УСТРОЙСТВО ГЕРМЕТИЧНОЙ ПРОКЛАДКИ С КОНИЧЕСКИМ КОНТАКТОМ В ТРАПЕЦЕИДАЛЬНОЙ КАНАВКЕ Российский патент 2016 года по МПК F16J15/08 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к установке двухконусной прокладки, т.е. прокладки, которая имеет лежащее V-образное сечение, радиально раскрытое внутрь, в трапецеидальную канавку.

Точнее, изобретение относится к установке статической герметичной двухконусной прокладки для фланцевого соединения двух труб.

Предшествующий уровень техники

Для обеспечения надлежащей герметичности сборки и соединения между собой двух труб известно осуществление такой сборки посредством системы фланцов, позволяющей прижимать в осевом направлении концы труб друг к другу и использовать прокладку между двумя концами труб.

Используемой прокладкой является прокладка двухконусного типа, осевое сечение которой имеет лежащую V-образную форму, причем она устанавливается в трапецеидальной канавке таким образом, что свободный конец каждой ветви V упирается в наклонную стенку канавки.

В документе FR 2.726.879 приводится описание такой двухконусной прокладки, которая установлена в канавке, имеющей трапецеидальное сечение.

Согласно данному документу известна установка прокладки с «минимальным» радиальным зазором между пятой и дном канавки во время размещения прокладки в полости.

Затем, когда два фланца прижаты друг к другу, прокладка оказывается сжатой в осевом направлении и деформируется таким образом, что пята также деформируется для соприкосновения с дном канавки.

Как следствие, согласно данному документу, в процессе функционирования, т.е. когда прокладка установлена в кольцевой канавке, а не только размещена в канавке, пята прокладки контактирует с дном канавки.

С учетом производственных допусков на размер фланцев и прокладки осевое отклонение боковых сторон канавки, на которые опираются ветви прокладки, может меняться.

Таким образом, изначальная величина осевого сжатия прокладки достоверно не определена, в результате чего прокладка может быть очень сильно сжата или сжата недостаточно, нарушая, таким образом, герметичность сборки.

Из этого следует, что такое расположение не обеспечивает оптимальную герметичность.

Цель изобретения - предложить устройство двухконусной прокладки в кольцевой канавке, позволяющее улучшить получаемую герметичность.

Формулировка изобретения

В изобретении предлагается устройство двухконусной кольцевой прокладки с сечением, имеющим лежащую V-образную форму, в кольцевой канавке с сечением, имеющим форму трапеции, в которой малое основание трапеции соответствует цилиндрическому дну канавки, которое радиально развернуто внутрь на уровне большого основания трапеции, в котором прокладка содержит радиально внешнюю кольцевую пяту и две в целом конические кольцевые ветви, радиально вытянутые внутрь от пяты, в которой внутренний радиальный конец каждой ветви упирается в осевом направлении в соответствующую стенку канавки,

отличающееся тем, что прокладка установлена в канавке таким образом, что пята прокладки радиально расположена на определенном расстоянии от дна кольцевой канавки.

Такой радиальный зазор позволяет осуществлять радиальное перемещение прокладки в канавке для компенсирования возможных отклонений от заданных размеров располагаемых компонентов.

Предпочтительно, прокладка способна увеличиваться в объеме или радиально сжиматься в канавке таким образом, что пята прокладки постоянно находится на определенном расстоянии от дна канавки.

Предпочтительно, расположение включает цилиндрический упор, размещенный на уровне отверстия канавки, в который прокладка может радиально упираться в направлении внутренней части.

Предпочтительно, упор выполнен из материала вместе с одной из двух стенок канавки.

Предпочтительно, упор представляет собой конструктивный элемент, прикрепленный на одной из двух стенок канавки.

Предпочтительно, упор радиально расположен на уровне кольцевого отверстия канавки.

Предпочтительно, осевое расстояние между осевой концевой стороной внутреннего радиального конца каждой ветви и срединной радиальной плоскостью прокладки составляет приблизительно 1,14 радиального расстояния между внешней радиальной концевой стороной пяты и внутренней радиальной концевой стороной упомянутого свободного радиального конца каждой ветви.

Предпочтительно, внешний диаметр прокладки равен приблизительно 500 мм.

Предпочтительно, внутренняя в осевом направлении коническая поверхность каждой ветви наклонена под углом, составляющим приблизительно 41°, относительно осевого направления, а внешняя в осевом направлении коническая поверхность каждой ветви наклонена под углом A2, составляющим приблизительно 45°, относительно радиальной плоскости.

В изобретении также предлагается герметичное скрепление первого кольцевого фланца со вторым кольцевым фланцем таким образом, чтобы фланцы соприкасались друг с другом в осевом направлении, относительно общей главной оси, на уровне соответствующих радиальных опорных поверхностей; причем фланцы ограничивают кольцевую канавку, радиально раскрытую внутрь; причем сечение канавки, согласно радиальной плоскости, имеет форму в целом равнобедренной трапеции, в которой малое основание трапеции представляет собой образующую линию цилиндрического дна канавки, большое основание трапеции соответствует отверстию канавки, на уровне которой канавка радиально выходит, а каждая боковая сторона трапеции образует стенку канавки, которая образована в одном из двух кольцевых фланцев,

отличающееся тем, что содержит прокладку, расположенную в упомянутой кольцевой канавке согласно расположению в соответствии с изобретением.

Краткое описание чертежей

Другие отличительные особенности и преимущества изобретения будут очевидны при прочтении нижеследующего подробного описания со ссылками на прилагаемые фигуры чертежей, на которых:

- фиг. 1 схематически изображает соединение двух труб посредством фланцев, в котором размещена двухконусная прокладка в соответствии с изобретением;

- фиг. 2 изображает деталь в увеличенном масштабе расположения прокладки в канавке, представленной на фиг. 1;

- фиг. 3 изображает сечение двухконусной прокладки, представленной на фиг. 1.

Подробное описание вариантов практического осуществления

На фиг. 1 изображено герметичное соединение двух труб 10, 12 путем фланцевого соединения их расположенных напротив друг друга концов 10a, 12a.

На каждом конце 10a, 12a трубы 10, 12 размещен фланец 14, 16, который может быть прикреплен к соответствующему фланцу 16, 14, удерживаемому другой трубой 12, 10 в данном случае посредством болтового соединения.

Каждый фланец 14, 16 радиально вытянут наружу относительно конца 10a, 12a соответствующей трубы 10, 12 и содержит в целом радиальную опорную поверхность 18, 20, расположенную напротив опорной поверхности 20, 18 другого фланца 16, 14.

Фланцы 14, 16, таким образом, могут соприкасаться и упираться в осевом направлении друг в друга их соответствующими опорными поверхностями 18, 20.

Для улучшения герметичности соединения между концами 10a, 12a труб 10, 12 сборка содержит уплотняющую прокладку 22, которая размещается в осевом направлении между двумя фланцами 14, 16 и располагается в образованной с этой целью канавке 24.

Прокладка 22 представляет собой двухконусную кольцевую прокладку, т.е. она содержит два конических участка 26, образующих ветви прокладки 22, которые наложены в осевом направлении и соединены посредством кольцевой пяты 28.

Прокладка 22 и канавка 24 ориентированы таким образом, что при разнице давления, оказываемого изнутри и снаружи труб, самое большое давление оказывается на вогнутую внутреннюю часть прокладки.

Таким образом, как это показано в данном случае, вогнутая внутренняя часть прокладки 22 ориентирована в радиальном направлении внутрь таким образом, что самое большое давление существует внутри труб.

Согласно варианту практического осуществления самое большое давление оказывается снаружи труб, прокладка 22 и канавка 24 ориентированы таким образом, чтобы вогнутая внутренняя часть прокладки 22 была радиально ориентирована наружу.

Как это можно увидеть более детально на фиг.2, ветви 26 соединены пятой 28 на уровне их края 26e с самым большим диаметром таким образом, что сечение прокладки 22 имеет V-образную форму с перевернутым на противоположное направлением, т.е. раскрытую в радиальном направлении внутрь.

Осевое сечение канавки 24, в которой располагается прокладка 22, имеет форму трапеции, основания 30, 32 которой параллельны главной оси труб 10, 12, а боковые стороны 34, 36 трапеции наклонены относительно оснований 30, 32.

Канавка 24 также выполнена таким образом, что большое основание 32 трапеции расположено на внутреннем радиальном размере канавки 24, а малое основание 30 трапеции находится на внешнем радиальном размере канавки 24.

Канавка 24 раскрыта на уровне большого основания 32 трапеции, а малое основание 30 трапеции соответствует, таким образом, дну канавки 24.

В данном случае осевое сечение канавки 24 имеет форму равнобедренной трапеции, т.е. боковые стороны 34, 36 трапеции симметричны относительно срединной радиальной плоскости канавки 24.

Кроме того, канавка 24 выполнена таким образом, что каждая боковая сторона 34, 36 трапеции является составной частью одного из двух фланцев 14, 16. Боковые стороны 34, 36 трапеции соответствуют боковым стенкам канавки 24, которые, следовательно, являются коническими.

Что касается дна 30 канавки 24, то оно выполнено в одном из двух фланцев, в данном случае во фланце 14, изображенном на чертежах справа.

Прокладка 22 расположена в канавке 24 таким образом, что свободные концы ветвей 26, т.е. внутренние радиальные концы 26a ветвей 26, упираются в наклонно расположенные стенки 34, 36 канавки 24.

Свободный конец 26a каждой ветви 26 содержит выступающую кромку 38, которая может упираться в расположенную напротив боковую стенку 34, 36 канавки 24.

Когда давление оказывается на вогнутую внутреннюю часть прокладки 22, то это давление распределяется по соответствующим сторонам ветвей 26 прокладки 22, в данном случае по внутренним радиальным сторонам, для создания усилия по упору свободных концов 26a ветвей в наклонно расположенные стенки 34, 36 канавки 24.

Данное давление также распределяется по внутренней радиальной стороне пяты 28, создавая, таким образом, усилие, радиально деформирующее пяту 28 наружу.

С учетом производственных допусков на размер фланцев 14, 16 и прокладки 22 осевое расстояние между наклонно расположенными стенками 34, 36 канавки может меняться от одного соединения к другому, так же как может меняться осевой размер прокладки 22.

Следствием таких отклонений размера является общее изменение радиального положения прокладки 22 в канавке 24 для того, чтобы свободные концы ветвей 26 правильно упирались в наклонно расположенные стенки канавки 24.

В результате такого изменения радиального положения прокладки 22 пята 28 прокладки 22 начинает упираться в дно 30 канавки 24, препятствуя, таким образом, чтобы свободные концы 26a ветвей 26 правильно упирались в наклонно расположенные стенки 34, 36 канавки 24.

С этой целью, согласно изобретению, размеры прокладки 22 и канавки 24 определены таким образом, что пята 28 прокладки 22 радиально расположена на определенном расстоянии от дна 30 кольцевой канавки 24, когда фланцы 14, 16 скреплены друг с другом, а прокладка 22 установлена в канавке 24.

Таким образом, между пятой 28 прокладки 22 и дном 30 канавки 24 имеется радиальный зазор 40; причем данный зазор постоянно не равен нулю независимо от условий работы соединения, разницы давления внутри и снаружи труб 10, 12, температуры или расширения различных компонентов.

Данный радиальный зазор 40, не равный нулю, позволяет обеспечивать радиальное расширение прокладки 22 в зависимости от разницы давлений для регулирования осевого сжатия прокладки 22 в канавке 24 и сохранения, таким образом, оптимальной герметичности соединения двух труб 10, 12.

Во время такого изменения радиального расширения прокладки 22, т.е. во время увеличения диаметра или во время уменьшения диаметра, зазор 40 постоянно не равен нулю, т.е. пята 28 всегда находится на определенном расстоянии от дна 30 канавки 24, позволяя производить другое изменение радиального расширения прокладки 22 в случае изменения разницы давлений.

Расположение особенно приспособлено для конструкции большого диаметра, например, порядка 500 мм.

Для облегчения сборки, в частности, для препятствования тому, чтобы прокладка 22 не выходила из канавки 24 перед тем, как два фланца будут соединены, расположение содержит радиальный упор 42, который размещен на одном из двух фланцев 14, 16.

Радиальный упор 42 расположен в осевом направлении на уровне отверстия 32 канавки 24, соответствующем большому основанию трапеции.

Предпочтительно, радиальный упор 42 полностью закрывает отверстие 32 канавки 24, т.е. он радиально вытянут против отверстия 32, а два конца радиального упора 42 расположены в осевом направлении с одной и другой стороны канавки 24.

Упор 42 содержит первый конец 42a, которым упор 42 прикреплен к первому фланцу 16 (в данном случае фланец 16 на фигурах расположен слева); причем упор содержит второй конец 42b, который расположен на уровне другого фланца 14, за пределами канавки 24.

Второй конец 42b упора 42 расположен на определенном расстоянии от упомянутого другого фланца 14, образуя, таким образом, канал кругового сечения, соединяющий внутренний объем труб 10, 12 с внутренним объемом канавки 24.

Таким образом, фланец 42 обеспечивает, кроме фиксации положения прокладки 22 в канавке 24, защиту прокладки от веществ, циркулирующих в трубах 10, 12.

Согласно предпочтительному варианту практического осуществления упора 42 он выполнен из материала вместе с фланцем 16, к которому упор 42 прикреплен.

Согласно варианту практического осуществления упор 42 представляет собой конструктивный элемент, размещенный на фланце 16, который прикреплен любыми известными специалистам средствами, в частности болтовым соединением.

Пята 28 имеет внешнюю цилиндрическую поверхность 44, внутреннюю кольцевую поверхность 46 и внешнюю осевую поверхность 48.

Каждая ветвь 26 радиально вытянута внутрь от пяты 28 и наклонно расположена относительно срединной радиальной плоскости P прокладки 22 таким образом, что осевой размер основания 60 ветви 26, которое является радиально внешним концом ветви 26, меньше осевого размера свободного конца 26a ветви 26, который является радиально внутренним концом ветви 26.

Ветвь 26 ограничена внутренней в осевом направлении конической поверхностью 50, которая является продолжением в осевом направлении внутрь внутренней кольцевой поверхности 46 пяты 28, внешней в осевом направлении конической поверхности 52, которая соединена с внешней осевой поверхностью 48 пяты 28 и в целом цилиндрической поверхностью 54 внутреннего радиального конца.

Кромка 38 содержит радиальную поверхность внешнего осевого конца 56 и поверхность 58 внешнего радиального конца. Поверхность 58 внешнего радиального конца кромки 38 имеет закругленную и выпуклую форму, ее радиус кривизны R2 по существу равен 0,15 радиальной высоты H прокладки 22. Когда прокладка 22 установлена в соответствующей канавке, поверхность 58 внешнего радиального конца кромки 38 в целом упирается в осевом направлении наружу и в радиальном направлении наружу, т.е. в данном случае наклоненной кверху в стенку 34, 36 напротив канавки.

Размеры прокладки 22 определены, в частности, ее внешним диаметром, радиальной высотой H и осевой шириной L прокладки 22.

Внешний диаметр прокладки 22 равен приблизительно 500 мм.

Радиальная высота H прокладки 22 представляет собой радиальное расстояние между внешней цилиндрической поверхностью 44 пяты 28 и цилиндрической поверхностью внутреннего радиального конца 54 каждой ветви 26.

Осевая длина L прокладки 22 представляет собой расстояние между поверхностью внешнего осевого конца 56 кромки 38 и срединной радиальной плоскостью P прокладки 22.

Согласно изобретению осевая длина L равна 1,14 радиальной высоты H.

Размеры пяты 28 определены осевой длиной L1, соответствующей расстоянию между внешней радиальной поверхностью 48 пяты и срединной радиальной плоскостью P, и радиальной высотой H1 пяты 28, соответствующей радиальной длине внешней радиальной поверхности 48 пяты 28.

В данном случае осевая длина L1 пяты 28 по существу равна 0,42 радиальной высоты H прокладки 22, а радиальная высота H1 пяты 28 по существу равна 0,19 радиальной высоты H прокладки 22.

Также размеры каждой ветви 26 определены осевым расстоянием L2 между внутренним в осевом направлении краем 38 цилиндрической поверхности 54 внутреннего радиального конца ветви 26 и срединной радиальной плоскостью P. В данном случае осевое расстояние L2 по существу равно 0,81 радиальной высоты H прокладки 22.

Высота H2, соответствующая радиальному расстоянию между внешней цилиндрической поверхностью 44 и радиально внешним концом радиальной поверхности внешнего осевого конца 56 кромки 38, по существу равна 0,89 радиальной высоты H прокладки 22.

Кроме того, внутренняя в осевом направлении коническая поверхность 50 каждой ветви наклонена под углом A1, составляющим приблизительно 41°, относительно осевого направления, а внешняя в осевом направлении коническая поверхность 52 каждой ветви 26 наклонена под углом A2, составляющим приблизительно 45°, относительно радиальной плоскости.

Внутренняя кольцевая поверхность 46 пяты имеет закругленную форму, ее радиус кривизны R1 по существу равен 0,56 радиальной высоты H прокладки 22.

Изобретение относится к уплотнительной технике. Предлагается расположение кольцевой прокладки (22), имеющей сечение лежащей V-образной формы, в кольцевой канавке (24), имеющей сечение в форме трапеции, в которой малое основание (30) трапеции соответствует цилиндрическому дну канавки (24) и которая радиально раскрыта внутрь на уровне большого основания (32) трапеции, в котором прокладка (22) содержит радиально внешнюю кольцевую пяту (28) и две в целом конические кольцевые ветви (26), радиально вытянутые внутрь от пяты (28). Внутренний радиальный конец каждой ветви (26) упирается в осевом направлении в соответствующую стенку (34, 36) канавки (24). Прокладка (22) установлена в канавке (24) таким образом, что пята (28) прокладки (22) радиально расположена на определенном расстоянии от дна кольцевой канавки (24). Изобретение повышает герметичность соединения. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство двухконусной кольцевой прокладки (22) с лежащим V-образным сечением в кольцевой канавке (24), имеющей сечение в форме трапеции, в которой малое основание (30) трапеции соответствует цилиндрическому дну канавки (24), и которое радиально раскрыто внутрь на уровне большого основания (32) трапеции, при этом прокладка (22) содержит радиально внешнюю кольцевую пяту (28) и две по существу конические кольцевые ветви (26), радиально вытянутые внутрь от пяты (28), в которой внутренний радиальный конец (26a) каждой ветви (26) упирается в осевом направлении в соответствующую стенку (34, 36) канавки (24), при этом прокладка (22) установлена в канавке (24) таким образом, что пята (28) прокладки (22) радиально расположена на расстоянии от дна кольцевой канавки (24),
отличающееся тем, что оно содержит цилиндрический упор (42), расположенный в отверстии (32) канавки (24), в который прокладка (22) может радиально упираться в направлении внутренней части, причем упор (42) представляет собой элемент, прикрепленный к одной из двух стенок (34, 36) канавки (24).

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что прокладка (22) способна расширяться или сжиматься радиально в канавке (24) таким образом, что пята (28) прокладки (22) постоянно находится на расстоянии от дна канавки (24).

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что упор (42) радиально расположен на уровне кольцевого отверстия канавки (24).

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что осевое расстояние (L) между осевой концевой поверхностью (56) внутреннего радиального конца (26a) каждой ветви (26) и срединной радиальной плоскостью (P) прокладки (22) составляет приблизительно 1,14 радиального расстояния (H) между поверхностью внешнего радиального конца (44) пяты (28) и поверхностью внутреннего радиального конца (54) упомянутого свободного радиального конца (26a) каждой ветви (26).

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что внешний диаметр прокладки (22) равен приблизительно 500 мм.

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что внутренняя в осевом направлении коническая поверхность (50) каждой ветви (26) наклонена под углом (A1), составляющим приблизительно 41º относительно осевого направления, а внешняя в осевом направлении коническая поверхность (52) каждой ветви (26) наклонена под углом (A2), составляющим приблизительно 45º относительно радиальной плоскости.

7. Герметичная сборка первого кольцевого фланца (12) со вторым кольцевым фланцем (14), осуществленная таким образом, что фланцы (14, 16) контактируют в осевом направлении друг с другом относительно общей главной оси на уровне соответствующих радиальных опорных поверхностей (18, 20); причем фланцы (14, 16) ограничивают кольцевую канавку (24), радиально раскрытую внутрь, сечение которой, согласно радиальной плоскости, имеет форму в целом равнобедренной трапеции, в которой малое основание (30) трапеции представляет собой образующую линию цилиндрического дна канавки (24), а большое основание (32) трапеции соответствует отверстию канавки (24), на уровне которого канавка (24) радиально открывается, и в которой каждая боковая сторона (34, 36) трапеции образует стенку канавки (24), которая образована в одном из двух кольцевых фланцев (14, 16), отличающаяся тем, что она содержит прокладку (22), расположенную в упомянутой кольцевой канавке (24) согласно устройству по п. 1.