УПЛОТНЕНИЕ НЕПОДВИЖНОГО СОЕДИНЕНИЯ

УПЛОТНЕНИЕ НЕПОДВИЖНОГО СОЕДИНЕНИЯ
Полезная модель относится к уплотнительной технике и может быть использована для герметизации неподвижных разъемных соединений, в частности, для герметизации фланцевых соединений элементов подводных аппаратов.
Существуют уплотнительные устройства, в которых для герметизации фланцевых соединений используются жидкости.
Известно уплотнительное устройство АС СССР 767440, МКИ F16J 15/00, опубл. 30.09.801. Зажимаемое между фланцами уплотнительное устройство представляет собой полое кольцо из эластичного материала, заполненное жидким электролитом, способным увеличивать объем под действием электрического напряжения. Нерабочие поверхности кольца ограничены жесткой арматурой, выполненной в виде охватывающих его цилиндрических колец, при прохождении электрического тока через электролит в полости кольца выделяются газы, что повышает давление в полости, в результате чего рабочие поверхности кольца более плотно прижимаются к уплотняемой поверхности. Однако в процессе эксплуатации эластичность полого кольца снижается, а
его герметичность может быть нарушена, в частности при его распираний под острые кромки арматурных колец.
Известно уплотнение разъемного соединения С АС СССР 815382, МКИ F16J 15/02, опубл. 25.03.81. Уплотнение СОСТОИТ из магнитопроводов, закрепленных в кольцевой полости в месте соединения уплотняемых деталей. Магнитопроводы охватывают магнитное зластичное кольцо, полость которого заполнена магнитной жидкостью и соединена каналами с зазорами между магнитопроводами. при сборке соединения магнитное зластичное кольцо сжимается, магнитная жидкость вытесняется в зазоры между магнитопроводами и удерживается в них магнитным полем, создавая тем самым герметизацию стыка. Уплотняющая магнитная жидкость заполняет лишь зазоры между магнитопроводами, что действительно обеспечивает быструю сборку и разборку соединения. Однако данная конструкция не может обеспечить герметичности при высоких значениях перепадов давлений, т.к. тонкий барьер уплотненной магнитной жидкости может быть нарушен вследствие неравномерности деформации сопрягаемых частей. Кроме того, под воздействием высокого внешнего давления стенки кольцевого магнитопровода деформируются из-за уменьшения в объеме эластичного кольца и внешняя среда (ЖИДКОСТЬ) попадает во внутренний объем устройства, таким образом, рассмотренный аналог не обеспечивает надлежащей герметичности при высоком внешнем давлении или
при его резким перепадам.
Известны уплотнения торцевым частей трубопроводов С АС СССР 511469, МКИ F16L 19/02, ОПУбЛ. 02.09.76 и АС СССР 1511502, МКИ F16J 15/40, опубл. 30.09.89  в которым в качестве уплотнительного злемента используются тонкостенные упругие уплотнительные кольца. Пцюфиль поперечного сечения кольца образован выпуклыми дугами окружности. Уплотнительное кольцо установлено в полости, образованной канавками на торцам уплотняемым деталей. При сближении последним кольцо взаимодействует уплотнительными крожами со стенками полости, обеспечивая первоначальную герметизацию стжа. Однако между уплотнительным кольцом и уплотняемыми деталями существует лишь линейный контакт - по кольцевым линиям кромкам кольца, в процессе эксплуатации, сопровождающейся вибрацией, перекосами и перепадами давлений, происмодит деформация и износ контактирущим повермностей кольца, вплоть до разрушения его напряженным рабочим кромок, что приводит к нарушению герметичности соединения.
Таким образом, существует темническое противоречие: в известным авторам устройствам, используидим для уплотнения жидкости, в том числе Ферромагнитные, не может быть достигнута изначально высокая степень герметизации, а в устройствам, использущим упругие тонкостенные кольца С-образного сечения изначально высокая степень герметизации теряется в
процессе эксплуатации.
Попытка решить противоречие предпринята в уплотнительном устройстве Патент СССР 1809891, МКМ F16J 15/02, опубл. 15.04.93, выбранном в качестве прототипа. Устройство вкJючaeт в себя Фланцы, на внутренних поверкностяк которых выполнены кольцевые канавки таким образом, что при соединении фланцев друг с другом образуется кольцевая полость. Кольцевая полость заполнена герметизирующей жидкостью и в ней расположены два тонкостенных уплотнительных кольца со сквозными отверстиями. Кольца выполнены из упругого материала, одно кольцо имеет с образное поперечное сечение, другое  обратное ему сечение. Они установлены в канале и направлены друг к другу выпуоыми поверхностями. Устройство снабжено приспособлением, предварительно поджимашим кольца к стенкам полости. Приспособление состоит из установленных между кольцами поворотных винтовых стержней, на каждом стержне соосно установлены два распорных кольца с коническими наружными поверхностями, обращенными друг к другу меньшими основаниями. Оси стержней проходят через направляющие втулки и закрыты герметизирущими пробками. Оба кольца снабжены сквозными отверстиями для прохода жидкости ПРИ их сближении и удалении друг от друга под воздействием спорных колец. Для герметизации устройства-прототипа необходимо произвести поочередное ввинчивание поворотных винтовых стержней до прижатия кромок уплотнительнык колец к стенкам полости под воздействием распорных колец, что делает процесс сборки и герметизации трудоемким. В прототипе, как и вышеописанном аналоге, уплотнителъные кольца соприкасаются со стенками полости по кромкам, что снижает надежность в процессе эксплуатации. Также сложно проконтролировать равномерность начального прижатия кромок уплотнительных колец к стенкам полости, а следовательно, обеспечить равную степень герметизации по всему каналу, в случае, если давление в камере превышает давление среды, возможно истечение герметизирующей жидкости из внутреннего объема механизма через отверстия в уплотнительных кольцах, вдоль направляющих втулок и далее через резьбу герметизирующей пробки. При герметизации от внешнего давления, окружающая жидкость по тому же пути проникает во внутрь механизма, таким образом, прототип не может обеспечить высокую надежность работы при высоких давлениях или его резких перепадах, ввиду того, что так назьюаемое уплотнительное кольцо не может обеспечить необходимую степень уплотнения из-за наличия в нем сквозных отверстий для прохода жидкости.
Кроме того, как прототип, так и аналоги не предусматривают возможность автоматического регулирования степени уплотнения в зависимости от изменения параметров внешней среды.
в основу полезной модели поставлена задача повышения надежности уплотнительных устройств, а именно повышение изначальной степени герметичности и ее сохранение в процессе эксплуатации.
Дополнительной задачей является обеспечение возможности регулирования степени уплотнения в зависимости от изменений параметров внешней среды.
Поставленная задача решается тем, что в уплотнении неподвижного соединения, включаодем скрепленные болтовыми соединениями фланцы, обращенные друг к другу поверхности которых образуют кольцевую полость, полость заполнена жидкой герметизирущей средой и в ней установлено упругое тонкостенное уплотнительное кольцо, взаимодействующее со стенками кольцевой полости, профиль поперечного сечения уплотнительного кольца образован дугой переменной кривизны, согласно полезной модели, в кольцевой полости дополнительно установлена кольцевая электромагнитная система, в качестве герметизируюи1.ей среды используют Ферромагнитную жидкость, а уплотнительное кольцо выполнено непроницаемым и установлено в кольцевой полости таким образом, чтобы взаимодействие уплотните.пъного кольца со стенками кольцевой полости, принадлежащими обоим Фланцам, осуществлялось по выпуоым участкам кольца.
Целесообразно, чтобы кольцевая полость в радиальном сечении имела вид Фигуры, сужающейся по направлению возможного распространения давления в зазоре между Фланцами.
Наилучший результат достигается при выполнении сердечника э-прктромагнитной системы из материала, обладающего высокой остаточной намагниченностью.
Лополнительная задача решается тем, что электромагнитную систему выполняют управляемой с обеспечением возможности изменения ее выходного параметра в зависимости от изменений параметров внешней среды.
полезная модель иллюстрируется чертежами, на которых представлено: Фиг. 1- разрез устройства. Фиг. 2 - выполнение камеры по п. 2 Формулы, Фиг. 3 - схема управления электромагнитной системы.
Реализация полезной модели рассматривается на примере фланцевого уплотнения подводного аппарата.
На обращенных друг к другу поверхностях фланцев 1 выполнены взаимно сопрягаемые канавки, которые образуют кольцевую полость 2. канавка может быть выполнена и лишь на одном фланце. В кольцевой полости 2 установлено упругое тонкостенное уплотнительное кольцо 3, имеющее в осевом сечении С-образную форму без сквозных отверстий, т.е. выполнено непроницаемым. Уплотнительное кольцо 3 установлено так, что оно своими выпуклыми участками касается поверхностей полости 2, принадлежэдих обоим Фланцам, чтобы исоючить возможность уплотнения по крожам кольца. При этом кольцо 3 приближено к торцевой стенке полости 2, ориентированной в сторону низкоГО давления. Разрез кюлъца ориентирован в ту же сторону, кольцевая полость 2 может иметь в радиальном сечении ФОРМУ трапеции с меньшим основанием, ориентированным в сторону низкого давления.
Полость 2 заполнена Ферромагнитной жидкостью и в ней размещена кольцевая электромагнитная система 4, сердечник которой выполнен из материала, обладаодего высокой остаточной намагниченностью. Электромагнитная система имеет схему упраь;,пения, представленную на Фиг. 3. Схема управления воючает блок питания 5, соединенный с первым входом преобразующего устройства б и параллельно установленными датчиками глубины 7 и солености воды 8, выходы которых соединены с другими входами преобразуйтего устройства б. Выход преобразущего устройства б соединен с обмоткой 9 злектромагнитной системы 4.
Фланцы 1 соединены крепежными элементами - болтами 10. в зазоре между Фланцами с двух сторон от кольцевой полости 2 установлены резиновые уплотнения 11. В одном из Фланцев выполнен канал 12 для подачи в обе части полости Ферромагнитной жидкости.
УСТРОЙСТВО работает следущим образом.
вначале в полость 2 устанавливают электромагнитную систему 4 и уплотнительное кольцо 3. Одновременно в зазор между фланцами устанавливают резиновые уплотнения 11. Предварительное сочленение Фланцев i осуществляется затяжными болтами 10. Затем через сквозной канал 12 ферромагнитной жидкостью заполняется полость 2 по обе стороны от уплотнительного кольца 3 и щелевые зазоры до сезиновых уплотнений 11. На обмотку 9 злектромагнитной системы 4 через преобразующее УСТРОЙСТВО 6 подается напряжение. При зтом под воздействием поля злектромагнитной системы 4 Ферромагнитная жидкость уплотняется, что обеспечивает начальную величину уплотнения стыка, дополнительно к уплотнению упругого непроницаемого С-образного кольца 3.
ПРИ увеличении внещнего давления сигналы датчика 7 глубины корректируют напряжение на выходе преобразуйтего устройства 6, а следовательно, напряженность поля в кольцевой полости 2 , что автоматически приводит к увеличению степени уплотнения ферромагнитной жидкостью. Аналогичное воздействие оказывает датчик 8 солености.
В случае нарущения герметичности со стороны уплотнительных резиновых колец 11 С резкое повышение давления, перекосы, вибрация, удары и т. д.), забортная вода оказывает давление на ферромагнитную жидкость в кольцевой полости 2. Под действием давления непроницаемое упругое кольцо 3, дополнительно прижимается либо к торцевой стенке уплотнительной камеры Сем. Фиг. 1), либо к коническим поверхностям камеры С см. Фиг.2). Далее поверхность кольца изгибается, его
выпуклые участки распрямляются, увеличивая тем самым площадь контата между уплотняемыми поверхностями. При этом линейный кольцевой контакт уплотнения переходит в контакт по кольцевой поверхности.
в случае прекращения подачи питания на обмотки электромагнитной системы остаточная намагниченность сердечника позволит сохранить уплотнящие свойства ферромагнитной жидкости.
Таким обраэом, в заявляемой конструкции имеется две степени защиты: защита уплотняющейся Ферромагнитной жидкостью и защита упругим непроницаемым уплотнительным кольцом,- что обеспечивает высокую изначальную степень герметичности. Ее сохранение в процессе эксплуатации достигается за счет того, что уплотнение осуществляется по выпуклым участкам уплотнительного кольца, а не по напряженным кромкам, как у известных рещений.
Кроме того, повыщенная надежность работы устройства в особых условиях обеспечивается за счет автоматического управления степенью уплотнения Ферромагнитной жидкости от датчиков параметров внещней среды и за счет магнитных свойств материала сердечника электромагнитной системы.