Контролируемое уплотнение

F16J 15/02
КОНТРОЛИРУЕМОЕ УПЛОТНЕНИЕ
Полезная модель относится к уплотнениям.
Известно контролируемое уплотнение, содержащее внешнюю и внутреннюю уплотняемые детали, образующие кольцевую полость. В кольцевой полости установлены уплотнительные и фонарные кольца с возможностью осевого сжатия нажимным кольцом. Во внешней уплотняемой детали выполнен канал, соединяющий наружную поверхность с кольцевой полостью в месте фонарного кольца. Канал используется для контроля утечки уплотняемой среды и ее отвода в атмосферу или приемный трубопровод. Контролируемое уплотнение применяется преимущественно в водяных рубашках охлаждения, водопроводах и их арматуре. См.: Орлов П.И. Основы конструирования: Справочно-методическое пособие: В 2-х кн. / Под ред. П.Н. Учаева. – Изд. 3-е, испр. – М.: Машиностроение, 1988. – Кн.1. – 560 с. С. 518, рис. 743.
Недостаток известного контролируемого уплотнения заключается в том, что на поверхности уплотнительных колец и уплотняемых деталей собирается осадок от просочившейся уплотняемой среды. Осадок вступает в химические реакции с материалом уплотнительных колец и уплотняемых деталей. Химическое воздействие приводит к утрате чистоты и упругости рабочих поверхностей, что снижает ресурс уплотнения. Обслуживание контролируемого уплотнения выполняется ручной переборкой и связано со значительными технологическими затратами на опорожнение-заполнение уплотняемых объемов и переборку узла уплотнения.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является контролируемое уплотнение, содержащее внешнюю и внутреннюю уплотняемые детали, образующие кольцевую полость.  В кольцевой полости установлены уплотнительные и фонарное кольца с возможностью осевого сжатия нажимным кольцом. Фонарное кольцо центрируется во внутренней поверхности внешней уплотняемой детали. Во внешней уплотняемой детали выполнены два канала, соединяющие наружную поверхность с кольцевой полостью в месте установки фонарного кольца. Один из каналов герметично соединен подводящим трубопроводом, оснащенным прибором контроля давления и запорным клапаном, с напорным трубопроводом гидростанции вспомогательной жидкости. Второй канал герметично соединен отводящим трубопроводом с приемным трубопроводом гидростанции. Вспомогательная жидкость прокачивается между парой уплотнительных колец для промывки и/или подогрева деталей уплотнения. Подвижная внутренняя уплотняемая деталь вращает вспомогательную жидкость под фонарным кольцом, чем препятствует образованию осадка по внутреннему контуру уплотнительных колец. См.: ГОСТ Р 54805-2011 (ИСО5199:2002). Насосы центробежные. Технические требования. - 50 с. С. 35, 39, 44.
По внешнему контуру уплотнительных колец движение вспомогательной жидкости затруднено центрирующей частью фонарного кольца. Здесь образуются плохо промываемые зоны, где скапливается осадок. Осадок вступает в химические реакции с материалом уплотняемых деталей и уплотнительных колец. Химическое воздействие приводит к утрате чистоты и упругости рабочих поверхностей, что снижает ресурс уплотнения.
Известное контролируемое уплотнение не предназначено для применения в неподвижных соединениях. - В них нет принудительного вращения вспомогательной жидкости под фонарным кольцом. Пространство под фонарным кольцом промывается плохо и быстро накапливает химически активный осадок. Площадь химического воздействия возрастает, ограничивая ресурс уплотнения.
Известные контролируемые уплотнения не предусматривают контроль герметичности уплотнения без заполнения сосудов или трубопроводов уплотняемой средой. Контроль герметичности уплотнений магистральных трубопроводов и резервуаров большой емкости выполняют совместно с контролем герметичности всего уплотняемого пространства. Такой контроль требует значительных технологических затрат на заполнение, исследование и опорожнение контролируемых объемов.
Полезная модель решает задачи повышения надежности контролируемых уплотнений неподвижных соединений и контроля их герметичности без заполнения магистральных трубопроводов и резервуаров большой емкости уплотняемой средой.
Технический результат от использования полезной модели заключается в повышении ресурса и снижении технологических затрат на контроль уплотнений неподвижных соединений магистральных трубопроводов и резервуаров большой емкости.
Предлагаемое контролируемое уплотнение неподвижных соединений содержит внешнюю и внутреннюю уплотняемые детали, образующие кольцевую полость. В кольцевой полости установлены уплотнительные кольца, между уплотнительными кольцами установлены фонарные кольца. Уплотнительные и фонарные кольца сжимаются нажимным кольцом. Во внешней уплотняемой детали выполнены каналы, соединяющие наружную поверхность с кольцевой полостью в местах установки фонарных колец. Каналы герметично соединены подводящими трубопроводами, оснащенными приборами контроля давления и запорными клапанами, с напорным трубопроводом гидростанции вспомогательной жидкости.
Указанный технический результат достигается следующим образом.
Уплотнительные кольца выполнены с посадочными поверхностями под фонарные кольца. Фонарные кольца выполнены в виде цилиндрических втулок с отверстиями в стенке. Фонарные кольца устанавливаются и центрируются на посадочных поверхностях уплотнительных колец так, чтобы разделить кольцевую полость между парой уплотнительных колец на внешние и внутренние кольцевые камеры. Во внутренней уплотняемой детали выполнены каналы, соединяющие наружную поверхность с кольцевой полостью в местах установки фонарных колец. Каналы внутренней уплотняемой детали герметично соединены отводящими трубопроводами, оснащенными запорными клапанами, с приемным трубопроводом гидростанции. Для смены направления движения вспомогательной жидкости подводящие трубопроводы могут быть герметично соединены с каналами внутренней уплотняемой детали, а отводящие трубопроводы с каналами внешней уплотняемой детали.
Принудительное движение вспомогательной жидкости между парами уплотнительных колец из каналов внешней уплотняемой детали через внешние кольцевые камеры, отверстия фонарного кольца, внутренние кольцевые камеры в каналы внутренней уплотняемой детали, а также смена направления движения жидкости исключили образование застойных зон и отложение осадка на деталях уплотнения. Химическое воздействие уплотняемой среды на уплотняемые детали снизилось, а ресурс уплотнения вырос.
Наличие запорных клапанов и измерительных приборов обеспечивают контроль герметичности уплотнения повышением давления в кольцевой полости без заполнения магистральных трубопроводов и резервуаров большой емкости уплотняемой средой.
На фиг. 1. показан общий вид контролируемого уплотнения с тремя уплотнительными кольцами для крышки люка резервуара высокого давления. На фиг. 2 - выносной элемент А на фиг. 1, на фиг. 3 - схема подключения уплотнения к гидростанции вспомогательной жидкости.
Контролируемое уплотнение содержит внешнюю 1 и внутреннюю 2 уплотняемые детали, образующие кольцевую полость. В кольцевой полости установлены уплотнительные кольца 3, между уплотнительными кольцами установлены фонарные кольца 4. Уплотнительные и фонарные кольца сжимаются нажимным кольцом 5. Во внешней уплотняемой детали выполнены каналы 6, соединяющие наружную поверхность с кольцевой полостью в местах установки фонарных колец. Каналы 6 посредством штуцерных соединений 7 герметично соединены подводящими трубопроводами 8, оснащенными приборами контроля давления 9 и запорными клапанами 10, с напорным трубопроводом 11 гидростанции 12 вспомогательной жидкости.
Уплотнительные кольца 3 выполнены с посадочными поверхностями под фонарные кольца. Фонарные кольца 4 выполнены в виде цилиндрических втулок с отверстиями в стенке. Фонарные кольца устанавливаются и центрируются на посадочных поверхностях уплотнительных колец 3 так, чтобы разделить кольцевую полость между парой уплотнительных колец на внешние и внутренние кольцевые камеры. Во внутренней уплотняемой детали 2 выполнены каналы 13, соединяющие наружную поверхность с кольцевой полостью в местах установки фонарных колец 3. Каналы 13 внутренней уплотняемой детали герметично соединены посредством штуцерных соединений 7 отводящими трубопроводами 14, оснащенными запорными клапанами 10, с приемным трубопроводом 15 гидростанции 12. Для смены направления движения вспомогательной жидкости подводящие трубопроводы 8 могут быть герметично соединены с каналами 13 внутренней уплотняемой детали 2, а отводящие трубопроводы 14 с каналами 6 внешней уплотняемой детали.
Для сжатия уплотнительных и фонарных колец используется нажимное кольцо 4 с резьбовыми отверстиями и нажимные винты 16 с цилиндрической головкой и отверстием под граненый ключ. Винты ввинчивают в резьбовые отверстия нажимного кольца. Нажимное кольцо устанавливают на уплотняемой поверхности детали 2 так, чтобы цилиндрические головки винтов вошли в ступенчатые отверстия фланца этой детали с упором в торец ступени.
Сжатие уплотнительных и фонарных колец выполняется после стягивания фланцев уплотняемых деталей 1, 2 и их замыкания полукольцами 17 и 18.
Контролируемое уплотнение применяется следующим образом.
В исходном положении полукольца 17 и 18 разомкнуты. Внешняя 1 и внутренняя 2 уплотняемые детали разведены. В расточку внешней уплотняемой детали 1 устанавливают уплотнительные кольца 3, между которыми устанавливают фонарные кольца 4. Нажимное кольцо 5 с нажимными винтами 16 сажают на уплотняемую поверхность внутренней уплотняемой детали 2, головки винтов 16 вводят в ступенчатые отверстия фланца детали 2. Фланцы деталей 1 и 2 сводят и замыкают полукольцами 17, 18. Вращением винтов граненым ключом нажимных винтов 16, перемещают нажимное кольцо и сжимают уплотнительные и фонарные кольца. После сборки трубопроводов вспомогательной жидкости посредством запорных клапанов 10, устанавливают необходимый режим работы уплотнения.
Предлагаемое контролируемое уплотнение обеспечивает режим циркуляции вспомогательной жидкости и режим контроля герметичности уплотнения.
В режиме циркуляции выполняется промывка, нагревание и/или охлаждение деталей уплотнения. Запорные клапаны 10 на подводящих и отводящих трубопроводах открыты. Вспомогательная жидкость подается от напорного трубопровода 11 гидростанции 12 через подводящие трубопроводы 8 в каналы 6 внешней уплотняемой детали 1 и места установки фонарных колец. Вспомогательная жидкость заполняет внешнюю кольцевую камеру и промывает внешний контур пары уплотнительных колец, проходит сквозь отверстия фонарного кольца, заполняет внутреннюю кольцевую камеру и промывает внутренний контур пары уплотнительных колец. Отводится вспомогательная жидкость по каналам 13 внутренней уплотняемой детали 2 и отводящим трубопроводам 14 в приемный трубопровод 15 гидростанции 12. Перекрытием запорных клапанов 10 обеспечена возможность прекращения циркуляции вспомогательной жидкости между одной, нескольких или всеми парами уплотнительных колец.
В режиме контроля герметичности запорные клапаны 10 подводящих трубопроводов 8 перекрыты. Для пары контролируемых уплотнительных колец перекрывают запорный клапан отводящего трубопровода 14, открывают запорный клапан подводящего трубопровода 8, повышают давление между парой уплотнительных колец до максимального контрольного значения, перекрывают запорный клапан 10 подводящего трубопровода 8 и по скорости падения давления в подводящем трубопроводе контролируют герметичность.
Промышленная применимость предлагаемой полезной модели подтверждена испытаниями. Контролируемое уплотнение прошло стендовые и полевые испытания на изделиях с размерами до 1,5 м по уплотняемым поверхностям.
Полезная модель повысила ресурс уплотнения и обеспечила контроль его герметичности без заполнения магистральных трубопроводов и резервуаров большой емкости уплотняемой средой.