УПЛОТНИТЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ НЕПОДВИЖНОГО СОЕДИНЕНИЯ (ВАРИАНТЫ)
PACKING UNIT OF IMMOVABLE CONNECTION (VERSIONS)

Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано в отраслях промышленности с повышенными требованиями к уплотнению взаимно неподвижных поверхностей в средах с большой проникающей способностью.
Известны уплотнения неподвижных соединений концов труб в отверстиях трубных решеток кожухотрубчатых теплообменных аппаратов и аппаратов воздушного охлаждения, получаемые сваркой концов труб с трубной решеткой с последующей развальцовкой (ОСТ 26-02-1015-85 «Крепление труб в трубных решетках» с.8). В этих соединениях для повышения герметичности в отверстиях трубной решетки может иметься небольшой кольцевой выступ, образованный двумя одинаковыми смежными кольцевыми мелкими канавками сечением в форме сегмента.
Кольцевой выступ пересекает поверхностные дефекты соединения и повышает герметичность. Металл трубы полностью заполняет мелкие канавки в форме сегмента и тем самым эффективная длина развальцовки не уменьшается.
Основным недостатком этих уплотнений является малый запас прочности, так как небольшой кольцевой выступ не может предотвратить осевого смещения трубы относительно трубной решетки, которое возникает при пуске и останове аппарата, а это приводит к быстрому разрушению сварного шва.
Известны уплотнения неподвижных соединений концов труб в отверстиях трубных решеток кожухотрубчатых теплообменных аппаратов и аппаратов воздушного охлаждения, получаемые развальцовкой труб. В этих соединениях для повышения герметичности в отверстиях трубных решеток имеются кольцевые канавки прямоугольного или треугольного сечения (ОСТ 26-02-1015-85 «Крепление труб в трубных решетках» с.9,10). В результате развальцовки материал трубы частично заполняет канавки и образуется соединение типа «выступ-впадина», повышающее герметичность соединения за счет пересечения поверхностных дефектов на соединяемых поверхностях трубы и трубной решетки.
Основным недостатком указанных уплотнений является малый запас прочности и герметичности, так как при развальцовке труб канавки прямоугольного и треугольного сечения заполняются не полностью. Кроме того, эффективная длина развальцовки уменьшается на суммарную длину канавок. Это приводит к необходимости в процессе эксплуатации проводить текущий (с подвальцовкой труб) и капитальный (с заменой труб) ремонт.
Наиболее близкой по совокупности отличительных признаков является конструкция уплотнительного узла по ОСТ 26-02-1015-85 с двумя кольцевыми канавками прямоугольного сечения в отверстиях трубной решетки.
Известное устройство соединения труб с отверстиями в трубных решетках включает две кольцевые канавки прямоугольного сечения в отверстиях трубной решетки.
Однако в известном устройстве работоспособность соединения обеспечивается тем, что, с одной стороны, кольцевые канавки препятствуют движению проникающей среды за счет того, что они пересекают дефекты сопрягаемых поверхностей (продольные и спиральные риски и шероховатость), а с другой стороны - препятствуют взаимному смещению этих поверхностей, но одновременно прямоугольные канавки уменьшают эффективную длину развальцовки, что снижает герметичность, и полностью не заполняются материалом трубы при развальцовке, что снижает прочность соединения. Особенно это важно для тонких трубных решеток, где длина развальцовки мала.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности уплотнения соединений труб с трубными решетками.
Указанная задача решается за счет того, что в известном устройстве соединения трубы с трубной решеткой, содержащем уплотнительное средство в виде двух кольцевых канавок прямоугольного сечения, одна из этих канавок заменяется небольшим кольцевым выступом, образованным двумя смежными мелкими кольцевыми канавками сечения в виде сегмента. При развальцовке трубы ее материал полностью заполняет мелкие сегментные канавки и прочность соединения не снижается. В то же время кольцевой выступ пересекает дефекты сопрягаемых поверхностей и увеличивает герметичность. Одна кольцевая канавка прямоугольного сечения исключает смещение трубы относительно трубной решетки под действием перепадов температуры при пуске и останове оборудования. Расстояние между смежными канавками и прямоугольной канавкой 5-7 мм, технологически минимально возможное выбирается для размещения всей конструкции в тонких решетках, причем для монометаллических трубных решеток к ее внешней поверхности примыкает прямоугольная канавка, а для биметаллических трубных решеток - смежные канавки с кольцевым выступом, и расстояние между канавками, примыкающими к внешней поверхности трубной решетки и самой внешней поверхностью, составляет 3-5 мм.
Технический результат использования изобретения состоит в повышении надежности соединений труб с трубными решетками и в том, что при правильном выборе исполнения аппарата по материалу, максимально уменьшающем коррозию, и соблюдении периодичности чистки оно обеспечивает возможность работы соединения трубы с трубной решеткой без ремонта в течение всего срока службы.
Уплотнительный узел по изобретению включает две мелкие смежные канавки сечения в форме сегмента, образующие между собой небольшой кольцевой выступ, и одну канавку прямоугольного сечения. Уплотнительный узел для случая алюминиевой трубы и биметаллической трубной решетки показан на фиг.1. На фиг.2 показана выноска на фиг.1.
В отличие от канавок прямоугольного сечения мелкие смежные канавки сечения в форме сегмента полностью заполняются материалом трубы при развальцовке и тем самым наличие этих канавок не уменьшает длину развальцовки. Кроме того, небольшой кольцевой выступ полностью перекрывает дефекты поверхностей трубы и отверстия в трубной решетке и повышает герметичность соединения.
Из фиг.1 видно, что смежные канавки расположены ближе к внешней поверхности трубной решетки в дополнительном слое металла. Канавка прямоугольного сечения расположена рядом в основном металле. Это связано с тем, что смежные канавки влияют в основном на герметичность, а прямоугольные - на прочность. Поэтому прямоугольная канавка располагается в зоне наибольшего контактного давления. Контактное давление выше в соединениях из разнородных материалов, поэтому даже в соединениях, где трубная решетка и трубы выполняются из одной группы сталей, марки сталей и трубных решеток берут разные (ОСТ 26-17-01-83, с.31-33).
В биметаллических трубных решетках материал трубы и материал дополнительного слоя более однородны, чем материал трубы и материал основного слоя трубной решетки, поэтому контактное давление выше в основном металле.
Канавка прямоугольного сечения расположена в зоне наибольшего контактного давления между трубой и отверстием в трубной решетке, возникающем при развальцовке, и удалена от смежных канавок на 5-7 мм. Она защищает соединение от смещения трубы относительно отверстия в трубной решетке. Расстояние 5-7 мм, технологически минимально допустимое, принято для того, чтобы обеспечить размещение всего узла в тонкой трубной решетке.
В монометаллических трубных решетках, наоборот, прямоугольная канавка размещается ближе к внешней поверхности трубной решетки, т.к. в этом случае именно здесь находится зона наибольшего контактного давления. Именно поэтому канавки располагают в непосредственной близости от внешней поверхности трубной решетки (ОСТ 26-02-1015, с.8-11).
Таким образом, благодаря особенностям выполнения уплотнительного узла изобретение позволяет создать соединение трубы с трубной решеткой повышенной надежности с большим запасом прочности, обеспечивающее при правильном выборе исполнения аппарата по материалу, максимально уменьшающем коррозию и соблюдении периодичности чистки герметичность в течение всего срока службы.