устройство уплотнения неподвижных соединений

Формула изобретения

1. Устройство уплотнения неподвижных соединений, содержащее прокладку в виде тела вращения, расположенную между элементами неподвижного соединения и выполненную в виде навитой по спирали металлической ленты с фиксирующим осевое смещение витков спирали и податливым на сжатие элементом, по меньшей мере между средними витками расположен графитовый наполнитель, прокладка расположена в пространстве между торцевыми поверхностями элементов неподвижного соединения, отличающееся тем, что по меньшей мере один внутренний и один внешний витки ленты выполнены большей жесткости, чем остальные витки, и имеет ширину, соответствующую толщине прокладки в ее рабочем состоянии и меньшую ширины ленты средних витков спирали для предотвращения деформации прокладки в радиальном направлении в рабочем состоянии.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что прокладка расположена в полости, образованной кольцевым пазом, выполненным на торцевой поверхности одного из элементов неподвижного соединения, и кольцевым выступом, выполненным на торцевой поверхности другого элемента этого соединения и расположенным с возможностью размещения в кольцевом пазу при контактировании с прокладкой в рабочем ее положении.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что прокладка расположена в полости, образованной кольцевым пазом, выполненным на торцевой поверхности одного из элементов неподвижного соединения, и плоской поверхностью другого элемента для обеспечения возможности контактирования с прокладкой в рабочем ее положении, при этом ширина плоской поверхности больше ширины кольцевого паза.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что торцевые поверхности элементов неподвижного соединения выполнены ступенчатой формы и расположены с возможностью образования кольцевой полости, замкнутой со всех сторон, для размещения прокладки.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что отношение толщины прокладки к ее диаметру равно 0,005-0,3 при условии, что толщина прокладки в рабочем состоянии не превышает 10 мм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к энергетическому машиностроению и может быть использовано для арматуры, работающей в условиях высоких давлений и температур теплоносителя тепловых и атомных электростанций, а также для арматуры и других устройств, работающих при высоких параметрах рабочих сред.

Известно уплотнение с мягкой набивкой (см. книгу А.А. Кондакова. Уплотнения гидравлических систем, М.: Машиностроение, 1972 г.). Это уплотнение представляет собой кольцо прямоугольного сечения из эластичного материала, изготовляемого из пенькового, асбестового или иного шнура или порошково-волокнистой массы, содержащей графит, асбест, слюду, тальк и другие компоненты.

Недостатком известного уплотнения является невысокая термостойкость, износостойкость и герметичность соединения.

Известны спирально-навитые прокладки, представляющие собой спирально-навитую металлическую ленту V-образного профиля с размещенным между витками спирали наполнителем из эластичного неметаллического материала, которые устанавливаются с ограничительными кольцами снаружи, внутри или с обеих сторон прокладки.

Недостатком известной прокладки является недостаточная надежность уплотнения, что обуславливается трудностью обеспечения требуемой радиальной плотности между витками прокладки. При этом с увеличением диаметра прокладки обеспечение требуемой радиальной плотности между витками прокладки существенно затрудняется, что обусловлено уменьшением ее устойчивости в осевом направлении. Кроме того, сжатие прокладки сопровождается ее боковым расширением. С увеличением диаметра прокладки разница в удлинении наружных и внутренних витков прокладки возрастает, что в конечном итоге приводит к расслоению прокладки и, следовательно, снижению надежности уплотнения.

Наиболее близким к заявленному является устройство уплотнения неподвижных соединений, содержащее прокладку в виде тела вращения, расположенную между элементами неподвижного соединения и выполненную в виде навитой по спирали металлической ленты с фиксирующим осевое смещение витков спирали и податливым на сжатие элементом, по меньшей мере между средними витками расположен графитовый наполнитель, прокладка расположена в пространстве между торцевыми поверхностями элементов неподвижного соединения, при этом прокладка снабжена внутренним и/или наружным кольцами (см. SU 997518 А1, МПК⁷ F 16 J 15/02 опубл. 23.07.1984).

Недостатком этого уплотнения является его невысокая надежность работы, обусловленная возможностью деформации прокладки в радиальном направлении к ее оси за счет выполнения ограничительного кольца составным и упругим, кроме этого, выполнение ленты переменной ширины приводит к возможности появления внутренних деформаций в рабочем положении прокладки ввиду неодинакового выдавливания наполнителя из прокладки и обеспечения тем самым контактирования витков друг с другом. Кроме этого, выполнение ленты переменной ширины менее технологично и металлоемко, а следовательно, затраты на ее производство большие.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение надежности работы прокладки неподвижных соединений регулирующей трубопроводной арматуры за счет обеспечения стабильного прижатия при высоких температурах наполнителя к поверхности спирально навитой ленты, обусловленного введением ограничителей в радиальном направлении крайних витков спирали и выбором оптимальной формы поперечного сечения ленты и его параметров.

Для достижения поставленного технического результата в устройстве уплотнения неподвижных соединений, содержащем прокладку в виде тела вращения, расположенную между элементами неподвижного соединения и выполненную в виде навитой по спирали металлической ленты с фиксирующим осевое смещение витков спирали и податливым на сжатие элементом, по меньшей мере между средними витками расположен графитовый наполнитель, прокладка расположена в пространстве между торцевыми поверхностями элементов неподвижного соединения, по меньшей мере один внутренний и один внешний витки ленты выполнены большей жесткости, чем остальные витки, и имеют ширину, соответствующую толщине прокладки в ее рабочем состоянии и меньшую ширины ленты средних витков спирали для предотвращения деформации прокладки в радиальном направлении в рабочем состоянии.

Возможны и другие варианты выполнения изобретения, согласно которым необходимо, чтобы:

- прокладка была бы расположена в полости, образованной кольцевым пазом, выполненным на торцевой поверхности одного из элементов неподвижного соединения, и кольцевым выступом, выполненным на торцевой поверхности другого элемента этого соединения и расположенным с возможностью размещения в кольцевом пазу при контактировании с прокладкой в рабочем ее положении;

- прокладка была бы расположена в полости, образованной кольцевым пазом, выполненным на торцевой поверхности одного из элементов неподвижного соединения, и плоской поверхностью другого элемента для обеспечения возможности контактирования с прокладкой в рабочем ее положении, при этом ширина плоской поверхности больше ширины кольцевого паза;

- торцевые поверхности элементов неподвижного соединения были бы выполнены ступенчатой формы и расположены с возможностью образования кольцевой полости, замкнутой со всех сторон, для размещения прокладки;

- отношение толщины прокладки к ее диаметру было бы равно 0,005-0,3, при условии, что толщина прокладки в рабочем состоянии не превышает 10 мм.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязанными между собой причинно-следственной связью с образованием совокупности существенных признаков, достаточных для повышения надежности работы прокладки неподвижных соединений.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где

на фиг.1 представлен общий вид прокладки для устройства уплотнения;

на фиг.2 - фрагмент сечения прокладки (увеличено);

на фиг.3 - пример выполнения изобретения по п.2 формулы изобретения;

на фиг.4 - пример выполнения изобретения по п.3 формулы изобретения;

на фиг.5 - пример выполнения изобретения по п.4 формулы изобретения.

Настоящее изобретение поясняется конкретным примером выполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения данной совокупностью существенных признаков заданного технического результата.

Устройство уплотнения неподвижных соединений содержит прокладку 1 (фиг. 1-5), выполненную в виде тела вращения, расположенную между элементами 2 и 3 неподвижного соединения и выполненную в виде навитой по спирали металлической ленты 4 с фиксирующим осевое смещение витков спирали и податливым на сжатие элементом 5, выполненным в виде перегиба по всей длине ленты 4 в средней ее части и образования ребра 5*. По меньшей мере, между средними 6 витками расположен графитовый наполнитель 7. Прокладка 1 расположена в пространстве между торцевыми поверхностями элементов 2 и 3 неподвижного соединения (фиг.3, 4, 5).

По меньшей мере один внутренний 8 и один внешний 9 витки ленты 4 имеют ширину, соответствующую толщине прокладки 1 в ее рабочем состоянии и меньшую ширины ленты 4 средних витков 6 спирали, при этом эти витки 8 и 9 имеют большую жесткость, чем остальные витки 6, для предотвращения деформации прокладки 1 в радиальном направлении в ее рабочем состоянии, характеризуемую напряженным состоянием сжатых витков спирали, в частности деформированных элементом 5.

С целью обеспечения оптимальных размеров в сочетании с условиями технологии изготовления, отношение толщины t прокладки 1 к ее диаметру D равно 0,005-0,3 при условии, что толщина прокладки 1 в рабочем состоянии не превышает 10 мм. Указанные параметры прокладки 1 получены экспериментальным путем.

Экспериментально доказано, что в случаях, когда отношение указанных параметров равно 0,015 создаются наиболее оптимальные условия работы прокладки 1 и обеспечения максимальной герметичности соединения.

Согласно изобретению возможны различные варианты выполнения полости для размещения прокладки 1.

На фиг.3 изображен вариант, согласно которому прокладка 1 расположена в полости, образованной кольцевым пазом 10, выполненным на торцевой поверхности элемента 3 неподвижного соединения, и кольцевым выступом 11, выполненным на торцевой поверхности элемента 2 этого соединения. Ширина кольцевого выступа 11 выполнена меньше, чем ширина кольцевого паза 10, что позволяет разместить его в кольцевом пазу 10 при контактировании элементов 2 и 3 с прокладкой 1 в рабочем ее положении.

На фиг.4 изображен вариант, согласно которому прокладка была бы расположена в полости, образованной кольцевым пазом 10, выполненным на торцевой поверхности элемента 3 неподвижного соединения, и плоской поверхностью 12 элемента 2 для обеспечения возможности контактирования с прокладкой 1 в рабочем ее положении, при этом ширина плоской поверхности 12 больше ширины кольцевого паза 10.

На фиг.5 изображен вариант, согласно которому торцевые поверхности элементов неподвижного соединения были бы выполнены ступенчатой формы и расположены с возможностью образования кольцевой полости 13, замкнутой со всех сторон, для размещения прокладки 1.

Пример осуществления изобретения

После размещения прокладки 1 между неподвижными частями соединения арматуры, например между крышкой и корпусом клапана, осуществляют прижатие крышки к корпусу и сжатие прокладки 1. Под усилием сжатия элементом 2 прокладки 1 сжимается средний участок со средними витками 6, увеличивая внутреннее давление уплотнительного элемента - графитового наполнителя 7. Наличие внешних 9 и внутренних 8 витков ленты 4 с большей жесткостью препятствует появлению деформации средних витков 6 в радиальном направлении. В процессе сжатия ленты 4 ширина среднего 6 участка сравнивается по ширине с толщиной прокладки 1 в рабочем состоянии, при этом увеличивается внутреннее давление наполнителя 7 - графита, который выступает за пределы ленты 4 и внедряется в микронеровности уплотняемых поверхностей деталей соединения. Такое решение обеспечивает максимальную степень герметизации соединения за счет плотного прилегания витков спирали и, как следствие, сторон прокладки 1 к соответствующим стенкам корпуса и крышки клапана арматуры.

Аналогичный физический процесс сжатия спирально-намотанной ленты будет происходить в решениях, изображенных на фиг.3-5, при этом в случаях контактирования внешнего 9 и/или внутреннего 8 витков спирали с торцевыми стенками элементов соединения возникает дополнительное усилие в прокладке 1 со стороны этой стенки, повышающее более равномерное распределение сил между прокладкой 1 и элементами соединения.

Изобретение по сравнению с известными средствами уплотнений неподвижных соединений позволяет увеличить герметичность соединения на 20-30% за счет увеличенного внутреннего давления уплотняющей среды при одновременном снижении металлоемкости и стоимости.

Изобретение соответствует условию охраноспособности "промышленная применимость", поскольку ее изготовление возможно при использовании существующих средств производства с применением известных технологий.

Применение изобретения в регулирующей трубопроводной арматуре позволяет повысить герметичность и надежность работы неподвижных соединений за счет обеспечения стабильного прижатия стыкуемых частей, особенно при высоких температурах.