КАНАВОЧНО-КЛИНОВОЕ УПЛОТНИТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ Российский патент 2016 года по МПК F16K25/00 F16J15/08 

Изобретение относится к сверхвысоковакуумным цельнометаллическим разъемным соединениям, эксплуатируемым в нестационарных термических условиях.

Известно конусное соединение, в котором уплотнитель размещен между наклонными герметизирующими поверхностями разъемных элементов [R. Brymner and W. Steckelmacher "Demountable vacuum seal for operation at temperatures from -188°C to 800°C", Journal of scientific instruments, 1959, June, v. 36, 278-281).

Недостатком соединения является пониженная надежность в процессе термоциклирования (обусловленной высокой чувствительности к резким изменениям температур вследствие предрасположенности к образованию разности температур между наружным и внутренним герметизирующими элементами разъемными соединений и растекания уплотнителя по протяженной зоне герметизации).

Известно канавочно-клиновое разъемное соединение, в котором уплотнитель размещен между наклонной герметизирующей поверхностью с выступом, выполненным у основания наклонной поверхности, одного из элементов и наклонной герметизирующей поверхностью канавки другого элемента соединения [Соединительные элементы вакуумных систем, Элементы фланцевых соединений с металлическим уплотнителем, ОСТ 11 868.007-74, Всесоюзный научно-исследовательский институт «Электронстандарт», 1976).

Недостатком устройства является пониженная надежность герметизации соединения при высокотемпературном термоциклировании соединения (вследствие растекания уплотнителя из зоны герметизации).

Цель изобретения - повышение надежности герметизации соединения.

Поставленная цель достигается тем, что на дне наклонной герметизирующей поверхности канавки элемента соединения выполнен деформационный выступ (запирающий уплотнитель в зоне герметизации совместно с деформационным выступом ответного элемента соединения).

Сущность описываемого изобретения поясняется графическими изображениями вариантов выполнения деформационной схемы соединения в герметичном состоянии, представленными на фиг. 1-3.

Соединение содержит элемент 1 с наклонной герметизирующей поверхностью 2, ограниченной вершиной 3 и основанием наклонной герметизирующей поверхности 4 с деформационным выступом 5, элемент 6 с канавкой, образованной наклонной герметизирующей поверхностью 7, основанием 8 и дном 9, деформационный выступ 10, уплотнитель 11, деформационные выступы 12 элемента 6, съемное кольцо 13 с деформационным выступом 5.

Герметизация соединения, показанного на фиг. 1, осуществляется при сближении элементов по вертикали следующим образом.

При сближении элементов 1, 6 наклонная клиновая поверхность 2 с деформационным выступом 5 прижимает уплотнитель 11 к наклонной герметизирующей поверхности 7 и деформационному выступу 10. Последующее сжатие уплотнителями 11 деформационными выступами 5 и 10 препятствует его перемещению по основанию 8 и дну канавки 9 и ведет к заполнению им пространства между наклонными герметизирующими поверхностями 2 и 7. Дальнейшее сближение элементов соединения 1, 6 осуществляет его герметизацию с (беззазорным) заполнением уплотнителя 11 всей поверхности наклонных герметизирующих поверхностей 2 и 7.

При термоциклировании соединения материал уплотнителя 11 остается в зоне герметизации, образованной наклонными поверхностями 2 и 7, вследствие локального прижатия уплотнителя 1 выступами 5 и 10 по границе указанной зоны.

(Вариант выполнения соединения по фиг. 1 рекомендуется для малых размеров проходных отверстий. Для повышенных проходных сечений на дне канавки возможно дополнено устанавливать съемное кольцо из стальной фольги. Указанное действие снижает радиальное перемещение уплотнителя 11 у дна канавки и позволяет компенсировать влияние неточности изготовления контактирующих с уплотнителем 11 поверхностей на степень герметичности соединения (заполнение материалом уплотнителя 11 пространства между наклонными герметизирующими поверхностями клина 2 и канавки 3 влияет на деформацию уплотнителя 11 в зоне герметизации вблизи выступов 5 и 7)).

На фиг. 2 представлен вариант выполнения соединения, в котором у наклонной герметизирующей поверхности 2 элемента 1 отсутствует деформационный выступ 5, в элементе 6 у основания канавки 8 выполнены дополнительными ограничительными выступами 12, и деформационный выступ 10 на дна канавки 9 выполнен в виде наклонной поверхности.

На фиг. 3 показан вариант выполнения соединения, в котором деформационный выступ 10 элемента 6 имеет геометрию поверхности, соответствующую наклонной клиновой герметизирующей поверхности 2 элемента 1, и деформационный выступ 5 выполнен на съемном кольце 13.

(Регулировка высоты выступа и величины деформации уплотнителя 11 важна для соединений с большими проходными сечениями (Ду 250 мм и выше), позволяя компенсировать неточности изготовления и износ герметизирующих поверхностей.)

Во всех вариантах выполнения соединения для конечного герметичного состояния соединения важным является заполнение материалом уплотнителя 11 без зазоров всего пространства, расположенного между наклонными герметизирующими поверхностями 2, 7 и ограниченного с обеих сторон деформационными выступами 5 и 10 элементов 1, 6.

При выборе конструкции устройства возможна комбинация из отдельных элементов. Например, для больших проходных сечений допустимо использование съемного кольца 13 с деформационным выступом 5, показанных на фиг. 3, применительно к соединению, представленному на фиг. 1.

По сравнению с прототипом, преимущества предлагаемого устройства состоят в повышении надежности герметизации устройства вследствие исключения свободного объема у дна канавки, снижении усилия герметизации и общих габаритов соединения вследствие уменьшения площади зоны герметизации.

Описываемое устройство способно с наивысшей степенью герметизации осуществить стыковку и сохранять плотность соединения.

Устройство может применяться в других областях ответственного назначения (например, в ядерных и термоядерных реакторах, судостроении).

Изобретение относится к герметизации разъемных соединений. Деформация уплотнителя сопровождается локальным сдвигом поверхностных слоев уплотнителя и его сжатием на стыке двух наклонных поверхностей в зоне герметизации. Растекание уплотнителя из зоны герметизации препятствуется повышенным сжатием уплотнителя на граничных участках деформационными выступами. Величина пограничного сжатия уплотнителя может регулироваться изменением высоты деформационных выступов. Изобретение повышает надежность герметизации соединения. 3 ил.

Канавочно-клиновое уплотнительное разъемное соединение, содержащее элемент с одной наклонной герметизирующей поверхностью с деформационным выступом у основания наклонной герметизирующей поверхности, канавку, образованную наклонной герметизирующей поверхностью и дном другого элемента, и уплотнитель, размещенный между наклонными герметизирующими поверхностями, при этом на дне наклонной герметизирующей поверхности канавки выполнен деформационный выступ.