СПОСОБ САМОУПЛОТНЕНИЯ ФЛАНЦЕВОГО СОЕДИНЕНИЯ
METHOD OF SELF-PACKING OF FLANGE CONNECTION

Изобретение относится к способам уплотнения.
Известно самоуплотняющееся устройство по патенту RU №2036363, опубликовано 27.05.1995 г., МПК F16J 15/02. Устройство содержит уплотняемые детали, образующие кольцевую полость, уплотняющий материал и нажимное кольцо. Уплотняющий материал набит в кольцевую полость с образованием уплотняющего кольца и замкнут нажимным кольцом с возможностью автоматического поджатия за счет давления среды внутри уплотняемой полости.
Устройство отличается высокой трудоемкостью сборки и замены уплотняющего материала. Оно плохо приспособлено для полевых условий и изделий больших размеров.
В качестве прототипа принят способ автоуплотнения по заявке RU №2010110964, опубликовано 20.08.2010 г., МПК F16J 15/48, в котором между уплотняемыми деталями образуют кольцевую полость, а в кольцевой полости размещают уплотняющие и нажимные кольца с возможностью их автоматического сжатия за счет давления среды внутри уплотняемой полости. Нажимное кольцо выполняют с посадочной поверхностью под уплотняющее кольцо. Последнее сажают на посадочную поверхность нажимного кольца и образуют сменную сборочную единицу - автоуплотнение, которое устанавливают в кольцевую полость по уплотняющим кромкам.
Устройства для реализации способа отличаются формой нажимных колес и их соединениями с уплотняющими кольцами.
Недостаток способа заключаются в том, что в изделиях больших размеров эффект самоуплотнения не проявляется при низких и нарастающих давлениях уплотняемой среды, когда сил давления недостаточно для перемещения автоуплотнения в рабочее положение.
Изобретение решает задачу обеспечения самоуплотнения в изделиях больших размеров при низких и нарастающих давлениях.
Технический результат от использования изобретения заключается в повышении надежности уплотнения.
Способ реализуют в нескольких вариантах.
Первый вариант. Во фланцевом соединении образуют кольцевую полость, в которой размещают уплотняющие и нажимные кольца с возможностью их автоматического сжатия за счет давления среды внутри уплотняемой полости. Для достижения результата в кольцевой полости устанавливают сепаратор в виде кольца фасонного сечения с местами под посадку уплотняющих колец и посадку сепаратора в кольцевую полость. Перед монтажом из уплотняющих колец и сепаратора образуют сменную сборочную единицу. Фланцы стягивают, чем предварительно сжимают, по меньшей мере, одно уплотняющее кольцо и обеспечивают уплотнение при малых и нарастающих давлениях.
Второй вариант. Способ уплотнения по первому варианту, в котором кольцевую полость выполняют трапецеидального сечения с конической поверхностью. Сепаратор и, по меньшей мере, одно уплотняющее кольцо выполняют с коническими поверхностями под посадку в коническую поверхность кольцевой полости. Коническое сопряжение поверхности кольцевой полости с поверхностями сепаратора и уплотнительных колец усиливает сжатие уплотняющих колец в радиальном направлении.
Третий вариант. Способ уплотнения по первому варианту, в котором сепаратор выполняют, по меньшей мере, с одной конической поверхностью под посадку уплотняющих колец. Коническое сопряжение поверхностей сепаратора и уплотнительных колец усиливает предварительное сжатие уплотняющих колец в радиальном направлении.
Четвертый вариант. Способ уплотнения по первому варианту, в котором сепаратор и, по меньшей мере, одно уплотняющее кольцо выполняют L-образного сечения с возможностью посадки одного уплотняющего кольца в отверстие сепаратора, а сепаратора - в отверстие второго уплотняющего кольца по наружным цилиндрическим поверхностям меньшего диаметра. Способ улучшает технологичность сборки уплотнения.
Пятый вариант. Способ уплотнения по первому варианту, в котором кромки уплотняющих колец укрепляют металлической лентой. Лента сохраняет рабочие кромки колец от разрушения при монтаже и переборках фланцевого соединения.
Способ обеспечивает надежное уплотнение фланцев на всем интервале изменения давления уплотняемой среды.
На фиг.1, 2, 3 показан способ уплотнения фланцевого соединение по первому варианту; на фиг.4, 5, 6 - по второму варианту; на фиг.7, 8, 9 - по третьему варианту; на фиг.10, 11, 12 - по четвертому варианту; на фиг.13, 14 - по пятому варианту.
Пример реализации способа по первому варианту, см. фиг.1, 2, 3.
Во фланцевом соединении, состоящем из фланцев 1, 2 и замыкающих полуколец 3 образуют кольцевую полость. При разведенных фланцах 1, 2 и разомкнутых полукольцах 3 в кольцевой полости размещают уплотняющие кольца 4, 5, 6, нажимное кольцо 7 и сепаратор 8 в виде кольца фасонного сечения с местами под посадку уплотняющих колец и посадку сепаратора в кольцевую полость. Перед монтажом из уплотняющих колец 4, 5, 6 и сепаратора 8 образуют сменную сборочную единицу.
На фиг.1 показано фланцевое соединение в состоянии предварительной сборки. Фланцы 1, 2 разведены, полукольца 3 разомкнуты, уплотняющие кольца 4, 5, 6, нажимное кольцо 7 и сепаратор 8 установлены в кольцевой полости. Уплотняющие кольца предварительно сжаты в радиальном направлении. Давление уплотняемой среды отсутствует.
Фланцы 1, 2 стягивают и сжимают уплотняющие кольца 5, 6 в торцовом направлении, чем обеспечивают уплотнение при малых и нарастающих давлениях. Стянутые фланцы замыкают полукольцами 3.
На фиг.2 показано фланцевое соединение в собранном состоянии. Фланцы 1, 2 стянуты и замкнуты полукольцами 3. Уплотняющие кольца 5, 6 сжаты в радиальном и торцовом направлении. Давление уплотняемой среды отсутствует.
При повышении давления уплотнение обеспечивают уплотняющими кольцами 5, 6. При дальнейшем повышении давления нажимное кольцо 7 смещается, сжимает уплотняющее кольцо 4 и усиливает сжатие уплотняющих колец 5, 6, чем обеспечивает самоуплотнение фланцевого соединения.
На фиг.3 показано фланцевое соединение в рабочем состоянии при номинальном давлении уплотняемой среды. Фланцы 1, 2 стянуты и замкнуты полукольцами 3. Уплотняющие кольца 4, 5, 6 сжаты в торцовом направлении нажимным кольцом 7.
Пример реализации способа по второму варианту, см. фиг.4, 5, 6. Способ самоуплотнения фланцевого соединения по первому варианту, отличающийся тем, что кольцевую полость выполняют трапециидального сечения с конической поверхностью, а сепаратор 8 и уплотняющие кольца 4, 5 выполняют с коническими поверхностями под посадку в коническую поверхность кольцевой полости.
На фиг.4 показано фланцевое соединение в состоянии предварительной сборки. Фланцы 1, 2 разведены, полукольца 3 разомкнуты, уплотняющие кольца 4, 5, 6, нажимное кольцо 7 и сепаратор 8 установлены в кольцевой полости. Уплотняющие кольца предварительно сжаты в радиальном направлении. Давление уплотняемой среды отсутствует.
Фланцы 1, 2 стягивают и сжимают уплотняющие кольца 5, 6 в торцовом направлении, чем обеспечивают уплотнение при малых и нарастающих давлениях. Стянутые фланцы замыкают полукольцами 3.
На фиг.5 показано фланцевое соединение в собранном состоянии. Фланцы 1, 2 стянуты и замкнуты полукольцами 3. Уплотняющие кольца 5, 6 сжаты в радиальном и торцовом направлении. Давление уплотняемой среды отсутствует.
При повышении давления уплотнение обеспечивают уплотняющими кольцами 5, 6. При дальнейшем росте давления нажимное кольцо 7 смещается, сжимает уплотняющее кольцо 4 и усиливает сжатие уплотняющих колец 5, 6, чем обеспечивает самоуплотнение фланцевого соединения.
На фиг.6 показано фланцевое соединение в рабочем состоянии при номинальном давлении уплотняемой среды. Фланцы 1, 2 стянуты и замкнуты полукольцами 3. Уплотняющие кольца 4, 5, 6 сжаты нажимным кольцом 7.
Пример реализации способа по третьему варианту, см. фиг.7, 8, 9. Способ самоуплотнения по первому варианту, отличающийся тем, что сепаратор 7 выполнен с коническими поверхностями под посадку уплотняющих колец.
На фиг.7 показано фланцевое соединение в состоянии предварительной сборки. Фланцы 1, 2 разведены, полукольца 3 разомкнуты, уплотняющие кольца 4, 5, нажимное кольцо 7 и сепаратор 8 установлены в кольцевой полости.
Уплотняющие кольца предварительно сжаты в радиальном направлении. Давление уплотняемой среды отсутствует.
Фланцы 1, 2 стягивают и сжимают уплотняющие кольца 4, 5 в торцовом и радиальном направлении, чем обеспечивают уплотнение при малых и нарастающих давлениях. Стянутые фланцы замыкают полукольцами 3.
На фиг.8 показано фланцевое соединение в собранном состоянии. Фланцы 1, 2 стянуты и замкнуты полукольцами 3. Уплотняющие кольца 4, 5 сжаты в торцовом и радиальном направлениях. Давление уплотняемой среды отсутствует.
При повышении давления уплотнение обеспечивают сжатыми при сборке уплотняющими кольцами 4, 5. При дальнейшем повышении давления нажимное кольцо 7 смещается и усиливает сжатие уплотняющих колец 4, 5.
На фиг.9 показано фланцевое соединение в рабочем состоянии при номинальном давлении уплотняемой среды. Фланцы 1, 2 стянуты и замкнуты полукольцами 3. Уплотняющие кольца 4, 5 сжаты в торцовом и радиальном направлениях нажимным кольцом 7.
Пример реализации способа по четвертому варианту, см. фиг.10, 11, 12. Способ уплотнения по первому варианту, в котором сепаратор 8 и уплотняющее кольцо 4 выполняют L-образного сечения с возможностью посадки уплотняющего кольца 4 в отверстие сепаратора 8, а сепаратора 8 в отверстие уплотняющего кольца 2 по наружным цилиндрическим поверхностям меньшего диаметра.
На фиг.10 показано фланцевое соединение в состоянии предварительной сборки. Фланцы 1, 2 разведены, полукольца 3 разомкнуты, уплотняющие кольца 4, 5, нажимное кольцо 7 и сепаратор 8 установлены в кольцевой полости. Уплотняющие кольца предварительно сжаты в радиальном направлении. Давление уплотняемой среды отсутствует.
Фланцы 1, 2 стягивают и сжимают уплотняющие кольца 4, 5 в торцовом направлении, чем обеспечивают уплотнение при малых и нарастающих давлениях. Стянутые фланцы замыкают полукольцами 3.
На фиг.11 показано фланцевое соединение в собранном состоянии. Фланцы 1, 2 стянуты и замкнуты полукольцами 3. Уплотняющие кольца 4, 5 сжаты в радиальном и торцовом направлении. Давление уплотняемой среды отсутствует.
При повышении давления уплотнение обеспечивают сжатыми при сборке уплотняющими кольцами 4, 5. При дальнейшем повышении давления нажимное кольцо 7 смещается и усиливает сжатие уплотняющих колец 4, 5, чем обеспечивает самоуплотнение фланцевого соединения.
На фиг.12 показано фланцевое соединение в рабочем состоянии при номинальном давлении уплотняемой среды. Фланцы 1, 2 стянуты и замкнуты полукольцами 3. Уплотняющие кольца 4, 5 сжаты в торцовом направлении нажимным кольцом 7.
Пример реализации способа по пятому варианту, см. фиг.13, 14. Способ уплотнения по первому варианту, в котором кромки уплотняющих колец 4, 5 укрепляют металлической лентой 9. Лента сохраняет рабочие кромки колец от разрушения при монтаже и переборках фланцевого соединения.
Промышленная применимость предлагаемого изобретения подтверждена испытаниями. Способ и устройство прошли стендовые и полевые испытания на изделиях с размерами до 1,5 м по уплотняемым поверхностям.
Предлагаемое изобретение позволяет повысить надежность уплотнений резервуаров и трубопроводов высокого давления.