УПЛОТНИТЕЛЬНАЯ ПРОКЛАДКА ДЛЯ ФЛАНЦЕВОГО СОЕДИНЕНИЯ
SEALING GASKET FOR FLANGE CONNECTION

Изобретение относится к плоским уплотнительным прокладкам для герметизации разъемных фланцевых соединений, например фланцевых соединений трубопроводов, арматуры, сосудов, работающих под давлением, и т.п.
Изобретение направлено на решение проблемы защиты зеркала фланцев от агрессивных, коксующихся сред, сред, образующих пирофорные соединения.
Стандартные фланцевые соединения «соединительный выступ», «выступ-впадина» любого типоразмера имеют ширину уплотнительной поверхности большую, чем ширина прокладки, в связи с чем в собранном фланцевом соединении образуется полость, ограниченная внутренним диаметром прокладки и незащищенными поверхностями фланцев. В данной полости образуется застойная зона, что может привести к коррозионному повреждению уплотнительных поверхностей фланцев и отложению коксующихся или пирофорных соединений.
Использование прокладок с шириной поля, равной либо близкой по ширине уплотнительной поверхности фланцев, невозможно из-за увеличения площади и снижения давления обжатия прокладки.
В качестве прототипа выбрана спирально-навитая прокладка тип Д и В с ограничителями сжатия по ОСТ 26.260.454-99. Прокладки данной конструкции имеют ширину, близкую по размеру ширине уплотнительной поверхности фланцев, и состоят из уплотнения расчетной ширины и одного или двух ограничителей сжатия, выполняющих не только функцию силового элемента, предотвращающего передавливание прокладки, но и функцию закрытия поля уплотнительной поверхности фланцев. Уплотнение выполнено многослойным, в виде навитой спирали из V-образных чередующихся слоев нержавеющей стальной ленты и наполнителя в виде ленты из терморасширенного графита, паронита, фторопласта.
Однако, поскольку фланцы имеют дефекты поверхности и отклонения от плоскостности, плотного прилегание металлического ограничителя сжатия к уплотнительным поверхностям фланцев не происходит, а наличие тонкой щели может дополнительно провоцировать щелевую коррозию уплотнительных поверхностей фланцев.
Задачей предлагаемого изобретения является создание уплотнительной прокладки, способной надежно закрыть и защитить всю уплотнительную поверхность фланцев от воздействия агрессивных и коксующихся сред, не снижая давления обжатия прокладки.
Указанный технический результат достигается тем, что уплотнительная прокладка для фланцевого соединения, имеющая ширину поля, равную или близкую ширине уплотнительной поверхности фланцев, согласно изобретению выполнена многослойной и разной толщины по ширине прокладки, при этом слои прокладки, контактирующие с поверхностью фланцев, сформированы из мягких уплотнительных материалов.
Слои, контактирующие с поверхностью фланцев, выполнены из таких мягких уплотнительных материалов, как, например, резина, паронит, фторопласт, армированный и неармированный ТРГ и т.д.
По выполняемым функциям в прокладке можно выделить три зоны:
- зону основного уплотнения, имеющую максимальную толщину, которая может быть выполнена как по внешнему, так и по внутреннему краю или посередине, относительно поверхности фланца;
- тампонирующую зону прокладки, имеющую минимальную толщину, отвечающую за предотвращение контакта уплотняемой среды с поверхностью фланцев и находящуюся по внутреннему краю прокладки;
- дистанцирующую зону прокладки, имеющую минимальную толщину, отвечающую за центрирование прокладки во фланцевом соединении и находящуюся по внешнему краю прокладки.
В зависимости от сжимаемости уплотнительного материала отношение максимальной толщины прокладки к его минимальной толщине находится в пределах от 1,1:1 до 3:1.
В некоторых вариантах исполнения уплотнительная прокладка сформирована из двух больших уплотнительных колец с шириной, равной или близкой ширине уплотнительной поверхности фланцев, примыкающих друг к другу, между которыми в зоне основного уплотнения размещено кольцо малого диаметра. Причем это кольцо может быть выполнено как из мягких уплотнительных материалов, таких, например, как резина, паронит, фторопласт, армированный и неармированный ТРГ и т.д., так и в виде металлического кольца с поперечным волнообразным сечением.
Кроме того, прокладка может быть сформирована из большого уплотнительного кольца с шириной, равной или близкой уплотнительной поверхности фланцев, и двух уплотнительных колец меньшей ширины, симметрично размещенных по разные стороны от большого уплотнительного кольца в зоне основного уплотнения, при этом большое и два малых кольца изготовлены из одинаковых или различных мягких уплотнительных материалов.
При обжатии предлагаемой прокладки первоначально уплотняется утолщенная уплотнительная часть прокладки, а после ее обжатия до требуемого значения начинают обжиматься более тонкие ее части. При этом несмотря на увеличение площади контакта и, как следствие, незначительное обжатие тампонирующей зоны прокладки, составляющее 5-15% от величины сжимаемости материала, такого обжатия достаточно, чтобы заполнить все пространство между фланцами, не оставляя места для осаждения коксующихся и пирофорных соединений, и предотвратить доступ уплотняемой среды к поверхности фланцев, что в свою очередь исключает их коррозионное повреждение.
Ширину и месторасположение утолщенной уплотнительной части прокладки выбирают исходя из требуемых давлений обжатия и фактического состояния поверхности фланцев.
Прокладка может быть изготовлена путем склеивания или любым другим способом скрепления плоских уплотнительных колец разного диаметра.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема размещения заявляемой прокладки внутри фланцевого соединения; на фиг. 2 - прокладка с утолщенной частью со стороны внешнего края фланца; на фиг. 3 - прокладка с утолщенной частью в средней части; на фиг. 4 - прокладка с утолщенной частью со стороны внутреннего края фланца; на фиг. 5 - прокладка с внутренним малым кольцом из мягкого уплотнительного материала; на фиг. 6 - прокладка с волновым металлическим основанием; на фиг. 7 - прокладка из трех уплотнительных колец - внутреннего широкого кольца и двух колец меньшей ширины.
Уплотнительная прокладка 1 для фланцевого соединения имеет ширину поля, равную или близкую ширине уплотнительной поверхности фланца 2, и размещается во впадине 3 фланцевого соединения (фиг. 1). Прокладка выполнена многослойной, например, из чередующихся слоев металлического волнового основания и мягкого наполнителя, причем ее внешние слои всегда изготовлены из мягких уплотнительных материалов, например резины, паронита, фторопласта, армированного или неармированного ТРГ и т.д. Толщина прокладки 1 по ширине различна. В прокладке можно выделить зону основного уплотнения с утолщенной частью 4, которая может размещаться со стороны внешнего (фиг. 2) или внутреннего (фиг. 4) края фланца, а также посередине прокладки с образованием тонких кольцевых слоев 5 по обе стороны (фиг. 3), представляющих собой дистанцирующую по внешнему краю и тампонирующую по внутреннему краю зоны прокладки. Соотношение максимального размера толщины утолщенной части 4 к минимальной толщине прокладки варьируется в диапазоне от 1,1:1 до 3:1 и определяется степенью сжимаемости уплотнительного материала.
Прокладка может быть изготовлена путем склеивания или любым другим способом скрепления плоских уплотнительных колец разного диаметра: двух больших колец 6 и размещенного между ними меньшего кольца 7 (фиг. 5). Для формирования прокладки может быть использовано одно большое уплотнительное кольцо 10, имеющее ширину, равную или близкую к уплотнительной поверхности фланцев 2, и два уплотнительных кольца 11 меньшей ширины. В этом случае кольца меньшей ширины 11 размещают симметрично друг другу по разные стороны от большого уплотнительного кольца 10 для образования зоны основного уплотнения (фиг. 7). При этом в обоих случаях уплотнительные кольца могут быть изготовлены из однотипных или различных уплотнительных материалов, например резины, паронита, фторопласта, армированного или неармированного ТРГ и т.д.
Прокладка также может быть изготовлена путем плакирования волнового металлического основания 8 уплотнительным материалом 9 большей ширины (фиг. 6). Использование металлического кольца 8 с волнообразным профилем повышает гибкость прокладки в радиальном направлении. Кроме того, металлическое основание 8 может иметь и другую форму, например гладкую или зубчатую.
Предлагаемая прокладка может быть выполнена круглой, овальной, прямоугольной или любой другой замкнутой формы. Прокладка может снабжаться внутренними перемычками.
При использовании предлагаемой прокладки отсутствует необходимость точного выполнения ее диаметрального размера при изготовлении из-за возможности подрезки по месту мягких краев прокладки.
Таким образом, заявляемая прокладка обладает способностью надежно закрывать всю поверхность фланца, тем самым предотвращая образование коксовых или пирофорных соединений на поверхности фланцев, а также предотвращая их коррозионное повреждение, при этом обеспечивая расчетное давление обжатия.