УПЛОТНИТЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ И СПОСОБ ЕГО СБОРКИ
SEALING ASSEMBLY AND METHOD FOR ASSEMBLING THEREOF

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение в целом относится к.уплотнительной технике, используемой для уплотнения круглых отверстий плоских фланцевых соединений, трубопроводов, сосудов, аппаратов, насосов и аналогичного оборудования химической, нефтеперерабатывающей и других отраслей промышленности, а более конкретно, к уплотнительным узлам на основе спирально-навитых прокладок, а также к способу их сборки.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Уплотнительные узлы на основе спирально-навитых прокладок (СНП) широко известны в уровне техники и зарекомендовали себя как простые в производстве, дешевые и эффективные средства уплотнения фланцевых соединений, которые в отличие от обычных фланцевых прокладок имеют остаточную упругость и позволяют компенсировать возникающие зазоры, образующиеся при перепадах температуры и давления текучих сред, а также при вибрациях трубопровода. Благодаря своей конструкции СНП могут быть использованы для уплотнения таких фланцевых соединений как «шип-паз», «выступ-впадина» и фланцевых соединений с гладкими уплотнительными поверхностями.
В своем большинстве СНП изготавливают методом навивки спирали из V-образных, с заданным углом наклона и радиусом в основании, чередующихся слоев нержавеющей стальной ленты и наполнителя,, который может представлять собой терморасширенный графит, паронит, тефлон или фторопласт.
Уплотнительный узел на основе СНП кроме спирально-навитых слоев наполнителя и стали, как описано выше, также содержит стальные ограничительные кольца с фасонными поверхностями на внешней или внутренней стороне. В частности, внешнее ограничительное кольцо имеет на внутренней стороне круговой V-образный паз, соответствующий V-образному профилю СНП, о. внутреннее ограничительное кольцо имеет на внешней стороне круговой V-образный выступ, также соответствующий V-образному профилю уплотнительного кольца. В процессе сборки уплотнительных узлов спирально-навитую прокладку навивают прямо на указанный V-образный выступ внутреннего ограничительного кольца.
Из уровня техники широко известны описанные уплотнительные узлы на основе СНП. Например, из авторского свидетельства SU 1059978 (10.10.1999, F16J 15/12) известен уплотнительный узел неподвижного соединения, содержащий уплотнительное средство в виде спирально-навитой прокладки, заключенной между внутренним и внешним ограничительными кольцами. Внешнее ограничительное кольцо имеет конусообразное сечение и эластичный материал на торцах с. целью повышения надежности и термобароциклической работоспособности уплотнения.
Несмотря на то, что уплотнительные узлы на основе СНП зарекомендовали себя как имеющие высокую надежность, они все же имеют ряд недостатков, связанных с их сборкой. В частности, существуют проблемы, связанные с насаживанием внешнего ограничительного кольца на спирально-навитую прокладку ввиду наличия фасонных поверхностей. На практике зачастую такую установку производят приложением давления к вешнему ограничительному кольцу, например с помощью молотка, что неизбежно, приводит к деформациям навитой конструкции. Описанная техническая проблема является актуальной и из уровня техники известны решения, направленные на ее устранение.
В частности, из патента US 5669613 (23.09.1997, F16J 15/00) известно техническое решение, согласно которому предлагается заменить внешнее ограничительное кольцо на диск, в котором часть, имеющая наименьший диаметр, отогнута и повторяет форму V-образного выступа уплотнительного кольца с тем, чтобы эта отогнутая часть ложилась на половину внешнего V-образного выступа СНП. Далее этот диск предлагается прикреплять к СНП посредством точечной сварки. Подобное решение действительно позволяет избежать установки грубыми методами, такими как установка с помощью молотка, однако использование диска вместо полноценного ограничительного кольца уменьшает прочность всего узла в целом и увеличивает вероятность отказа прокладки при больших давлениях. Кроме того, использование сварки диска непосредственно с СНП накладывает технологические ограничения на навитую конструкцию, так как ее внешний слой должен быть полностью металлическим, а сам метал должен быть подобран таким образом, чтобы обеспечивалась возможность сварки с материалом диска.
Также решением, направленным на устранение указанной проблемы, возникающей при сборке уплотнительного узла, является решение, описанное в заявке US 20050206092 (22.09.2005, F16L 017/06), в котором предлагается изменить геометрию паза внешнего ограничительного кольца уплотнительного узла таким образом, чтобы выступающая часть СНП заходила в паз без препятствий. В одном из вариантов реализации изобретения, предлагается формировать паз V-образной формы, но при этом одна из поверхностей паза должна иметь более тупой угол наклона при сечении плоскостью проходящей через ось прокладки. В некоторых вариантах реализации одна поверхность паза может открывать выступ СНП полностью. Несмотря на то, что известная конструкция позволяет решить указанную проблему, связанную со сборкой уплотнительного узла, в данной конструкции остается не решена проблема удержания СНП в пазе внешнего ограничительного кольца, так как паз измененной формы не позволяет надежно удерживать СНП в пределах ограничительного кольца при возникновении внешних воздействий, например скачков температур или вибрации.
Еще одним решением, направленным на устранения рассматриваемой проблемы, является техническое решение, описанное в заявке на изобретение KR 20130010296 (10.03.2014, F16J 15/06), выбранное в качестве прототипа. Согласно данному техническому решению уплотнительный узел содержит последовательно расположенные внутренне ограничительное кольцо, спирально-навитую прокладку, навитую на внутреннее ограничительное кольцо и внешнее ограничительное кольцо. При этом спирально-навитая прокладка имеет внешний круговой выступ V-образной формы, а внешнее ограничительное кольцо имеет ответный круговой паз для размещения внешнего кругового выступа спирально-навитой прокладки. В процессе сборки уплотнительного узла выполняют навивку спирально навитой прокладки на внутреннее ограничительное кольцо, а затем выполняют установку внешнего ограничительного конца, размещая указанный внешний круговой выступ спирально-навитой прокладки в пазе внешнего ограничительного кольца. При этом перед установкой внешнего ограничительного кольца его изгибают таким образом, чтобы обеспечивалась возможность вхождения выступа в лаз, а затем прикладывают давление к уплотнительному узлу, обеспечивая возвращение внешнего ограничительного кольца в исходное, положение и полное размещение выступа в пазе. Однако изменение формы внешнего ограничительного кольца вызывает напряжения в металле на периферии кольца. Указанные напряжения влияют на долговечность всего уплотнительного узла. Кроме того, приложение давления к уплотнительному узлу может повлечь за собой деформацию спирально-навитой прокладки, и как следствие, утрату ей герметизирующей способности.
Таким образом, можно сделать вывод о том, что существует проблема обеспечения целостности спирально-навитой прокладки в процессе сборки уплотнительного узла.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно настоящему изобретению предложен уплотнительный узел, содержащий последовательно расположенные внутреннее ограничительное кольцо, спирально-навитую прокладку, имеющую наружный круговой выступ, и внешнее ограничительное кольцо, имеющее внутренний круговой паз, ответный внешнему круговому выступу спирально-навитой прокладки, причем внешнее ограничительное кольцо содержит две кольцеобразные части, выполненные с возможностью соединения друг с другом, при этом плоскость соединения кольцеобразных частей проходит через окружность, описываемую точкой внутреннего кругового паза внешнего ограничительного кольца, наиболее удаленной от оси симметрии внешнего ограничительного кольца.
Использование внешнего ограничительного кольца, содержащего две кольцеобразные части, соединяемые в процессе сборки изделия, позволяет облегчить сборку изделия и при этом обеспечить точное позиционирование внешнего кругового выступа спирально-навитой прокладки во внутреннем круговом пазе внешнего ограничительного кольца, исключив их возможное смещение относительно друг друга при последующем зажатии спирально-навитой прокладки во внешнем ограничительном кольце. Кроме того, использование внешнего ограничительного кольца предложенной конструкции позволяет снизить силовое воздействие на указанный внешний круговой выступ спирально-навитой прокладки в процессе сборки. В результате, использование предложенной конструкции позволяет избежать деформаций спирально-навитой прокладки при сборке уплотнительного узла и обеспечить сохранение его герметизирующих свойств. Таким образом, достигается технический результат, заключающийся в облегчении процесса сборки уплотнительного узла с обеспечением сохранения его герметизирующих свойств.
Согласно одному варианту реализации настоящего изобретения одна кольцеобразная часть имеет по меньшей мере один паз, расположенный на ее стороне, обращенной к другой кольцеобразной части, которая имеет по меньшей мере один выступ, ответный указанному пазу. Благодаря такой конструкции обеспечивается дополнительная защита от воздействия направленных радиально наружу сил, возникающих при сдавливании уплотнительного кольца во фланцевом соединении, которые стремятся отделить указанные две кольцеобразные части друг от друга в точке внутреннего кругового паза внешнего ограничительного кольца, наиболее удаленной от его оси симметрии.
Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения по меньшей мере одна кольцеобразная часть имеет сквозные отверстия для выполнения разъемного или неразъемного соединения указанных двух кольцеобразных частей. Благодаря такой конструкции также обеспечивается защита от воздействия направленных радиально наружу сил, возникающих при сдавливании уплотнительного кольца во фланцевом соединении, которые стремятся отделить указанные две кольцеобразные части друг от друга.
Согласно настоящему изобретению также предложен способ сборки уплотнительного узла, заключающийся в навивке спирально-навитой прокладки на внутреннее ограничительное кольцо и последующей установке внешнего ограничительного кольца на спирально-навитую прокладку с размещением внешнего кругового выступа спирально-навитой прокладки во внутреннем круговом пазе внешнего ограничительного кольца, причем используют внешнее ограничительное кольцо, содержащее две кольцеобразные части, выполненные с возможностью соединения друг с другом, при установке внешнего ограничительного кольца сначала устанавливают на спирально-навитую прокладку одну кольцеобразную часть, размещая ее с одной стороны от внешнего кругового выступа спирально-навитой прокладки, затем устанавливают другую кольцеобразную часть с другой стороны от внешнего кругового выступа спирально-навитой прокладки, совмещая, указанные две кольцеобразные части с образованием внутреннего кругового паза. внешнего ограничительного кольца таким образом, что плоскость соединения указанных двух кольцеобразных частей проходит через окружность, описываемую точкой внутреннего кругового паза, наиболее удаленной от оси симметрии внешнего ограничительного кольца, соединяют указанные две кольцеобразные части друг с другом.
Предложенный способ сборки позволяет упростить сборку уплотнительного узла и при этом избежать деформаций спирально-навитой прокладки, благодаря чему обеспечивается сохранение герметизирующих свойства уплотнительного узла.
Согласно одному варианту реализации изобретения дополнительно совмещают по меньшей мере один паз, расположенный на одной кольцеобразной части на ее стороне, обращенной к другой кольцеобразной части, с по меньшей мере одним выступом, ответным, указанному пазу и расположенным на другой кольцеобразной части.
Согласно еще одному варианту изобретения по меньшей мере одна кольцеобразная часть имеет сквозные отверстия, а соединение указанных двух кольцеобразных частей. выполняют посредством разъемного или неразъемного соединения в указанных сквозных отверстиях.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Далее предложенное изобретение описано более подробно со ссылкой на чертежи, на которых:
на фиг. 1 изображен общий вид спереди уплотнительного узла в сборе;
на фиг. 2 изображен вид в разрезе по линии А-А уплотнительного узла, показанного на фиг. 1, согласно одному варианту реализации настоящего изобретения;
на фиг. 3 изображен вид в разрезе по линии А-А уплотнительного узла, показанного на фиг. 1, согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения;
на фиг. 4 изображен вид в разрезе по линии А-А уплотнительного узла, показанного на фиг. 1, согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения;
на фиг. 5 изображен вид в разрезе по линии А-А уплотнительного узла, показанного на фиг. 1, согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения;
на фиг. 6 изображен частичный вид Б сверху уплотнительного узла, показанного на фиг. 5;
на фиг. 7 изображен вид в разрезе по линии А-А уплотнительного узла, показанного на фиг. 1, согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения;
на фиг. 8 изображен вид в разрезе по линии А-А внешнего ограничительного кольца согласно варианту реализации настоящего изобретения.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг. 1 показан общий вид спереди уплотнительного узла согласно настоящему изобретению. Предложенный уплотнительный узел содержит последовательно расположенные внутреннее, ограничительное кольцо 1, спирально-навитую прокладку 2 и внешнее ограничительное кольцо 3. При этом спирально-навитая прокладка 2 имеет внешний круговой выступ 4, а внешнее ограничительное кольцо 3 имеет внутренний круговой паз 5 для размещения внешнего кругового выступа 4 спирально-навитой прокладки 2 (фиг. 2).
На фиг. 2 показан вид в разрезе по линии А-А уплотнительного узла, изображенного на фиг. 1, согласно одному варианту реализации настоящего изобретения. Согласно рассматриваемому варианту внешнее ограничительные кольцо 3 содержит две кольцеобразные части 6 и 7, соединенные друг с другом. Каждая из кольцеобразных частей 6 и 7 имеет на внутренней стороне скошенную поверхность 8. При соединении кольцеобразных частей 6 и 7 указанные скошенные поверхности 8 образуют внутренний круговой паз 5 внешнего ограничительного кольца 3. Плоскость соединения кольцеобразных частей 6 и 7 проходит через окружность, описываемую точкой 9, являющейся точкой схождения указанных двух скошенных поверхностей 8 или точкой, наиболее удаленной от оси симметрии внешнего ограничительного кольца 3.
Чтобы исключить смещение кольцеобразных частей 6 и 7 относительно друг друга в процессе эксплуатации выполняют их взаимную фиксацию посредством разъемного или неразъемного соединения.
Согласно одному варианту реализации уплотнительного узла, показанному на фиг. 3, взаимная фиксация кольцеобразных частей 6 и 7 выполнена с помощью точечной контактной сварки, выполняемой в круговом направлении внешнего ограничительного кольца 3. На фиг. 3 показаны две зоны расплавления 10, разнесенные друг от друга в радиальном направлении. Однако при необходимости количество зон расплавления 10 может быть увеличено или уменьшено. Использование точечной контактной сварки позволяет обеспечить надежное неразъемное соединение кольцеобразных частей 6 и 7.
На фиг. 4 показан еще один вариант реализации изобретения, согласно которому кольцеобразные части 6 и 7 соединены сварным швом.11 по окружности на внешней грани внешнего ограничительного кольца 3.
Согласно другому варианту реализации изобретения, проиллюстрированному на фиг. 5-6, одна из кольцеобразных частей, например, кольцеобразная часть 6, содержит ряд сквозных отверстий 12 круглой формы, разнесенных по этой кольцеобразной части в круговом направлении. При этом сварку кольцеобразных частей 6 и 7 выполняют в указанных отверстиях 12, с образованием сварного шва 13.
Согласно еще одному варианту реализации изобретения, изображенному на фиг. 7, неразъемное соединение двух кольцеобразных частей 6 и 7 может быть выполнено посредством заклепочного соединения. В данном варианте реализации обе кольцеобразные части 6 и 7 содержат соосные отверстия 14, предназначенные для размещения крепежных элементов, например, заклепок (не показаны). Предпочтительно выполняют ряд подобных отверстий, равномерно распределенных по окружности внешнего ограничительного кольца 3. Благодаря этому обеспечивается равномерное распределения нагрузки на крепежные элементы. Отверстия 14 также могут быть использованы для образования болтового соединения (не показано).
Соединение кольцеобразных частей 6 и 7 может производиться как на этапе сборки уплотнительного узла на производстве, так и на этапе непосредственной установки элементов уплотнительного узла во фланцевое соединение.
В одном из вариантов реализации изобретения, показанном на фиг. 8, одна кольцеобразная часть 6 может дополнительно содержать паз 15, расположенный на ее стороне, обращенной к другой кольцеобразной части 7, и проходящий в круговом направлении. При этом другая кольцеобразная часть 7 может содержать Ответный выступ 16, проходящий в круговом, направлении. Указанные паз 15 и выступ 16 могут иметь сечение прямоугольной формы, как показано на фиг. 8, однако они могут иметь отличное от прямоугольного сечение, например, сечение в форме прямоугольного треугольника. (не показано), один катет которого расположен в плоскости соединения кольцеобразных частей 6 и 7, а другой катет обращен внутрь внешнего ограничительного кольца 3. Кроме того, указанные паз 15 и выступ 16 могут быть выполнены прерывистыми, то есть в виде набора пазов и соответствующих им ответных выступов. Использование в конструкции внешнего ограничительно кольца 3 паза 15 и выступа 16 позволяет обеспечить дополнительную взаимную фиксацию кольцеобразных частей 6 и 7, и тем самым обеспечить повышенную устойчивость при воздействии радиальных сил, действующих на паз 5 изнутри и стремящихся отделить кольцеобразные части 6 и 7 друг от друга. В рассматриваемом варианте реализации кольцеобразные части 6 и 7 фиксируются относительно друг друга с помощью кругового сварного шва 17, аналогичного сварному шву 11, рассмотренному в варианте реализации, проиллюстрированном на фиг. 4.
Кроме того, в некоторых вариантах реализации настоящего изобретения кольцеобразные части 6 и 7 могут быть соединены посредством соединительных средств, предназначенных для стяжки фланцев труб при фланцевом соединении (не показано). То есть внешнее ограничительное кольцо 3 может содержать набор отверстий, соответствующих отверстиям во фланцах труб и обеспечивающих прохождение крепежных элементов, используемых для образования фланцевого соединения.
Круговой паз. 5 предпочтительно имеет V-образную форму. Однако, паз 5 может иметь любую другую форму, позволяющую реализовать изобретение таким как оно описано в независимых пунктах формулы изобретения. Более конкретно, паз 5 может иметь, например, С-образную форму, которая позволит собирать уплотнительный узел, следуя, аналогичным этапам способа, который описан далее, в настоящей заявке.
Сборку уплотнительного узла осуществляют следующим образом. Навивают спирально-навитую прокладку 2 на внутреннее ограничительное кольцо 1. Далее устанавливают на спирально-навитую прокладку 2 первую кольцеобразную часть 6, размещая ее с одной стороны от внешнего кругового выступа 4 спирально-навитой прокладки 2, а затем устанавливают другую кольцеобразную часть 7 с другой стороны от внешнего кругового выступа 4, совмещая указанные две кольцеобразные части 6 и 7 с образованием внутреннего кругового паза 5 внешнего ограничительного кольца 3 таким образом, что плоскость соединения указанных двух кольцеобразных частей проходит через окружность, описываемую точкой 9 внутреннего кругового паза 5, наиболее удаленной от оси симметрии внешнего ограничительного кольца 3. Далее соединяют кольцеобразные части 6 и 7 друг с другом с использованием разъемного или неразъемного соединения.
В случае наличия на кольцеобразных частях 6 и 7 паза 15 и выступа 16, описанных со ссылкой на фиг. 8, при установке кольцеобразных частей 6 и 7 дополнительно выполняют совмещение указанных паза 15 и выступа 16.
Необходимо отметить, что описанные этапы сборки уплотнительного узла могут быть выполнены непосредственно при установке элементов уплотнительного узла во фланцевое соединение труб.