Уплотнительное устройство

ОП ИСАНИ ЕИЗЬВРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУно делам изобретений и открытийДата опубликования описания 05.04.82 В.,Г. Русьянов, А. А. Дьячков, А. Н. Крылов и А. А:" Страхов3Я(54) УПЛОТНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО Государственный комитет(23) Приоритет -1Изобретение относится к уплотнениям фланцевых соединений и может быть использовано при конструировании сосудов и трубопроводов, работающих при высокой 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 внешней 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 решений - разгерметизация при значительных перепадах давлений и температур, поскольку при этом создаются значительные подвижки фланцев относительно прокладки. Подвижки, особенно радиальные, приводят к проскальзыванию выступов прокладки относительно зеркала фланцев и, следовательно, к срыву контактного усилия, т.е, к разгерметизации. Кроме того, применение мягких ма 2териалов (имеется в виду полимерные и легкоплавкие материалы), покрывающих выступы, по температурным условиям в больш и нстве случаев недопусти мо.Наиболее близким по технической сущности техническим решением к предлагаемому является уплотнительное устройство, содержащее фланцы, нажимные элементы, самоуплотняющуюся прокладку с внутренней канавкой, обращенной к оси фланцев, и с кольцевыми выступами треугольной фор О мы, обращенными к фланцам вершинами 3.Между выступами расположены обращенные друг к другу плоские поверхности соприкасающиеся при неожиданном приближении выступов друг к другу с обеспечением вре зания кольцевых выступов вершинами в зеркала фланцев. Материал, из которого выполнена прокладка тверже, чем материал фланцев. При нормальной эксплуатации плоские поверхности не соприкасаются, вершины кольцевых выступов под действием сил 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 шар913нир 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, особеннов 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 диаметра, 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, общий вид.Уплотнительное устройство состоит из фланцев 1 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 стен. ки прокладки на минимально возможном.расстоянии от оси фланцев расположен обра 6836 щенный к фланцу незакругленной острой вершиной кольцевой выступ 9 треугольного профиля, причем вершина выступа смещена к оси фланцев. На каждом из фланцев напротив кольцевого выступа 9 расположена ответная кольцевая канавка 10, например тре- %угольного профиля, причем угол раскрытия кольцевой канавки больше угла при вершине кольцевого выступа, а утыкание вершины выступа в дно канавки при функционировании уплотнительного устройства гарантироц вано. Вершина кольцевого выступа, днокольцевой канавки и центр тяжести сечения упругого элемента находятся на одном диаметре.Уплотнительное устройство работает следующим образом.После установки кольцевого пружинногоэлемента 6 между кольцевыми выступами 9 самоуплотняющейся прокладки 5 последняя устанавливается в цилиндрическую расточку одного из фланцев. Под воздействием на-жимных 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 вдиаметрах, 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 1и 2 упруго деформируется кольцевой пружинный элемент 6, самоуплотняющаяся прокладка 5 и пластически деформируется вершина кольцевых выступов 9 и дно кольцевых каназю вок 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 40устроиства, а при больших давлениях - , назОванными силами в совокупности с силами от внутреннего давления, которые, воздействуя на внутренние поверхности стенок прокладки, прижимают кольцевые выступы к флан цам, 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 шарни-ров обеспечивается суммарным действиемкольцевого пружинного элемента, самоуплотняющейся прокладки и удержанием фланцев в контакте по бурту 3 нажимными элементами 4, а при радиальных подвижках - самоустанавливаемостью прокладки, чему способствует тот факт, что угол раскрытия кольцевой канавки 10 больше угла при вершине кольцевого выступа на прокладке, Смещение вершин кольцевых выступов к оси5фланцев повышает эффект самуплотнения; польскольку увеличивается площадь, на которую действует внутреннее давление и, 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 контактирующих 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 продолжительносгь технологического процесса герметизации.Формула изобретения1. Уплотнительное устройство, содержащее фланцы, нажимные элементы, самоуплотняющуюся прокладку с внутренней канавкой, обращенной к оси фланцев и с кольцевыми выступами треугольной формы, обращенными к фланцам вершинами, 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,2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что кольцевая канавка на фланце имеет профиль треугольника, угол раскрытия которого больше угла при вершине ответного кольцевого выступа прокладки,3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью повышения эффекта самоуплотнения вершина кольцевого выступа смещена к оси фланцев.4. Устройство по и. 1, отличающееся тем, что, с целью обеспечения многократности использования элементов уплотнительного устройства фланцы и прокладка выполнены из материалов с одинаковой твердостью.5, Устройство по п. 1, отличающееся тем, что фланцы и прокладки,выполненьгиз материалов с одинаковым коэффициентом линейного расирения.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США Мо 3033582, кл. 277 в 80, опублик. 1962.2. Патент США Мо 3083023, кл. 277 - 207, опублик. 1963,3. Патент ФРГ Ме 614140, кл. 47 1 22/01, опублик. 1935 (прототип).