САЛЬНИКОВОЕ УПЛОТНЕНИЕ ПОДВИЖНОГО РАЗЪЕМНОГО СОЕДИНЕНИЯ

Полезная модель относится к уплотнительной технике и может быть использовано для герметизации сальниковых камер арматуры, насосов, мешалок, безфланцевого соединения корпус-крышка типа «плавающая крышка» энергетической арматуры, работающих в условиях высоких температур и давлений.
Эксплуатационные качества уплотнительного узла во многом определяют надежность работы оборудования в целом. При работе уплотнительных узлов остро стоит проблема удержания в сальниковой камере мягких уплотнений, в том числе набивок, особенно таких, как фторопластовые или плетеные из нитей терморасширенного графита (ТРГ) сальниковые набивки, витые прессованные кольца ТРГ, которые подвержены экструдированию в зазор между нажимными элементами и стенкой сальниковой камеры или штоком. Существует ряд конструкций, направленных на решение этой проблемы.
Так, известно сальниковое уплотнение, содержащее установленные в корпусе втулку и уплотнительные элементы в виде нажимного и опорного колец с размещенными между ними набивкой из терморасширенного графита, герметично охватывающих уплотняемую поверхность, при этом одно из колец выполнено в виде слоистого кольца с чередующими дисками из расширенного графита и металлической фольги, например, из аустенитной хромоникелевой стали [патент №1720503 РФ, МПК F16J 15/18, 1992]. Такая конструкция сальникового пакета позволяет прекрасно удерживать уплотнительные кольца от выдавливания в зазор при высоких давлениях.
К числу недостатков известного устройства следует отнести необходимость увеличения количества слоев графитовой и нержавеющей фольги в нажимном и опорном кольцах при увеличении зазора и давления, что усложняет и, как следствие, удорожает процесс изготовления, а также повышенный износ подвижного элемента в контакте с острыми кромками тонких металлических дисков, особенно при вращательном движении.
Известно сальниковое уплотнение, выполненное в виде металлических колец из нержавеющей стали, имеющих в поперечном сечении криволинейный желобчатый профиль, и размещенных между ними колец из эластичного наполнителя, в качестве которого может быть использован асбест, графит или их смесь. При установке и затяжке такого уплотнения в сальниковой камере под усилием нажима металлические кольца стремятся принять плоскую форму. При этом их края плотно прижимаются эластичным материалом к стенкам сальниковой камеры и подвижному элементу, что противодействует износу и удалению из сальникового узла эластичного наполнителя [патент на ПМ №14990 РФ, МПК F16J 15/32, 2000].
Недостатком данного уплотнения является повышенное сопротивление движению подвижного элемента и его износ, вследствие врезания торцевых поверхностей профилированного металлического кольца в поверхность указанного подвижного элемента. Кроме этого, при увеличении давления обжатия и поступательном движении подвижного элемента в направлении загиба профиля, велика вероятность затягивания краев металлического кольца в зазоры и заклинивания подвижного элемента.
Известно также сальниковое уплотнение, содержащее пакет чередующихся U-образных слоев металла и наполнителя, на рабочей поверхности которого выполнено дополнительное уплотнение в виде упругодеформируемого покрытия [патент №2127458 РФ, МПК F16J 15/00, 1999]. За счет такого покрытия исключается дополнительное поджатие пакета, в результате чего предотвращаются проскоки уплотняемой среды и налипание наполнителя на поверхность технологического канала, что повышает надежность работы уплотнения.
Однако, данное решение не обеспечивает дополнительного технического результата по сравнению с предыдущей конструкцией, при этом более дорого из-за нанесения покрытия.
Известно сальниковое уплотнение, размещенное в расточке корпуса и охватывающее втулку, установленную на валу насоса, которое содержит замыкающее кольцо, выполненное из плетеной набивки из нитей терморасширенного графита и экспонированного фторопласта, по меньшей мере, два теплоотводящих кольца, выполненных из чередующихся слоев терморасширенного графита и металлической фольги, расположенных перпендикулярно оси кольца, и уплотнительное кольцо, расположенное между теплоотводящими кольцами и выполненное из слоев терморасширенного графита, расположенных параллельно оси кольца [патент №2290556 РФ, МПК F16J 15/18, 2006].
Недостатком устройства является низкая надежность при повышенных давлениях, т.к. сальниковые набивки, используемые в качестве замыкающих элементов неспособны сопротивляться выдавливанию в зазор.
3
Известно так же уплотнение неподвижного фланцевого разъема, содержащее кольцевую прокладку, выполненную из расширенного графита с плотностью 1,1-2,0 г/см, оснащенную защитными металлическими кольцами, каждое из которых имеет в поперечном сечении форму угла и размещено на углу прокладки с охватом ее боковой цилиндрической и торцевой поверхностей. Защитные кольца располагаются со стороны разъема [патент №2601108 Франции, МПК F16J 5/12, F16L 23/00, 1988].
3
Наиболее близким к заявляемому является подвижное сальниковое уплотнение, предназначенное для безфланцевого соединения корпуса и крышки арматуры и состоящее из колец ТРГ, причем верхнее кольцо со стороны разъема имеет одну защитную кольцевую накладку (обтюратор) тарельчатого типа, или две защитных накладки в виде кольца уголкового профиля [см. Руководящий документ РАО «ЕЭС РОССИИ» РД 153-34.1-39.605-2002 «Общие требования и указания по применению уплотнений из терморасширенного графита в арматуре ТЭС», п.5.2, рис. 5.7]. Для лучшей передачи усилия сжатия сальника в боковое давление уплотнительные кольца выполнены путем прессования до плотности 1,6-1,8 г/см свернутой в рулон ленты ТРГ. Таким образом, слои графита располагаются параллельно оси нагружения как при изготовлении, так и при эксплуатации.
По функциональному назначению в данных уплотнениях можно выделить несколько зон: одну или две зоны замыкающие, расположенные по краям уплотнения и предназначенные в первую очередь для предотвращения выдавливания мягкого уплотнителя в зазоры, и зону уплотнения, выполняющую функцию герметизации разъема.
Предотвращение выдавливания (экструдирования) мягкого уплотнения в зазоры разъема в выбранном прототипе и вышеуказанном аналоге решается с помощью защитных кольцевых накладок.
Как правило, защитные кольцевые накладки изготавливаются из нержавеющей фольги толщиной до 0,3 мм. Указанная, достаточно небольшая толщина металла обусловлена необходимостью расширения защитных накладок по наружному диаметру и сжатию по внутреннему для плотного прижатия к стенкам посадочного места за счет боковых усилий, развиваемых уплотнением при его сжатии. При зазорах, не превышающих двух толщин защитного кольца, (т.е. не больше 0,6 мм), такая преграда от экструдирования уплотнения весьма эффективна, однако при увеличении зазора велика вероятность выдавливания материала уплотнения в зазор вместе с защитным кольцом, что может привести к заклиниванию подвижного элемента и/или разгерметизации соединения. Увеличение толщины металла защитных накладок приведет к увеличению их жесткости и невозможности плотного прилегания к стенкам посадочного места и, как следствие, выдавливанию мягкого уплотнения в образовавшиеся зазоры между стенкой и защитными накладками.
Задачей настоящей полезной ммодели является увеличение надежности уплотнения подвижного разъемного соединения при наличии больших зазоров с одновременным снижением его стоимости.
Указанный технический результат достигается тем, что уплотнение выполнено в виде комплекта колец из уплотнительного материала, предпочтительно из терморасширенного графита и содержит уплотнительные и замыкающие кольца.
Замыкающие кольца выполнены в виде плоской прокладки, которая, согласно изобретению, снабжена защитными кольцевыми накладками, установленными с охватом внутренней и внешней цилиндрической поверхностей замыкающего кольца и выполнены с U-образным или П-образным профиль.
Для увеличения жесткости и способности сопротивляться выдавливанию в зазоры больших размеров замыкающее кольцо может быть снабжено двумя-тремя рядами защитных металлических накладок, одетых друг на друга по спирали. Причем витки металлической накладки либо совсем не скрепляются между собой и удерживаются на прокладке за счет упругих свойств материала накладки, либо, для увеличения монтажной прочности, закрепляется точечной сваркой только наружный виток металлической накладки. Такая конструкция при обжатии уплотнения не препятствует расширению - сжатию замыкающих колец (при большом изменении диаметральных размеров точечная сварка отрывается) и обеспечивает плотное прилегание металлической накладки к стенкам сальниковой камеры.
3
3
Поскольку замыкающее кольцо не несет функцию уплотнения и от него не требуется передача существенного бокового давления, в качестве материала для изготовления замыкающих колец может быть использован листовой терморасширенный графит с плотностью 0.5-1,5 г/см, способный при сжатии увеличивать плотность до 1,5-2,1 г/см. Слои графита при этом располагаются перпендикулярно оси нагружения, что придает дополнительную прочность на сжатие замыкающему кольцу.
Замыкающие кольца, окантованные кольцевыми металлическими накладками (обтюраторами) с обтекаемым профилем, могут быть расположены либо только по краям комплекта, либо по краям и чередуясь в любой последовательности с уплотнительными кольцами.
Кольцевые металлические накладки могут быть выполнены из нержавеющей фольги толщиной 0,1-0,3 мм.
Исполнение металлических накладок U-образного или П-образного профиля существенно увеличивает способность замыкающего кольца препятствовать выдавливанию в зазор, поскольку лежащее сверху уплотнительное кольцо, нажимное кольцо или грундбукса защемляет верхнюю часть металлической накладки, препятствуя ее сползанию в зазор, а находящийся внутри профиля металлической накладки графит препятствует ее смятию. Таким образом сохраняется жесткая в осевом направлении пространственная форма накладки. Накладка такой конструкции способна сопротивляться выдавливанию в зазоры до 1,5 мм, и имеет возможность упруго расширяться-сжиматься в радиальном направлении и плотно примыкать к стенкам сальниковой камеры, штоку арматуры, валу насоса. Отсутствие контакта острых кромок с поверхностями сальниковой камеры и подвижного элемента исключает возможность воткнуться в стенки и заклинить сальник.
Предлагаемое уплотнение может применяться для сальниковых соединений, в том числе для герметизации безфланцевого соединения корпуса и крышки арматуры высокого давления.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 и 2 приведены варианты уплотнения разных типов сальниковых камер, на фиг. 3 представлено замыкающее кольцо с тремя рядами металлических накладок; на фиг. 4 - металлическая накладка с U-образным профилем; на фиг.5 - металлическая накладка с П-образным профилем
Уплотнительный узел включает корпус 1, шток (шпиндель, вал) 2, нажимную грундбуксу 3, обеспечивающую сжатие сальникового уплотнения (фиг.1). Для безфланцевого соединения корпуса и крышки арматуры грундбукса не предусмотрена, т.к. сальниковое уплотнение поджимается внутренним давлением среды Р, действующим на нижнюю часть «плавающей крышки» 4 (фиг.2). В корпусе 1 выполнена расточка, образующая сальниковую камеру, в которой установлены уплотнительные кольца 5 и замыкающие кольца 6, располагающиеся по краям уплотнительного комплекта (фиг.1), а также, по необходимости, между уплотнительными кольцами 5 (фиг.2).
Уплотнительные кольца 5 могут быть любой известной конструкции, в частности они могут быть сформированы:
- из графитовой ленты, свернутой в рулон и спрессованной вдоль оси свертывания;
- спрессованных плоских графитовых заготовок в виде шайб, вырубленных из листового материала;
- плетеного шнура из нити ТРГ, либо других волокнистых безасбестовых материалов;
- из фторопласта, в том числе и экспонированного;
- других уплотнительных материалов на основе графита, асбеста, резины, полимеров.
3
3
Замыкающее кольцо 6 выполнено в виде прокладки из листового терморасширенного графита 7, окантованной кольцевыми защитными накладками 8, выполненными, например, из нержавеющей фольги толщиной 0,1-0,3 мм. Для изготовления замыкающих колец 6 используют терморасширенный графит 7, имеющий плотность 0,5-1,5 г/см, которая при сжатии увеличивается до 1,5-2,1 г/см, что во время эксплуатации не дает защитным накладкам 8 сложиться и потерять пространственную форму. Защитные накладки 8 могут окантовывать замыкающее кольцо 6 со стороны внутренней и внешней боковых цилиндрических поверхностей. Накладки 8 выполнены в форме кольца с обтекаемым профилем, имеющим в поперечном сечении U-образную (фиг. 4) или П-образную (фиг.5) форму. При наличии большого зазора и (или) большого давления может быть установлено два или три ряда металлических накладок 8 (фиг.3), что обеспечивает дополнительную жесткость конструкции.
Уплотнение монтируется следующим образом, сначала устанавливается замыкающее кольцо 6, затем необходимое количество уплотнительных колец 5, чередующихся при необходимости (большие давления, большие хода штока, абразивная среда и т.д.) с замыкающими кольцами 6 и последним устанавливается замыкающее кольцо 6.
Применение заявленного сальникового уплотнения обеспечивает надежную безремонтную эксплуатацию уплотнительного узла в течение длительного времени без выдавливания и выноса уплотнительного материала при наличии зазоров 1,5 мм и более.