УПЛОТНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕРМЕТИЗАЦИИ КОЛЬЦЕВОГО ЗАЗОРА В ТРУБОПРОВОДАХ

Полезная модель относится к уплотнительным устройствам для герметизации кольцевого зазора в трубопроводах.
Известно устройство для герметизации кольцевого зазора в элементах конструкции, выполненное в виде гибкого надувного уплотнительного элемента, внутренняя полость которого связана с источником давления. Уплотнительный элемент размещается в зазоре, а герметизация последнего осуществляется надувным уплотнительным элементом под воздействием рабочей среды (патент США №3038732, F16L 7/00, 1962).
Известное устройство не позволяет герметично уплотнить кольцевой зазор между трубами большого (до 3000 мм) диаметра в связи с тем, что цилиндрическая поверхность труб имеет значительную относительную некруглость (разность между наибольшим наименьшим диаметрами сечения) - до 40 мм, при этом ширина кольцевого зазора может изменяться в пределах от 0 до 40 мм.
Известно устройство, предназначенное для герметизации кольцевого зазора в трубопроводе, содержащее установленные в зазоре упоры и размещенный между ними гибкой надувной уплотнительный элемент в виде оболочки прямоугольного поперечного сечения, выполненной из материала, обладающего высокой степенью растяжения, и расположенной на внешней поверхности внутреннего объекта с возможностью осевого перемещения (патент РФ №2129747, H02G 15/00, F16J 15/00, 1999). На внешней поверхности надувного уплотнительного элемента размещен уплотняющий элемент, который изготавливается из эластичного материала, например мастики или силикона, и наносится на поверхность путем наматывания необходимого количества слоев материала.
Герметизация зазора между двумя объектами осуществляется гибким надувным уплотнительным элементом под воздействием рабочего воздуха и взаимодействующим с оболочкой гибким уплотняющим элементом.
Причина, по которой требуется герметизирующий уплотняющий элемент, заключается в различии размеров герметизируемого зазора по диаметру. Известное устройство не позволяет герметично уплотнить кольцевой зазор между трубами большого диаметра из-за конструктивных особенностей - уплотняющий элемент многослойно обматывается вокруг поверхности изделия и в крайних участках устройства образуются зазоры.
Кроме того, способный облегать поверхность гибкий уплотняющий элемент при заполнении больших пустот может «сползать» как под действием температуры и давления, так и в результате угловых перемещений уплотняемых объектов, что также создает каналы утечки.
В основу предлагаемого технического решения поставлена задача герметизации трубопроводов большого диаметра при переменной по диаметру величине кольцевого зазора между ними.
Технический результат, достигаемый при осуществлении предлагаемой полезной модели, заключается в повышении уплотняющей способности устройства.
Технический результат достигается за счет того, что в уплотнительном устройстве для герметизации кольцевого зазора в трубопроводах, содержащем упоры, размещенные между ними гибкий надувной уплотнительный элемент, установленный с возможностью осевого перемещения, и уплотняющий элемент, выполненный из эластичного материала и взаимодействующий с уплотнительным элементом, согласно полезной модели, упоры выполнены в виде фланцев, образующих уплотняемую полость кольцевого зазора, кинематически связанных между собой, один из которых установлен неподвижно, а другой с возможностью осевого перемещения, уплотнительный и уплотняющий элементы установлены соосно, при этом уплотняющий элемент в поперечном сечении выполнен в виде многогранника и закреплен в полости неподвижного фланца, а уплотнительный элемент в поперечном сечении выполнен в виде кольца и установлен в соответствующей полости подвижного фланца.
Указанные существенные признаки обеспечивают решение поставленной задачи с достижением заявленного технического результата, так как наличие в полезной модели неподвижного и кинематически связанного с ним подвижного фланцев, образующих уплотняемую полость позволяет обеспечить неподвижность соединения типа «труба в трубе» при эксплуатации в условиях повышенной температуры и давления, что повышает уплотняющую способность устройства.
Достижению технического результата способствует также их соосная установка, так как при этом исключается возможность «сползания» уплотняющего элемента при действии нагрузок. Учитывая свойства материала элементов, выполнение уплотняющего элемента в поперечном сечении в виде многогранника, а уплотнительного элемента в виде кольца, позволяет при равномерном зазоре между трубопроводами герметизировать последний совместно уплотняющим и уплотнительным элементами, а при увеличении зазора в полости неподвижного фланца уплотняющим элементом, а в полости подвижного фланца - уплотнительным элементом.
Существенные признаки могут иметь развитие и продолжение. В местах увеличенного по диаметру кольцевого зазора между уплотняющим и уплотнительным элементами образуется граница раздела. Выполнение элементов из силиконовой резины позволяет дополнительно использовать в этом случае свойство газонепроницаемости данного материала (в том числе при температурах от - 90°C до +300°C), а твердость 30 единиц по Шору получить необходимую для герметизации зазора степень деформации уплотняющего элемента. Таким образом, предложенная полезная модель позволяет решить поставленную задачу герметизации трубопроводов большого диаметра при переменной по диаметру величине кольцевого зазора между ними с достижением заявленного технического результата.
Предложенное техническое решение поясняется следующим описанием ее работы со ссылкой на иллюстрации, представленные на фигурах, где:
на фиг. 1 - изображено устройство с неравномерным по диаметру зазором (от 10 до 40 мм) в исходном состоянии уплотнительного элемента.
на фиг. 2 - изображено устройство в рабочем состоянии накачанного уплотнительного элемента.
на фиг. 3 - изображено выполнение подвижного фланца, вид А на фиг. 1.
на фиг. 4 - изображен элемент кинематической связи между фланцами.
Устройство содержит упоры, выполненные в виде неподвижно закрепленного на внешнем трубопроводе 1 фланца 2, и установленного на внутреннем трубопроводе 3 с возможностью осевого перемещения фланца 4. Во фланце 2 имеется открытая полость, в которой при помощи клея неподвижно закреплен уплотняющий элемент 5, в поперечном сечении выполненный в виде четырехгранника специальной расчетной формы. Подвижный фланец 4 представляет собой установленные на поверхности внутреннего трубопровода 3 накладки, выполненные в виде плоских секторных пластин 6 с ребрами жесткости 7 и дугообразными ложементами 8, образующими радиальную полость, в которой соосно с уплотняющим элементом 5 размещается гибкий надувной уплотнительный элемент 9.
Зазор между пластинами 6 составляет порядка 10 мм, что предохраняет уплотнительный элемент 9 от выпирания между накладками во время уплотнения зазора между трубопроводов 1 и 3. Уплотнительный элемент 9 охватывает поверхность внутреннего трубопровода 3 и имеет возможность осевого перемещения совместно с фланцем 4, а в поперечном сечении представляет собой кольцо, в котором установлен штуцер 10 и переходной элемент 11, предназначенные для соединения с системой 12 подачи воздуха. Уплотняющий и уплотнительный элементы 5 и 9 выполняются из силиконовой резины с твердостью 30 единиц по Шору методом склеивания «на ус». Размеры сечения элементов 5 и 9 выбираются исходя из размеров кольцевого зазора между трубопроводами 1 и 3 и размеров открытой кольцевой полости фланца 2. На трубопроводе 3 установлен фиксатор положения трубопровода 3, выполненный в виде тяг 13, размещенных соосно с зазорами между пластинами 6. При этом одни концы тяг13 закреплены в соответствующих основаниях 14 с возможностью поворота, а противоположные концы связаны с фланцем 2.
Устройство работает следующим образом. Перед уплотнением зазора между трубопроводами 1 и 3, представляющими собой соединение типа «труба в трубе» при помощи тяг 13 устанавливается положение трубопровода 3 относительно трубопровода 1. Уплотнительный элемент 9 не накачан воздухом и расположен на достаточном расстоянии от уплотняемого зазора и неподвижного фланца 2 на наружной поверхности внутреннего трубопровода 3 в полости ложементов 8. Затем секторные пластины 6 вместе с уплотнительным элементом 9 перемещают к неподвижному фланцу 2 и крепежными элементами 15 соединяют фланец 4 с фланцем 2, образуя таким образом уплотняемый кольцевой зазор. После этого крепежными элементами 15 пластины 6 перемещают до контакта уплотнительного элемента 9 с уплотняющим элементом 5 и задают требуемый уровень предварительного сжатия элементов 5 и 9. Положение фланца 2 и пластин 6 фиксируется совместно крепежными элементами 15 и тягами 13, а полость уплотнительного элемента 9 через штуцер 10 и переходной элемент 11 соединяется с системой 12 подачи воздуха. В кольцевую полость надувного элемента 9 подается воздух расчетного давления. При расширении уплотнительный элемент 9 воздействует на уплотняющий элемент 5, который деформируется и осуществляет герметизацию зазора между трубопроводами 1 и 3. При этом на участках с минимальным зазором уплотнение и герметизация осуществляется уплотняющим элементом 5 и дополнительно уплотнительным элементом 9, а на участках с максимальным зазором - совместно уплотняющим элементом 5 в полости неподвижного фланца 2 и уплотнительным элементом 9 в полости подвижного фланца 4. Герметичность уплотнения в плоскости контакта элементов 5 и 9 обеспечивается путем изменения давления в элементе 9, степенью деформации элемента 5 и свойством газонепроницаемости силиконовой резины. При вибрации или угловых перемещениях трубопроводов относительно друг друга последовательное размещение уплотняющего и уплотнительного элементов 5 и 9, их выполнение из силиконовой резины твердостью 30 единиц по Шору позволяет дополнительно обеспечить работу уплотнения как герметичного шарнира.
Предложенное техническое решение обеспечивает повышение уплотняющей способности устройства и может найти полезное применение при герметизации кольцевого зазора в трубах большого диаметра независимо от изменения размеров зазора по диаметру и угловых перемещений трубопроводов в процессе эксплуатации.