УПЛОТНИТЕЛЬНАЯ ПРОКЛАДКА ДЛЯ ГЕРМЕТИЗАЦИИ ФЛАНЦЕВОГО СОЕДИНЕНИЯ
SEALING GASKET FOR HERMETIC SEAING OF FLANGE JOINT

Изобретение относится к области уплотнительной техники и может быть использовано для герметизации фланцевых соединений промышленных трубопроводов, в том числе в тепловой и ядерной энергетике, в химической и нефтегазовой промышленности.
Одной из причин часто встречающегося повреждения трубопроводных сетей является пробивание уплотнительных прокладок во фланцевых соединениях, которое может быть вызвано либо некачественным монтажом фланцевого соединения, либо неправильной установкой уплотнительной прокладки между зеркалами фланцев. Поэтому при сборке фланцевого соединения желательно иметь уплотнительную прокладку, которая упростила бы процесс его герметизации. Особенно это важно при проведении ремонтных работ, когда зазор между зеркалами фланцев незначительно превышает толщину уплотнительной прокладки, что вызывает определенные трудности при размещении уплотнительной прокладки между зеркалами фланцев. В связи с этим возникает насущная потребность иметь такую уплотнительную прокладку, которая упростила бы ее установку между фланцев, позволила бы исключить ее повреждение и в случае необходимости произвести замену уплотнительного элемента прокладки с минимальной разборкой фланцевого соединения.
Известна уплотнительная прокладка для фланцевых соединений [US 6367803 B1, опубл. 04.09.2002]. Такая прокладка содержит жесткую металлическую кольцевую часть, которая образует зону для уплотнительной части уплотнительной прокладки, и несколько радиально расходящихся лапок, упрощающих установку уплотнительной прокладки между фланцами соединения. Лапки образуют с жесткой металлической кольцевой частью единое целое путем прочного с ней соединения и предназначены для установки прокладки на зеркале одного из фланцев соединения путем их отгибания. Лапки могут быть приварены к жесткой металлической кольцевой части. В этом случае в кольцевой металлической части при приварке лапок возникают термические напряжения, которые приводят к нарушению плоскостности уплотнительной прокладки. Для устранения этого недостатка необходимо осуществить ряд технологических мероприятий для компенсации термических напряжений, что приводит к повышению стоимости уплотнительной прокладки. Если же лапки и жесткое металлическое кольцо составляют одно целое, имеет место большой отход металла, который значительно повышает стоимость прокладки.
Известно уплотнительное приспособление [US 6536778 В2, опубл. 25.03.2003], выполненное в виде блока, состоящего из опорной кольцевой пластины и кольцевого уплотнительного вкладыша, закрепленного этой пластине с помощью второй кольцевой пластины. Кольцевой уплотнительный вкладыш образован пружинным элементом, заключенным в оболочку из упругодеформируемого материала, которая снабжена круговой кольцевой кромкой для его закрепления на опорной кольцевой пластине. В связи с тем, что при монтаже и при ремонте фланцевого соединения возможно перемещение кольцевого уплотнительного вкладыша относительно опорной кольцевой пластины, не исключено повреждение его уплотнительной поверхности.
Наиболее близкой по своей технической сущности по отношению к заявляемому изобретению является уплотнительная прокладка для герметизации фланцевого соединения [RU 2371620, опубл. 27.10.2009]. Такая уплотнительная прокладка содержит опорное средство и уплотнительный элемент, причем опорное средство снабжено радиально направленной державкой, выступающей над фланцами соединения. Опорное средство выполнено в виде двух частей, соединенных между собой с образованием полости для частичного размещения в ней кольцевой наружной кромки уплотнительного элемента, и снабжено средством для фиксации уплотнительного элемента. Это средство выполнено в виде установленного на опорном средстве с возможностью перемещения и фиксации кольцевого сегмента, образующего совместно с вышеуказанной полостью кольцевую полость под кольцевую наружную кромку уплотнительного элемента.
Наличие дополнительного кольцевого сегмента, с помощью которого осуществляется фиксация уплотнительного элемента на опорном средстве, усложняет конструкцию уплотнительной прокладки. При замене поврежденного уплотнительного элемента необходимо открепить и удалить дополнительный кольцевой сегмент с опорного средства, заменить уплотнительный элемент и зафиксировать его на опорном средстве с выполнением вышеуказанных операций в обратной последовательности. При проведении ремонтных работ на транспортном трубопроводе замену поврежденного уплотнительного элемента такой уплотнительной прокладки невозможно провести без полного ее извлечения из фланцевого соединения. Установка новой уплотнительной прокладки в этом случае связана с большими трудностями.
Задача изобретения - усовершенствовать конструкцию уплотнительной прокладки таким образом, чтобы обеспечить простой способ фиксации уплотнительного элемента на опорном средстве и тем самым обеспечить возможность замены поврежденного уплотнительного элемента без полного извлечения уплотнительной прокладки из фланцевого соединения.
Технический результат при использовании заявляемого изобретения заключается в упрощении средства фиксации уплотнительного элемента в опорном средстве.
Технический результат достигается тем, что в уплотнительной прокладке для герметизации фланцевого соединения, содержащей опорное средство и кольцевой уплотнительный элемент, причем опорное средство, снабженное радиально направленной державкой, выступающей над фланцами соединения, выполнено из двух частей, соединенных между собой с образованием полости для частичного размещения в ней кольцевой наружной кромки кольцевого уплотнительного элемента, согласно изобретению первая часть опорного средства - кольцо с вышеуказанной державкой и проходным отверстием под уплотнительную часть кольцевого уплотнительного элемента, а вторая часть - кольцевой сегмент, перекрывающий более половины наружной кромки торцевой поверхности первой части опорного средства, а на периферийной поверхности кольцевого уплотнительного элемента выполнены диаметрально расположенные лыски для прохода кольцевого уплотнительного элемента в полость опорного средства.
Технический результат достигается также тем, что кольцевой уплотнительный элемент может быть выполнен, в частности из расширенного графита, или паронита, или политетрафторэтилена, или резины.
Целесообразно кольцевой уплотнительный элемент, выполненный из расширенного графита, плакировать композиционным материалом на основе стекловолокна, пропитанного суспензией фторопласта, с последующей термообработкой и с образованием композиционным материалом кольцевой наружной кромки, равноотстоящей от торцевых поверхностей кольцевого уплотнительного элемента.
Кольцевой уплотнительный элемент, выполненный из паронита, или политетрафторэтилена, или резины следует снабдить кольцевой наружной кромкой, равноотстоящей от торцевых поверхностей кольцевого уплотнительного элемента.
Технический результат достигается также тем, что опорное средство снабжено дополнительным кольцевым сегментом, аналогичным первому сегменту, соединенному со второй торцевой поверхностью опорного средства, а кольцевой уплотнительный элемент выполнить в виде двух кольцевых уплотнительных элементов с диаметрально расположенными лысками, размещенных в соответствующих полостях, образованных первым и дополнительным сегментами с торцевыми поверхностями опорного средства.
Целесообразно кольцевой уплотнительный элемент, выполненный из расширенного графита, плакировать композиционным материалом на основе стекловолокна, пропитанного суспензией фторопласта, с последующей термообработкой и с образованием композиционным материалом кольцевой наружной кромки в продолжение одной из торцевых поверхностей кольцевого уплотнительного элемента.
Кольцевой уплотнительный элемент, выполненный из паронита, или политетрафторэтилена, или резины следует снабдить кольцевой наружной кромкой в продолжение одной из торцевых поверхностей кольцевого уплотнительного элемента.
Отличительная особенность заявляемой уплотнительной прокладки для герметизации фланцевого соединения состоит в том, что кольцевой уплотнительный элемент имеет диаметрально расположенные лыски и свободно проходит в полость опорного средства несмотря на то, что кольцевой сегмент перекрывает более половины наружной кромки торцевой поверхностей опорного средства. После ввода кольцевого уплотнительного элемента в полость опорного средства и его разворота на опорном средстве исключается возможность выпадения кольцевого уплотнительного элемента из полости опорного средства.
Эти и другие особенности заявляемого изобретения будут приведены ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображены:
фиг.1 - фланцевое соединение;
фиг.2 - общий вид уплотнительной прокладки;
фиг.3 - кольцевой уплотнительный элемент;
фиг.4 - разрез по А-А (вариант);
фиг.5 - разрез по А-А (вариант);
фиг.6 - разрез по А-А (вариант);
фиг.7 - разрез по А-А (вариант).
Заявляемая уплотнительная прокладка 1, предназначенная для герметизации фланцевого соединения 2 (фиг.1), устанавливается между двумя фланцами 3 и 4 соединения 2 с крепежными элементами (не показаны), которые могут быть выполнены в виде известных болтовых или шпилечных пар. Уплотнительная прокладка 1 (фиг.2) содержит опорное средство 5 с радиально направленной державкой 6, выступающей над фланцами 3 и 4 фланцевого соединения, для фиксации кольцевого уплотнительного элемента 7, который выступает над торцевыми поверхностями опорного средства 5.
Кольцевой уплотнительный элемент 7 (фиг.3) может быть выполнен, в частности, из расширенного графита, паронита, политетрафторэтилена или резины. Выбор материала для уплотнительных элементов определяется условиями эксплуатации межфланцевой заглушки и экономической целесообразностью применения того или иного вида материала. На кольцевых уплотнительных элементах 7 по наружному диаметру выполнены диаметрально расположенные лыски 8.
Опорное средство 5 состоит из двух частей 9 и 10 (фиг.4, 5), соединенных между собой, например, с помощью точечной сварки, с образованием полости 11 для частичного размещения в ней кольцевой наружной кромки 12 кольцевого уплотнительного элемента 7. Первая часть 9 опорного средства 5 - кольцо 13 с державкой 6 и отверстием 14 для прохода через опорное средство 5 уплотнительной части кольцевого уплотнительного элемента 7. Вторая часть 10 опорного средства 5 - кольцеобразный сегмент 15, перекрывающий более половины наружной кромки 16 (фиг.2) торцевой поверхности первой части 9 опорного средства 5.
Если кольцевой уплотнительный элемент 7 выполнен из расширенного графита 17 (фиг.4), то его плакируют композиционным материалом 18 на основе стекловолокна, пропитанного суспензией фторопласта с последующей термообработкой и с образованием композиционным материалом кольцевой наружной кромки 12, равноотстоящей от торцевых поверхностей кольцевого уплотнительного элемента 7 для ее размещения в полости 11 опорного средства 5.
Если в качестве материала кольцевого уплотнительного элемента 7 (фиг.5) используют паронит, политетрафторэтилен или резину, то его выполняют в виде ступенчатого диска 19 с образованием наружной кольцеобразной кромки 12, равноотстоящей от торцевых поверхностей кольцевого уплотнительного элемента 7, для ее размещения в полости 11 опорного средства 5. Ступенчатый диск 19 и плакированный расширенный графит 17 имеет диаметрально расположенные лыски 8 (фиг.3).
Так как кольцеобразный сегмент 15 перекрывает более половины наружной кромки 16 торцевой поверхности первой части 9 опорного средства 5, кольцевой уплотнительный элемент 7 не может быть введен в полость 11 опорного средства 5, поскольку хорда сегмента 15 меньше наружного диаметра кольцевого уплотнительного элемента. Для обеспечения ввода кольцевого уплотнительного элемента 7 в полость 11 предназначены диаметрально расположенные лыски 8, выполненные на кольцевом уплотнительном элементе 7. Лыски 8 образуют путем частичного и симметричного удаления периферийной поверхности кольцевого уплотнительного элемента 7 на величину, при которой размеры хорды кольцеобразного сегмента и расстояние между лысками кольцевого уплотнительного элемента совпадут. Совпадение этих размеров позволят разместить кольцевой уплотнительные элементы 7 в полости 11 опорного средства 5. После введения кольцевого уплотнительного элемента в полость 11 его поворачивают до положения, при котором одна из лысок 8 окажется расположенной в кольцеобразном сегменте 15. В этом положении кольцевой уплотнительный элемент 7 не может выскользнуть из опорного средства 5 под действием собственного веса.
В рассмотренной выше уплотнительной прокладке 1 кольцевой уплотнительный элемент 7 имеет значительную толщину за счет толщины опорного средства 5. Такая толщина может вызвать трудности при изготовлении кольцевого уплотнительного элемента, а, кроме того, приведет к увеличению стоимости уплотнительной прокладки. В процессе эксплуатации уплотнительной прокладки повреждение может произойти на одной уплотнительной торцевой его поверхности, в то время как противоположная уплотнительная торцевая поверхность будет пригодной для эксплуатации, но несмотря на это весь кольцевой уплотнительный элемент необходимо заменить на новый. Поэтому целесообразно в уплотнительной прокладке предусмотреть возможность установки на торцевых поверхностях опорного средства двух кольцевых уплотнительных элементов. Для этого опорное средство 5 снабжено дополнительным кольцевым сегментом 20 (фиг.6, 7), аналогичным первому сегменту 15, соединенному со второй торцевой поверхностью опорного средства 5, а кольцевой уплотнительный элемент 7 выполнить в виде двух кольцевых уплотнительных элементов 21 с диаметрально расположенными лысками 8, размещенных в соответствующих полостях 22, образованных сегментами 15, 20 с торцевыми поверхностями опорного средства 5.
Целесообразно кольцевой уплотнительный элемент 21, выполненный из расширенного графита 23, плакировать композиционным материалом 24 на основе стекловолокна, пропитанного суспензией фторопласта, с последующей термообработкой и с образованием композиционным материалом кольцевой наружной кромки 25 в продолжение одной из торцевых поверхностей кольцевого уплотнительного элемента 21.
Кольцевой уплотнительный элемент 21, выполненный из паронита, или политетрафторэтилена, или резины, следует снабдить кольцевой наружной кромкой 26 в продолжение одной из торцевых поверхностей кольцевого уплотнительного элемента 21.
При герметизации фланцевого соединения 2, связанного с установкой новой или заменой поврежденной уплотнительной прокладки 1, для получения надежного герметичного фланцевого соединения, уплотнительную прокладку необходимо выставить вдоль продольной оси фланцев соединения. Центрирование уплотнительной прокладки 1 может осуществляться с использованием крепежных элементов. Она может быть установлена опорным средством 5 на два по соседству расположенных крепежных элемента (не показаны). Поскольку в большинстве своем фланцы фланцевого соединения стандартизованы - это означает, что все отверстий фланцев под крепежные элементы расположены с высокой точностью относительно его продольной оси.
Таким образом, при герметизации фланцевых соединений или при проведении ремонтных работ заявляемая уплотнительная прокладка легко выставляется относительно продольной оси фланцев соединения, создавая условия для его качественного монтажа. Заявляемая прокладка проста в изготовлении, поскольку крепление кольцевого уплотнительного элемента в опорном средстве достигается простым способом.
Уплотнительную прокладку по первому пункту формулы целесообразно применять при работе во вредных условиях, например в ядерной энергетике или в химической промышленности, когда время проведения ремонтных работ должно быть сведено к минимуму. При работе в тепловой энергетике целесообразно использовать уплотнительную прокладку по четвертому пункту формулы, которое позволяет, имея комплект сменных кольцевых уплотнительных элементов, производить замену только поврежденного кольцевого уплотнительного элемента, не извлекая уплотнительной прокладки из фланцевого соединения. Для этого необходимо отпустить болты крепежного средства фланцевого соединения и простым приспособлением, например, в виде вязального крючка повернуть кольцевой уплотнительный элемент до положения, при котором обе его лыски будут перпендикулярны хорде сегментов. В этом положении кольцевой уплотнительный элемент может быть легко удален из опорного средства и заменен на новый. Затем кольцевой уплотнительный элемент поворачивают на угол, при котором одна из его лысок выйдет из сегмента. После этого осуществляют затяжку фланцевого соединения. В уплотнительной прокладке по первому пункту формулы также может быть удален кольцевой уплотнительный элемент из опорного средства без извлечения уплотнительной прокладки из фланцевого соединения. Но в этом случае его удаление будет сложнее, что объясняется его конструктивными особенностями, поэтому в такой уплотнительной прокладке удаление кольцевого уплотнительного элемента целесообразно производить при частичном извлечении уплотнительной прокладки из фланцевого соединения.