УПРУГАЯ САМОУПЛОТНЯЮЩАЯСЯ МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ ПРОКЛАДКА
ELASTIC SELF-SEALING METAL GASKET

Изобретение относится к области уплотнительной техники и может быть использовано во всех областях машиностроения для герметизации неподвижных фланцевых разъемных соединений прямоугольной или другой произвольной формы в широком диапазоне температур и давлений при многократных нагружениях и длительных сроках эксплуатации.
Проблемами, решаемыми настоящим изобретением, являются: улучшение уплотняющих свойств за счет повышения упругости и контактного давления на уплотнительных поверхностях на участках закругления углов прокладки прямоугольной формы.
Анализ существующего уровня техники показал следующее. Известна конструкция упругой металлической прокладки для плоских разъемных соединений по патенту №4.114.907 от 19.09.1978 г (США). Прокладка имеет центральный сердечник, состоящий из винтовой пружины, выполненной из металлической проволоки с соприкасающимися витками и в нерабочем состоянии имеет форму сплошного кольца. Центральный пружинный сердечник окружен оболочкой, имеющей сечение по форме незакрытой кривой (тора). Поперечное сечение проволоки внутренней витой пружины представляет собой круговой сегмент. Внешняя торовая оболочка может быть изготовлена как из металлов - сталь, медь, алюминий, так и из пластиков - политетрафторэтилена.
Недостатком указанной конструкции прокладки является незначительная величина упругости, сложность изготовления. В случае применения прокладки в разъемных соединениях прямоугольной формы в зонах с небольшими радиусами закругления углов прокладка имеет пониженный уровень упругости и на торовой оболочке возможно появление волнистости, рябизны.
Известна конструкция полой металлической самоуплотняющейся прокладки О-образного профиля (Уплотнения. Сборник статей. Перевод с английского инж. В.П. Харитонова под редакцией доктора технических наук В.К. Житомирского, "Машиностроение", Москва. 1964 г. УДК 62-762-20). Прокладка может иметь в плане прямоугольную или другую произвольную форму.
Отличительным признаком прокладки является то, что по внутренней поверхности прокладки расположены мелкие отверстия для подвода во внутреннюю полость рабочей среды, от давления которой создается эффект самоуплотнения. Она изготавливается из трубок нержавеющей стали сваркой концов в стык с последующим шлифованием заподлицо сварного шва. Радиус закруглений на углах прокладки прямоугольной формы не делается меньшим, чем четыре диаметра поперечного сечения прокладки.
Недостатком указанной конструкции является наличие сварного шва, пониженный уровень упругости в том числе и в зоне радиусов закругления.
В качестве прототипа взята упругая самоуплотняющаяся металлическая прокладка по патенту на изобретение №2617220 F16j 15/00, 2016 г. (РФ), содержащая два симметрично расположенных уплотнительных уса переменного профиля в сечении. Отличительным признаком прокладки является то, что прокладка имеет между уплотнительными усами не менее одного пояса сплошной упругой перемычки с выполнеными в ней отверстиями для подвода во внутреннюю полость рабочей среды, от давления которой создается эфект самоуплотнения.
Перемычка, соединяющая уплотнительные усы, при обжатии прокладки в замке разъемного соединения требует дополнительного усилия для ее деформации, следовательно, удельное давление по уплотнительным поверхностям прокладки увеличивается и повышается ее герметизирующая способность. Недостатком указанной конструкции следует признать ограниченные возможности повышения упругости уплотнения, вызванные конструктивными особенностями прокладки прямоугольной формы. В зонах радиусов закруглений углов прокладки с перемычкой величина упругой деформации из-за большой кривизны становится меньше чем на прямолинейных участках. Целью изобретения является повышение уплотняющих свойств прокладки.
Техническая задача, решаемая использованием настоящего изобретения, состоит в разработке конструкции прокладки в которой на участках закругления углов значения удельных давлений и упругой деформации были бы не хуже, чем на прямолинейных участках.
Указанная цель достигается тем, что в техническом решении, прокладка на участках закругления выполнена с равномерно переменной увеличенной толщиной и длиной усов, чем на примыкающих прямолинейных участках.
Участки закругления углов с измененной геометрией поперечного сечения прокладки могут быть по наружному или внутреннему контурам прокладки.
Прокладка с увеличенной толщиной и длиной усов при обжатии в замке разъемного соединения в зонах закругления углов требует дополнительного усилия для ее деформации, следовательно, удельное давление по уплотнительным поверхностям прокладки увеличивается и повышается ее герметизирующая способность. Величины удельного давления и упругой деформации в зонах закругления углов не менее чем значения упругой деформации прокладки на прямолинейных участках обеспечивается наличием в этих зонах увеличенной толщины и длины усов. При такой конструкции прокладки повышаются ее уплотняющиеся свойства. Эти свойства прокладки являются жизненно важными для успешной работы фланцев с малогабаритными размерами замков под прокладку, расчитанных на полетный вес в космической и авиационной технике.
Предлагаемое изобретение имеет новизну и изобретательский уровень.
Таким образом, на чертеже (фиг.1) показан общий вид прямоугольной прокладки. Прокладка состоит из упругих усов 1, 2 на прямолинейных участках, 3, 4 на участках закругления углов, уплотнительных кромок 5, 6, перемычки 7 на прямолинейных участках и на участках закругления углов. Участки закругления углов выполнены с одинаково переменной увеличенной толщиной и длиной усов 3, 4, чем на примыкающих прямолинейных участках. Участки закругления углов могут быть по наружнему или внутреннему контуру прокладки. Конструкция прокладки выполнена из высокопрочной нержавеющей стали с использованием аддитивной технологии.
Прокладка работает следующим образом:
- при обжатии прокладки в замке разъемного соединения происходит одновременно деформация упругих усов 1, 2 на прямолинейных участках и усов 3, 4 в зонах закругления углов прокладки;
- на контактной поверхности уплотнительных кромок 5, 6 от усилия затяжки создаются герметизирующие удельные давления;
- уплотняемая среда поступает во внутреннюю полость прокладки, создавая эффект самоуплотнения от давления рабочей среды.
Упругие усы 3, 4 с равномерно увеличенной толщиной и длиной на участках закругления обладают упругой деформацией и удельными давлениями не менее чем на прямоугольных участках прокладки.
Расчетно-конструкторские исследования показали, что заявленная конструкция прокладки прямоугольной формы, например, с поперечным сечением 5×6 мм с усами переменного профиля в сечении и толщиной перемычки 1,2 мм при осевом натяге 0,6 мм из стали ЭК-61 на закруглениях углов с наружным радиусом 12,5 мм имеет значения удельного давления по уплотнительным кромкам на 30% меньше, чем на прямолинейных участках.
При равномерной увеличенной до 25% толщине и длине усов на закруглениях значения удельного давления и упругой деформации увеличиваются до значения на прямолинейных участках.
Расчет проведен методом конечных элементов (МКЭ) с использованием программного комплекса MSC.Patran/MSC.Marc.
Таким образом, использование изобретения позволит получить прокладку с повышенными уплотняющими свойствами.