Узел опорного кольца для уплотнения высокого давления
SUPPORT RING ASSEMBLY FOR HIGH PRESSURE SEALING

[0001] Настоящее изобретение относится к узлу опорного кольца для уплотнения высокого давления, при этом уплотнение высокого давления, содержащее узел опорного кольца, предназначено для крышки резервуара, которая может вдвигаться или поворачиваться вокруг оси и может быть установлена в цилиндрической части резервуара высокого давления; при этом уплотнение высокого давления обеспечивает герметизацию указанной цилиндрической части резервуара высокого давления в радиальном направлении с помощью узла опорного кольца, и максимальное давление, оказываемое текучей средой на указанные узел опорного кольца и уплотнение высокого давления, составляет до 10000 бар.
[0002] В документе US 4570944 описан узел уплотнения для нагнетательного поршня, способного совершать возвратно-поступательное движение, состоящий из уплотнительного кольца низкого давления, стопорного кольца и уплотнительного кольца высокого давления, при этом на текучую среду оказывается давление около 350 бар. Все вышеупомянутые кольца обеспечивают герметизацию.
[0003] При обработке изделий под высоким давлением изделия загружают в камеру высокого давления под действием рабочей среды высокого давления и обрабатывают под давлением до 10000 бар. На уплотнение высокого давления с высокой частотой нагрузки воздействуют различные силы, например напряжение сжатия, растягивающее напряжение и т.п. Кроме того, может иметь место значительное расширение или сжатие резервуара и крышки резервуара, приводящее, помимо всего прочего, к увеличению стыков, образованию зазоров и других отверстий, в которые может смещаться или выдавливаться уплотнение. Поэтому используются дополнительные элементы, например конструкции опорного кольца, призванные обеспечить закрытие зазоров и т.п. под давлением и, обеспечить надлежащую опору для уплотнения высокого давления.
[0004] Соответственно, цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить узел опорного кольца для уплотнения высокого давления, предназначенного для крышки резервуара, способной задвигаться или поворачиваться вокруг оси и установленной в цилиндрической части резервуара высокого давления, при этом указанное уплотнение высокого давления обеспечивает герметизацию цилиндрической части резервуара высокого давления в радиальном направлении с помощью узла опорного кольца, а максимальное давление, оказываемое текучей средой на узел опорного кольца и уплотнение высокого давления, составляет до 10000 бар.
[0005] Эта цель достигается благодаря использованию узла (8) опорного кольца для уплотнения высокого давления, при этом уплотнение высокого давления, содержащее узел (8) опорного кольца, предназначено для крышки (1) резервуара, способной задвигаться или поворачиваться вокруг оси и установленной в цилиндрической части резервуара высокого давления, при этом уплотнение высокого давления обеспечивает герметизацию цилиндрической части резервуара высокого давления в радиальном направлении с помощью узла (8) опорного кольца, а максимальное давление, оказываемое текучей средой на узел (8) опорного кольца и уплотнение (4, 5) высокого давления, составляет до 10000 бар, при этом указанный узел содержит (если смотреть со стороны текучей среды):
- осевое крепление (6) указанного узла;
- уплотнительное кольцо (4, 5), прилегающее к крышке (1) резервуара и предварительно напряженное в радиальном направлении;
- по меньшей мере одно опорное кольцо с расположенной сбоку торцевой поверхностью (7), которая перпендикулярна оси крышки (1) резервуара;
- при этом по меньшей мере один узел (8) опорного кольца содержит по меньшей мере две фасонные части (2, 3), профиль которых обеспечивает возможность прилегания друг к другу;
- при этом указанные фасонные части прилегают друг к другу и содержат конические сопряженные поверхности (12), которые параллельны друг другу в той части, которой они прилегают друг к другу;
- при этом одна из параллельных конических сопряженных поверхностей (12) начинается от торцевой поверхности (7).
[0006] В принципе, узел (8) опорного кольца может содержать сколько угодно фасонных частей, если при этом он обеспечивает необходимую опору уплотнений высокого давления. В предпочтительном варианте конструкция предложенного узла (8) опорного кольца содержит две фасонных части определенной формы, опирающихся друг на друга. Указанные фасонные части прилегают друг к другу и содержат конические сопряженные поверхности (12), которые параллельны друг другу в той части, которой они прилегают друг к другу.
[0007] Благодаря такой конструкции, предусматривающей наличие на частях узла (8) опорного кольца конических поверхностей, которые параллельны друг другу в той части, которой они прилегают друг к другу, указанные части узла опорного кольца (8) могут скользить друг по другу, препятствуя, таким образом, образованию стыков, зазоров и других отверстий между крышкой (12) резервуара и собственно резервуаром.
[0008] Во избежание возможного выдавливания частей уплотнительного кольца в зазоры, образовавшиеся в результате расширения, одна из указанных параллельных конических сопряженных поверхностей (12) начинается от торцевой поверхности (7). Благодаря этому, при скольжении друг по другу параллельных друг другу конических сопряженных поверхностей (12) не возникает зазоров.
[0009] По меньшей мере одна из указанных фасонных частей может быть образована самой крышкой (1) резервуара. Указанная фасонная часть опирается на другую фасонную часть узла опорного (8) кольца, соприкасаясь с ней параллельными коническими сопряженными поверхностями (12).
[0010] Одна из указанных фасонных частей может быть также образована съемным элементом крышки (1) резервуара. Если этот съемный элемент крышки (1) резервуара обладает теми же свойствами (параллельными коническими сопряженными поверхностями), он обеспечит требуемый эффект. Указанный съемный элемент может представлять собой, например, кольцо с параллельными коническими сопряженными поверхностями.
[0011] Торцевая поверхность (7) одной из указанных фасонных частей расположена перпендикулярно оси крышки (1) резервуара. Разумеется, торцевая поверхность (7) может иметь и другую форму; например, она может быть расположена под углом в среднем 90±30° к оси крышки (1) резервуара.
[0012] Угол наклона параллельных конических сопряженных поверхностей (12) относительно оси крышки (1) резервуара может составлять от 40° до 80°. Между параллельными коническими сопряженными поверхностями (12) предусмотрен переходной участок (11), конфигурация которого выбрана таким образом, чтобы после спада давления указанные фасонные части прилегали друг к другу так же, как и в исходном положении, до повышения давления.
[0013] Например, переходной участок (11) может иметь слегка коническую или криволинейную форму, за счет чего фасонные части в области переходного участка (11) образуют изогнутое вверх и вниз пространство. Переходной участок (11) может также иметь любую другую форму при условии, что он сможет выполнять свои функции.
[0014] В предпочтительном варианте конфигурации переходного участка (11) поверхности наружной фасонной части (3) и внутренней фасонной части (2) на переходном участке (11) параллельны друг другу. Указанные параллельные поверхности могут быть также параллельны оси крышки (1) резервуара; при этом под наружной фасонной частью (3) подразумевается часть, расположенная дальше от оси крышки (1) резервуара, а под внутренней фасонной частью (2) подразумевается часть, расположенная ближе к оси крышки (1), чем наружная фасонная часть (3).
[0015] В наиболее предпочтительном варианте на обращенной к уплотнительному кольцу (4) стороне наружной фасонной части (3) предусмотрена фаска для вставки.
[0016] Узел (8) опорного кольца может содержать более двух частей; таким образом, наружная фасонная часть (3) (кольцо) может, в свою очередь, состоять из двух колец-компонентов, которые соединены между собой за счет наличия в конструкции указанного кольца паза (9), расположенного по окружности в радиальном направлении, и расположенного на внешней окружности и непрерывного вдоль окружности выреза, при этом части с пазом удерживаются вместе в указанном вырезе стяжным приспособлением (10). Стяжное приспособление (10) позволяет вновь надежно соединить части кольца с пазом между собой после спада давления.
[0017] Вырез, предусмотренный по окружности кольца вдоль его внешнего периметра, может иметь и другую конфигурацию в зависимости от стяжного приспособления (10). Указанный вырез может иметь поперечное сечение прямоугольной, круглой, овальной или другой формы; при этом части кольца, в которых имеется паз, удерживаются вместе стяжным приспособлением (10).
[0018] Стяжное приспособление (10) может представлять собой, например, кольцо из полимера или эластомера. Кроме того, в качестве элементов стяжного приспособления (10) могут использоваться подходящие проволочный трос, витая проволока, шнур или пружинный хомут.
[0019] Конструкцией предусмотрено осевое крепление узла (6). Указанное крепление может быть образовано кольцом/передним кольцом.
[0020] Если давление может достигать 10000 бар, обе фасонные части (2, 3) должны быть изготовлены из высокопрочного сплава. В предпочтительном варианте модуль упругости наружной фасонной части (3) меньше модуля упругости резервуара и/или крышки (1) резервуара.
[0021] В предпочтительном варианте по меньшей мере одна из фасонных частей изготовлена из медного или титанового сплава. В предпочтительном варианте по меньшей мере одна из фасонных частей изготовлена из стали.
[0022] В предпочтительном варианте уплотнение высокого давления вместе с узлом (8) опорного кольца закреплено на крышке (1) резервуара.
[0023] На фиг. 1а изображено уплотнение высокого давления с узлом (8) опорного кольца на крышке (1) резервуара.
[0024] Фиг. 1b представляет собой увеличенное изображение фрагмента А фиг. 1а.
[0025] Фиг. 1с представляет собой детальный чертеж уплотнения высокого давления с узлом (8) опорного кольца.
[0026] На фиг. 2 изображен узел (8) опорного кольца с двумя кольцами-компонентами (2, 3).
[0027] На фиг. 3а изображено наружное кольцо с пазом.
[0028] На фиг. 3b изображен вырез со стяжным приспособлением (10).
[0029] На фиг. 1а, 1b и 1с изображено уплотнение высокого давления и узел (8) опорного кольца на крышке (1) резервуара. Если смотреть со стороны текучей среды, уплотнение высокого давления и узел (8) опорного кольца содержат переднее кольцо (6), прилегающее к крышке (1) резервуара уплотнительное кольцо (4), в котором предусмотрена С-образная канавка, в которую входит тороидальное кольцо (5). К уплотнительному кольцу (4) прилегает узел (8) опорного кольца, состоящий из двух колец-компонентов, внутреннего опорного кольца (2) и наружного опорного кольца (3). Указанные два кольца-компонента прилегают друг к другу. В переднем кольце (6) предусмотрены отверстия и крепежные приспособления. Благодаря предусмотренному на переднем кольце (6) крепежному приспособлению обеспечивается фиксация уплотнения высокого давления и узла (8) опорного кольца в осевом направлении на крышке (1) резервуара.
[0030] В варианте, изображенном на фиг. 2, на внутреннем опорном кольце (2) / внутренней фасонной части и на внешнем опорном кольце (3) / внешней фасонной части имеются поверхности (12), параллельные друг другу в той части, которой они прилегают друг к другу; при этом указанные параллельные поверхности (12) начинаются от торцевой поверхности (7); при этом прилегающие друг к другу поверхности внутреннего опорного кольца (2) / внутренней фасонной части и наружного опорного кольца (3) / наружной фасонной части являются коническими и имеют одинаковый угол наклона, а между параллельными поверхностями предусмотрен переходной участок (11), конфигурация которого выбрана таким образом, чтобы поверхности внутреннего опорного кольца (2) / внутренней фасонной части и наружного опорного кольца (3) / наружной опорной части на этом переходном участке (11) были параллельны друг другу. В этом варианте радиальная нагрузка более выгодно распределяется по всей ширине кольца; кроме того, точно определяется радиальное положение в отсутствие давления.
[0031] На фиг. 2 изображен один из возможных вариантов конструкции узла (8) опорного кольца. В любом случае опорные кольца могут иметь такую конфигурацию, при которой торцевая поверхность (7) внутреннего опорного кольца (2) / внутренней фасонной части прилегает к уплотнительному кольцу (4), а торцевая поверхность (7) наружного опорного кольца (3) / наружной фасонной части прилегает к крышке (1) резервуара. Это не сказывается на эффективности опоры, обеспечиваемой собранным узлом (8) опорного кольца.
[0032] На фиг. 3а, 3b изображено снабженное пазом наружное опорное кольцо (3) / наружная фасонная деталь в различных перспективах. Фиг. 3а представляет собой увеличенное изображение участка с пазом (фрагмент В) наружного опорного кольца (3) / наружной фасонной детали, при этом паз (9) расположен по окружности в радиальном направлении. Такой вариант конструкции позволяет в значительной степени нейтрализовать растягивающее напряжение, воздействующее на наружное опорное кольцо (3).
[0033] По окружности вдоль внешнего периметра наружного опорного кольца (3) / наружной фасонной части предусмотрен вырез, в котором имеющие паз части наружного опорного кольца (3) / наружной фасонной части удерживаются и фиксируются с помощью стяжного приспособления (10), например кольца из полимерного материала. На фиг. 3b изображен возможный вырез со стяжным приспособлением (10), имеющим прямоугольное поперечное сечение.
Условные обозначения
1 Крышка резервуара
2 Внутреннее опорное кольцо / внутренняя фасонная часть
3 Наружное опорное кольцо / наружная фасонная часть
4 Уплотнительное кольцо
5 Тороидальное кольцо
6 Осевое крепление / переднее кольцо
7 Торцевая поверхность
8 Узел опорного кольца
9 Паз
10 Стяжное приспособление
11 Переходной участок
12 Параллельная коническая сопряженная поверхность.