УПЛОТНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ БАЙОНЕТНОГО ЗАТВОРА

Полезная модель относится к области машино- и аппаратостроения в нефтегазовой, нефтехимической, химической промышленности и других отраслях, в частности к быстроразъемным соединениям для запирания крышек сосудов, аппаратов и днищ, концевых и тупиковых участков трубопроводов, работающих под давлением, эксплуатация которых связана с частыми открытием и закрытием, обеспечивая высокую надежность, герметичность и быстрое открытие и закрытие крышек и днищ в штатном режиме работы и при проведении обслуживания, ремонта и диагностического осмотра.
Из уровня техники известно самоуплотняющееся неподвижное соединение (патент РФ №2004866, МПК F16J 15/02, опубликовано 15.12.1993), содержащее корпус и крышку, сопряженные между собой по цилиндрической поверхности, и неметаллическое уплотнение, размещенное в кольцевом зазоре между ними, распорные металлические кольца, которые ограничены в осевом направлении с возможностью самоуплотнения со стороны полости давления кольцевым буртом крышки, имеющим наружную коническую торцевую поверхность, с которой сопряжено первое распорное кольцо, а с внешней стороны - опорным кольцом, удерживаемым в кольцевом зазоре посредством скрепленных с корпусом элементов и имеющим внутреннюю торцевую коническую поверхность, с которой сопряжено второе распорное кольцо. Распорные металлические кольца имеют в сечении форму косоугольной трапеции, большее основание которой обращено у первого кольца к корпусу, у второго кольца к крышке.
Известно бесфланцевое соединение с уплотнительными прокладками (патент РФ №2571694, МПК F16J 15/00, опубликовано 20.12.2015), содержащее корпус и крышку, неподвижно соединенные между собой разрезным кольцом, грундбуксу F-образного сечения, уплотнительные прокладки, поджимные шпильки. Корпус и крышка имеют пазы для уплотнительных прокладок. Грундбукса F-образного сечения имеет выступы для сжатия уплотнительных прокладок поджимными шпильками, а расположение опор для крышки в исходном положении обеспечивает совмещение плоскостей крышки и паза для упрощения установки разрезного кольца с минимальным уплотняемым зазором.
Общим недостатком данных уплотнительных соединений является то, что сопрягаемые элементы крышка-корпус требуют высокой точности изготовления, а также сложны в эксплуатации и ремонте.
Известно уплотнительное устройство затвора концевого байонетного (патент РФ №2418218, МПК F16J 13/16, опубликовано 10.05.2011), содержаще уплотнительные поверхности корпуса и крышки, уплотнитель, расположенный в канавке уплотнительной поверхности корпуса, байонетное соединение, состоящее из выступов, выполненных на крышке и охватываемых выполненными на корпусе пазами. Контактные поверхности указанных элементов байонетного соединения выполнены по винтовой поверхности, соответствующей многозаходной прямоугольной резьбе.
Основным недостатком данного уплотнительного устройства является:
- технологическая сложность выполнения винтовой поверхности на выступах крышки и еще более высокая сложность выполнения данной поверхности на внутренних поверхностях выступов корпуса, так как при изготовлении данных поверхностей применяются станки с ЧПУ со специальными фрезерными головками;
- требование высокой точности винтовых поверхностей объясняется высокой жесткостью корпуса и крышки, а отклонения от теоретического профиля приводят к заклиниванию крышки в затворе либо невозможности активации уплотняющего эффекта ввиду большой величины зазора между корпусом и крышкой;
- повышенный износ полимерного уплотнения из-за того, что при прижатии крышки к корпусу происходит срезание полимерного уплотнения при проворачивания крышки относительно корпуса, данная особенность также сказывается при открытии затвора, когда «прикипевшая» полимерная смесь не позволяет сдвинуть крышку из положения «закрыто» даже при полном сбросе давления.
Как показала практика, основной причиной протечек через крышку затворов является большой прогиб крышки от сил давления, при этом в местах зацепления байонетного соединения происходит поворот сечения крышки относительно точки опоры зуба крышки на зубе корпуса, и чем дальше от этой точки расположен уплотнительный элемент, тем сильнее проявляется влияние деформированной крышки.
Задачей полезной модели является создание уплотнительного устройства для байонетного затвора, имеющего простую, надежную конструкцию и повышенную ремонтопригодность.
Техническим результатом является упрощение конструкции, повышение технологичности изготовления, повышение надежности и обеспечение ремонтопригодности уплотняющего устройства для байонетного затвора.
Задача решается и технический результат достигается уплотнительным устройством для байонетного затвора, состоящим из торцевой уплотнительной поверхности корпуса затвора, на которой выполнена канавка с размещенным в ней торцевым уплотнительным шнуром, крышки, имеющей кольцевой выступ с окружной канавкой, в которую уложен окружной уплотнительный шнур, а между крышкой и торцевой уплотнительной поверхностью корпуса размещено промежуточное кольцо, выполненное из коррозионностойкой стали и прикрепленное к крышке посредством удерживающих вставок с винтами, причем со стороны крышки промежуточное кольцо имеет последовательно расположенные восходящую клиновую и плоскую поверхности, на которые опираются стальные шарики, уложенные в соответствующие заглубления в крышке, а со стороны торцевой уплотняющей поверхности на промежуточном кольце с внутренней стороны расположена горизонтальная кольцевая площадка, а с наружной стороны выполнены пазы, взаимодействующие с внутренними угловыми упорами, выполненными в виде штифтов, запресованных в корпус, причем крышка и корпус имеют байонетные зубья, контактные поверхности которых выполнены в виде плоских поверхностей, лежащих в одной плоскости, перпендикулярной оси вращения крышки.
Использование промежуточного кольца позволяет кинематически развязать уплотнительное устройство от деформации крышки. При этом раскрытие стыка окружного уплотнительного шнура на промежуточном кольце в пять-шесть раз меньше, чем раскрытие стыка торцевого уплотнительного шнура, обеспечивающего прямое уплотнение крышки с корпусом.
В предложенном уплотнительном устройстве использован эффект самоуплотнения, в результате которого при нагружении затвора давлением происходит практически полная разгрузка стальных шариков, опертых на восходящие клиновые поверхности промежуточного кольца, что повышает надежность затвора и снижает требования к прочности этих деталей.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 показано сечение фрагмента уплотнительного соединения, на фиг. 2 - фрагмент крышки с промежуточным кольцом.
Уплотнительное устройство (фиг. 1) состоит из торцевой уплотнительной поверхности 1 корпуса 2 затвора, на которой выполнена канавка с размещенным в ней торцевым уплотнительным шнуром 3, крышки 4, имеющей кольцевой выступ 5 с окружной канавкой, в которую уложен окружной уплотнительный шнур 6, а между крышкой 4 и торцевой уплотнительной поверхностью 1 корпуса 2 размещено промежуточное кольцо 7, выполненное из коррозионностойкой стали и прикрепленное к крышке посредством удерживающих вставок 8 с винтами 9. Со стороны крышки 4 (фиг. 2) промежуточное кольцо 7 имеет последовательно расположенные восходящую клиновую 10 и плоскую поверхности 11, на которые опираются стальные шарики 12, уложенные в соответствующие заглубления в крышке 4. Со стороны торцевой уплотняющей поверхности корпуса 2 на промежуточном кольце 7 с внутренней стороны расположена горизонтальная кольцевая площадка 13, а с наружной стороны промежуточного кольца 7 выполнены пазы 14, взаимодействующие с внутренними угловыми упорами, выполненными в виде штифтов 15, запресованных в корпус 2. Байонетное соединение затвора состоит из байонетных зубьев крышки 16 и байонетных зубьев корпуса 17 затвора, контактные поверхности которых выполнены в виде плоских поверхностей, лежащих в одной плоскости, перпендикулярной оси вращения крышки 4.
Герметизирующий эффект уплотнительного устройства реализуется в два этапа:
- обеспечение предварительного поджима торцевого уплотнительного шнура 3 за счет расклинивающего действия, реализованного движением стальных шариков 12 по восходящим клиновым поверхностям 10 промежуточного кольца 7.
- обеспечение самоуплотняющего эффекта на торцевом уплотнительном шнуре 3 посредством передачи промежуточным кольцом 7 осевой силы, возникающей из-за разности давлений, действующих по поверхности прижатия. Развиваемая осевая сила удерживает в прижатом положении промежуточное кольцо 7 к торцевой уплотнительной поверхности 1 корпуса.
Уплотнительное устройство работает следующим образом:
На крышке 4 затвора закреплено посредством удерживающих вставок 8 с винтами 9 промежуточное кольцо 7, которое посредством торцевого уплотнительного шнура 3, выполненного из резины, уплотняет зазор между кольцевым выступом 5 крышки 4 и промежуточным кольцом 7. В заглублениях крышки уложены стальные шарики 12. Промежуточное кольцо находится в угловом положении, соответствующем минимальной высоте его установки, когда стальные шарики находятся в нижней части клиновых поверхностей 10 промежуточного кольца. При укладывании крышки в корпус промежуточное кольцо 7 уплотнительного устройства пазами 14 входит в зацепление со штифтами 15 угловых упоров, расположенными осесимметрично по стенке корпуса затвора. При несовпадении пазов и штифтов крышка не закрывается. Для закрытия затвора прикладываем вращательное движение к крышке, при котором байонетные зубья крышки 16 заходят под байонетные зубья корпуса 17, и промежуточное кольцо 7 зажимает торцевой уплотнительный шнур 3 в канавку путем воздействия стальных шариков 12 на восходящие клиновые поверхности 10. Закрытие затвора завершается, когда байонетные зубья крышки полностью перекрывают байонетные зубья корпуса затвора, а стальные шарики 12 переходит на плоский участок 11 промежуточного кольца 7, параллельный торцовой уплотнительной поверхности 1 корпуса затвора, надежно фиксируя промежуточный кольцо 7 в положении «закрыто».
Открытие затвора происходит в обратной последовательности.
Таким образом повышается ремонтопригодность и удобство в эксплуатации затвора благодаря тому, что наиболее изнашиваемая часть затвора, обеспечивающая предварительное прижатие торцевого уплотнительного шнура, - стальные шарики и промежуточное кольцо с клиновыми восходящими поверхностями реализованы в деталях, которые легко заменить при эксплуатации затвора. Кроме того, промежуточное кольцо уплотнительного устройства остается неподвижным относительно корпуса при манипуляциях открытия и закрытия и не подвергает торцевой уплотнительный шнур срезающим нагрузкам.