ФЛАНЦЕВОЕ УПЛОТНЕНИЕ И УПЛОТНИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА, ВКЛЮЧАЮЩАЯ ФЛАНЦЕВОЕ УПЛОТНЕНИЕ
FLANGED SEAL AND SEALING SYSTEM INCLUDING FLANGED SEAL

Область техники
Изобретение касается фланцевого уплотнения и уплотнительной системы, которая включает в себя такое фланцевое уплотнение.
Фланцевое уплотнение включает в себя опорный корпус из вязкотвердого материала и уплотнительный элемент из обладающего эластичностью резины материала, которые цельно соединены друг с другом, при этом уплотнительный элемент имеет уплотнительную кромку, подвергающуюся воздействию уплотняемой среды в уплотняемом пространстве.
Уплотнительная система включает в себя такое фланцевое уплотнение и два фланца, при этом фланцевое уплотнение, уплотняя в осевом направлении, расположено между фланцами.
Уровень техники
Такое фланцевое уплотнение и такая уплотнительная система известны соответственно из DIN 32676.
Уплотнительная система включает в себя два расположенных коаксиально и в осевом направлении рядом друг с другом фланца, которые с уплотнением соединены друг с другом через фланцевое уплотнение, зажатое в осевом направлении.
Фланцы и фланцевое уплотнение вместе образуют трубчатый канал, по которому может протекать уплотняемая среда.
Фланцы на своих обращенных друг к другу сторонах имеют по пазу, причем в этих пазах, уплотняя, расположены утолщения уплотнительного элемента фланцевого уплотнения.
Фланцевое уплотнение имеет радиально изнутри уплотнительную кромку, внутренний диаметр которой соответствует диаметру трубчатого канала.
Из EP 2 334 959 B1 известно фланцевое уплотнение для уплотнения гигиенической трубы.
Фланцевое уплотнение включает в себя кольцевой опорный корпус, имеющий внутренний периметр и наружный периметр, а также две торцевые стороны, которые по меньшей мере частично покрыты эластомерным материалом уплотнительного элемента. Не покрыты только расположенные с торца на обеих сторонах осевые концевые упоры, которые являются каждый составной частью опорного корпуса. Опорный корпус имеет внутренний диаметр, который минимально больше, чем внутренний диаметр фланцев, при этом опорный корпус, если смотреть в поперечном сечении уплотнительной системы, по внутреннему периметру по существу U-образно охвачен обладающим эластичностью резины материалом уплотнительного элемента. В смонтированном состоянии фланцевого уплотнения оно имеет внутренний диаметр, который соответствует внутреннему диаметру фланцев.
В описанном выше уровне техники термическое расширение и/или разбухание приводило бы к тому, что обладающий эластичностью резины материал, из которого состоит уплотнительный элемент, расширялся/разбухал бы радиально внутрь, собственно в радиальном направлении и в такой степени, что уплотнительный элемент своей уплотнительной кромкой вдавался бы радиально внутрь в полость, которая ограничена фланцами. Из-за этого проточное поперечное сечение для уплотняемой среды нежелательно суживается фланцами, и могут возникать нежелательные завихрения уплотняемой среды.
Кроме того, недостаток заключается в том, что уплотнительная кромка, например, при чистке фланцев может срезаться, из-за этого может происходить высвобождение механических частиц, и уплотнительная кромка, из-за такого повреждения, уже не осуществляет надежное уплотнение.
Изложение изобретения
В основе изобретения лежит задача, предложить фланцевое уплотнение и уплотнительную систему, имеющую фланцевое уплотнение, у которых внутренний диаметр фланцевого уплотнения, в частности диаметр уплотнительной кромки, при всех эксплуатационных условиях лишь очень ненамного меньше, если вообще меньше, чем внутренний диаметр уплотняемых фланцев.
Эта задача в соответствии с изобретением решается с помощью п.1 формулы изобретения и уплотнительной системы по п.12 формулы изобретения. На предпочтительные варианты осуществления фланцевого уплотнения ссылаются пункты формулы изобретения, непосредственно или опосредствованно ссылающиеся на п.1 формулы изобретения.
Для решения задачи предусмотрено, что уплотнительный элемент в области уплотнительной кромки в изготовленном состоянии имеет полости, которые во время применения фланцевого уплотнения по назначению обладают возможностью изменения объема.
Во время применения по назначению фланцевое уплотнение обычно подвержено действию различных температур и попадает в контакт с различными уплотняемыми средами. Воздействие различных температур и/или различных уплотняемых сред во время применения фланцевого управления по назначению может приводить к термическому расширению уплотнительного элемента и/или к разбуханию материала, из которого состоит уплотнительный элемент.
Во избежание названных недостатков предусмотрены полости в области уплотнительной кромки, которые во время применения фланцевого уплотнения по назначению обладают возможностью изменения объема.
Обычно при изготовлении резиновых деталей очень тщательно следят за тем, чтобы они не имели никаких, обычно отрицательно влияющих полостей.
В соответствии с изобретением было констатировано, что в случае фланцевых уплотнений обладающие возможностью изменения объема полости приводят, однако, к предпочтительным потребительским свойствам фланцевого уплотнения, потому что этими полостями компенсируются термические расширения обладающего эластичностью резины материала уплотнительного элемента и/или разбухания этого материала. Эта компенсация осуществляется таким образом, что расширенный/разбухший материал помещается в полости, и при этом внутренний диаметр уплотнительного элемента, в частности внутренний диаметр уплотнительной кромки, всегда остается фактически постоянным и практически не вдается во внутренний диаметр фланцев.
Фланцы и фланцевые уплотнения в «гигиеническом производстве», то есть в области пищевых продуктов или фармации, особенно часто чистятся, при этом чистка арматуры, в которой находит применение фланцевое уплотнение, проводится при температурах примерно 130°C-160°C. В качестве чистящих средств часто находят применение химически агрессивные чистящие средства, которые могут приводить к нежелательному и технически не исключаемому разбуханию обладающего эластичностью резины материала уплотнительного элемента.
Благодаря тому, что обусловленное температурой расширение и/или разбухание, например, из-за химически агрессивных чистящих средств, компенсируется полостями, уплотнительная система может без затруднений механически чиститься щетками или так называемыми ершиками без повреждения уплотнительного элемента, например, без срезания уплотнительной кромки на примыкающих в осевом направлении ограничительных кромках фланцев.
Под «в области уплотнительной кромки» в смысле изобретения понимается область, которая может предпочтительно влиять на потребительские свойства фланцевого уплотнения в вышеописанных условиях. Обладающий эластичностью резины материал в области уплотнительной кромки в вышеописанных условиях убирается в полости.
По одному из предпочтительных вариантов осуществления предусмотрено, что полости выполнены замкнутыми. При этом предпочтительно, что эти полости герметично закрыты снаружи и по этой причине, например, не загрязняются уплотняемой средой и поэтому не подвергаются влиянию, ухудшающему их потребительские свойства. Фланцевое уплотнение обладает, следовательно, неизменно хорошими потребительскими свойствами в течение всего срока эксплуатации.
Как указано выше, полости выполнены в виде полостей для компенсации объема для помещения обладающего эластичностью резины материала уплотнительного элемента во время применения фланцевого уплотнения по назначению при термическом расширении и/или разбухании обладающего эластичностью резины материала.
Дополнительно к указанным вышеописанным полостям в области уплотнительной кромки в уплотнительном элементе могут быть расположены другие полости. Эти другие полости служат для того, чтобы обладающий эластичностью резины материал, из которого состоит уплотнительный элемент, мог расширяться фактически гомогенно во всем фланцевом уплотнении и, таким образом, в обладающем эластичностью резины материале не возникали нежелательные внутренние напряжения.
Для этого может быть предпочтительно предусмотрено, чтобы указанные полости и другие полости были расположены в уплотнительном элементе, будучи распределены по существу равномерно.
Уплотнительная кромка, если смотреть в направлении течения уплотняемой среды в уплотняемом пространстве, может быть выполнена вогнутой. Если полости уже заполнены вследствие обусловленного температурой расширения и/или разбухания обладающего эластичностью резины материала, уплотнительная кромка, сначала еще вогнуто выполненная при изготовлении, может еще выпукло расширяться в соответствующем направлении до тех пор, пока уплотнительная кромка не будет заканчиваться заподлицо с внутренним диаметром фланцев.
Уплотнительный элемент может состоять из материала EPDM (ЭПДМ, этилен-пропилен-диеновый мономер). При этом предпочтительно, чтобы такой материал был особенно экономичен и прост в переработке. В качестве материалов могут, например, применяться FKM (ФК, фторкаучук), VMQ (силиконовый каучук), NBR (бутадиен-нитрильный каучук), ACM (полиакриловый каучук).
Без применения предлагаемых изобретением полостей такой материал ЭПДМ был бы практически непригоден для фланцевых уплотнений. Такой материал реагирует на различные температуры и/или различные уплотняемые среды большими изменениями своего расширения и/или иногда значительным разбуханием. Только благодаря тому, что материал может убираться в полости, он обладает достаточной эксплуатационной долговечностью и достаточно хорошими потребительскими свойствами для уплотнения фланцев.
Опорный корпус может с торца на обеих сторонах иметь концевые упоры для ограничения зажимных сил, действующих на фланцевое уплотнение, при этом опорный корпус, за исключением концевых упоров, по существу охвачен обладающим эластичностью резины материалом уплотнительного элемента. Фланцевое уплотнение по время его монтажа сжимается в осевом направлении до тех пор, пока осевые концевые упоры не будут, непосредственно прилегая, касаться фланцев. При этом предпочтительно, что благодаря ограничению зажимных сил обладающий эластичностью резины материал уплотнительного элемента не подвергается нежелательно высоким механическим нагрузкам. То есть концевые упоры имеют функцию ограничения зажимной силы.
Опорный корпус и уплотнительный элемент предпочтительно соединены друг с другом посредством материала и/или с геометрическим замыканием. Это может осуществляться либо посредством химической связи, либо достаточно хорошего когтевого зацепления. Именно в отношении хорошего соединения с геометрическим замыканием целесообразно, чтобы обладающий эластичностью резины материал уплотнительного элемента почти полностью охватывал опорный корпус, как описано выше.
Опорный корпус, если смотреть в его окружном направлении, может быть выполнен волнистым или в виде бус. Выполненные таким образом опорные корпуса имеют то преимущество, что они в целом занимают во фланцевом уплотнении только сравнительно небольшой объем, и поэтому еще имеется в распоряжении достаточный объем для компенсации теплового расширения и/или разбухания обладающего эластичностью резины материала уплотнительного элемента.
В случае применения опорного корпуса в виде бус бусины, если смотреть в поперечном сечении, могут быть выполнены круглыми или трапецеидальными. При круглых в поперечном сечении бусинах предпочтительно, чтобы при по мере увеличения сжатия также постоянно увеличивалась площадь прилегания уплощаемых в этом случае бусин. Кроме того, шарообразная форма бусин обладает очень высокой устойчивостью и позволяет равномерно отводить вводимые силы во всех направлениях.
При трапецеидальных, если смотреть в поперечном сечении, бусинах предпочтительно, чтобы вводимые силы отводились только в сторону. Благодаря трапецеидальной форме получается увеличенная область контакта, так что возможно восприятие более высоких сил. Кроме того, трапецеидальная форма, по сравнению с шарообразной формой, проще и поэтому экономичнее в изготовлении.
Фланцевое уплотнение предпочтительно ограничено по наружному периметру покрытым оболочкой обладающего эластичностью резины материала опорным корпусом. Благодаря расположению опорного корпуса только в радиально наружной области фланцевого уплотнения уплотнительный элемент может особенно хорошо адаптироваться к соответствующим условиям данного случая применения. Благодаря этому улучшается взаимодействие эластомерного материала и опорного корпуса.
Радиально изнутри эластомер может беспрепятственно осуществлять уплотнение, радиально снаружи может хорошо действовать опорный корпус и предохраняет эластомер от слишком сильных сил.
Кроме того, предпочтительно чтобы термическая нагрузка радиально снаружи была ниже, и тем самым улучшалось опорное действие.
Уплотнительная система включает в себя фланцевое уплотнение, которое описано выше, и два фланца, при этом фланцевое уплотнение, уплотняя в осевом направлении, расположено между фланцами, и при этом фланцы, непосредственно прилегая, касаются концевых упоров.
Краткое описание чертежа
Предлагаемое изобретением фланцевое уплотнение и предлагаемая изобретением уплотнительная система, которая включает в себя предлагаемое изобретением фланцевое уплотнение, показаны в схематичных изображениях на фиг.1-13 и описываются подробнее ниже.
На фиг.1-13 в схематичном изображении соответственно показано:
фиг.1: один из примеров осуществления предлагаемого изобретением фланцевого уплотнения;
фиг.2: уплотнительная система, которая включает в себя фланцевое уплотнение с фиг.1;
фиг.3: уплотнительная система с фиг.2, рассеченная в другом месте;
фиг.4: два различных примера осуществления полостей, причем на фиг.4.1.1 и 4.2.1 показаны полости в изготовленном состоянии, а на фиг.4.1.2 и 4.2.2 в смонтированном состоянии при температуре помещения и без воздействия агрессивной средой, а
на фиг.4.1.3 и 4.2.3 при максимальной нагрузке, то есть при воздействии высокими температурами и агрессивной уплотняемой средой;
фиг.5: вид в перспективе фланцевого уплотнения с фиг.1;
фиг.6: опорный корпус с фиг.5 на виде в перспективе;
фиг.7: второй пример осуществления опорного корпуса, аналогичного опорному корпусу с фиг.5;
фиг.8: опорный корпус, который выполнен в виде бус;
фиг.9: другой пример осуществления опорного корпуса, имеющего трапецеидальные бусины;
фиг.10: один из примеров осуществления предлагаемого изобретением фланцевого уплотнения в виде фланцевого (плоского?) уплотнения;
фиг.11: пример осуществления с фиг.3 при температуре помещения;
фиг.12: пример осуществления с фиг.3 при 80°C;
фиг.13: пример осуществления с фиг.3 при 160°C.
Осуществление изобретения
На фиг.1 показан один из примеров осуществления фланцевого уплотнения, которое включает в себя опорный корпус 1 из вязкотвердого материала. Уплотнительный элемент 2 состоит из обладающего эластичностью резины материала и цельно соединен с опорным корпусом 1.
Радиально изнутри уплотнительный элемент 2 имеет уплотнительную кромку 5, которая может подвергаться воздействию уплотняемой среды 3 в уплотняемом пространстве 4.
Для изобретения существенно, что уплотнительный элемент 2 в области уплотнительной кромки 5 в изготовленном состоянии, как здесь изображено, имеет полости 6, которые обладают возможностью изменения объема во время применения фланцевого уплотнения по назначению.
В этой связи уже сейчас ссылаемся на фиг.4, на которой показаны полости 6, обладающие возможностью изменения объема.
В показанном здесь примере осуществления полости 6 выполнены замкнутыми, дополнительно к канавкам 19, 20, которые могут называться открытыми полостями и расположены в осевом направлении 18 с торца с обеих сторон уплотнительного элемента 2. Показанные здесь полости 6 выполнены в виде полостей для компенсации объема и предусмотрены для помещения обладающего эластичностью резины материала уплотнительного элемента 2 во время применения фланцевого уплотнения по назначению при термическом расширении и/или разбухании обладающего эластичностью резины материала. Наряду с указанными вышеописанными полостями 6, предусмотрены другие полости 7, которые расположены, будучи по существу равномерно распределены в уплотнительном элементе 2. Благодаря этому устраняются пики напряжения внутри эластомерного материала уплотнительного элемента 2.
Уплотнительная кромка 5, если смотреть в направлении 8 течения уплотняемой среды 3 в уплотняемом пространстве 4, выполнена вогнутой.
Опорный корпус 1 имеет с торца с обеих сторон осевые концевые упоры 9, 10 для ограничения действующих на фланцевое уплотнение зажимных сил 11, при этом опорный корпус 1, за исключением концевых упоров 9, 10, полностью охвачен обладающим эластичностью резины материалом уплотнительного элемента. Показанный здесь опорный корпус 1 и уплотнительный элемент 2 соединены друг с другом посредством материала и с геометрическим замыканием, и опорный корпус 1, если смотреть в его окружном направлении 12, выполнен волнистым 13.
Уплотнительный элемент 2 имеет радиально снаружи в области опорного корпуса 1 с торца с обеих сторон выпуклости 26, 27, в каждой из которых расположено по предпочтительно проходящей в окружном направлении фланцевого уплотнения канавке 22, 23. При осевом сжатии фланцевого уплотнения вытесняемый эластомерный материал уплотнительного элемента 2 может отступать в эти канавки 22, 23. Благодаря этому поддерживается функция указанных полостей 6 и/или других полостей 7.
На фиг.2 показано фланцевое уплотнение с фиг.1, встроенное в уплотнительную систему. Фланцевое уплотнение в осевом направлении расположено, уплотняя, между двумя фланцами 16, 17, при этом концевые упоры 9, 10 опорного корпуса 1 касаются, прилегая, двух фланцев 16, 17. Сечение проходит по линии A-A с фиг.5.
На фиг.3 показана уплотнительная система с фиг.2, однако рассеченная в другом месте. Сечение проходит по линии B-B с фиг.5. Здесь можно видеть, что опорный корпус 1 в этом месте полностью охвачен обладающим эластичностью резины материалом уплотнительного элемента.
На фиг.2 и 3 предусмотрен зажим 21 для фланцев 16, 17, который удерживает их вместе в осевом направлении. Фланцы 16, 17 включают в себя пазы 24, 25, в которые помещены утолщения 26, 27 во время применения уплотнительной системы по назначению.
На фиг.4 показаны различные состояния нагрузки уплотнительного элемента 2 в области уплотнительной кромки 5.
На фиг.4.1.1 и 4.2.1 показаны полости 6 в изготовленном состоянии.
На фиг.4.1.1 показана одна сравнительно большая полость, на фиг.4.2.1, в отличие от этого, пять полостей меньшего размера.
На фиг.4.1.2 и 4.2.2 показан обладающий эластичностью резины материал уплотнительного элемента 2 фланцевого уплотнения в смонтированном состоянии. Часть вытесняемого материала уже отступила в теперь уже меньшие полости 6.
Максимально нагруженное состояние уплотнительного элемента 2 в области уплотнительной кромки 5 показано на фиг.4.1.3 и 4.2.3. Большая часть материала отступила в полости 6, 7, так что полости 6, 7 теперь уже почти полностью заполнены материалом, вытесненным под действием температуры или разбухшим под действием среды.
Важно, что при воздействии температуры и/или разбухании обладающий эластичностью резины материал уплотнительного элемента 2 смещается в полости 6, 7, так что уплотнительный элемент, в частности в области уплотнительной кромки 5, во всех состояниях нагрузки сохраняет по существу одну и ту же форму. Нежелательного экструдирования материала из уплотнительного зазора между двумя фланцами 16, 17 в трубчатое поперечное сечение, которое ограничено фланцами 16, 17, не происходит.
На фиг.5 показано фланцевое уплотнение с фиг.1 на виде в перспективе, при этом для лучшей наглядности часть опорного корпуса 1 обнажена.
На фиг.6 опорный корпус 1 с фиг.5 показан в виде отдельной детали. Опорный корпус 1, если смотреть в окружном направлении 12, выполнен волнистым 13.
На фиг.7 показано фланцевое уплотнение, аналогичное фланцевому уплотнению с фиг.5. Единственное отличие заключается в том, что опорный корпус 1 выполнен иначе. Опорный корпус 1, если смотреть в окружном направлении 12, выполнен в виде бус 14, при этом бусины 15 опорного корпуса 1, 14 в виде бус, если смотреть в поперечном сечении, выполнены круглыми. Бусины 15 имеют уплощенные концевые упоры 9, 10.
На фиг.9 показан другой опорный корпус, при этом опорный корпус с фиг.9 имеет трапецеидально выполненные бусины 15. Эта форма позволяет воспринимать очень высокие зажимные силы 11.
На фиг.10 показано фланцевое уплотнение, аналогичное фланцевому уплотнению с фиг.5, при этом показанное на фиг.10 фланцевое уплотнение выполнено в виде плоского уплотнения. Плоское уплотнение, в противоположность фланцевому уплотнению с фиг.1, не имеет выпуклостей, а применяющиеся фланцы соответственно не имеют пазов, которые показаны на фиг.2 и 3.
На фиг.11-13 показана уплотнительная система с фиг.2 и 3 в различных эксплуатационных состояниях.
На фиг.11 можно видеть уплотнительную систему при температуре помещения, на фиг.12 при 80°C, а на фиг.13 при 160°C. Хорошо видно, что воздействия различных температур и/или воздействие на обладающий эластичностью резины материал уплотнительного элемента 2 агрессивными средами 3 почти не имеют влияния на конфигурацию уплотнительной кромки 5 уплотнительного элемента 2, потому что расширившийся и/или разбухший обладающий эластичностью резины материал уплотнительного элемента убирается в полости 6, 7.