ЦИЛИНДРИЧЕСКОЕ УПЛОТНЕНИЕ ДЛЯ ПОДВИЖНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Полезная модель относится к области уплотнительной техники, касается, в частности, цилиндрических уплотнений и может быть использована для уплотнения конических и цилиндрических поверхностей и соединений, работающих при высоких изменяющихся температуре и давлении, в том числе, валов и телескопических труб разгрузочно-загрузочной машины (РЗМ) атомных станций.
Одним из аналогов заявляемой полезной модели является уплотнительная прокладка для уплотнения цилиндрических поверхностей в атомной энергетике (Патент РФ №2161742, F16J 15/00), где необходима повышенная осевая упругость уплотнительной прокладки за счет ввода в полосу, навиваемую по спирали с осью, совпадающей с осью уплотняемых поверхностей, армирующей металлической основы с наполнителем. Армирующая металлическая основа выполнена волнообразной формы и размещена между двумя наполнителями, а одна из торцевых поверхностей прокладки охвачена кольцом W-образной формы, с дугообразной частью вогнутой во внутрь прокладки и лопастями, отходящими от дуги по направлению к ее вершине. Недостатком данного технического решения является то, что не решается полностью задача при использовании этого уплотнения для герметизации уплотняемых поверхностей, часть которых имеет коническую форму, при больших радиальных зазорах (более 0,5 мм), необходимых при дистанционной стыковке элементов уплотнения, так как при дистанционной постановке, когда используются перегрузочные машины, роботы или манипуляторы, необходимо иметь большие боковые зазоры между сопрягаемыми элементами узла уплотнения, чтобы не повредить прокладку.
Ближайшим аналогом заявляемой полезной модели является уплотнительный узел для штока запорно-регулирующей арматуры (Патент РФ №2061917 от 16.06.1992 г.). Уплотнительный узел по патенту содержит установленные в расточке корпуса между опорным и нажимным элементами уплотнительный узел V-образного профиля и размещенные между ними упругие элементы, контактирующие с губками уплотнительных колец. Уплотнительные кольца выполнены из полос углеродсодержащего материала гофрообразного профиля, навитых по спирали вокруг оси кольца.
Недостатком ближайшего аналога является ограниченная работоспособность уплотнения из-за значительных моментов трения в подвижных зонах контакта уплотнительных поверхностей при высоких давлениях уплотняемой рабочей среды.
Задача, решаемая заявляемой полезной моделью, заключается в повышении надежности и ресурса работы уплотнения при высоких давлениях уплотняемой рабочей среды.
Сущность изобретения состоит в том, что в цилиндрическом уплотнении для подвижных соединений, содержащем установленные в расточке корпуса между опорным и нажимным элементами манжеты V-образного профиля из композиционных материалов, предложено, манжеты выполнить из различных композиционных материалов, обеспечивающих уменьшение твердости и коэффициента трения материала манжет от опорного элемента к нажимному. Кроме того, предложено, манжету, примыкающую к опорному элементу, выполнить из прочного армирующего материала типа графитового тканого или асбестового полотна, пропитанных клеевым связующим на основе радиационностойких каучуков или фторопластовой суспензии, а остальные манжеты - из композиционных фторопластов, дополненных молотым коксом, или углеродными волокнами, или дисульфидом молибдена. Также, предложено,
внутренний объем манжеты V-образного профиля на 0,3÷0,5 объема заполнить коллоидно-графитовой пастой, с внутренней стороны манжеты V-образного профиля изготовить под углом 59°÷60°, а профиль наружной стороны изготовить с увеличенным углом 63°÷65°.
Изготовление манжет с переменным значением твердости и коэффициента трения по высоте уплотнительного узла позволяет снизить поверхность трения уплотнения в целом, т.е. понизить величину усилия сдвига уплотнения и обеспечить его надежную работу. Заполнение внутренних объемов манжетных полостей коллоидно-графитовой пастой обеспечивает быструю приработку узлов трения и повышает в 2-3 раза ресурсную работоспособность и межремонтный период подвижных уплотнений перегрузочной машины. Во внутреннюю полость манжет укладывают коллоидно-графитовую пасту примерно на 0,3÷0,5 объема внутренней полости манжеты, в результате: устраняется подлип частей смежных манжет, поверхности трения пар «вал-манжета» получают дополнительную смазку, устраняется подлип манжет к валу в стояночном режиме.
В результате сокращается период приработки пакета манжет с валом до обеспечения минимального момента сил трения: на валу привода перемещения захвата перегрузочной машины (ПМ), на валу и механизме герметизации запорных пробок топливных каналов ядерного реактора, силы трения пакета манжет по трубе телескопа стыковочного патрубка ПМ.
Период приработки узлов уплотнений сокращается более чем в 2 раза, об этом свидетельствует прекращение утечек и отпадает необходимость в дополнительной подтяжке резьбовых соединений.
Заявляемая полезная модель проиллюстрирована графическим материалом (фиг.1), графиками фиг.2, 3 и таблицей - фиг.4. На фиг.1 изображено цилиндрическое уплотнение трубы телескопа и вала перегрузочной
машины. На фиг.2 представлен график изменения твердости и коэффициента трения по высоте пакета цилиндрических уплотнений, на фиг.3 - график распределения удельных давлений сжатия по уплотняемой поверхности вала, на фиг.4 приведена таблица технических характеристик фторопластов, состава и свойств манжет цилиндрического уплотнения.
Цилиндрическое уплотнение фиг.1 располагается в пространстве между охватывающей трубой 1 и стаканом 2 и включает опорный элемент 3, на котором размещается V-образная манжета 4 корневая с наибольшим коэффициентом трения и наивысшей твердостью по отношению к остальным V-образным манжетам 5. Манжеты 5 выполнены с уменьшающейся в направлении к нажимному элементу значениями твердости и коэффициента трения. Перед установкой каждой следующей манжеты 5 внутренний объем 6 V-образной манжеты заполняют коллоидно-графитовой смазкой. На весь пакет манжет сверху устанавливают кольцо 7, охватывающее внешнюю поверхность последней V-образной манжеты 5. Над кольцом 7 установлен кольцевой фонарь 8 с обнизками и отверстиями (на фиг.1 не показано) для сборки утечек низкого давления перед сальниковым уплотнением 9. В качестве сальникового уплотнения применяется асбестовый шнур. Весь пакет уплотнений через фланец 10, кольцо 7 и кольцевой фонарь 8 сжимают посредством комплекта 11 из шпилек с гайками.
Установку манжет цилиндрического уплотнения осуществляют последовательно: по одной манжете со стороны уплотняемой рабочей среды. Сначала устанавливается опорный элемент 3, на него устанавливают последовательно манжету 4 из наиболее армированных материалов, например, из асбестовой ткани, пропитанной резиновым клеем с графитом. Манжеты V-образного профиля раскрываются под углом 60°. Пакет манжетного уплотнения завершается установкой кольца 7,
осев.
охватывающего внешнюю поверхность манжет V-образного профиля. Завершают сборку узла уплотнения установкой кольцевого фонаря 8 с обнизками и отверстиями для сбора утечек низкого давления перед сальниковыми уплотнениями 9. В качестве сальникового уплотнения 9 применяется асбестографитовый шнур. Фланец 10 с комплектом 11 шпилек и гаек предназначен для сжатия - затяжки пакета уплотнения. Герметизация узла уплотнения производится с проверкой на холостом ходу путем постепенной затяжки гаек, воздействующих на нажимной фланец 10 и через детали 8 и 7 осевой силой Q на пакет уплотнения, образованный манжетами из различных композиционных материалов.
спец
paб.
обл.
тр.
раб.
тр.AHГ
Процесс изготовления манжет заключается в следующем. Манжету 4 изготавливают из полос углеграфитовых слоистых материалов, навитых по спирали, с осью, совпадающей с осью уплотняемых поверхностей, причем в процессе навивки полости могут промазываться эластичной терморадиационной клеевой композицией на основе раствора из кремнеорганического полимера. Композиция сохраняет работоспособность от -60°С до +400°С. В том числе при гамма облучении до γ=100 Мрад. Манжету 4 можно также изготовить из асбестового волокнистого полотна, промазанного суспензией фторопласта. Асбофторопластовую заготовку свертывают в рулон, укладывают в кольцевой ложемент прессформы, прессуют и спекают при Т=340°С÷360°С. Манжеты работоспособны при t=250°С÷300°С и дозе гамма облучения γ=50÷100 Мрад. Коэффициент трения f=0,2, твердость по Шору (D) 62÷64. По аналогичной технологии изготавливают асборезиновые манжеты, где в качестве связующего используют резиновый клей с графитом, на основе нитрильного каучука. Т=150°С, коэффициент трения f=0,5, твердость по Шору (D) 62÷65. Манжеты 5 из коксонаполненного фторопласта изготавливаются методом точения из прессованных заготовок. Манжеты из коксонаполненных фторопластов обладают
тр.
наименьшим коэффициентом трения по стали f=0,12÷0,16 и обладают наименьшей твердостью по Шору (D) 53÷54. Установка манжет 5 производится с учетом обязательного уменьшения твердости и коэффициента трения по высоте. После сжатия пакета манжет V-образного профиля распределение твердости по высоте показано на фиг.2, распределение нагрузки по боковой уплотняемой поверхности вала будет соответствовать кривой, изображенной на фиг.3, где:
2
d см - удельное давление после обжатия резьбового соединения нажимного фланца, (кГс/см);
2
d раб. - удельное давление после опрессовки и обработки узла уплотнения (кГс/см).
сжат.
кр
При установке пакета уплотнения из 4-х асборезиновых манжет боковое удельное давление на уплотняемых поверхностях будет распределяться по кривой q (см. фиг.3), что приводит к увеличению крутящего момента М (кГс.М) и к снижению чувствительности измерительной аппаратуры.
Технические характеристики композиционных фторопластов, состава и свойств манжет цилиндрического уплотнения приведены в таблице фиг.4. Данные, приведенные в таблице, подтверждают существенность отличительных признаков первого пункта формулы. Из данных, приведенных в таблице 4, видно, что твердость и коэффициент трения возрастают в сторону опорной манжеты.
Техническим эффектом настоящей полезной модели являются повышение надежности и увеличение ресурсной работоспособности узла уплотнения за счет значительного снижения моментов трения в подвижных зонах контакта уплотняемых поверхностей при высоких давлениях уплотняемой рабочей среды.