Уплотнительное устройство Советский патент 1982 года по МПК F16J15/06 

(54) УПЛОТНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

1

Изобретение относится к уплотнениям фланцевых соединений и может быть использовано при конструировании сосудовИ трубопроводов, работающих при высо1{ой температуре под давлением, в частности в атомных установках.

Известны уплотнительные устройства, каждое из которых содержит фланцы, нажимные элементы и самоуплотняющуюся прокладку с внутренней канавкой, образующей стенки и основание прокладки. На внещней стороне каждой стенки прокладки имеются обращенные к фланцам вершинами кольцевые выступы в форме треугольника, причем выступы покрыты мягким материалом, контактирующим при работе с гладкими зеркалами фланцев 1 и 2.

Недостаток данных технических рещений - разгерметизация при значительных перепадах давлений и температур, поскольку при этом создаются значительные подвижки фланцев относительно прокладки. Подвижки, особенно радиальные, приводят к проскальзыванию выступав прокладки относительно зеркала фланцев и, следовательно, к срыву контактного усилия, т.е. к разгерметизации. Кроме того, применение мягких материалов (имеется в виду полимерные и легкоплавкие материалы), покрывающих выступы, по температурным условиям в больщинстве случаев недопустимо.

Наиболее близким по технической сущности техническим решением к предлагаемому является уплотнительное устройство, содержащее фланцы, нажимные эле.менты, самоуплотняющуюся прокладку с внутренней канавкой, обращенной к оси фланцев, и с кольцевыми выступами треугольной формы, обращенными к фланцам вершинами 3. Между выступами расположень обращенные друг к другу плоские поверхности соприкасающиеся при неожиданном приближении выступов друг к другу с Обеспечением зания кольцевых выступов верщинами в зеркала фланцев. Материал, из которого выполнена прокладка тверже, чем материал фланцев. При нормальной эксплуатации плоские поверхности не соприкасаются, верщины кольцевых выступов под действием сил

20 самоуплотнения и из-за осевой упругости прокладки соприкасаются с зеркалами фланцев с образованием линейного контакта. При уплотнении по свежим поверхностям по вершинам кольцевых выступов образуется шарнир пластичности, что обеспечивает весьма ненадежную герметизацию при отсутствии подвижек фланцев. При наличии осевых и радиальных подвижек фланцев, обусловленных различными перепадами давлений и температур, герметичность не обеспечивается вследствие срыва контактного усилия в месте шарнира пластичности. Для устранения негерметичности требуется в несколько раз большее осевое усилие, чем при первоначальном обжатии прокладки, поэтому происходит врезание вершин кольцевых выступов в зеркала фланцев и соприкасание плоских поверхностей. При наличии значительных подвижек фланцев уплотнение разгерметизируется вследствие резкого снижения контактного усилия по плоскостям соприкосновения выступов с фланцами, особенно в момент ликвидации соприкосновения упомянутых плоских поверхностей. Кроме того, малая ширина сильфонной камеры (внутренней канавки в прокладке) снижает эффект самоуплотнения. К поворотному использованию фланцы и прокладка без механической обработки непригодны, поскольку вершины кольцевых выступов и зеркала фланцев поверждены.

Цель изобретения - обеспечение герметизации при различных перепадах давлений и температур, повышение эффекта самоуплотнения и обеспечение многократности использования элементов уплотнительного устройства.

Эта цель достигается тем, что на каждом фланце выполнена кольцевая канавка, во внутренней канавке прокладки расположен кольцевой пружинный элемент, причем дно кольцевой канавки, вершина кольцевого выступа и центр тяжести сечения кольцевого пружинного элемента расположены на цилиндрической поверхности одного диа1метра, кольцевая канавка на фланце имеет профиль треугольника, угол раскрытия которого больше угла при вершине ответного кольцевого выступа прокладки, вершина кольцевого выступа смещена к оси фланцев, а фланцы и прокладка выполнены из материалов с одинаковой твердостью и с одинаковым коэффициентом линейного расширения.

На чертеже показано уплотнительное устройство, обший вид.

Уплотнительное устройство состоит из фланцев и 2, в одном из которых имеется цилиндрическая расточка с ограничительным буртом 3, из нажимных элементов 4 и из самоуплотняющейся прокладки 5, внутри которой имеется кольцевой пружинный элемент 6. Самоуплотняющаяся прокладка 5 имеет внутреннюю канавку 7, обращенную своей полостью к оси фланцев. Внутренняя канавка 7, выполняющая роль сильфонной камеры, образует две стенки и основание 8 прокладки 5, расположенные на периферии прокладки. На внешней стороне каждой стенки прокладки на минимально возможном.расстоянии от оси фланцев расположен обращенный к фланцу незакругленной острой вершиной кольцевой выступ 9 треугольногопрофиля, причем вершина выступа смещена к оси фланцев. На каждом из фланцев напротив кольцевого выступа 9 расположена ответная кольцевая канавка 10, например треугольного профиля, причем угол раскрытия кольцевой канавки больше угла при вершине кольцевого выступа, а утыканиё вершины выступа в дно канавки при функционировании уплотнительного устройства гарантировано. Вершина кольцевого выступа, дно кольцевой канавки и центр тяжести сечения упругого элемента находятся на одном диаметре.

Уплотнительное устройство работает еле дующим образом.

После установки кольцевого пружинного элемента 6 между кольцевыми выступами 9 самоуплотняющейся прокладки 5 последняя устанавливается в цилиндрическую расточку одного из фланцев. Под воздействием нажимных элементов 4 фланцы 1 и 2 сближаются, вершины кольцевых выступов 9 прокладки 5 скользят по стенкам кольцевых канавок 10 с последующим утыканием в их дно. Скольжение происходит, если дно канавок и вершины выступов имеют разницу в диаметрах, обусловленную погрешностью изготовления. Прокладка может самоустанавливаться, поскольку основание прокладки не касается бурта 3 фланца при эксплуатации и имеется два пластических шарнира по дну кольцевых канавок 10.

При дальнейшем сближении фланцев 1 и 2 упруго деформируется кольцевой пружинный элемент 6, самоуплотняющаяся прокладка 5 и пластически деформируется вершина кольцевых выступов 9 и дно кольцевых канавок 10 с образованием пластического шарнира, что является необходимым условием для создания герметичности. После этого фланцы замыкаются на бурт 3. При малых давлениях герметичность обеспечивается силами упругости элементов уплотнительного устройства, а при больших давлениях Ч названными силами в совокупности с силами от внутреннего давления, которые, воздействуя на внутренние поверхности стенок прокладки, прижимают кольцевые выступы к фланцам. При подвижках, являющихся следствием гидравлических испытаний и различных перепадов давлений и температур (термоциклов) пластические шарниры, а следовательно герметичность, не нарушаются, поскольку при осевых подвижках сохранность шарниров обеспечивается суммарным действием кольцевого пружинного элемента, самоуплотняющейся прокладки и удержанием фланцев в контакте по бурту 3 нажимными элементами 4, а при радиальных подвижках -

5 самоустанавливаемостью прокладки, чему способствует тот факт, что угол раскрыти кольцевой канавки 10 больше угла при вершине кольцевого выступа на прокладке. Смещение вершин кольцевых выступов к оси

фланцев повышает эффект самуплотнения,польскольку увеличивается площадь, на которую действует внутреннеедавление ц, как следствие, увеличивается сила прижатия кольцевых выступов к фланцам.

Выполнение прокладки и фланцев из материалов с одинаковой твердостью является необходимым условием создания линейного контакта с образованием пластического шарнира по вершинам кольцевых выступов и условием минимальной повреждаемости контактируюш,и-х поверхностей, что способствует повторному использованию элементов уплотнительного устройства. Для повторного уплотнения необходимо лишь уменьшить высоту бурта 3. Фланцы и прокладка выполняются из материалов с одинаковым коэффициентом линейного расширения для того, чтобы исключить подвижки, обусловленные действием температуры.

Предлагаемое уплотнительное устройство позволяет снизить время пребывания персонала при вредных излучениях в условиях контакта с вредными веществами, снизить трудоемкость изготовления и монтажа уплотнения, снизить металлоемкость узла уплотнения, сократить продолжительность технологического процесса герметизации.

Формула изобретения

. Уплотнительное устройство, содержащее фланцы, нажимные элементы, самоуплотняющуюся прокладку с внутренней канавкой, обращенной к оси фланцев и с кольцевыми выступами треугольной формы, обращенныМИ к фланцам верщинами, отличающееся тем, что, с целью обеспечения герметизации при различных перепадах давлений и температур, на каждом фланце выполнена кольцевая канавка, во внутренней канавке прокладки расположен кольцевой пружинный элемент, причем дно кольцевой канавки, вершина кольцевого выступа и центр тяжести сечения кольцевого пружинного элемента расположены на цилиндрической поверхности одного диаметра.

0 тем, что кольцевая канавка на фланце имеет профиль треугольника, угол раскрытия

которого болыле угла при верщине ответного кольцевого выступа прокладки.

0 устройства фланцы и прокладка выполнены из материалов с одинаковой твердостью.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

0 опублик. 1963.

3.Патент ФРГ JM 614140, кл. 47 f 22/01, опублик. 1935 (прототип).