УПЛОТНИТЕЛЬНАЯ ПРОКЛАДКА ДЛЯ ФЛАНЦЕВОГО СОЕДИНЕНИЯ

Полезная модель относится к уплотнительной технике и может быть использована для герметизации фланцевых соединений промышленных трубопроводов, а также между клапанами и сосудами под давлением, в частности, в тепловой и ядерной энергетике, в химической и нефтегазовой промышленности и других отраслях техники.
Для обеспечения герметичности трубопроводной системы между фланцами соединяемых труб устанавливают уплотнительную прокладку, и фланцы стягивают между собой посредством крепежных элементов, например, стяжных болтов.
В месте уплотнения фланцевого соединения могут возникать утечки рабочей среды из-за погрешности формы и шероховатости поверхности фланцев. Также утечки могут быть вызваны динамическими нагрузками, возникающими либо при неправильной установке уплотнительной прокладки между фланцами, либо при некачественном монтаже фланцевого соединения. Проблема заключается в том, что при стягивании фланцев между собой каждый из крепежных элементов затягивают индивидуально, что неизбежно приводит к тому, что приложенный крутящий момент и, следовательно, возникающая сила неравномерно распределены по всей прокладке, тем самым вызывая локальные изменения приложенного давления в прокладке.
Требования к герметизации фланцевых соединений промышленных трубопроводов очень строгие и в последние годы постоянно повышаются. Возможность контроля утечек рабочей среды в местах уплотнений фланцевых соединений является важной проблемой.
Известна уплотнительная прокладка для фланцевого соединения, выполненная с возможностью размещения между фланцами фланцевого соединения, стянутыми между собой множеством крепежных элементов, и содержащая датчики по количеству крепежных элементов фланцевого соединения, которые равномерно распределены по периферии уплотнительной прокладки и имеют возможность их соединения с блоком-регистратором, подключенным к внешнему компьютеру (см., например, WO 9411718, F17D3/00, 26.05.1994). Данная уплотнительная прокладка является наиболее близким аналогом к заявленной узлу уплотнительной прокладке для фланцевого соединения.
Технической проблемой известной уплотнительной прокладки для фланцевого соединения является невозможность обнаружения начального этапа утечки рабочей среды через фланцевое соединение (т.е. неясно, когда начинается утечка).
Технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что уплотнительная прокладка для фланцевого соединения выполнена из безасбестового уплотнительного материала с возможностью размещения между фланцами фланцевого соединения, стянутыми между собой множеством крепежных элементов, и содержит волоконно-оптические датчики по количеству крепежных элементов фланцевого соединения, каждый из которых выполнен на основе брэгговской решетки и содержит оптическое волокно, расположенное в защитном кожухе, при этом указанные волоконно-оптические датчики размещены внутри уплотнительной прокладки при ее изготовлении, расположены в плоскости, перпендикулярной оси уплотнительной прокладки, равномерно распределены по периферии уплотнительной прокладки и имеют возможность их соединения с блоком-регистратором, подключенным к внешнему компьютеру.
При этом защитный кожух оптического волокна может быть выполнен из металла.
По сравнению с наиболее близким аналогом предложенная уплотнительная прокладка для фланцевого соединения выполнена из безасбестового уплотнительного материала, который является экологически безопасным, выдерживает эксплуатацию при высоком давлении и больших перепадах температур, более пластичен, увеличивает антиадгезионные свойства, исключает коррозийное воздействие на уплотняемую поверхность, имеет высокие электроизоляционные свойства, при этом имеет ряд функциональных преимуществ, например, прокладки из безасбестового материала обеспечивают лучшую герметичность и более долговечны, они не прилипают к поверхности и легче демонтируются.
Также, по сравнению с наиболее близким аналогом предложенная уплотнительная прокладка для фланцевого соединения благодаря использованию волоконно-оптических датчиков на основе брэгговской решетки предоставляет возможность раннего обнаружения утечки рабочей среды (т.е. обнаружения, по существу, утечки на начальном этапе).
К тому же волоконно-оптические датчики размещены в уплотнительной прокладке при ее изготовлении и располагаются внутри нее в плоскости, перпендикулярной оси уплотнительной прокладки, что обеспечивает надежную фиксацию датчиков в уплотнительной прокладке и значительно упрощает сборку фланцевого узла. При этом оптическое волокно каждого из волоконно-оптических датчиков защищено расположенным на нем защитным кожухом, который предохраняет оптическое волокно от повреждения при его заделке в материал уплотнительной прокладки при ее изготовлении или поджатии фланцами 2 и 3 фланцевого соединения. Предпочтительно, защитный кожух выполнен из метала.
Вышеизложенные особенности и преимущества полезной модели будут понятны из последующего описания предпочтительного примера ее осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг. 1 представлена схема фланцевого соединения с уплотнительной прокладкой между фланцами, в соответствии с настоящей полезной моделью;
на фиг. 2 - разрез А-А фиг. 1 в соответствии с настоящей полезной моделью;
на фиг. 3 - разрез Б-Б фиг. 2 в соответствии с настоящей полезной моделью.
На указанных фигурах для представления одинаковых элементов используются одинаковые позиции:
1 - уплотнительная прокладка;
2 и 3 - фланцы фланцевого соединения;
4 - крепежные элементы, например, стяжные болты;
5 - волоконно-оптические датчики;
6 - оптическое волокно;
7 - защитный кожух;
8 - блок-регистратор;
9 - внешний компьютер.
Уплотнительная прокладка для фланцевого соединения размещена между фланцами 2 и 3 фланцевого соединения, которые стянуты между собой посредством множества крепежных элементов 4, например, стяжных болтов.
Уплотнительная прокладка 1 выполнена из неметаллического уплотнительного материала, а именно, из безасбестового уплотнительного материала, например, из материала на основе терморасширенного графита (ТРГ), материала на основе фторопласта (ПТФЭ) и т.п.
Безасбестовые уплотнительные материалы все больше набирают популярность. Плюсы безасбестового материала по сравнению с асбестовым заключаются в том, что он выдерживает эксплуатацию при высоком давлении, способен выдерживать большие перепады температур, более пластичен, обеспечивает лучшую герметизацию, увеличивает антиадгезионные свойства, исключает коррозийное воздействие на уплотняемую поверхность, экологически безопасен, имеет высокие электроизоляционные свойства, увеличивает эффективность работы механизмов и оборудования. К тому же, прокладки из безасбестового материала имеют следующие функциональные преимущества: не прилипают к поверхности и легче демонтируются.
Уплотнительная прокладка 1 для фланцевого соединения содержит волоконно-оптические датчики 5. Количество волоконно-оптических датчиков 5 равно количеству крепежных элементов 4 фланцевого соединения.
Указанные волоконно-оптические датчики 5 заделаны в уплотнительную прокладку 1 в процессе ее изготовления (например, при изготовлении уплотнительной прокладки 1 из материала на основе ТРГ датчики 5 запрессованы в указанный материал на стадии изготовления уплотнительной прокладки 1). При этом волоконно-оптические датчики 5 расположены внутри уплотнительной прокладки 1 в плоскости, перпендикулярной оси О-О уплотнительной прокладки 1, и равномерно распределены по периферии уплотнительной прокладки 1, при этом монтаже уплотнительной прокладки между фланцами фланцевого соединения каждый волоконно-оптический датчик 5 размещают в непосредственной близости от места расположения соответствующего ему крепежного элемента 4.
Каждый из указанных волоконно-оптических датчиков 5 выполнен на основе брэгговской решетки и содержит оптическое волокно 6, расположенное в защитном кожухе 7. Защитный кожух 7 выполнен из металла, например, из стали и предохраняет оптическое волокно от механических повреждений при его заделке в материал уплотнительной прокладки при ее изготовлении или поджатии фланцами 2 и 3 фланцевого соединения.
Принцип работы волоконно-оптических датчиков 5 основан на регистрации отраженного оптического сигнала, который изменяется в зависимости от приложенной осевой нагрузки. Использование волоконно-оптических датчиков 5 дает ряд преимуществ: безиндукционность, малые размеры, эластичность, механическая прочность, высокая коррозийная стойкость, широкий диапазон рабочих температур и т.д. При этом результаты экспериментов показали, что волоконно-оптические датчики могут регистрировать повышение и снижение нагрузки при небольших усилиях поджатия (до 2,5 мПа), что важно для раннего обнаружения утечки в месте расположения уплотнительной прокладки.
Указанные волоконно-оптические датчики 5 соединены с блоком-регистратором 8, который подключен к внешнему компьютеру 9 и служит для обработки сигналов от указанных датчиков 5 и 6. Программное обеспечение внешнего компьютера 8 позволяет измерять и регистрировать значения нагрузки одновременно на всех чувствительных элементах датчиков в режиме реального времени.
Таким образом, предложенная полезная модель, благодаря тому, что в уплотнительной прокладке для фланцевого соединения, изготовленной из безасбестового уплотнительного материала, внутри нее размещены при ее изготовлении волоконно-оптические датчики на основе брэгговской решетки, позволяет контролировать величины и равномерность усилия затяжки крепежных элементов фланцевого соединения при монтажных работах, обеспечивает возможность раннего обнаружения утечки рабочей среды (т.е. обнаружения, по существу, утечки на ее начальном этапе), позволяет определить, какой из крепежных элементов требуется подтянуть (подкрутить).
Описанные выше примеры осуществления и чертежи следует во всех аспектах рассматривать лишь как иллюстративные и не обуславливающие никаких ограничений. Следовательно, могут быть использованы другие примеры осуществления настоящей полезной модели и примеры внедрения, которые не выходят за пределы описанных здесь существенных признаков.