно расположенные кольцевые зубцы по высоте, измеренной по вершинам зубцов, превосходят перекрытые кольцевые зубцы 5 и создают металлическое уплотнение с упругими свойствами. Внутренний кольцевой зубец 3 имеет свободную боковую поверхность 10 длиной L. Длина L меньше длины L' соответствующей другой, расположенной дальше внешней боковой стороны внутреннего кольцевого зубца 3. В частности, боковая поверхность 10 имеет длину L, составляющую 40-60% длины L' свободной боковой стороны. Благодаря этому обеспечивается металлический контакт вершины внутреннего зубца 3 с фланцем. Боковая сторона 10 имеет угол, соответствующий другим боковым сторонам, так что внутренний зубец 3 имеет, по существу, такой же угол, что и другие кольцевые зубцы 3.

На фиг.2 изображена эквивалентная форма выполнения, в которой большие свободно расположенные кольцевые зубцы 3, 4 не обращены вовнутрь в сторону среды, а располагаются во внешней области и прилегают к фланцевым винтам 7 (фиг.11, 12).

На фиг.3 изображена форма выполнения, аналогичная форме выполнения на фиг.2, причем, однако, все свободно расположенные и перекрытые кольцевые зубцы 3, 4, 5 являются одинаковыми по высоте, измеренной по вершинам зубцов, и уплотняющими графит 2 изнутри. Прокладка 2 из мягкого материала может проходить и дальше над внешними кольцевыми зубцами 3, 4.

На фиг.4 изображено уголковое кольцевое уплотнение, в котором все кольцевые зубцы имеют одинаковую высоту и полностью перекрыты прокладкой 2 из мягкого материала.

На фиг.5 изображено уголковое кольцевое уплотнение, в котором имеются как внутренние, так и внешние свободно расположенные кольцевые зубцы 3, 4, а прокладкой 2 из мягкого материала перекрыта только средняя область.

На фиг.6 изображена форма выполнения, аналогичная форме выполнения на фиг.5, в которой, однако, толщина перекрытых кольцевых зубцов 5, измеренная по их вершинам, несколько меньше, чем у свободно расположенных кольцевых зубцов 3, 4 во внутренней и внешней областях.

На фиг.7 изображена форма выполнения уголкового кольцевого уплотнения, в которой толщина кольцевых зубцов 5, измеренная по их вершинам, в направлении снаружи вовнутрь возрастает.

На фиг.8 изображена предпочтительная форма выполнения металлической основы 1 с острыми углами и несколько закругленными кромками 9, или вершинами зубцов.

На фиг.9 изображена еще одна из предпочтительных форм уплотнительного устройства согласно изобретению, в которой центрирующие кольцевые зубцы 3а, расположенные снаружи, имеют меньшую высоту по вершинам зубцов, чем кольцевые зубцы, расположенные в области прокладки 2 из мягкого материала. Кроме того, кольцевой зубец 5а, непосредственно граничащий с прокладкой 2 из мягкого материала, но не перекрытый ею, имеет такую же высоту, что и кольцевые зубцы 5, перекрытые прокладкой 2 из мягкого материала. Благодаря этому обеспечивается линейный металлический контакт между вершинами 5b и фланцем.

Дополнительно или вместо кольцевого зубца 5а такой же высоты, а также более низких центрирующих кольцевых зубцов 3а с внешней стороны прокладки 2 из мягкого материала зубцы 5b такого рода могут быть предусмотрены и с внутренней стороны.

На фиг.10 изображена еще одна из предпочтительных форм изобретения, в которой кольцевые зубцы 3, 4, расположенные снаружи, хотя они имеют ту же высоту, что и кольцевые зубцы 5, перекрытые прокладкой 2 из мягкого материала, имеют все же более тупой угол, чем угол кольцевых зубцов 5. При необходимости такие пологие кольцевые зубцы могут быть также дополнительно расположены с внутренней или исключительно с внутренней стороны основы 1.

Кроме того, возможна комбинация уплотнительных устройств, изображенных на фиг.9 и 10. Например, с внешней стороны могут быть расположены более плоские и более низкие кольцевые зубцы. Более плоские и вместе с тем более низкие кольцевые зубцы могут быть предусмотрены также с внутренней и/или внешней стороны прокладки 2 из мягкого материала.

На фиг.11 изображено предпочтительное уплотнительное устройство с малой шириной уплотнения в собранном виде, в котором как на фиг.5 и 6, снаружи и внутри имеются более высокие, неперекрытые кольцевые зубцы 3, 4, обеспечивающие упругое металлическое уплотнение, в то время как в середине кольцевые зубцы 5, перекрытые прокладкой 2 из мягкого материала, немного ниже, причем прокладки 2 из мягкого материала как по вершинам, так и в расположенных между ними впадинах оптимально уплотнены и в дополнение к этому обладают упругими свойствами. Кроме того, предусмотрено центрирующее кольцо 12, которое в поперечном сечении является слегка гофрированным. Благодаря этому улучшается устойчивость центрирующего кольца. Таким образом, во избежание коробления можно предусмотреть более широкие центрирующие кольца.

На фиг.12 в собранном виде изображена форма выполнения с малой шириной уплотнения, как на фиг.4, в которой все кольцевые зубцы имеют одинаковую толщину, измеренную по вершинам, и полностью перекрыты прокладками 2 из мягкого материала. Благодаря оптимальному уплотнению прокладок 2 из мягкого материала как поверх вершин, так и в расположенных между ними впадинах эти уплотнения обладают упругими свойствами. Кроме того, предусмотрено также центрирующее кольцо 12. Центрирующее кольцо 12 в соответствии с центрирующим кольцом, изображенным на фиг.11, является гофрированным или имеет поперечное сечение в форме угла или зубца. Гофры или углы, т.е. зубцы центрирующего кольца для достижения большего удельного давления, имеют высоту, меньшую, чем высота кольцевых зубцов 3, 4 или 5. Благодаря уголковой форме центрирующего кольца можно добиться дальнейшего повышения устойчивости. При этом центрирующее кольцо может быть выполнено более широким. Например, при толщине листа около 0,1 мм, не опасаясь коробления, можно установить ширину центрирующего кольца более 20 мм, в частности более 30 мм, а в случае необходимости даже более 50 мм.

На фиг.13 изображено гофрированное кольцевое уплотнение, состоящее из основы 1 и прокладок 2 из мягкого материала, запрессованных в кольцевые зубцы 5 еще до монтажа и немного выступающих за пределы крайних кольцевых зубцов. При такой форме выполнения опасность повреждения острыми кромками листа во время монтаже уменьшается, в частности, если прокладки из мягкого материала в этой области склеены между собой. Кроме того, эти формы выполнения отличаются повышенной жесткостью.

На чертежах кольцевые зубцы 3, 4, 5 изображены с относительно острыми углами менее 90°. Однако уголковые кольцевые уплотнения могут иметь также кольцевые зубцы с тупыми углами, в частности, и с почти прямыми углами. В частности, важно, чтобы они обладали упругими свойствами. При этом форма в предпочтительном варианте осуществления подобрана в соответствии с упругостью кольцевых зубцов 5, перекрытых прокладкой из мягкого материала. В частности, выбором материала и его толщины для перекрытых кольцевых зубцов 5 можно добиться их частичной пластической деформации во время монтажа. Благодаря остаточной упругости, несмотря на пластическую деформацию, вершины перекрытых кольцевых зубцов 5 оказывают на прокладку 2 из мягкого материала в этой области повышенное давление, повышая тем самым герметичность.

Изобретение относится к уплотнительной технике. Уплотнительное устройство, в частности, для плоских фланцевых соединений с кольцеобразной металлической основой и прокладками из мягкого материала с обеих сторон, предпочтительно из графита или политетрафторэтилена. Основа имеет радиально-окружные кольцевые зубцы, которые в собранном виде обеспечивают линейный металлический контакт. Металлическая основа имеет толщину менее 0,5 мм, предпочтительно менее 0,49 мм и особенно предпочтительно менее 0,3 мм. Основа содержит, по меньшей мере, один кольцевой зубец также в области прокладок из мягкого материала, и уплотнительное устройство имеет центрирующее кольцо с гофрированным или зубчатым поперечным сечением. Гофры или зубцы центрирующего кольца имеют высоту, меньшую, чем у кольцевых зубцов. Описаны варианты уплотнительных устройств. Изобретение повышает надежность герметичности. 6 н. и 32 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Уплотнительное устройство, в частности, для плоских фланцевых соединений с кольцеобразной металлической основой (1) и прокладками (2) из мягкого материала с обеих сторон, предпочтительно из графита или политетрафторэтилена, причем основа (1) имеет радиально-окружные кольцевые зубцы (3, 4), которые в собранном виде обеспечивают линейный металлический контакт, отличающееся тем, что металлическая основа (1) имеет толщину менее 0,5 мм, предпочтительно менее 0,49 мм, и особенно предпочтительно менее 0,3 мм, причем основа (1) содержит, по меньшей мере, один кольцевой зубец (5) также в области прокладок (2) из мягкого материала, и уплотнительное устройство имеет центрирующее кольцо (12) с гофрированным или зубчатым поперечным сечением, причем гофры или зубцы центрирующего кольца (12) имеют высоту меньшую, чем у кольцевых зубцов (3, 4, 5).

2. Уплотнительное устройство по п.1, отличающееся тем, что оно в первоначальном состоянии до монтажа имеет толщину в общей сложности менее 2,2 мм, предпочтительно менее 1,7 мм.

3. Уплотнительное устройство, в частности, для плоских фланцевых соединений с кольцеобразной металлической основой (1) и прокладками (2) из мягкого материала с обеих сторон, предпочтительно из графита или политетрафторэтилена, отличающееся тем, что область основы, перекрытая прокладками из мягкого материала, содержит, по меньшей мере, один кольцевой зубец (5), поддающийся при монтаже, по меньшей мере, частично пластической деформации, при этом уплотнительное устройство имеет центрирующее кольцо (12) со свободно расположенными центрирующими кольцевыми зубцами (3а), причем кольцевые зубцы (5) в области, перекрытой прокладкой из мягкого материала, или имеют большую высоту, измеренную по металлическим вершинам, чем свободно расположенные центрирующие кольцевые зубцы (3а), или имеют одинаковую высоту, измеренную по металлическим вершинам, что и свободно расположенные центрирующие кольцевые зубцы, и более острый угол, чем свободно расположенные центрирующие кольцевые зубцы, или имеют большую высоту, измеренную по металлическим вершинам, чем свободно расположенные центрирующие кольцевые зубцы, и более острый угол, чем свободно расположенные центрирующие кольцевые зубцы.

4. Уплотнительное устройство, в частности, для плоских фланцевых соединений с кольцеобразной металлической основой (1) и прокладками (2) из мягкого материала с обеих сторон, предпочтительно из графита или политетрафторэтилена, отличающееся тем, что область основы, перекрытая прокладками, имеет, по меньшей мере, один кольцевой зубец (5), имеющий упругость, позволяющую ему после демонтажа из фланцев возвращаться, по существу, в первоначальное состояние, при этом уплотнительное устройство имеет центрирующее кольцо (12) со свободно расположенными центрирующими кольцевыми зубцами (3а), и кольцевые зубцы (5) в области, перекрытой прокладкой из мягкого материала, имеют большую высоту, измеренную по металлическим вершинам, чем свободно расположенные центрирующие кольцевые зубцы (3а).

5. Уплотнительное устройство по п.3 или 4, отличающееся тем, что основа (1) внутри и/или снаружи имеет радиально-окружные кольцевые зубцы (3, 4), обеспечивающие в собранном виде линейный металлический контакт и имеющие упругость, выбранную так, что после демонтажа уплотнения из фланцев зубцы возвращаются по высоте, по существу, в состояние до монтажа и, таким образом, почти достигают своей первоначальной высоты.

6. Уплотнительное устройство, в частности, для плоских фланцевых соединений с кольцеобразной металлической основой (1) и прокладками (2) из мягкого материала с обеих сторон, предпочтительно из графита или политетрафторэтилена, причем основа (1) имеет радиально-окружные кольцевые зубцы (3, 4), обеспечивающие в собранном виде линейный металлический контакт, отличающееся тем, что металлическая основа (1) имеет толщину менее 0,5 мм, в частности менее 0,49, и особенно предпочтительно менее 0,3 мм, при этом основа (1) имеет, по меньшей мере, один кольцевой зубец (5) также в области прокладок (2) из мягкого материала, причем толщина основы (1), измеренная по вершинам зубцов, составляет менее 1,35 мм, кольцевые зубцы (3, 4, 5) имеют интервал между каждыми двумя соседними кольцевыми зубцами менее 3 мм, предпочтительно 0,5-2 мм, и уплотнительное устройство в первоначальном состоянии до монтажа имеет толщину в общей сложности менее 2,2 мм, предпочтительно менее 1,7 мм.

7. Уплотнительное устройство, в частности, для плоских фланцевых соединений с кольцеобразной металлической основой (1) и прокладками (2) из мягкого материала с обеих сторон, предпочтительно из графита или политетрафторэтилена, причем основа (1) внутри и/или снаружи имеет радиально-окружные кольцевые зубцы (3, 4), обеспечивающие в собранном виде линейный металлический контакт и имеющие упругость, выбранную так, что после демонтажа уплотнения из фланцев зубцы возвращаются по высоте, по существу, в состояние до монтажа и, таким образом, почти достигают своей первоначальной высоты, отличающееся тем, что область основы, полностью перекрытая с обеих сторон прокладками из мягкого материала, содержит, по меньшей мере, один кольцевой зубец (5), поддающийся при монтаже, по меньшей мере, частично пластической деформации, при этом толщина основы (1), измеренная по вершинам зубцов, составляет 1,35 мм, кольцевые зубцы (3, 4, 5) имеют интервал между каждыми двумя соседними кольцевыми зубцами менее 3 мм, предпочтительно 0,5-2 мм, и уплотнительное устройство в первоначальном состоянии до монтажа имеет толщину в общей сложности менее 2,2 мм, предпочтительно менее 1,7 мм.

8. Уплотнительное устройство по одному из пп.1-4, 6 или 7, отличающееся тем, что перекрытый кольцевой зубец (5) в собранном виде создает для повышения герметичности пик давления и/или имеет такую упругость, что после демонтажа уплотнения из фланцев высота зубца составляет 50-90% первоначальной высоты.

9. Уплотнительное устройство, в частности, для плоских фланцевых соединений с кольцеобразной металлической основой (1) и прокладками (2) из мягкого материала с обеих сторон, предпочтительно из графита или политетрафторэтилена, причем основа (1) внутри и/или снаружи имеет радиально-окружные кольцевые зубцы (3, 4), обеспечивающие в собранном виде линейный металлический контакт и имеющие упругость, выбранную так, что после демонтажа уплотнения из фланцев зубцы возвращаются по высоте, по существу, в состояние до монтажа и, таким образом, почти достигают своей первоначальной высоты, отличающееся тем, что область основы, полностью перекрытая с обеих сторон прокладками из мягкого материала, содержит, по меньшей мере, один кольцевой зубец (5), имеющий упругость, позволяющую ему после демонтажа из фланцев возвращаться, по существу, в первоначальное состояние, при этом толщина основы (1), измеренная по вершинам зубцов, составляет 1,35 мм, кольцевые зубцы (3, 4, 5) имеют интервал между каждыми двумя соседними кольцевыми зубцами менее 3 мм, предпочтительно 0,5-2 мм, и уплотнительное устройство в первоначальном состоянии до монтажа имеет толщину в общей сложности менее 2,2 мм, предпочтительно менее 1,7 мм.

10. Уплотнительное устройство по одному из пп.1-4, 6 и 7 или 9, отличающееся тем, что толщина металлической основы (1), измеренная по вершинам зубцов, составляет менее 1,2 мм, предпочтительно 0,4-0,8 мм.

11. Уплотнительное устройство по одному из пп.1-4, 6 и 7 или 9, отличающееся тем, что высота кольцевых зубцов (5) с прокладками (2) из мягкого материала в перекрытой области, измеренная по металлическим вершинам, меньше высоты свободно расположенных кольцевых зубцов (3,4).

12. Уплотнительное устройство по одному из пп.1-4, 6 и 7 или 9, отличающееся тем, что металлическая основа (1) состоит из листа толщиной, по меньшей мере, 0,05 мм, однако менее 0,49 мм, в частности менее 0,45 мм.

13. Уплотнительное устройство по одному из пп.1-4, 6 и 7 или 9, отличающееся тем, что прокладки (2) из мягкого материала в собранном виде уплотнены почти максимально.

14. Уплотнительное устройство по одному из пп.1-4, 6 и 7 или 9, отличающееся тем, что графитовые прокладки (2) до монтажа при плотности приблизительно 0,7 кг/м³ имеют толщину 0,5-1,0 мм, а при плотности приблизительно 1,0 кг/м³ - 0,25-0,5 мм.

15. Уплотнительное устройство по одному из пп.1-4, 6 и 7 или 9, отличающееся тем, что кольцевые зубцы (3, 4, 5) имеют острые углы (8) и предпочтительно закругленные вершины (9).

16. Уплотнительное устройство по одному из пп.1-4, 6 и 7 или 9, отличающееся тем, что кольцевые зубцы (3, 4, 5) имеют закругленные вершины, в частности, с радиусом, большим или равным 1 мм, предпочтительно большим или равным 0,75 мм, и особенно предпочтительно большим или равным 0,5 мм.

17. Уплотнительное устройство по одному из пп.1-4, 6 и 7 или 9, отличающееся тем, что кольцевые зубцы (3, 4, 5) имеют закругленную внутреннюю область, противоположную вершине, причем закругление имеет радиус, предпочтительно больший или равный 0,75 мм, в частности больший или равный 0,5, и особенно предпочтительно больший или равный 0,25 мм.

18. Уплотнительное устройство по одному из пп.1-4, 6 и 7 или 9, в котором, по меньшей мере, два кольцевых зубца находятся в области, перекрытой прокладкой из мягкого материала, отличающееся тем, что прокладки (2) из мягкого материала запрессованы в промежутки между кольцевыми зубцами еще до монтажа.

19. Уплотнительное устройство по одному из пп.1-4, 6 и 7 или 9, отличающееся тем, что прокладки (2) из мягкого материала внутри и/или снаружи выступают за пределы металлической основы (1) и там склеиваются или спрессовываются между собой.

20. Уплотнительное устройство по одному из пп.1-4, 6 и 7 или 9, отличающееся тем, что основа (1) имеет, по меньшей мере, 3 и, по большей мере, 100 кольцевых зубцов (3, 4, 5), а область, не перекрытая прокладкой (2), имеет 1-60 кольцевых зубцов (3, 4).

21. Уплотнительное устройство по п.20, отличающееся тем, что свободно расположенные внутренние и внешние зубцы (3, 4) имеют такую же высоту, что и кольцевые зубцы (5) в перекрытой области.

22. Уплотнительное устройство по одному из пп.1-4, 6 и 7 или 9, отличающееся тем, что кольцевые зубцы имеют форму рифленой уплотнительной прокладки, изготовленной, однако, не путем обработки резанием, а путем обработки давлением.

23. Уплотнительное устройство по одному из пп.1-4, 6 и 7 или 9, отличающееся тем, что прокладки из мягкого материала в зависимости от высоты зубца подогнаны друг к другу и рассчитаны так, что оптимальное соединение осуществляется во впадинах, а также по вершинам зубцов.

24. Уплотнительное устройство по одному из пп.1-4, 6 и 7 или 9, отличающееся тем, что уплотнительное устройство проходит в направлении снаружи вовнутрь конически, и внешняя сторона имеет меньшую высоту, чем внутренняя сторона, обращенная к среде.

25. Уплотнительное устройство по одному из пп.1-4, 6 и 7 или 9, отличающееся тем, что уплотнительное устройство имеет снаружи центрирующее кольцо, ширина наружной кромки которого более 4 мм и которое предпочтительно изготавливается путем обработки давлением и предпочтительно является слегка волнистым или уголковым.

26. Уплотнительное устройство по одному из пп.1-4, 6 и 7 или 9, отличающееся тем, что в собранном виде уплотнительное устройство имеет на каждой из двух сторон фланца внутренний зубец и внешний зубец с металлическим контактом к фланцу с обеспечением трехкратного уплотнения с каждой стороны фланца: внутреннее металлическое уплотнение, уплотнение прокладкой из мягкого материала, внешнее металлическое уплотнение.

27. Уплотнительное устройство по одному из пп.1-4, 6 и 7 или 9, отличающееся тем, что в собранном виде уплотнительное устройство имеет на каждой из двух сторон фланца внутренний зубец с металлическим контактом к фланцу с обеспечением двукратного уплотнения с каждой стороны фланца: металлическое - внутри, уплотнение мягким материалом - снаружи.

28. Уплотнительное устройство по одному из пп.1-4, 6 и 7 или 9, отличающееся тем, что в собранном виде уплотнительное устройство имеет на каждой из двух сторон фланца наружный зубец с металлическим контактом к фланцу с обеспечением двухкратного уплотнения с каждой стороны фланца: уплотнение мягким материалом - внутри, металлическое уплотнение - снаружи.

29. Уплотнительное устройство по одному из пп.1-4, 6 и 7 или 9, отличающееся тем, что конец основы (1), обращенный вовнутрь, выполнен в виде кольцевого зубца (3), причем внутренняя боковая сторона (10) кольцевого зубца (3) имеет длину (L), соответствующую по меньшей мере 40-60% длины (L') соседней, расположенной дальше внешней боковой стороны кольцевого зубца или одного из кольцевых зубцов.

30. Уплотнительное устройство по одному из пп.1 или 2, отличающееся тем, что кольцевые зубцы (5) в области, перекрытой прокладкой (2) из мягкого материала, имеют большую высоту, измеренную по металлическим вершинам, чем свободно расположенные центрирующие кольцевые зубцы (3а).

31. Уплотнительное устройство по одному из пп.1 и 2 или 4, отличающееся тем, что кольцевые зубцы (5) в области, перекрытой прокладкой из мягкого материала, имеют более острый угол, чем свободно расположенные центрирующие кольцевые зубцы (3, 4).

32. Уплотнительное устройство по одному из пп.1-4, 6 и 7 или 9, отличающееся тем, что при ширине уплотнения для фланцев ANSI В 16,5 прокладка из мягкого материала в зависимости от диаметра трубы имеет ширину менее: 19 мм с каждой стороны при 1 дюйме; 16 мм с каждой стороны при 2 дюймах; 19 мм с каждой стороны при 3 дюймах; 21 мм с каждой стороны при 4 дюймах; 24 мм с каждой стороны при 6 дюймах; 25 мм с каждой стороны при 8 и 10 дюймах; 28 мм с каждой стороны при 12 и 14 дюймах; 32 мм с каждой стороны при 16 дюймах; 39 мм с каждой стороны при 18 и 24 дюймах.

33. Уплотнительное устройство по одному из пп.1-4, 6 и 7 или 9, отличающееся тем, что для фланцев DIN прокладка из мягкого материала в зависимости от диаметра трубы с каждой стороны имеет ширину: для DN 25 менее 11 мм; для DN 40 и 50 менее 13 мм; для DN 80 менее 15 мм; для DN 100/150 менее 17 мм; для DN 200-DN 300 менее 19 мм; для DN 400-DN 500 менее 26 мм; для DN 600 менее 27 мм.

34. Уплотнительное устройство по одному из пп.1-4, отличающееся тем, что толщина основы (1), измеренная по вершинам зубцов, составляет менее 1,35 мм, а кольцевые зубцы (3, 4, 5) имеют интервал между каждыми двумя соседними кольцевыми зубцами менее 3 мм, предпочтительно 0,5-2 мм.

35. Уплотнительное устройство по одному из пп.1-4, отличающееся тем, что толщина основы (1), измеренная по вершинам зубцов, составляет менее 1,2 мм, а кольцевые зубцы (3, 4, 5) имеют интервал между каждыми двумя соседними кольцевыми зубцами менее 4 мм.

36. Уплотнительное устройство по п.3 или 4, отличающееся тем, что металлическая основа (1) имеет толщину менее 0,5 мм, предпочтительно менее 0,49 мм и особенно предпочтительно менее 0,3 мм, при этом толщина основы (1), измеренная по вершинам зубцов, составляет менее 1,35 мм, кольцевые зубцы (3, 4, 5) имеют интервал между каждыми двумя соседними кольцевыми зубцами менее 3 мм, предпочтительно 0,5-2 мм, и уплотнительное устройство в первоначальном состоянии до монтажа имеет толщину в общей сложности менее 2,2 мм, предпочтительно менее 1,7 мм.

37. Уплотнительное устройство по п.3 или 4, отличающееся тем, что металлическая основа (1) имеет толщину менее 0,5 мм, предпочтительно менее 0,49 мм и особенно предпочтительно менее 0,3 мм, при этом толщина основы (1), измеренная по вершинам зубцов, составляет менее 1,2 мм, кольцевые зубцы (3, 4, 5) имеют интервал между каждыми двумя соседними кольцевыми зубцами менее 4 мм, и уплотнительное устройство в первоначальном состоянии до монтажа имеет толщину в общей сложности менее 2,2 мм, предпочтительно менее 1,7 мм.

38. Уплотнительное устройство по п.3, отличающееся тем, что интервал между кольцевыми зубцами (5) в области перекрытой прокладкой из мягкого материала составляет менее 3 мм.
Приоритет по пунктам:

26.01.2006 по пп.1 и 2;

08.02.2006 по пп.3-7, 9, 14, 34-37;

28.08.2006 по пп.8, 12, 16-17, 20-22, 25, 29, 32-33;

26.01.2006 или 08.02.2006 (в зависимости от подчинения пункта) по пп.10 и 11, 13, 15, 18 и 19, 23 и 24, 26-28, 30 и 31.