УПЛОТНИТЕЛЬНАЯ ПРОКЛАДКА ДЛЯ ФЛАНЦЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ Российский патент 2023 года по МПК F16J15/00 F16L23/02 

Настоящее изобретение относится к уплотнительной технике и касается плоской уплотнительной прокладки для герметизации разъемных фланцевых соединений трубопроводов, арматуры, сосудов, работающих под давлением и т.п.

Известны плоские гребенчатые уплотнительные прокладки для разъемных фланцевых соединений, имеющие форму кольца с волновым поперечным сечением. Для стыков, работающих в нормальных условиях, такие прокладки изготавливают из резины или пластика, а для повышенных температур применяют прокладки из пластичных металлов: свинца, алюминия, меди.

Недостатком металлических гребенчатых прокладок является возможность повреждения рабочей поверхности фланцев при их соприкосновении с вершинами жесткого волнового профиля.

Известно уплотнительное устройство для плоских фланцевых соединений с кольцеобразной металлической основой и прокладками из мягкого материала с обеих сторон, предпочтительно из графита или политетрофторэтилена, причем основа выполнена с радиально-окружными кольцевыми зубцами, по меньшей мере один из которых поддается при монтаже деформации, при этом толщина основы, по вершинам зубцов составляет 1,35 мм. Кольцевые зубцы имеют интервал между каждыми соседними кольцевыми зубцам менее 3 мм. Зубцы основы имеют упругость, обеспечивающую им достижение первоначальной высоты после демонтажа уплотнения из фланцев (Патент на изобретение RU 2377459 С1, дата публикации 27.12.2009г.).

Недостатком известной прокладки является возможность пластического смятия зубцов прокладки при существенном отклонении поверхности фланцев от плоскости (коробление фланцев), а также быстрый износ (прорезание) мягких прокладок острыми гребнями при температурных колебаниях и линейных деформациях фланцевого соединения из-за остроты гребней зубьев металлической основы. Другим недостатком является сложность изготовления радиальных зубцов из стали высокой упругой восстанавливаемости (восстанавливаемость после демонтажа прокладки на 75-100%).

Известна плоская волновая прокладка, содержащая металлическое кольцо с волновым поперечным сечением, размещенное между уплотнительными слоями, выполненными из вспученного графита, вспученного тефлона, термокулита, алюминия, серебра, специальных резиновых материалов. Для изготовления металлического кольца использована мягкая легированная или аустенитная сталь (патент на изобретение RU 2482362 РФ, F16J15/12, дата публикации 27.08.2012г.).

Недостатком описанной выше прокладки является то, что уплотнительные слои, между которыми находятся гребни волн металлического кольца, при первоначальном обжатии, должны уплотниться и достичь степени плотности, обеспечивающей минимальный размер и количество пор в материале уплотняемых слоёв, для надёжной герметизации фланцевого соединения, не допуская просачивание герметизируемой среды сквозь поры материала уплотнительных слоёв прокладки, в том числе в местах впадин волн, в замкнутом пространстве между уплотняемой поверхностью фланца и стенками впадины гребня волн. Однако под воздействием большого давления на прокладку с волновым основанием из мягкой легированной стали, посредством затяжки фланцевого соединения, или высокой степени неравномерности распределения такого давления, или циклически изменяемого давления в процессе эксплуатации, по поверхности прокладки, вследствие мягкости волновой металлической основы, гребни волн могут пластически деформироваться и раздвигаться, без возможности последующего восстановления. При этом уплотнительные слои остаются без опоры стенок гребней волн металлической основы и в свою очередь деформируются в направлении перпендикулярном силе сжатия фланцев, путем выдавливания этих слоёв из плоскости прокладки. Как следствие, плотность уплотнительных слоёв уменьшается, что приводит к увеличению количества и размера пор в материале данных слоёв, повышенной способностью этих слоев к пропуску уплотняемой среды через поры, и, как следствие, нарушению герметизации уплотняемого соединения.

В качестве ближайшего аналога заявляемого нами изобретения выбрано уплотнительное устройство, содержащие металлическое кольцо с волновым поперечным сечением, размещенным между графитовыми слоями прокладки. Волновая прокладка содержит упругое металлическое кольцо, например, из мягкой или нагартованной легированной стали 12Х18Н10Т с волновым поперечным сечением, имеющим впадины, чередующиеся с выступами. На обеих торцевых сторонах кольца размещены мягкие графитовые слои, для изготовления которых может быть использован терморасширенный графит. Поверхность выступов металлического кольца выполнена зубчатой (например, патент на изобретение RU 2641987 С1, дата публикации 23.01.2018г.).

Недостатком ближайшего аналога, как и существующих волновых прокладок из мягкой нержавеющей стали, является недостаточная твердость и прочность волновой основы, склонной при установочной затяжке фланцевого соединения к увеличенной пластической деформации гребней волн с последующим выравниванием волнового металлического профиля в плоскость. Это происходит в ряде случаев, например, при циклических изменениях усилия затяжки шпилек или болтов фланцевого соединения под воздействием на них циклического изменения температуры, или циклического изменения внутреннего давления уплотняемой среды, или других воздействий. Такая волновая основа будет обладать недостаточной жесткостью и, как следствие, восстанавливаемостью, что в свою очередь приводит к нарушению герметичности фланцевого соединения в процессе его эксплуатации из-за недостаточной компенсации снижения усилия затяжки креплений фланцев. В случае с прокладками на волновой основе из нагартованной нержавеющей стали, они формируются путём вытяжки концентрических волн из плоского листа нагартованной нержавеющей стали.

Из-за приобретённой хрупкости предварительно нагартованной стали при вытяжке радиальных волн происходит образование микротрещин и порывов поверхностных слоёв нержавеющей стали.

Технической проблемой, решение которой обеспечивается заявляемым изобретением, является обеспечение герметичности фланцевого соединения прокладкой, обладающей повышенной упругостью и восстанавливающей способностью при больших и переменных усилиях, воздействующих на прокладку.

Технический результат изобретения заключается в повышении твердости, прочности и упругости волновой металлической основы.

Технический результат достигается тем, что уплотнительная прокладка для фланцевых соединений, содержащая металлическую основу из мягкой нержавеющей стали с волновым поперечным сечением и покрытая с обеих сторон фольгой из терморасширенного графита, согласно изобретению внутренние поверхности гребней волн основы нагартованы.

Технический результат достигается тем, что используя пластичные свойства мягких сталей, волновая основа прокладки формируется без образования микротрещин и надрывов на поверхности стали, при этом в процессе формирования специальными роликами волнового профиля, внутренние поверхности гребней волн металлической основы прокладки нагартовываются, увеличивая твердость, прочность и упругость волновой металлической основы.

В результате при затяжке прокладки во фланцевом соединении, фольга из терморасширенного графита заполняет все пустоты и шероховатости уплотняемых поверхностей фланцев, не допускает прямого контакта вершин волновой основы с металлической поверхностью фланцевого соединения. При колебаниях усилия затяжки шпилек или болтов фланцевого соединения, раскрытия фланцев и других возможных перемещений уплотняемых поверхностей фланцев под воздействием изменения температур, давления и прочих факторов, нагартованные вершины волн основы, обладают высокой упругостью и по существу создают усилия, обеспечивающие компенсацию снижения усилия затяжки фланцев, возникающего при снижении закручивающего момента шпилек или болтов, от номинального закручивающего момента, требующегося для достижения необходимой степени обжатия прокладки, а так же при перемещениях фланцевого соединения, описанных выше.

Настоящее изобретение поясняется изображением уплотнительной прокладки, пример выполнения которой, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрируют возможность достижения заявленного технического результата. При этом приведенные примеры выполнения заявленного изобретения не ограничивают возможностей его осуществления и не являются исчерпывающими. На фигуре представлено поперечное сечение заявляемой уплотнительной прокладки.

Согласно изобретению металлическая основа может выполняться из мягкой нержавеющей стали марок 12Х18Н10Т или 08Х17Н13М2 (возможны и другие марки мягких сталей, в зависимости от условий применения прокладки). Основа покрыта с обеих сторон мягким уплотнительным материалом, например, фольгой терморасширенного графита.

Заявленная уплотнительная прокладка для фланцевых соединений иллюстрируется частным случаем реализации, а именно с основой из мягкой нержавеющей стали 12Х18Н10Т, покрытую с обеих сторон фольгой из терморасширенного графита, которая представлена на фигуре.

Уплотнительная прокладка для фланцевых соединений содержит металлическую основу 1 с волновым поперечным сечением. Волны (гофры) могут располагаться как кольцеобразно, так и прямолинейно в зависимости от формы прокладки и фланцевого соединения. Металлическая волновая основа 1 покрыта уплотнительным материалом 2 с обеих сторон. Уплотнительный материал представляет собой фольгу из терморасширенного графита. Фольга из терморасширенного графита клеем приклеивается к вершинам волн металлической основы с обеих сторон, что обеспечивает надежное нахождение мягкого уплотнительного материала на металлической основе на протяжении всего периода монтажа прокладки во фланцевом соединении.

Внутренние поверхности 3 гребней волн основы 1 нагартованы.

Металлическая основа 1 имеет толщину от 0,3 до 0,8 мм (возможно применение других толщин). Основа содержит, по меньшей мере, три волны в области прокладок из мягкого материала. Сами волны формируются путем вытяжки металла.

Для получения металлической волновой основы прокладки с необходимыми для прокладочного материала свойствами, из мягкой нержавеющей стали, осуществляется многократная прокатка металлической основы по внутренним поверхностям волн специальными валками. От многократного воздействия валков на внутреннюю поверхность гребней волн они приобретают поверхностную твердость за счет нагартовывания.

Таким образом, получается волновая основа 1 из нержавеющей стали с нагартованными внутренними поверхностями 3 гребней волн.

Изобретение относится к уплотнительной технике и касается плоской уплотнительной прокладки для герметизации разъемных фланцевых соединений трубопроводов, арматуры, сосудов, работающих под давлением. Уплотнительная прокладка для фланцевых соединений содержит металлическую основу из мягкой нержавеющей стали с волновым поперечным сечением и покрыта с обеих сторон фольгой из терморасширенного графита. Внутренние поверхности гребней волн основы нагартованы. Технический результат изобретения заключается в повышении твердости, прочности и упругости волновой металлической основы. 1 ил.

Уплотнительная прокладка для фланцевых соединений, содержащая металлическую основу из мягкой нержавеющей стали с волновым поперечным сечением и покрытая с обеих сторон фольгой из терморасширенного графита, отличающаяся тем, что внутренние поверхности гребней волн основы нагартованы.