Шарнирное соединение трубопроводов высокого давления Советский патент 1993 года по МПК F16L23/36 F16L27/06 

Изобретение относится к уплотнитель- ной технике, а более конкретно к уплотнениям неподвижных разъемных соединений магистралей, допускающих при сборке угловые перекосы осей стыкуемых фланцев (например, шарнирные, сферические и др.).

Цель изобретения - достижение надежной герметизации соединения с относительно нежесткими фланцами и уплотнителем при давлении до 60 МПа и с обеспечением повторного использования деталей соединения.

Сопоставительный анализ заявленного решения с прототипом показывает, что предлагаемое устройство по сравнению с

известным имеет следующие отличитель - ные признаки.

Уплотнительные поверхности фланцей выполнены ступенчатыми, образованными двумя концентричными сферами, из которых внутренняя, у проточного тракта, за глублена по отношению к внешней.

Линзовый уплотнитель снабжен выступающими из его основания И направленными в сторону проточной части, под углом друг к другу, упругими усами с размещенными между ними кольцом жесткости.:

Поверхности линзового уплотнителя и контактирующие с ними поверхности фланцев выполнены эквидистантными и сферическими.

СА)

ю

Os

CJ

Линзовый уплотнитель выполнен двух- барьерным с раздельными каналами отвода утечек между ними.

Конструкция предлагаемого шарнирного разъемного соединения представлена на фиг. 1...4, где на фиг, 1 представлено соединение, собранное с осесимметричным расположением фланцев; на фиг. 2 - металлический уплотнитель; на фиг. 3- соединение, собранное с угловым перекосом осей фланцев; на фиг. 4 - соединение, собранное со смещением осей фланцев друг относительно друга.

Разъемное соединение состоит из фланцев 1,2, металлического уплотнителя 3, крепежных болтов 4 со сферическими головками и сферических шайб 5.

Уплотнйтельныеповерхности в каждой из фланцев 1, 2 выполнены ступенчатыми и образованы двумя концентричными сферами 6, 7 и 8, 9, причем поверхности 7 и 9 заглублены относительно поверхностей 6 и 8 на величину от 0 до 3 мм.

Металлический уплотнитель выполнен в виде линзового кольца 10. со сферическими уплотнительными поверхностями 11, 12, сформированными эквидистантно соответствующим наружным поверхностям 6 и 8 фланцев 1,2

Из оснований линзового кольца 10 выступают упругие усы 13, 14, направленные внутрь уплотнителя (в сторону проточного тракта) под углом друг к другу. Между упругими усами размещено кольцо жесткости 2.3 (как продолжение линзового кольца), внутренний диаметр которого ограничен проходным сечением трубопровода. На концах упругих усов сформированы уплотнитель- ные выступы 15,16сторовымиуплотнитель- ными поверхностями 17, 18. На наружной поверхности уплотнителя в ыполнён кольцевой бурт 19, ограничивающий относительный разворот фланцев и уплотнителя при сборке соединения.

В теле линзового уплотнителя, над упругими усами, выполнены раздельные дренажные ; каналы отвода утечек, разделяющие уплотнитель на два барьера уплотнения, первый из которых образован упругими усами, второй уплотнительными поверхностями 11,12. Каналы выполнены в виде пересекающихся отверстий 20,21. (Место пересечения отверстия 22 с отверстием, выполненным аналогично отверстию 21, условно не показано). Дренажные каналы выходят на наружную поверхность уплотнителя и оканчиваются штуцерами (условно не показаны).

Уплотнитель изготавливается из высокопрочного материала, например сталь, бронза БрБ2, никелевый сплав и др.

Размер Н уплотнителя выбирается из

условия создания требуемого контактного давления в зоне уплотнения при осевом обжатии усов до посадки фланцев на поверхности 11, 12 уплотнителя.

Для снижения осевого усилия обжатия

уплотнитель покрыт мягким материалом: медь, серебро, свинец, фторопласт и др.

При сборке соединения уплотнитель 3 устанавливается в один из фланцев 1, 2 и при необходимости фиксируется соответствующим технологическим приспособлением (условно не показано). Затем пристыковывается другой фланец и выявляется наличие перекоса или смещение осей фланцев друг относительно друга. .

При осесимметричном расположении фланцев производится затяжка соединения на заданную величину момент затяжки болтов 4 по общепринятой технологии. Первоначальноё контакт с фланцами по

поверхностям 7, 9 входят уплотнительные выступы 15, 16 упругих усов 13,14 уплотнителя и по мере затяжки болтов производится их поджатие (с изгибом усов) до посадки фланцев 1, 2 поверхностями 6, 8 на поверх. ности 11,12 уплотнителя. При этом на уплот- нительных поверхностях 17, 18 создается требуемое контактное давление, при котором мягкое покрь1Тиэ гарантировано заполняет микррнёровност и поверхностей 7, 9

фланцев. При дальнейшей затяжке болтов создается требуемое контактное давление и на поверхностях 11,12 уплотнителя, также , обеспечивающее надежное заполнение покрытием микронеровностей на поверхностях 6, 8 фланцев.

Сборка соединения с.поворотом осей

стыкуемых фланцев на угол ±«° осуществляется за счет поворота фланцев в разные стороны относительно уплотнителя. Сборка соединения при несовпадении осей стыкуемых фланцев на величину б осуществляется за счет поворота фланцев в одну и ту же сторону относительно уплотнителя. В обоих случаях поворот фланца 1 происходит вокруг центра От, а фланца 2 вокруг центра 02. причем центры См и Оа лежат на оси ОзОз уплотнителя 3.

При подаче давления уплотняемой среды на рабочем режиме контактное давление

в зоне уплотнения упругих усов возрастает за счет эффекта самоуплотнения, а дополнительное поджатие поверхностей 1.1, 12 уплотнителя к поверхностям 6, 8 фланцев обеспечивается за счет радиального растяжения кольца уплотнителя под действующим перепадом давления.

Использование предлагаемого устройства позволило:

существенно повысить надежность герметизации высоконагруженного соединения, в том числе при угловых перекосах и смещении осей фланцев; : обеспечить равномерность и стабильность контактного взаимодействия уплотнителя с фланцами как по 1-му, так и по 2-му барьерам уплотнения;

уменьшить толщину фланцев и вес соединения (что обеспечивается за счет эффекта самоуплотнения упругих усов 1-го барьера и радиальной деформацией уплотнителя в целом под действием высокого давления);/ ; г ;;

обеспечить возможность повторного использования деталей соединения;:

упростить контроль герметичности и работоспособности соединения. ; и

Таким образом совокупность перечис-: ленных выше отличительных признаков предлагаемого устройства обеспечивает реализацию поставленной в заявке цели,

В настоящее время разъемное соединение по предлагаемой конструкции находит-: ся в стадии автономных испытаний опытного образца.; ; :;

Характеристика опытного образца; проходное сечение -ау 150 мм; давление среды. 600 кгс/см2; достигнутая герметичность по 1-му барьеру уплотнения (по упругим усам) ,-з л.мкМрт.ст с

1 -10

по 2-му барьеру

103 Л;МКМ-РТ-СТ (контроль гелиевым теС . ...

чеискателем ПТИ-7 при подаче давления гелиево-воздушной смеси 10 кгс/см2); материал уплотнителя высокопрочная нержавеющая сталь, герметизирующее покрытие на уплотнителе - медносеребряное.

Ф о р м у л а-и з о б р е т е н и я

1. Шарнирное соединение трубопроводов высокого давления, содержащее фланцы с криволинейными уплотнительными поверхностями, крепежные детали и линзо- вый уплотнитель со сферическими выпуклы- ми поверхностями, отличаю щее:ся тем, что уплотиитёльные поверхности каждого из фланцев выполнены ступенчатыми, образованными двумя концентричными сферами, из которых внутренняя, у проточного тракта, заглублена по отношению к внеШ- йей, а уп лотнйтель выполнен с выступающи- ми из его основания и- направленными в .сторону проточной части под,углом друг к АРУГУ /упругими усами, кольцо- жесткости между ними, и раздельными каналами отво- да:утечек над;упругими усами, выходящими : :На наружную.: поверхность уплотнителя; при ;этом упругие усы взаимодействуют с внут- ренними сферами фланцев образуя первый барьер уплотнения, а сферические повёрх- Иости линзового уплотнителя -с наружны- ми сферами фланцев,- образуя второй барьер уплотнения, причем поверхности линзового уплотнителя выполнены эквиди- стантно наружным сферическим поверхностям фланцев. : : ::.: : - ;::

х 2. Соединение по п. 1, от л и ч а ю щё ё- с я тем, что внутренние сферы фланцев заглублёны по отношению к внешним сферам

на величину от 0 до Змм.

Сущность изобретения: криволинейные уплотнительные поверхности каждого фланца выполнены ступенчатыми, образованными двумя концентричными сферами, внутренняя у проточного тракта заглублена 2 по отношению к внешней. Линзовый уплотнитель со сферическими выпуклыми поверхностями выполнен с выступающими из его основания и направленными в сторону проточной части под углом друг к другу упругими усами, кольцом жесткости между ними и радиальными каналами отвода утечек над усами, выходящими на наружную поверхность уплотнителя. Усы взаимодействуют с внутренними сферами фланцев, образуя первый барьер уплотнения, сферические поверхности уплотнителя - с наружными сферами, образуя второй барьер уплотнения. Поверхности уплотнителя выполнены эквидистантно наружным сферам. Внут- ренние сферы заглублены по отношению к внешним сферам на величину от 0 до 3 мм. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. ел