ВОЛНОВАЯ ПРОКЛАДКА
WAVE GASKET

Изобретение относится к плоским уплотнительным прокладкам для герметизации разъемных фланцевых соединений, например фланцевых соединений трубопроводов, арматуры, сосудов, работающих под давлением, и т.п.
Известен ряд плоских гребенчатых уплотнительных прокладок для разъемных фланцевых соединений, арматуры, сосудов, работающих под давлением и т.п., имеющих форму кольца с волновым поперечным сечением. При затяжке болтов волны сжимаются, образуя каналы, действующие подобно лабиринтному уплотнению. Для стыков, работающих в нормальных условиях, такие прокладки изготавливают из резины или пластика; а для повышенных температур применяют прокладки из пластичных металлов: свинца, алюминия меди [см., например, Орлов П.И. Основы конструирования. Справочно-методическое пособие. Кн. 3. Изд. 2. - М.: Машиностроение, 1977, с. 140].
Недостатком металлических гребенчатых прокладок является возможность повреждения рабочей поверхности фланца при ее соприкосновении с вершинами жесткого волнового профиля.
Известны плоские прокладки, имеющие металлический слой, выполненный, по меньшей мере, в районе отверстия с буртиком и волнообразным или зубчатым профилем, выполненным в области рядом с указанным буртом. В качестве материала для изготовления использована пружинная сталь или деформируемая в холодном состоянии сталь, которая закаливается с последующим отпуском (Патент РФ №22737778, F16J 15/08, опубл. 10.04.2006). Профиль используется в качестве ограничителя деформации для буртика, сформированного вокруг отверстия, и одновременно выполняет функцию уплотнения. Чтобы в различных областях прокладки получить требуемую упругость, жесткость и желательную степень пластической деформации, можно изменять интервалы между гребнями волн или зубьями, и/или их высоты, и/или радиусы отдельных волн. Например, область профиля, расположенная вблизи отверстия, может иметь меньшие интервалы между гребнями волн или зубьями, чем более удаленные области. Поэтому в этой области упругость будет меньше, чем в плотно заполненных областях профиля.
Изготовление таких прокладок требует применения специальной оснастки и достаточно трудоемко.
Известна уплотнительная прокладка для плоских фланцевых соединений с кольцеобразной металлической основой и прокладками из мягкого материала с обеих сторон, предпочтительно из графита или политетрафторэтилена, причем основа выполнена с радиально-окружными кольцевыми зубцами, по меньшей мере один из которых поддается при монтаже пластической деформации, при этом толщина основы, измеренная по вершинам зубцов, составляет 1,35 мм, кольцевые зубцы имеют интервал между каждыми двумя соседними кольцевыми зубцами менее 3 мм [Патент №2377459 РФ, F16J 15/12, 2009]. Зубцы основы имеют упругость, обеспечивающую им достижение первоначальной высоты после демонтажа уплотнения из фланцев.
Недостатком данной прокладки является возможность пластического смятия зубцов прокладки при существенном отклонении поверхности фланцев от плоскостности (коробление фланцев), а также сложность изготовления прокладок больших диаметров и вероятность быстрого износа мягких прокладок на вершинах зубцов.
В качестве прототипа выбрана плоская волновая прокладка, содержащая металлическое кольцо с волновым поперечным сечением, размещенное между уплотнительными слоями, выполненными из вспученного графита, вспученного тефлона, термокулита, алюминия, серебра специальных резиноволоконных материалов и др. Для изготовления металлического кольца использована мягкая легированная или аустенитная сталь [Патент №2482362 РФ, F16J 15/12, опубл. 27.08.2012].
При монтаже уплотнительные слои из мягкого материала частично сжимаются в зазоре между фланцами и попадают во впадины волн, где в замкнутом объеме обеспечивается необходимая для герметизации плотность уплотнительного материала. Однако под воздействием большого, а при короблении фланцев еще и неравномерного, давления по длине окружности прокладки волны металлического кольца раздвигаются и могут расплющиваться без возможности последующего восстановления, оставляя уплотнительный материал без радиальной опоры, что может привести к разгерметизации фланцевого соединения.
Задачей настоящего изобретения является обеспечение герметичности фланцевого соединения даже при его существенном отклонении от плоскостности.
Указанный технический результат достигается тем, что в плоской волновой прокладке для фланцевого соединения, содержащей металлическое кольцо с волновым поперечным сечением, размещенное между графитовыми слоями, согласно изобретению по крайней мере поверхности выступов металлического кольца выполнены зубчатыми.
Выполнение волновой прокладки с зубчатой поверхностью позволяет совместить преимущества зубчатой прокладки - графит, прячась в полостях между зубчиками, минимально расползается под давлением, сохраняя при этом неизменным профиль зубчиков. В то же время волновое основание прокладки, сжимаясь при затягивании фланцев, подстраивается под конфигурацию фланца и способно упруго восстанавливаться при теплосменах. При этом, если в каких-то областях прокладки будут созданы условия ее полного раздавливания и волновой профиль полностью распрямится, прокладка будет работать как зубчатая.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлено поперечное сечение заявленной плоской волновой прокладки с зубчатой поверхностью выступов металлического кольца; на фиг. 2-5 схематично показаны варианты профиля зубцов, вид А на фиг. 1.
Волновая прокладка содержит упругое металлическое кольцо 1, например, из мягкой или нагортованной легированной стали 12Х18Н10Т с волновым поперечным сечением, имеющим впадины 2, чередующиеся с выступами 3. На обеих торцевых сторонах кольца 1 размещены мягкие графитовые слои 4, для изготовления которых может быть использован терморасширенный графит. Поверхность выступов 3 металлического кольца 1 выполнена зубчатой (Фиг. 1).
В зависимости от твердости материала кольца 1 зубцы 5 на волновой поверхности могут быть относительно острыми (фиг. 2), тупыми (фиг. 3), скругленными (фиг. 4), а также почти прямыми (фиг. 5).
При обжатии прокладки во фланцевом соединении кольцевые волны подвергаются упругой, а в некоторых случаях пластической деформации, но благодаря наличию, по крайней мере на вершинах выступов, зубцов 5 графит не расползается при сверхкритических сжимающих нагрузках, прячась в полостях между зубчиками, повышая тем самым герметичность уплотнения.