уплотнительный узел неподвижного соединения

Формула изобретения

1. Уплотнительный узел неподвижного соединения, содержащий уплотнительное средство в виде спирально навитой прокладки, заключенной между внутренним и наружным ограничительными кольцами, отличающийся тем, что спирально навитая прокладка состоит не менее чем из 2-х концентрически расположенных частей с зеркальным расположением профиля полосы, разделенных жесткими разделительными кольцами с профилированными наружной и внутренней поверхностями, совпадающими при полной деформации, сжатии прокладки по профилю с профилированными полосами частей спирально навитой прокладки.

2. Уплотнительный узел по п.1, отличающийся тем, что высота разделительных колец выполнена меньше высоты профилированных полос в недеформированном состоянии и равна минимально допустимому зазору между уплотняемыми поверхностями, а толщина ограничительных колец меньше или равна толщине разделительных колец без торцевого уплотнителя.

3. Уплотнительный узел по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что как торцевые поверхности разделительных колец так и наружные и внутренние профилированные поверхности снабжены уплотнителем из меди либо алюминия или их сплавов, свинца, или олова, или их сплавов, резины или расширенного графита, графитовой фольги «Графлекс» или тефлона, паронита или асбеста, либо сами разделительные кольца выполнены из материала уплотнителя.

4. Уплотнительный узел по п.1, отличающийся тем, что профиль полосы спирально навитой прокладки выполнен V-образным, или W-образным, или V-образным с разными углами расхождения, или волнистым, или трапецеидальным или двойной кривизны.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано в отраслях промышленности с повышенными требованиями к уплотнению неподвижных относительно друг друга поверхностей, а также сред с высокой проникающей способностью.

Известны уплотнения неподвижных соединений, включающие спирально навитые прокладки (СНП), представляющие собой спирально навитую в кольцо комбинированную ленту, состоящую из фасонного металлического каркаса и неметаллического наполнителя (Уплотнения и уплотнительная техника: Справочник Л.А.Кондаков, А.И.Голубев, В.В.Гордеев и др. под общей редакцией А.И.Голубева, Л.В.Кондакова, 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1994 г. с.128-129). Крайние витки металлической ленты сваривают между собой. Преимущество этих прокладок - большая упругость, позволяющая им работать в условиях динамических нагрузок, высоких температур и тепловых ударов. Их устанавливают в гладких фланцах с помощью металлических ограничительных колец или в закрытых соединениях, например «шип-паз» или «выступ-впадина».

Основным недостатком указанных уплотнений является невозможность обеспечения требуемой герметичности при работе одновременно в условиях избыточного давления и вакуума.

Наиболее близким по совокупности отличительных признаков принят уплотнительный узел неподвижного соединения по п. RU 1059978, F16J 15/12, 1999 г., предназначенный для уплотнения фланцевых соединений разъемных трубопроводов и корпусов высокого давления.

Известное устройство содержит уплотнительное средство в виде спирально навитой прокладки, заключенной между внутренним и внешним ограничительными кольцами. Внешнее ограничительное кольцо выполнено конусообразного сечения с эластичным материалом по торцевым поверхностям. Прокладка установлена в уплотняемое гнездо фланцевого соединения. Функции внутреннего ограничительного кольца выполняют симметрично расположенные цилиндрические элементы фланцев. Стягивание фланцев между собой осуществляется шпильками и гайками, контактирующими с фланцами через опорно-сферические шайбы.

Однако в известном устройстве работоспособность уплотнения обеспечивается, в частности, поджатием внутренних витков СНП к уплотняемым поверхностям рабочим давлением во внутренней герметизируемой плоскости, т.е. предполагается, что давление в упомянутой полости существенно выше давления окружающей среды. Однако существует много объектов, в частности, например контейнеры для перевозки и хранения ядерных отходов, давление в которых в нормальном режиме, как правило ниже давления окружающей среды, что позволяет минимизировать выход радионуклидов через уплотнительный узел. Кроме того, известное устройство имеет ограниченную область применения, так как оно не обеспечивает необходимую герметичность при использовании его для конструкций, работающих со средами с высокой проникающей способность (например, гелий, криптон, водород), что обуславливается тем, что при работе устройства имеет место контакт металлического каркаса прокладки с уплотняемыми поверхностями, микронеровности которых не заполняются наполнителем, вследствие чего возможно проникновение среды с высокой проникающей способностью по кромкам металлического каркаса прокладки, выполненного в виде непрерывной спирали.

Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение надежности уплотнения неподвижных между собой поверхностей одновременно в условиях избыточного давления, а также вакуума, расширение области применения.

Указанная задача решается за счет того, что в известном устройстве, содержащем уплотнительное средство в виде спирально навитой прокладки, заключенной между внутренним и внешним ограничительными кольцами, спирально навитая прокладка состоит не менее чем из 2-х концентрически расположенных частей с зеркальным расположением профиля полосы, разделенных жесткими разделительными кольцами с профилированными наружной и внутренней поверхностями, совпадающими по профилю при полностью деформированной сжатой прокладке с разделяемыми ими частями спирально навитой прокладки, а высота разделительных колец меньше высоты полос профилированной ленты в недеформированном состоянии и равна минимально допустимому зазору между уплотняемыми поверхностями, а торцевые, внешние и внутренние поверхности разделительных колец могут быть снабжены слоем уплотнительного материала либо они сами могут быть выполнены из материала уплотнителя, выполняемого из следующих материалов: медь, алюминий и их сплавы, олово, свинец и их сплавы, резина, расширенный графит, фторопласт, тефлон, паронит, асбест, а профиль полосы спирально навитой прокладки выполняется -образным, или w-образным, или -образным с разными углами расхождения, или волнистым, или трапецеидальным, или двойной кривизны.

Технический результат использования изобретения состоит в том, что оно обеспечивает возможность создания уплотнения со спирально навитой прокладкой, обеспечивающего необходимую герметичность конструкций, одновременно могущих находиться под давлением и под вакуумом, а также работающих со средами с высокой проникающей способностью.

На фиг.1 показан поперечный разрез спирально навитой прокладки предлагаемого уплотнения.

На фиг.2 показан разрез уплотнительного узла в уплотненном рабочем состоянии.

На фиг.3 показан поперечный разрез предлагаемого уплотнения с обратным расположением профиля частей спирально навитой прокладки.

Уплотнительный узел по изобретению содержит наружное ограничительное кольцо 1, внутреннее ограничительное кольцо 2, наружную часть спирально навитой прокладки «а», состоящую из профилированной металлической полосы, свернутой в спираль 3, чередующуюся с уплотнителем 4, имеющих общий вогнутый по отношению к уплотняемому отверстию «О» профиль, внутреннюю часть спирально навитой прокладки «в», состоящую из профилированной металлической полосы, свернутой в спираль 5, чередующуюся с уплотнителем 6, имеющих общий выпуклый по отношению к уплотняемому отверстию «О» профиль, разделительное кольцо 7 с торцевым уплотнителем 8, имеющим двояко вогнутый профиль, совпадающий с профилями наружной и внутренней частей спирально навитой прокладки при полностью деформированной сжатой прокладке, а сам уплотнительный узел располагается между неподвижными относительно друг друга частями уплотняемого изделия «Д» и «Е». Профиль полосы 3 и 5 спирально навитой прокладки выполняется -образным, или w-образным, или -образным с разными углами расхождения, или волнистым, или трапецеидальным, или двойной кривизны. Уплотнители 4 и 6, а также торцевые, наружные и внутренние поверхности разделительных колец либо они сами выполняются из меди либо алюминия или их сплавов, свинца или олова или их сплавов, резины или расширенного графита, графитовой фольги "Графлекс" тефлона, паронита или асбеста.

На фиг.1 уплотнительный узел показан в недеформированном - нерабочем состоянии. В результате сближения уплотняемых поверхностей «Д» и «Е» при уплотнении происходит деформация металлических профилированных полос 3 и 5, как показано на фиг.2, в результате чего уплотнитель 4 и 6, выдавливаясь из пространства между соседними профилями полос и заполняя пространство между уплотнением и уплотняемыми поверхностями, герметизирует уплотняемое отверстие «О» от окружающей среды, препятствуя одновременно протеканию рабочей среды из изделия наружу при избыточном давлении, когда в основном работает внутренняя часть - «в» спирально навитой прокладки, так и попаданию окружающей среды внутрь изделия, при вакууме, когда работает в основном наружная часть - «а» спирально навитой прокладки.

Разделительное кольцо 7 служит кроме всего прочего ограничителем максимального сближения уплотняемых поверхностей и не допускает смятия и разрушения спирально навитой прокладки. Кроме того, торцовое уплотнение 8, а также уплотнитель наружной и внутренней поверхностей разделительного кольца служит для полного гарантированного перекрытия спиралевидных каналов, по которым могли бы быть утечки в случае уплотнения сред с высокой проникающей способностью.

Таким образом, благодаря особенности выполнения уплотнительного узла изобретение позволяет создать уплотнение со спирально навитой прокладкой, обеспечивающее необходимую герметичность конструкций, работающих со средами с высокой проникающей способностью как в условиях избыточного давления, так и вакуума одновременно.

Источники информации

1. Справочник Л.А.Кондаков, А.И.Голубев, В.В.Гордеев и др. под общей редакцией А.И.Голубева, Л.В.Кондакова, 2 е изд. перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1994 г. с.128-129).

2. Патент RU 1059978, F16J 15/12, 1999 г.