кольцевое уплотнение

Формула изобретения

1. Кольцевое уплотнение, выполненное в виде двух направленных навстречу друг другу и опирающихся разомкнутыми профилями на разжимное кольцо пакетов манжет из чередующихся слоев металла и наполнителя, отличающееся тем, что разжимное кольцо образовано сердечком, размещенным между образными биметаллическими обкладками, установленными с возможностью скольжения по поверхностям их контакта.

2. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что сердечник выполнен из антифрикционной уплотняющей смазки.

3. Уплотнение по п.1 или 2, отличающееся тем, что сердечник выполнен из графитофторопласта.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области уплотнительной техники, касается, в частности, уплотнений цилиндрических поверхностей соединений, работающих при изменяющихся температуре и давлении, и может быть использовано, например, в тепловыделяющих сборках ядерных реакторов для уплотнения технологических каналов канальных ядерных реакторов.

В частности, к кольцевым уплотнениям, используемым в ядерных реакторах, предъявляются повышенные требования: обеспечение надежности герметизации технологических каналов, исключение операции предварительной подготовки уплотняемых поверхностей технологических каналов после каждого извлечения тепловыделяющей сборки. Кроме того, в ходе операций по уплотнению и разуплотнению каналов ядерного реактора кольцевое уплотнение подвески тепловыделяющей сборки взаимодействует как с элементами канала реактора, так и с механизмами перегрузочной машины. Поэтому от эксплуатационных качеств кольцевого уплотнения зависит надежность работы реактора и перегрузочной машины. В патенте [1] предложена конструкция кольцевого уплотнения, содержащая гибкую металлическую гильзу, которая при своем продольном перемещении разжимается в радиальном направлении, обеспечивая таким образом герметичное уплотнение канала реактора. Такая конструкция кольцевого уплотнения обладает следующими недостатками: требуется высокая точность обработки поверхности канала реактора, сложен процесс изготовления гибкой металлической гильзы, операция по установке тепловыделяющей топливной сборки в канал реактора требует высокой точности совмещения осей перегружаемого канала и стыковочного патрубка перегрузочной машины. Известна также конструкция кольцевого уплотнения [2], содержащая уплотнительное средство, выполненное в виде металлического кольца, контактирующего с нажимной шайбой. Недостаток данной конструкции состоит в том, что материал уплотнения затекает в зазоры сопрягаемых деталей. При разуплотнении соединения наблюдались повреждения уплотняемых поверхностей.

В конструкции кольцевого уплотнения [3] уплотнительное средство выполнено в виде шевронных манжет, контактирующих с конической канавкой нажимной шайбы. Недостатками этой конструкции являются большие габариты кольцевого уплотнения в силу большого трения шевронных манжет об уплотняемую поверхность.

Наиболее близким аналогом предлагаемого технического решения является кольцевое уплотнение, содержащее уплотнительное средство, выполненноe в виде двух направленных навстречу друг другу и опирающихся разомкнутыми профилями на разжимное (тороидальное) кольцо пакетов манжет из чередующихся слоев металла и наполнителя [4]. Кроме того, наружный диаметр нижнего уплотнительного средства больше наружного диаметра верхнего уплотнительного средства, и упругость наполнителя нижнего уплотнительного средства выше упругости наполнителя верхнего уплотнительного средства. Такое техническое решение с нижним уплотнительным средством хорошо направляет тепловыделяющей сборки в каналы-пеналы ядерного реактора и защищает верхнее уплотнительное средство от механических повреждений при установке в уплотнительные тракты, а при сжатии уплотнения разжимное тороидальное кольцо выполняет роль клинового механизма, способствующего раскрытию профилей и сжатию наполнителя слоев (обоих) верхнего и нижнего уплотнительного средства.

Недостаток данного технического решения заключается в том, что металлическое тороидальное кольцо не обладает ни осевой, ни радиальной упругостью и, следовательно, не работает как дополнительное уплотнение для перекрытия боковых зазоров между уплотняемыми цилиндрическими поверхностями корпуса подвески и канала ядерного реактора. В результате сокращается ресурсная работоспособность уплотнения, так как эластичный материал наполнителя может перетекать через щелевые боковые зазоры под действием термобароциклических нагружений и виброколебаний рабочей среды в сторону наименьшего удельного давления в сопряжении между уплотняемыми поверхностями и верхним или нижним уплотнительным средством. Кроме того, релаксация материалов металлического каркаса и наполнителей, постоянно напряженных с удельным давлением P_k 50 МПа (300 - 500 кгс/см²), приводит к увеличению их плотности, к потере их упругих свойств и как следствие опять к некоторому уменьшению высоты верхнего и нижнего уплотнительного средства, что снова приводит к необходимости один-два раза в год завинчивать до упора винты механизма герметизации. Использование же для нижнего уплотнительного средства более упругих наполнителей, например из терморасширенного графита, оказалось недостаточно эффективным ввиду его высокой пористости (до 40%) и из-за значительных колебаний контактных давлений сжатия элементов уплотнения от P_k = 1000 кгс/см² до P_{k min} = 80 кгс/см², при этом нижний пакет уплотнений может иметь и другую форму уплотнителя, например, аналогично патенту [5].

Задача, решаемая предлагаемым техническим решением, заключается в повышении длительности и надежности герметизации технологического канала ядерного реактора.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что в кольцевом уплотнении, выполненном в двух направлениях навстречу друг другу и опирающихся разомкнутыми профилями на разжимное кольцо пакетов манжет из чередующихся слоев металла и наполнителя, разжимное кольцо образовано сердечником, размещенным между образными биметаллическими обкладками, установленными с возможностью скольжения по поверхностям их контакта. Кроме того, предложено упругий наполнитель сердечника выполнить из антифрикционной смазки или из графитофторопласта. Кроме того, высоты верхнего и нижнего пакетов манжет соотносятся как 1: 1 - 4. Такое конструктивное решение выполнения кольцевого уплотнения позволяет значительно повысить осевую и радиальную упругость кольцевого уплотнения за счет совершенствования металлических упругих элементов уплотнения. Выполнение наполнителя из антифрикционной уплотняющей смазки позволяет наносить металлизированную смазку на уплотняемые поверхности при установке кольцевого уплотнения в уплотняемый тракт. Выполнение наполнителя сердечника из графитoфторопласта позволяет создать объемно-упругий гидропластовый затвор между двумя уплотнительными пакетами, скомпенсировать потерю высоты пакета уплотнения от релаксации материалов каркаса и наполнителя.

Предлагаемое кольцевое уплотнение поясняется графическим материалом фиг. 1 - 3. На фиг. 1 изображен общий вид кольцевого уплотнения; на фиг. 2 - фрагмент уплотняемых поверхностей с кольцевым уплотнением (до сжатия кольцевого уплотнения); на фиг. 3 - фрагмент уплотняемых поверхностей с кольцевым уплотнением (после сжатия кольцевого уплотнения).

Кольцевое уплотнение состоит из двух пакетов 1 и манжет (фиг. 1). Пакеты 1 содержат чередующиеся слои металла 2 и наполнителя 3. Пакеты расположены навстречу друг другу разомкнутыми профилями и опираются на разжимное кольцо 4. Разжимное кольцо 4 содержит образные биметаллические обкладки 5, установленные с возможностью скольжения по поверхности их контакта. Между обкладками 5 расположен сердечник 6. Возможны варианты выполнения сердечника 6. Сердечник 6 может быть выполнен из антифрикционной уплотняющей смазки или из графитофторопласта.

Работа кольцевого уплотнения заключается в следующем (фиг. 2, 3). Кольцевое уплотнение устанавливают между уплотняемыми поверхностями 7 и 8. В процессе сжатия уплотняемыми поверхностями 7 и 8 происходит деформация кольцевого уплотнения, при этом происходит раскрытие профиля слоев металла 2, который своими лопастями выдавливает слои наполнителя 3 радиально наружу. При этом происходит перекрытие радиальных зазоров. Деформация слоев металла 2 и наполнителя 3 кольцевого уплотнения происходит неравномерно. Верхние и нижние слои кольцевого уплотнения деформируются наибольшим образом и по направлению к середине степень деформации слоев кольцевого уплотнения будет уменьшаться, так как кромки торцевых раскрывающихся лопастей металла 2, упираясь в микронеровности уплотняемых поверхностей, преодолевая возникшие силы трения, расходуют 70-80% осевой силы, в результате происходит неравномерное сжатие и вытеснение материала наполнителя 3 их межслойных объемов, при этом наполнитель 3 герметизируют уплотняемые поверхности с механическими повреждениями. При осевом сжатии слоев металла 2 и наполнителя 3 пакетов 1 происходит деформация разжимного кольца 4. При этом происходит раскрытие образных биметаллическиx обкладок 5, которые создают затвор между двумя пакетами 1 и кольцевым уплотнителем. После осевого сжатия в кольцевом уплотнении упругие элементы пакетов 1 и разжимного кольца 4 раскрываются радиально с размера B_о до размера B_раб., при этом высота кольцевого уплотнения с нейтрально-пассивной высоты H_о сжимается на 20 - 25% до размера H_раб. и в дальнейшем упруго деформирует под действием рабочей силы. образные биметаллические обкладки 5 разжимного кольца 4, работающие в контакте с многослойными упругими профилями металла 2 пакетов 1 работают в пределах допускаемых упругих деформаций.

Такое комплексное решение кольцевого уплотнения позволяет сохранять без изменения общую высоту уплотнения, заданную при уплотнении уплотняемых поверхностей, обеспечить надежность герметизации уплотняемых поверхностей.

Предлагаемое техническое решение позволяет обеспечить надежность герметизации уплотняемых поверхностей.

Список используемой литературы:

1. Патент США N 3157579, кл. 176-30.

2. Авторское свидетельство СССР N 409604, кл. G 21 C 19/00.

3. Кондаков Л.А. Уплотнение гидравлических систем. -М.: Машиностроение. 1972 г, рис. 109, е.

4. Свидетельство РФ на полезную модель N 2673, кл. G 21 C 13/028.

5. Патент РФ N 2050023, кл. G 21 C 13/06.