УПЛОТНИТЕЛЬНОЕ МЕТАЛЛИЧЕСКОЕ КОЛЬЦО И РАЗЪЕМНОЕ ФЛАНЦЕВОЕ УПЛОТНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО (ВАРИАНТЫ)

Уплотнительное металлическое кольцо и разъемное фланцевое уплотнительное устройство (варианты).
Предлагаемая полезная модель относится к уплотнительным устройствам для неподвижных фланцевых торцевых соединений и может быть использована в пневмосистемах для стыковки воздуховодов в различных областях техники, в том числе авиационной, работающих как в нормальных условиях, так и в условиях высоких температур.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является торцевое уплотнение неподвижных соединений для передачи газовых сред с внутренним избыточным давлением с помощью металлического кольца («Уплотнительные устройства», Г.В.Макаров, Ленинград, «Машиностроение», 1973, стр.206). Кольцо выполнено точеным и имеет в сечении U-образный профиль, в котором либо обе стенки параллельны, либо обе отклонены наружу. Разъемное фланцевое уплотнительное устройство при этом содержит два фланца, их взаимно поджимающие элементы и установленное между фланцами точеное уплотнительное металлическое кольцо, имеющее в поперечном сечении U-образный профиль. Уплотнение стыка происходит в результате прижатия кромок кольца уплотняемыми поверхностями за счет напряжений в кольце, возникающих при затяжке стыка и за счет воздействия внутреннего избыточного давления среды.
Общими существенными признаками прототипа - уплотнительного металлического кольца, совпадающими с существенными признаками предлагаемого устройства являются следующие - уплотнительное металлическое кольцо имеет в поперечном сечении U-образный профиль.
Общими существенными признаками прототипа - разъемного фланцевого уплотнительного устройства, совпадающими с существенными признаками предлагаемого устройства по всем трем вариантам исполнения являются следующие - разъемное фланцевое уплотнительное устройство содержит два фланца, их взаимно поджимающие элементы и установленное между фланцами уплотнительное металлическое кольцо, имеющее в поперечном сечении U-образный профиль.
Особенностью известного уплотнения - прототипа является то, что для его применения требуется обеспечение очень малых угловых отклонений стыкуемых поверхностей, обеспечение фиксированного осевого зазора между ними, невозможность компенсации температурных линейных расширений в соединении, сложность изготовления, особенно для соединений большого диаметра.
Предлагаемой полезной моделью решается техническая задача обеспечения герметичности фланцевых торцевых соединений с компенсацией угловых, радиальных и осевых смещений стыкуемых поверхностей соединения, обеспечение компенсации температурных линейных расширений в соединении, упрощение технологии изготовления.
Для решения данной технической задачи уплотнительное металлическое кольцо выполнено из пружинистого листового металла и имеет в поперечном сечении U-образный профиль с одной наклоненной наружу стенкой, при этом ненаклоненная стенка профиля по всему кольцу выполнена сплошной, а остальная часть профиля (т.е. вторая стенка и радиальная часть) по всему кольцу имеет вырезы по поперечному сечению, образующие на кольце отогнутые лепестки.
Такое уплотнительное металлическое кольцо может применяться в соединениях различной конфигурации, три основных вида которых описывают варианты предлагаемого разъемного фланцевого уплотнительного устройства.
Так по первому варианту разъемное фланцевое уплотнительное устройство содержит первый фланец с внутренним уширением, второй фланец с заходной частью и буртиком, их взаимно поджимающие элементы и прокладку в виде выше описанного уплотнительного металлического кольца, при этом U-образный профиль обращен вершиной наружу, сплошной стенкой перекрывает зазор по стыку фланцев, упираясь внешней средней ее частью в торец первого фланца и опираясь кромкой стенки на заходную часть второго фланца, кромки отогнутых лепестков профиля при этом упираются в буртик второго фланца.
По второму варианту разъемное фланцевое уплотнительное устройство содержит первый фланец с внутренним уширением, второй фланец с заходной частью, их взаимно поджимающие элементы и прокладку в виде выше описанного уплотнительного металлического кольца, при этом U-образный профиль обращен вершиной внутрь, сплошной стенкой перекрывает зазор по стыку фланцев, упираясь внешней средней ее частью в торец второго фланца и опираясь кромкой стенки на заходную часть первого фланца, кромки отогнутых лепестков профиля при этом упираются в выступ первого фланца. Дополнительно при применении уплотнения в соединениях, работающих в условиях высоких температур для повышения степени герметичности за счет исключения радиального зазора заходная часть второго фланца, выполнена из металла с большим температурным коэффициентом линейного расширения, чем у металла, из которого выполнено уплотнительное металлическое кольцо.
По третьему варианту разъемное фланцевое уплотнительное устройство содержит два фланца, их взаимно поджимающие элементы и установленную между фланцами прокладку в виде двух выше описанных расположенных одно в другом с перекрытием вырезов между отогнутыми лепестками уплотнительных металлических колец (их вершины могут быть направлены или внутрь, или наружу), при этом наружное кольцо упирается внешней стороной сплошной стенки в торец одного фланца, а оба кольца кромками лепестков упираются в торец другого фланца; в пространстве между кромками лепестков внутреннего и наружного колец и торцом фланца установлено уплотнение. При этом для создания большей степени герметичности уплотнительные металлические кольца могут быть выполнены из листового металла различной толщины.
Отличительными признаками предлагаемого уплотнительного металлического кольца являются следующие:
- уплотнительное металлическое кольцо выполнено из пружинистого листового металла, одна из стенок U-образного профиля наклонена наружу, при этом не наклоненная стенка профиля по всему кольцу выполнена сплошной, а остальная часть профиля (т.е. вторая стенка и вершина) по всему кольцу имеет вырезы по поперечному сечению, образующие на кольце отогнутые лепестки;
Отличительными признаками предлагаемого разъемного фланцевого уплотнительного устройства являются следующие:
- по первому варианту - первый фланец выполнен с внутренним уширением, второй фланец выполнен с заходной частью и буртиком, прокладка выполнена в виде выше описанного уплотнительного металлического кольца, при этом U-образный профиль обращен вершиной наружу, сплошной стенкой перекрывает зазор по стыку фланцев, упираясь внешней средней ее частью в торец первого фланца и опираясь кромкой стенки на заходную часть второго фланца, кромки отогнутых лепестков профиля при этом упираются в буртик второго фланца;
- по второму варианту - первый фланец выполнен с внутренним уширением, второй фланец с заходной частью, прокладка выполнена в виде выше описанного уплотнительного металлического кольца, при этом U-образный профиль обращен вершиной внутрь, сплошной стенкой перекрывает зазор по стыку фланцев, упираясь внешней средней ее частью в торец второго фланца и опираясь кромкой стенки на заходную часть первого фланца, кромки отогнутых лепестков профиля при этом упираются в выступ первого фланца. Дополнительно, заходная часть второго фланца, выполнена из металла с большим температурным коэффициентом линейного расширения, чем у металла, из которого выполнено уплотнительное металлическое пружинящее кольцо.
- по третьему варианту - прокладка выполнена в виде двух выше описанных расположенных одно в другом с перекрытием вырезов между отогнутыми лепестками уплотнительных металлических колец, при этом наружное кольцо упирается внешней стороной сплошной стенки в торец одного фланца, а оба кольца кромками лепестков упираются в торец другого фланца; в пространстве между кромками лепестков внутреннего и наружного колец и торцом фланца установлено уплотнение. Дополнительно, уплотнительные металлические кольца могут быть выполнены из листового металла различной толщины.
Благодаря наличию данных отличительных признаков в совокупности с известными достигается следующий результат - обеспечивается заданная степень герметичности фланцевых торцевых соединения с компенсацией угловых, радиальных и осевых смещений стыкуемых поверхностей соединения, обеспечивается также компенсация температурных линейных расширений в соединении, упрощение технологии изготовления.
Данное техническое решение может найти применение в качестве уплотнительного устройства, при стыковке воздуховодов с различными агрегатами или между собой, например в пневмозернопогрзчиках, при стыковке газотурбинных двигателей с воздухозаборными устройствами.
Полезная модель поясняется фиг.1-6.
На фиг.1 представлено уплотнительное металлическое кольцо по п.1 формулы в изометрии.
На фиг.2 представлено уплотнительное устройство по п.2 формулы, когда первый фланец выполнен с внутренним уширением, второй фланец выполнен с заходной частью и буртиком.
На фиг.3 представлено уплотнительное устройство по п.3 формулы, когда первый фланец выполнен с внутренним уширением, второй фланец выполнен с заходной частью.
На фиг.4 представлено уплотнительное устройство по п.2 формулы в рабочем состоянии, когда второй фланец имеет угловое и осевое смещение относительно первого фланца.
На фиг.5 представлено уплотнительное устройство по п.5 и п.6 формулы, когда уплотнение выполнено в виде двойного уплотнительного металлического кольца и расположено между торцами фланцев.
На фиг.6 представлено уплотнительное устройство по п.5 и п.6 формулы в рабочем состоянии, когда второй фланец имеет угловое и осевое смещение относительно первого фланца.
Изображенное на фиг.1 уплотнительное металлическое кольцо 1 состоит из сплошной стенки 2, вырезов 3 и отогнутых лепестков 4.
Изображенное на фиг.2 уплотнительное устройство состоит из первого фланца 5 с внутренним уширением 11, второго фланца 6 с заходной частью 12 и буртиком 13 и уплотнительного металлического кольца 1.
Изображенное на фиг.3 уплотнительное устройство состоит из первого фланца 5 с внутренним уширением 11, второго фланца 6 с заходной частью 12 и уплотнительного металлического кольца 1 с U-образным профилем, обращенным вершиной внутрь.
Изображенное на фиг.4 уплотнительное устройство показано в рабочем состоянии, когда второй фланец 6 имеет угловое и осевое смещение относительно первого фланца 5, отогнутые лепестки 4 уплотнительного металлического кольца 1 имеют разную степень поджатия по его периметру.
Изображенное на фиг.5 уплотнительное устройство состоит из двух торцевых фланцев 8 и 9, и установленную между ними прокладку в виде двух расположенных одно в другом с перекрытием вырезов 3 между отогнутыми лепестками 4 уплотнительных металлических колец 1 и 7, при этом наружное кольцо 1 упирается внешней стороной сплошной стенки 2 в торец одного фланца 8, а оба кольца 1 и 7 кромками лепестков 4 упираются в торец другого фланца 9. В пространстве между кромками лепестков 4 внутреннего и наружного колец 1 и 7 и торцом фланца 9 установлено уплотнение 10.
Изображенное на фиг.6 уплотнительное устройство показано в рабочем состоянии, когда второй фланец 9 имеет угловое и осевое смещение относительно первого фланца 8, отогнутые лепестки 4 уплотнительных металлических колец 1 и 7 имеют разную степень поджатия по их периметру.
Уплотнительное металлическое кольцо, изображенное на фиг.1…4 работает следующим образом:
Усилие прижатия сплошной части стенки 2 кольца 1 к первому фланцу 5 достигается за счет поджатия лепестков 4 буртиком 13 второго фланца 6, угловое смещение стыкуемых фланцев 5 и 6 компенсируется за счет наличия радиального минимально необходимого зазора между кромкой сплошной стенки 2 кольца 1 и заходной части 11 второго фланца 6 (от величины зазора также зависит величина углового смещения стыкуемых фланцев 5 и 6) и неравномерного поджатия лепестков 4 по периметру стыка, поджатием лепестков 4 также компенсируется осевое смещение стыкуемых фланцев 5 и 6. При необходимости при стыковке фланцев 5 и 6 предварительное прижатие сплошной стенки 2 кольца 1 к торцу первого фланца 5 обеспечивается специальным приспособлением, например разъемным кольцом, притягиваемым к первому фланцу 5.
В соединениях, работающих в условиях высоких температур, заходная часть 12 второго фланца 6, выполненная из металла с большим температурным коэффициентом линейного расширения, чем у металла, из которого выполнено уплотнительное металлическое кольцо 1, расширяясь, выбирает радиальный зазор между кромкой сплошной стенки 2 кольца 1 и заходной частью 12 второго фланца 6, чем обеспечивается высокая степень герметичности соединения.
-6
-6
Известны стали, например сталь марки 12Х18Н9Т и СН-2 или ЭИ904, имеющие существенно различные коэффициент термического линейного расширения (α=18,5 10 и α=12,7 10 соответственно). В зависимости от условий применения уплотнения, размеров уплотняемого соединения подбором материала кольца 1 и заходной части второго фланца 6 определяется необходимый радиальный зазор между кромкой сплошной стенки 2 кольца 1 и заходной частью 12 второго фланца 6.
В разъемном фланцевом уплотнительном устройстве, представленном на фиг.5 и 6 герметичность соединения обеспечивается за счет перекрытия вырезов 3 между лепестками наружного кольца 1 лепестками внутреннего кольца 7 и наличием уплотнения 10 между кромками внутреннего 7 и наружного 1 профилей и торцем фланца 9. Усилие прижима колец 1 и 7 и уплотнения 10 к торцам фланцев 8 и 9 складывается из усилия от поджатия лепестков 4 колец 1 и 7 и сил от внутреннего давления передаваемой среды. Для обеспечения плотного прилегания внутреннего кольца 7 к наружному кольцу 1, внутреннее кольцо 7 имеет толщину, меньшую, чем толщина наружного кольца 1. Угловое смещение стыкуемых фланцев 8 и 9 компенсируется за счет неравномерного поджатия лепестков 4 по периметру стыка, поджатием лепестков 4 также компенсируется осевое смещение стыкуемых фланцев 8 и 9.