Герметичное разъемное соединение

Предлагаемая полезная модель относится к разъемным соединениям аппаратов и машин, обеспечивающим определенные условия их непроницаемости (герметичности), и может быть использована в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности.
Известно разъемное соединение (Справочник / А.А. Волошин, Г.Т. Григорьев. - 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение. Ленинградское отд, 1979, страница 11), состоящее из двух симметрично расположенных деталей, закрепленных на соединяемых частях корпуса, установленного между ними уплотнительного кольца, обеспечивающего герметичность соединения, ограничительного кольца, расположенного за диаметром болтовой окружности, и силовых крепежных элементов.
Недостатком этого соединения является отсутствие возможности обеспечить его герметичность при термических нагрузках. При превышении рассчитанного диапазона изменения температур возникает утечка уплотняемой среды. Поэтому при использовании полимерных уплотнительных колец требуется постоянная периодическая подтяжка крепежных элементов, чему будет препятствовать ограничительное кольцо.
Известно разъемное соединение (Машины и аппараты химических производств: учебник для вузов под общей редакцией А.С. Тимонина /. - Калуга: Издательство «Ноосфера», 2014, страница 84, фиг 2.5.3 б), состоящее из двух симметрично расположенных деталей, закрепленных на соединяемых частях корпуса и имеющих на уплотняемых поверхностях кольцевой выступ и соответствующую ему канавку, установленного в канавку уплотнительного кольца, обеспечивающего герметичность соединения, и силовые крепежные элементы.
Недостатками этого аналога является однократность использования уплотнительного кольца и нарушение герметичности при колебаниях температуры рабочей среды из-за разности значений коэффициентов температурного расширения материалов уплотнительного кольца и замыкающих его деталей.
Наиболее близким к полезной модели аналогом (прототипом) является разъемное соединение (Продан В.Д. Герметичность оборудования: учеб. пособие / В.Д. Продан, Г.В. Божко. - М.: Университет машиностроения, 2014. - 109 с., рис. 2.4, с 15), включающее силовые крепежные элементы, кольцевые выступы уплотняемых деталей, контактирующие своими уплотняющими поверхностями.
Данное соединение не чувствительно к колебаниям температуры рабочей среды, т.к. материал кольцевых выступов уплотняемых деталей, составляющих само уплотнение имеет одинаковые физико-механические свойства. При упругом силовом контакте остаточные деформации практически отсутствуют и поэтому это соединение может применяться многократно без восстановления контактирующих поверхностей.
Недостатком указанного фланцевого соединения являются высокие силовые нагрузки при сборке соединения для обеспечения герметичности в рабочих условиях при действии давления уплотняемой среды, так как значение требуемой удельной нагрузки на уплотняющие поверхности должно обеспечить определенную деформацию шероховатости уплотняющей поверхности. Это приводит к увеличению материалоемкости деталей соединения и усложняет условие его эксплуатации за счет увеличения предварительной нагрузки при сборке и разборке соединения, что существенно повышает стоимость изготовления фланцев.
Цель полезной модели - снижение силовых нагрузок при сборке соединения при обеспечении надежной его эксплуатации в рабочих условиях.
Поставленная цель достигается тем, что предлагается герметичное разъемное соединение, в котором герметичность обеспечивается за счет гидравлического сопротивления протекающей по канавке герметизирующего узла уплотняемой среды (рис.). Спиральная канавка выполнена на уплотняющей поверхности, вход в которую открыт со стороны действия давления уплотняемой среды, а выход - возможно со стороны действия атмосферного давления воздуха.
Проходящая по канавке рабочая среда испытывает в каждом витке спирали сопротивление ее движению, вызванное изменением направления движения и трением о стенку канавки. Значение этого гидравлического сопротивления зависит от площади сечения канавки и ее длины: чем меньше площадь сечения канавки и больше ее длина, тем больше гидравлическое сопротивление. С целью упрощения выполнения канавки и снижения значения ее сечения форму сечения канавки следует выполнять в виде равностороннего треугольника с вершиной в стороне глубины материала кольцевого выступа уплотняющего элемента. Для снижения силы предварительной нагрузки на кольцевые выступы уплотняемых деталей контактирующие своими уплотняющими поверхностями, то есть на площади их взаимного контакта, целесообразно окончание сторон двух соседних спиралей соединить вместе в одну линию, то есть в сечении - в одну точку, рис.
Предлагаемое условие герметизации может быть использовано на существующих стандартных фланцевых соединениях при условии, что спиральные канавки выполнены на обеих сторонах кольца, установленного между гладкими контактирующими уплотняющими поверхностями кольцевых выступов уплотняемых деталей.
Предлагаемое условие герметизации может быть применено и для подвижных (торцевых) уплотнений, в которых одна из уплотняемых деталей вращается и на контактирующей уплотняющей поверхности одной из уплотняемых деталей выполнено 3-4 спиральных канавки, причем направление поворота спирали должно быть одинаковым с направлением вращения уплотняемого вала. В этом случае кроме увеличения гидравлического сопротивления при проходе уплотняемой среды по спиральной канавке на ее выходе за счет центробежных сил увеличивается давление движущейся среды, что повысит гидравлическое сопротивление канала протечки.
Технический результат при использовании заявляемой полезной модели заключается в надежной работе герметичного разъемного соединения в котором герметичность обеспечивается за счет гидравлического сопротивления протекающей по канавке уплотняемой среды (рис.). Спиральная канавка выполнена на контактирующей уплотняющей поверхности кольцевого выступа одной из уплотняемых деталей, вход в которую открыт со стороны действия давления уплотняемой среды, а выход - возможно со стороны действия атмосферного давления воздуха.