УПЛОТНИТЕЛЬНАЯ ПРОКЛАДКА И СПОСОБ ЕЁ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
SEALING GASKET AND METHOD FOR ITS MANUFACTURING

Область техники
Настоящее изобретение относится к области тепловой и ядерной энергетики, химической и нефтегазовой промышленности, а конкретно к уплотнительной технике, в частности к уплотнительной прокладке для уплотнения соединений, таких как, например, фланцевые соединения промышленных трубопроводов.
Уровень техники
Широко известны уплотнительные прокладки, предназначенные для уплотнения фланцевых соединений промышленных трубопроводов.
Примером такой уплотнительной прокладки является уплотнительная прокладка по патенту US 59454322, предназначенная для обеспечения уплотнения между фланцами труб, содержащая уплотнительный элемент и металлический ограничительный элемент, служащий в качестве опоры для фланцев.
Уплотнительные прокладки могут быть размещены в области между поверхностями обращенных друг к другу зеркал фланцев с обеспечением герметичного соединения фланцев.
При использовании уплотнительной прокладки для уплотнения фланцевых соединений она может быть повреждена или разрушена вследствие, например, воздействия на нее агрессивной рабочей среды, избыточного давления от фланцев и/или вследствие ее недостаточной прочности, что приводит к ухудшению ее уплотнительных свойств и последующей разгерметизации соединения фланцев из-за перемещения уплотнительной прокладки из ее местоположения между фланцами. Такая разгерметизация соединения фланцев неизбежно приводит к прекращению нормальной работы трубопровода, экономическим и материальным потерям, в том числе к затратам на ремонт и восстановлению оборудования.
Следовательно, помимо того, что уплотнительная прокладка должна обладать необходимыми свойствами сжимаемости, она должна быть выполнена таким образом, чтобы минимизировать возможность ее повреждения или разрушения и последующего перемещения из фланцевого соединения вследствие воздействия на нее агрессивной рабочей среды, избыточного давления от фланцев или других факторов.
Таким образом, в настоящее время необходимо совершенствовать конструкцию уплотнительной прокладки для обеспечения указанных преимуществ.
Усовершенствованная уплотнительная прокладка предложена в изобретении по патенту RU 2371620 и является наиболее близким аналогом настоящего изобретения.
Уплотнительная прокладка по патенту RU 2371620 содержит уплотнительный элемент, заключенный в оболочку из пористого политетрафторэтилена для предотвращения повреждения и разрушения уплотнительной прокладки, причем уплотнительный элемент состоит из двух уплотнительных колец из расширенного графита, между которыми прикреплено жесткое кольцо.
Недостатками наиболее близкого аналога являются сложность изготовления конструкции уплотнительного элемента, заключающаяся в необходимости соединения трех ее частей в виде уплотнительных колец и жесткого кольца, и недостаточная защита уплотнительного элемента от повреждения и разрушения и последующего перемещения уплотнительной прокладки из фланцевого соединения.
Таким образом, существует потребность в создании более простой в изготовлении, установке и обслуживании конструкции уплотнительной прокладки, а также продолжает существовать потребность в усовершенствовании уплотнительной прокладки для минимизации вероятности ее повреждения или разрушения и последующего перемещения из области между соединенными элементами, например соединенными фланцами.
Раскрытие изобретения
Задача настоящего изобретения заключается в создании уплотнительной прокладки, позволяющей уменьшить трудозатраты на ее изготовление, установку и обслуживание за счет устранения необходимости использования в уплотнительном элементе дополнительных элементов, кроме уплотнительного материала, и позволяющей обеспечить минимизацию вероятности разгерметизации соединения элементов, например фланцевого соединения, из-за повреждения или разрушения уплотнительной прокладки за счет создания более прочной конструкции уплотнительной прокладки.
Указанная задача решена настоящим изобретением благодаря созданию уплотнительной прокладки, содержащей уплотнительный элемент, по меньшей мере один ограничительный элемент, соединенный с уплотнительным элементом, так что указанные уплотнительный и по меньшей мере один ограничительный элемент имеют по одной обращенной в одну сторону поверхности и по одной противоположной поверхности, две контактные накладки для контакта с одним из объектов, область между которыми необходимо уплотнить, одна из которых наложена по меньшей мере на часть каждой из обращенных в одну сторону поверхностей уплотнительного и ограничительного элементов, а другая наложена по меньшей мере на часть каждой из противоположных поверхностей уплотнительного и ограничительного элементов, причем контактные накладки соединены с ограничительным элементом.
Указанная задача также решена настоящим изобретением благодаря созданию способа изготовления уплотнительной прокладки, согласно которому обеспечивают наличие уплотнительного элемента, соединяют уплотнительный элемент по меньшей мере с одним ограничительным элементом, так что указанные уплотнительный и по меньшей мере один ограничительный элементы имеют по одной обращенной в одну сторону поверхности и по одной противоположной поверхности, накладывают контактную накладку для контакта с одним из объектов, область между которыми необходимо уплотнить, по меньшей мере на часть каждой из обращенных в одну сторону поверхностей уплотнительного и ограничительного элементов накладывают еще одну контактную накладку для контакта с другим из объектов, область между которыми необходимо уплотнить, по меньшей мере на часть каждой из противоположных поверхностей уплотнительного и ограничительного элементов, соединяют контактные накладки с ограничительным элементом.
Благодаря тому, что по меньшей мере один ограничительный элемент соединен с уплотнительным элементом, так что указанные уплотнительный и по меньшей мере один ограничительный элемент имеют по одной обращенной в одну сторону поверхности и по одной противоположной поверхности, а уплотнительная прокладка содержит две контактные накладки для контакта с одним из объектов, область между которыми необходимо уплотнить, одна из которых наложена по меньшей мере на часть каждой из обращенных в одну сторону поверхностей уплотнительного и ограничительного элементов, а другая наложена по меньшей мере на часть каждой из противоположных поверхностей уплотнительного и ограничительного элементов, и контактные накладки соединены с ограничительным элементом, в настоящем изобретении обеспечено достижение технического результата, заключающегося в повышении надежности ограничения перемещения уплотнительной прокладки после ее размещения между объектами, область между которыми необходимо уплотнить, и таким образом в повышении надежности предотвращения повреждения или разрушения уплотнительной прокладки. Дополнительный технический результат заключается в упрощении конструкции уплотнительной прокладки. Еще один дополнительный технический результат заключается в уменьшении количества элементов, используемых в уплотнительном элементе.
В одном из предпочтительных вариантов реализации изобретения уплотнительный элемент и указанный по меньшей мере один ограничительный элемент имеют форму кольца.
Еще в одном предпочтительном варианте реализации изобретения толщина указанного по меньшей мере одного ограничительного элемента меньше толщины уплотнительного элемента.
Еще в одном предпочтительном варианте реализации изобретения толщина указанного по меньшей мере одного ограничительного элемента не превышает 75%-85% толщины уплотнительного элемента в полностью сжатом состоянии.
Указанная разница толщин уплотнительного и по меньшей мере одного ограничительного элементов, а конкретно указанный диапазон, обеспечивает более надежное ограничение перемещения уплотнительной прокладки за счет выравнивания толщин при сжатии уплотнительной прокладки, и таким образом за счет обеспечения опоры фланцев или других объектов, область между которыми необходимо уплотнить, на ограничительный элемент и его накладку во время использования уплотнительной прокладки.
Еще в одном предпочтительном варианте реализации изобретения уплотнительная прокладка выполнена таким образом, что при ее сжатии обеспечено сжатие уплотнительного элемента вместе с двумя контактными накладками без обеспечения возможности сжатия указанного по меньшей мере одного ограничительного элемента.
Еще в одном предпочтительном варианте реализации изобретения уплотнительная прокладка выполнена таким образом, что при ее сжатии толщина уплотнительного элемента вместе с двумя контактными накладками выровнена с толщиной указанного по меньшей мере одного ограничительного элемента вместе с двумя контактными накладками.
Еще в одном предпочтительном варианте реализации изобретения каждая контактная накладка покрывает 10%-20% ширины уплотнительного элемента и указанного по меньшей мере одного ограничительного элемента в направлении от уплотнительного элемента к ограничительному элементу.
Указанный диапазон покрытия контактной накладкой уплотнительного элемента и по меньшей мере одного ограничительного элемента обеспечивает улучшенное по сравнению с уровнем техники и одновременно достаточное ограничение перемещения уплотнительной прокладки и защиту ее от воздействия агрессивной рабочей среды.
Еще в одном предпочтительном варианте реализации изобретения контактные накладки наложены на часть всех указанных поверхностей заподлицо с ними.
Указанное наложение контактных накладок заподлицо с указанными поверхностями обеспечивает более надежное ограничение перемещения уплотнительной прокладки и защиту ее от воздействия агрессивной рабочей среды за счет того, что накладка упирается в часть ограничительного элемента и таким образом обеспечено дополнительное сдерживание перемещения уплотнительного элемента.
Еще в одном предпочтительном варианте реализации изобретения две контактные накладки соединены с указанным по меньшей мере одним ограничительным элементом посредством точечной сварки.
Еще в одном предпочтительном варианте реализации изобретения две контактные накладки соединены с указанным по меньшей мере одним ограничительным элементом посредством точечной сварки и упорного элемента.
Еще в одном предпочтительном варианте реализации изобретения две контактные накладки соединены с указанным по меньшей мере одним ограничительным элементом посредством точечной сварки и упорного элемента, а упорным элементом является упорное кольцо.
Указанные соединения контактных накладок по меньшей мере с одним ограничительным элементом обеспечивают создание более прочной и надежной конструкции уплотнительной прокладки.
Еще в одном предпочтительном варианте реализации изобретения указанный по меньшей мере один ограничительный элемент и/или две контактные накладки содержат металл.
Благодаря тому, что по меньшей мере один ограничительный элемент и/или две контактные накладки содержат металл, обеспечено улучшение защиты уплотнительной прокладки от воздействия на нее агрессивной рабочей среды и, таким образом, обеспечено повышение надежности предотвращения повреждения или разрушения уплотнительной прокладки.
Еще в одном предпочтительном варианте реализации изобретения уплотнительный элемент содержит графитовый материал на основе терморасширенного графита и/или по меньшей мере один элемент из группы, включающей фторопласт, резину, паронит, асбест, картон, пластичный металлический сплав.
Еще в одном предпочтительном варианте реализации изобретения графитовый материал является листовым терморасширенным графитом.
Еще в одном предпочтительном варианте реализации изобретения две контактные накладки выполнены из металлической фольги.
Благодаря тому, что две контактные накладки выполнены из металлической фольги, обеспечено дополнительное улучшение защиты уплотнительной прокладки от воздействия на нее агрессивной рабочей среды и, таким образом, обеспечено повышение надежности предотвращения повреждения или разрушения уплотнительной прокладки.
Еще в одном предпочтительном варианте реализации изобретения по меньшей мере одна контактная накладка имеет толщину от 0,1 мм до 0,4 мм.
Благодаря тому, что по меньшей мере одна контактная накладка имеет толщину от 0,1 мм до 0,4 мм, обеспечено дополнительное улучшение защиты уплотнительной прокладки от воздействия на нее агрессивной рабочей среды и, таким образом, обеспечено повышение надежности предотвращения повреждения или разрушения уплотнительной прокладки.
Указанный диапазон толщины контактной накладки обеспечивает более надежное ограничение перемещения уплотнительной прокладки и ее защиту от воздействия на нее агрессивной рабочей среды.
Следует отметить, что в материалах настоящей заявки, в том числе в формуле изобретения, указание на диапазон значений величины означает включение в этот диапазон всех значений величины внутри диапазона, в том числе граничных значений.
Список обозначений на чертежах:
1 - уплотнительный элемент;
2 - ограничительный элемент;
3, 3' - контактные накладки;
4 - обтюратор;
5 - участок точечной сварки;
6 - упорное кольцо;
7 - врезное кольцо (ограничительный элемент).
Краткое описание чертежей
На фиг. 1А изображен схематичный трехмерный вид в разрезе части уплотнительной прокладки фланцевого соединения в соответствии с одним из предпочтительных вариантов реализации настоящего изобретения.
На фиг. 1B изображен схематичный трехмерный вид в разрезе части уплотнительной прокладки фланцевого соединения в полностью сжатом состоянии в соответствии с одним из предпочтительных вариантов реализации настоящего изобретения.
На фиг. 2А изображен схематичный вид в разрезе уплотнительной прокладки фланцевого соединения с наружным ограничительным кольцом в соответствии с одним из предпочтительных вариантов реализации настоящего изобретения.
На фиг. 2B изображен схематичный вид в разрезе уплотнительной прокладки фланцевого соединения с внутренним ограничительным кольцом в соответствии с одним из предпочтительных вариантов реализации настоящего изобретения.
На фиг. 2С изображен схематичный вид в разрезе уплотнительной прокладки фланцевого соединения с наружным и внутренним ограничительными кольцами в соответствии с одним из предпочтительных вариантов реализации настоящего изобретения.
На фиг. 3A изображен схематичный вид области A фиг. 2А в разрезе уплотнительной прокладки фланцевого соединения с ограничительным кольцом и соединением ограничительного кольца и двух контактных накладок точечной сваркой в соответствии с одним из предпочтительных вариантов реализации настоящего изобретения.
На фиг. 3B изображен схематичный вид области A фиг. 2А в разрезе уплотнительной прокладки фланцевого соединения с ограничительным кольцом и соединением ограничительного кольца и двух контактных накладок точечной сваркой и упорным кольцом в соответствии с одним из предпочтительных вариантов реализации настоящего изобретения.
На фиг. 3C изображен схематичный вид в разрезе области A фиг. 2А уплотнительной прокладки фланцевого соединения с ограничительным кольцом и соединением ограничительного кольца и двух контактных накладок точечной сваркой и врезным кольцом в соответствии с одним из предпочтительных вариантов реализации настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
На фиг. 1А изображен схематичный трехмерный вид в разрезе части уплотнительной прокладки фланцевого соединения в соответствии с одним из предпочтительных вариантов реализации настоящего изобретения.
В соответствии с одним из предпочтительных вариантов реализации настоящего изобретения уплотнительная прокладка предназначена для уплотнения области между зеркалами фланцев во фланцевом соединении трубопровода.
Уплотнительная прокладка может также быть использована для других областей, которые необходимо уплотнить, между другими элементами, соединенными или не соединенными.
Уплотнительная прокладка выполнена в виде кольца и имеет кольцевой уплотнительный элемент (1), выполненный с возможностью сжатия при уменьшении расстояния между зеркалами фланцев во фланцевом соединении.
Уплотнительная прокладка может также быть выполнена сплошной и может иметь различную форму, например круглую, прямоугольную, квадратную и тому подобную, в зависимости от требований и применения уплотнительной прокладки.
Отдельные элементы уплотнительной прокладки также могут быть сплошными и могут иметь различную форму в зависимости от требований и применения уплотнительной прокладки.
В соответствии с одним из предпочтительных вариантов реализации настоящего изобретения уплотнительный элемент (1) выполнен из пластичного листового терморасширенного графита.
При необходимости уплотнительный элемент может быть выполнен из других материалов, в том числе графитового материала и/или по меньшей мере одного из элементов группы, включающей фторопласт, резину, паронит, асбест, картон, пластичный металлический сплав, и тому подобные материалы, или он может содержать подобные материалы или другие материалы в зависимости от требований и применения уплотнительной прокладки.
Уплотнительная прокладка по фиг. 1А также содержит один кольцевой ограничительный элемент (2), соединенный с уплотнительным элементом (1).
В соответствии с одним из предпочтительных вариантов реализации настоящего изобретения ограничительный элемент выполнен металлическим, однако он также может быть выполнен из других подходящих материалов или содержать металл или другие подходящие материалы в зависимости от требований и применения уплотнительной прокладки.
Уплотнительная прокладка по фиг. 1А также содержит две контактные накладки (3, 3') с одной боковой стороны и обтюратор (4) с противоположной боковой стороны для контакта с каждым из зеркал фланцев (не показаны).
Обтюратор (4) предназначен для ограничения контакта рабочей среды и/или воздуха и материала уплотнительного элемента (1).
В соответствии с одним из предпочтительных вариантов реализации настоящего изобретения контактная накладка (3) наложена на часть верхней поверхности уплотнительного элемента (1) и на всю верхнюю поверхность ограничительного элемента (2), а контактная накладка (3') наложена на часть нижней поверхности уплотнительного элемента (1) и на всю нижнюю поверхность ограничительного элемента (2), как показано на фиг. 1А.
За счет указанного наложения контактных накладок (3, 3') обеспечено дополнительное соединение ограничительного элемента (2) с уплотнительным элементом (1).
При этом в одном из предпочтительных вариантов реализации изобретения контактная накладка может охватывать боковую часть ограничительного элемента (2) и проходить по всей нижней поверхности и по всей верхней поверхности ограничительного элемента (2), по части нижней поверхности и по части верхней поверхности уплотнительного элемента (1).
Обтюратор (4) наложен на часть верхней поверхности уплотнительного элемента (1), охватывает ее боковую часть и проходит по части нижней поверхности уплотнительного элемента (1).
В соответствии с одним из предпочтительных вариантов реализации настоящего изобретения, указанные контактные накладки (3, 3') и обтюратор (4) занимают 10-20% от ширины уплотнительного элемента в направлении от уплотнительного элемента к ограничительному элементу.
Контактные накладки (3, 3') также могут занимать часть верхней и часть нижней поверхности ограничительного элемента (2) и не охватывать боковые части ограничительного элемента и/или уплотнительного элемента (1).
В соответствии с одним из предпочтительных вариантов реализации настоящего изобретения указанные контактные накладки (3, 3') симметричны относительно друг друга.
На фиг. 1B изображен схематичный трехмерный вид в разрезе части уплотнительной прокладки фланцевого соединения в полностью сжатом состоянии в соответствии с одним из предпочтительных вариантов реализации настоящего изобретения.
В соответствии с одним из предпочтительных вариантов реализации настоящего изобретения указанные контактные накладки (3, 3') и обтюратор (4) выполнены из металлической фольги. Однако они могут быть выполнены из любых подходящих материалов или содержать любые подходящие материалы в зависимости от требований и применения уплотнительной прокладки.
В соответствии с одним из предпочтительных вариантов реализации настоящего изобретения толщина ограничительного элемента (2) меньше толщины уплотнительного элемента (1), при этом при сжатии уплотнительной прокладки обеспечено сжатие уплотнительного элемента (1) вместе с накладками (3, 3') и обтюратором (4) и упор зеркал фланцев в поверхность ограничительного элемента (2), занимаемую накладками (3, 3') без сжатия ограничительного элемента (2), причем при сжатии уплотнительной прокладки обеспечена герметизация фланцевого соединения.
Как показано на фиг. 1B, в соответствии с одним из предпочтительных вариантов реализации настоящего изобретения при сжатии уплотнительной прокладки толщина уплотнительного элемента (1) вместе с накладками (3, 3') и обтюратором (4) выравнивается с толщиной ограничительного элемента (2) с наложенными на него накладками (3, 3').
В соответствии с одним из предпочтительных вариантов реализации настоящего изобретения толщина ограничительного элемента (2) не превышает 75%-85% толщины уплотнительного элемента (1) в полностью сжатом состоянии, а толщина каждой накладки (3, 3') составляет от 0,1 мм до 0,4 мм.
При этом, при необходимости, толщины уплотнительного элемента, ограничительного элемента и накладок могут быть выбраны различными в зависимости от требований и применения уплотнительного прокладки.
На фиг. 2А-2С изображены другие варианты уплотнительных прокладок в соответствии с настоящим изобретением.
В частности, на фиг. 2А изображен схематичный вид в разрезе уплотнительной прокладки фланцевого соединения с наружным ограничительным кольцом, на фиг. 2B изображен схематичный вид в разрезе уплотнительной прокладки фланцевого соединения с внутренним ограничительным кольцом, а на фиг. 2С изображен схематичный вид в разрезе уплотнительной прокладки фланцевого соединения с наружным и внутренним ограничительными кольцами.
При необходимости при изготовлении уплотнительной прокладки в соответствии с настоящим изобретением может быть выбран один из указанных способов расположения ограничительных колец (2) относительно боковых частей уплотнительного элемента (1) или любой другой подходящий способ в зависимости от требований и применения уплотнительной прокладки.
На фиг. 3A-3C изображены виды области A по фиг. 2А, показывающие варианты соединения контактных накладок с ограничительным элементом в соответствии с настоящим изобретением.
В частности, на фиг. 3A показан схематичный вид в разрезе уплотнительной прокладки фланцевого соединения с ограничительным кольцом (2) и соединением ограничительного кольца (2) и контактных накладок (3, 3') точечной сваркой (5) в соответствии с одним из предпочтительных вариантов реализации настоящего изобретения.
На фиг. 3B изображен схематичный вид в разрезе уплотнительной прокладки фланцевого соединения с ограничительным кольцом (2) и соединением ограничительного кольца (2) и контактных накладок (3, 3') точечной сваркой (5) и упорным кольцом (6) в соответствии с одним из предпочтительных вариантов реализации настоящего изобретения.
Упорное кольцо (6) может быть образовано путем частичной проточки параллельных верхней и нижней поверхностей ограничительного элемента (2). Упорное кольцо (6) также может быть выполнено сплошным или иметь любую подходящую форму, и оно может быть образовано любым другим подходящим способом в зависимости от требований и применения уплотнительной прокладки.
На фиг. 3C изображен схематичный вид в разрезе уплотнительной прокладки фланцевого соединения с ограничительным кольцом (2) и соединением ограничительного кольца (2) и контактных накладок (3, 3') точечной сваркой (5) и врезным кольцом (7) в соответствии с одним из предпочтительных вариантов реализации настоящего изобретения.
В качестве врезного кольца (7) подразумевается ограничительный кольцевой элемент (7), расположенный таким образом, что часть каждой контактной накладки (3, 3') наложена на часть верхней и нижней поверхностей уплотнительного элемента (1) и ограничительного элемента (2) заподлицо с ними, как показано на фиг. 3C. Таким образом, накладки (3, 3') упираются в ограничительный кольцевой элемент (7), обеспечивая таким образом дополнительное повышение надежности ограничения перемещения уплотнительного элемента (1).
Далее описан способ изготовления уплотнительной прокладки в соответствии с одним из предпочтительных вариантов реализации изобретения.
Способ изготовления уплотнительной прокладки в соответствии с одним из вариантов реализации осуществляют следующим образом:
- обеспечивают наличие уплотнительного элемента (1),
- соединяют уплотнительный элемент (1) по меньшей мере с одним ограничительным элементом (2), так что указанные уплотнительный (1) и ограничительный (2) элементы имеют верхнюю и нижнюю поверхности, обращенные к зеркалам фланцев,
- накладывают контактную накладку (3) для контакта с одним из зеркал фланцев, область между которыми необходимо уплотнить, на часть каждой из верхних поверхностей уплотнительного (1) и ограничительного (2) элементов,
- накладывают еще одну контактную накладку (3') для контакта с другим из зеркал фланцев, область между которыми необходимо уплотнить, на часть каждой из нижних поверхностей уплотнительного (1) и ограничительного (2) элементов,
- соединяют контактные накладки (3, 3') с ограничительным элементом (2).
Как было указано выше, при необходимости, контактная накладка может охватывать боковую часть ограничительного (2) или уплотнительного элемента (1).
После изготовления уплотнительной прокладки, ее размещают между зеркалами фланцев или других объектов, область между которыми необходимо уплотнить, и таким образом вводят ее во взаимодействие с зеркалами фланцев, а конкретно вводят ее контактные поверхности, в частности контактные накладки, в контакт с зеркалами фланцев, обеспечивая тем самым герметичное фланцевое соединение или герметичное пространство между другими объектами.
Необходимо отметить, что описанные уплотнительная прокладка и способ изготовления уплотнительной прокладки являются лишь неограничивающими предпочтительными вариантами осуществления изобретения. Для специалиста в данной области техники очевидно, что в настоящее изобретение могут быть внесены изменения и модификации без отклонения от объема изобретения, определенного описанной ниже формулой изобретения.