Уплотнение фланцевого соединения
FLANGE CONNECTION SEAL

Предложение относится к области машиностроения, в частности к нефтегазодобывающей, нефтегазоперерабатывающей промышленности, и может быть использовано при герметизации фланцевых и быстроразъемных соединений устьевого оборудования, магистральных трубопроводов, соединений насосных агрегатов с трубопроводами.
Известно фланцевое соединение устьевого оборудования (патент RU № 2167265, МПК Е21В 33/00, опубл. 20.05.2001, Бюл. № 14), содержащее уплотнительное металлическое кольцо в канавках фланцев и соединительные резьбовые элементы в отверстиях фланцев, причем уплотнительное металлическое кольцо имеет кольцевые канавки, выполненные на его торцах, и снабжено упругими кольцами, установленными в упомянутых кольцевых канавках кольца для взаимодействия с поверхностями кольцевых канавок фланцев.
Недостатком уплотнительного металлического кольца является сложность изготовления кольцевых канавок на торцах, имеющих осень малые габаритные размеры, кольца под упругие элементы.
Известно также фланцевое соединение оборудования (патент RU № 2269642, МПК Е21В 33/00, F16L 23/18, опубл. 10.02.2006, Бюл. № 4), содержащее уплотнительную металлическую прокладку, установленную в торцевые канавки между торцевыми уплотняемыми поверхностями оборудования, предохранительное упругое кольцо, установленное в выполненной в уплотнительной металлической прокладке внутренней кольцевой канавке с возможностью взаимодействия с уплотняемыми поверхностями оборудования, причем оно снабжено вторым предохранительным кольцом, установленным в кольцевой канавке, выполненной в уплотнительной металлической прокладке, при этом предохранительные кольца выполнены в виде трапеции в сечении и установлены в кольцевые канавки уплотнительной металлической прокладки большей стороной трапеции в направлении воздействия перекачиваемой и внешней агрессивных сред и с зазорами между их боковыми поверхностями и боковыми поверхностями кольцевых канавок уплотнительной металлической прокладки для их осевых перемещений при взаимодействии с уплотняемыми поверхностями оборудования для защиты от воздействия перекачиваемой и внешней агрессивных сред.
Недостатком уплотнительной металлической прокладки является сложность изготовления кольцевых канавок на боковых поверхностях, имеющих осень малые габаритные размеры, прокладки под уплотнительные кольца.
Наиболее близким по технической сущности является уплотнение разъемного соединения (патент RU № 2489633, МПК F16L 23/00, F16J 15/08, опубл. 10.08.2013, Бюл. № 22), содержащее уплотнительную металлическую прокладку, установленную в камере, образованной кольцевыми канавками трапецеидального профиля на фланцах, соединенных между собой, причем уплотнительная металлическая прокладка состоит из трех частей - базовой части, твердость материала которой, по крайней мере, не ниже твердости материала фланцев, и двух сменных частей, расположенных соответственно на противоположных торцевых поверхностях базовой части, при этом твердость материала каждой сменной части ниже твердости материала фланцев и ее базовой части.
Недостатком данного разъемного соединения является сложность изготовления сменных торцевых частей, которые должны точно повторять поверхность базовой (твердой) части уплотнения.
Общим недостатком всех аналогов является узкая область применения, так как они предназначены для соединения одинаковых фланцев, для соединения близких по типоразмер фланцев необходимо применения переходных втулок, дополнительных уплотнений под второй типоразмер и крепежных элементов (болтов, шпилек, гаек и/или т.п.), что значительно увеличивает размеры соединения и металлоёмкость, усложняет сборку, так как необходимо выполнять как минимум в два раза больше технологических операций для соединения и разъединения фланцев, а также снижает надежность герметизации (из-за увеличения мест возможного прорыва перекачиваемой через фланцевое соединение среды).
Технической задачей предлагаемого изобретения является создание конструкции уплотнения фланцевого соединения, позволяющего расширить функциональные возможности за счет возможности соединения фланцев различного типоразмера без использования переходных втулок и дополнительных операций, при этом обеспечить снижение металлоемкости и повышение надежности из-за отсутствия переходной втулки и меньшего количества соединений, а также упростить изготовление уплотнения за счет исключения операций на мелких поверхностях и применения сложно подгоняемых частей.
Техническая задача решается уплотнением фланцевого соединения, включающим уплотнительную металлическую прокладку с разнонаправленными уплотняющими частями, каждая из которых расположена в камере, образованной кольцевой канавкой трапецеидального профиля в торцах соответствующих фланцев, соединенных между собой.
Новым является то, что уплотняющие части прокладки изготовлены различного диаметра и размера под диаметр и размер кольцевой канавки в торце соответствующего фланца для герметизации при соединении фланцев, при этом уплотняющие части соединены между собой перемычкой, образуя с обратной стороны плоскости параллельные плоскостям торца другого фланца.
Новым является также то, что плоскости с обратной стороны уплотняющих частей прокладки снабжены уплотняющим материалом и/или герметиком.
На фиг. 1 изображено фланцевое соединение с уплотнением в продольном разрезе.
На фиг. 2 изображено уплотнение с частичным осевым разрезом.
Уплотнение фланцевого соединения, включающее уплотнительную металлическую прокладку 1 (фиг. 1 и 2) с разнонаправленными уплотняющими частями 2 и 3, каждая из которых расположена в камере 4 (фиг. 1) или 5, образованной кольцевой канавкой трапецеидального профиля в торцах 6 или 7 соответствующих фланцев 8 или 9, соединенных между собой, например, при помощи болтов, шпилек, гаек и/или т.п. (не показаны), вставляемых в отверстия 10 фланцев 8 и 9. Уплотняющие части 2 (фиг. 2) и 3 прокладки 1 изготовлены различного диаметра D и размера H и h под диаметр и размер кольцевой канавки камеры 4 (фиг. 1) или 5 для герметизации при соединении фланцев 8 и 9. Уплотняющие части 2 (фиг. 2) и 3 соединены между собой перемычкой 11, образуя с обратной стороны частей 2 и 3 плоскости 12 и 13 параллельные плоскостям торца 7 (фиг. 1) или 6 другого фланца 9 или 8. При использовании фланцевого соединения для работы с высоким давлением, агрессивными средами и/или длительное время (месяц и более) плоскости 12 (фиг. 2) и 13 с обратной стороны уплотняющих частей 2 и 3 могут быть снабжены уплотняющим материалом 14 и/или герметиком 14.
Конструктивные элементы и технологические соединения, не влияющие на работоспособность уплотнения, на чертежах (фиг. 1 и 2) не показаны или показаны условно.
Уплотнение работает следующим образом.
Предварительно определяют: какое оборудование и/или трубы (не показаны) с фланцами 8 (фиг. 1) и 9 будут сопрягаться, и какие размеры у камер 4 и 5 торцов 6 и 7 этих фланцев соответственно. Изготавливают металлическую прокладку 1 (фиг. 2) с перемычкой 11 и уплотняющими частями 2 и 3 различного диаметра D и размера H и h под диаметр и размер кольцевой канавки камеры 4 (фиг. 1) или 5. С обратной стороны каждой части 2 (фиг. 2) и 3 вместе с перемычкой 11 протачивают до образования соответствующих плоскостей 12 и 13 перпендикулярных оси 15 прокладки 1 и, как следствие, параллельных плоскостям соответствующим торцам 7 (фиг. 1) и 6 другого фланца 9 или 8. При необходимости плоскости 12 (фиг. 2) и 13 смазывают герметиком 14 и/или оснащают уплотняющим материалом 14 (например, в виде тонкостенных колец из резины, полиуретана, асбеста и/или т.п.). При необходимости также обрабатываю отверстия 10 (фиг. 1) фланцев 8 и/или 9 так, чтобы они при соединении совпадали (например, сверлят новые соответствующие отверстия 10 в одном из фланцев 8 или 9, растачивают отверстия 10 в одном или обоих фланцах 8 и/или 9 или т.п.). В кольцевую камеру 5 одного из фланцев 9 вставляют соответствующую уплотняющую часть 3 прокладки 1, которую поджимают к фланцу 9 другим фланцем 8 так, чтобы в камеру 4 этого фланца 8 вошла уплотняющая часть 2. После чего фланцы 8 и 9 при помощи отверстий 10 крепежными элементами стягивают, а прокладка 1 герметизирует пространство между ними. При этом при наличии герметика 14 (фиг. 2) и/или уплотняющего материала 14 на плоскостях 12 и 13, этот герметик 14 и/или уплотняющий материал 14 взаимодействует с соответствующими торцами 7 (фиг. 1) и 6 фланцев 9 и 8, дополнительно герметизируя пространство между фланцами 8 и 9.
Использование такого уплотнения фланцевого соединения полностью исключает необходимость использования переходных колец между фланцами 8 и 9, особенно с близким типоразмером.
Предлагаемое уплотнение фланцевого соединения позволяет расширить функциональные возможности за счет возможности соединения фланцев различного типоразмера без использования переходных втулок и дополнительных операций, при этом обеспечить снижение металлоемкости и повышение надежности из-за отсутствия переходной втулки и меньшего количества соединений, а также упростить изготовление уплотнения за счет исключения операций на мелких поверхностях и применения сложно подгоняемых частей.