Способ герметизации разъемного соединения криогенных трубопроводов

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК.(19) (Н) 1,. //: б

Э

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР /

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОГ1ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3428860/29-08 . (22) 26.04.82 (46) 23.09.83 ° Бюл. И 35 (72) В.Г.Данченко., Ф,П.Савин и В.И.Косинский (53) 621,643.41(088.8) (56) 1. Биргер И.A. Иосилевич Г.Б.

Резьбовые соединения. И., "Иашиностроение", 1973, с. 245.

2. Бабкин В.Т. и др. Герметичность неподвижных соединений гидрав" лических систем. М., "Машиностроение)

1977, с.69 (прототип). (54) (57) СПОСОБ ГЕРМЕТИздцИИ рдЗЪЕм НОГО СОЕДИНЕНИЯ КРИОГЕННЫХ ТРУБОПРО- .

ВОДОВ, при котором уплотнительную прокладку предварительно всесторон- не обжимают, устанавливают между кой-. тактными поверхностями фланцев трубопроводов, а фланцы стягивают рабочим усилием затяжки, о т л и ч а ю щ и. йс я тем, что, с целью повышения гер-. метичности соединения при многократных циклических изменениях температуры; первоначально соединение сос" тавляют из отдельно взятых фланцев с уплотнительной прокладкой между ними, охлаждают до криогенной температуры, отогревают в нормальных температурных условиях, затем подгружают фланцы до. восстановления первоначального контактного давления и вновь повторяют. циклы охлаждения, нагрева и подгружения до отсутствия снижения контактного давления при рабочем усилии затяжки, после чего соединение разбирают, фланцы уста- с навливают на трубопроводах и размещают между ними новую прокладку, которую ..предварительно подвергают ана- г логичному термоциклированию, но при усилии обжатия, не приводящем к ее смятию, 1043411

Изобретение относится к машиностроению, в частности к трубопроводной арматуре, и может быть применено для герметизации разъемных соединений магистралей криогенного оборудования.

Известен способ герметизации разьемных соединений магистралей, по которому для повышения остаточного напряжения обжатия уплотнительной про- . 10 кладки через расчетные промежутки времени эксплуатации соединение подтягивают до первоначального значения контактного напряжения. Снижение напряжения на стыке фланец-прок- 1S ладка по этому способу, в основном вызвано текучестью мягкой алюминиевой прокладки, часть металла которой, вод постоянной нагрузкой во времени расходуется на более полное заполнение микрошероховатостей уплотнительных поверхностей фланцев и вытекает в установочный зазор между обжимаемыми деталями (11.

Однако .такой способ связан со значительными трудностями при проведении подзатяжек, так как к ряду соединений затруднен доступ для обслуживания и требуется сброс давления рабочей среды из подтягиваемых узлов. Кроме того, правильность проведения подтяжки соединений в ряде случаев контролируется их переиспытанием на герметичность, что удлиняет цикл работы и требует дополнительных расходов контрольного газагелия.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ герметизации разъемного соединения криогенных трубопроводов, при котором уплотнительную проклад" ку всесторонне обжимают, устанавливают между контактными поверхнос" тями фланцев трубопроводов, а флан.цы стягивают рабочим, усилием затяжки (2) .

Недостаток известного способа заключается в том, что наружная поверхность прокладки после обжатия заметно упрочняется и требуются 50 гораздо большие усилия ее обжатия для обеспечения прежней герметичности, причем герметизация посредством обжатой или необжатой прокладок в криогенных средах имеет свои специ- у фические особенности, заключающиеся в том, что во фланцах, изготавливаемых из аустенитных сталей марок

У,18Н10Т, 12Х18Н10Т, в месте их контакта с уплотиительной прокладкой протекают структурные превращения.

Эти превращения протекают с умень шением исходного напряженного состояния, в результате чего область металла вокруг прокладки сжимается, отстает от прокладки и становится менее напряженной и более пористой.

В свою очередь, при охлаждении модули упругости контактируемых материалов возрастают и в месте внедрения металла фланцев в тело прок.ладки возникают дополнительные силы их взаимного расталкивания. При этом надо учитывать, что прокладка настолько сильно сжата при затяжке, что ее усадка при охлаждении незначительна и значительно уступает возросшим силам упругости взаимного расталкивания фланцев (принцип охлаждаемой пружины, сжатой двумя поверхностями}.

Укаэанное расталкивание происходит, в первоначальный момент захолаживания, когда прокладка и нижние слои фланцев охлаждены и сжаты, а болты, имея прежнюю температуру, "провисают", не передавая или существенно снижая напряжение сжатия фланцев, Укаэанному расталкиванию способствует и давление среды. При дальнейшем охлаждении слоев соединения болты дополнительно поджимают фланцы к прокладке, но при этом часть гребеш- .— ков, микровыступов уже не попадает в свои прежние места, а сминает соседние, еще не подверженные смятию, гребешки. После сброса криогенной среды и отогрева соединения до нормальной температуры напряженное состояние на стыке фланец - прокладка, вызванное криогенными температурами, снижается. Кроме этого, снижение напряжения происходит вследствие сжатия металла более податливого "рыхлого" приконтактного слоя и смятия новых гребешков микрошероховатостей уплотнительных поверхностей.

Целью изобретения является повышение герметичности соединений при многократных циклическйх изменениях температуры.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу герметизации разъемного соединения криогенных,трубопроводов, при котором уплотнительную прокладку всесторонне обжимают, устанавливают между контактными поверхностями фланцев трубопроводов, 1043411 а фланцы стягивают рабочим усилием затяЖки, первоначальное соединение составляют иэ отдельно взятых фланцвв с уплотнительной прокладкой между ними, охлаждают до криоген-. ной температуры, отогревают в нормальных температурных условиях, затем подгружают фланцы до восстановления первоначального контактного давления и вновь повторяют циклы tO охлаждения, нагрева и подгружения: до отсутствия снижения контактного давления при рабочем усилии затяжки, после чего соединение разбирают, фланцы устанавливают на трубопроводах, которую предварительно под, вергают аналогичному термоциклированию, но при усилии обжатия,, не приводящем к ее смятию.

На фиг. 1 представлено соедине" ние, собранное из отдельно взятых фланцев (стрелками указана реакция прокладки); на фиг. 2 - график стабилизации напряжения в зоне контак-та прокладки и фланцев этого соединения,вертикальные линии - подзатяж"

C ка после каждого термоцикла до исход- ного напряжения); на фиг. 3 " соединение в системе с приваренными флайцами к отрезкам труб и замененной прокладкой.

Способ герметизации разъемного соединения криогенных трубопроводов за- . ключается в следующем. Сначала соби, ра6т трубопроводный узел из отдель-:

35 но взятых фланцев с уплотнительной

; прокладкой между ними и сжимают эти фланцы рабочим усилием затяжки, нагружая при этом их контактные поверх-. ности.

Далее .охлаждают. соединительные узлы до 183 - 196 C помещая их, например, в ванну с жидким азотом, где выдерживают после полного охлаждения 15-30 мин и затем, вынув

45 отогревают в нормальных температур- . ных условиях. Сниженное после термоцикла напряжение затяжки восстанав" ливают до исходного значения и далее повторяют описанный цикл охлаж-, дения, нагрева и воСстановления на-. пряжения до отсутствия его снижений при рабочем нагружении (или снижении не более заданного уровня).

После этого соединительный узел разбирают; фланцы приваривают к ,, смежным трубам (узлам), которые затем устанавливают на изделие, причем повторную сборку этого же соединительного узла, но уже в систе" ме, производят с новой прокладкой, подвергнутой аналогичному термоцик" лированию, но под нагрузкой ниже предела ее смятия. . Восстановление напряжения при термоциклировании, с подзатяжкой, после каждого цикла, происходит вслед-. ствие многократного обдавливания о прокладку контактных поверхностей фланцев, при котором притираются уплотнительные поверхности и уплот.няется "рыхлый" приконтактный слой металла фланцев, также происходит перестройка кристаллической структуры металла деталей с ее ориентацией в направлении сил приложения нагрузки.

После 3-5 разового термоциклирования происходит почти полное исчерпание необратимой (пластической) деформации и ее замена упругой деформацией при восстанавливающих подзатяжках, Подвергнутая такому термоциклированию структура металла становится устойчивой и сохраняет неизменным полученные характеристики и после снятия нагрузки.

После проведения термоциклирования и достижения стабильного состояния напряжения затяжки при рабочих нагрузках соединительные узлы разбирают и фланцы приваривают к соответствующим трубам. В случае, если при сварке температура у основания втулки фланца превышает 100 С, то целесообразно применять теплосьемники, например, из меди или алюминия.

Повторную сборку данного соединительного узла в системе производят с новой прокладкой, предварительно подвергнутой аналогичному термоциклированию, Но под нагрузкой ниже предела ее смятия.

Технико"экономический эффект предлагаемого способа заключается в повышении герметичности соедине" ния при многократных циклических изменениях температуры.

1043411

1 2

Фиг.З

Составитель Л,Федотова

Редактор П. Коссей Техред Д.Никеле, Корректор И.Лемчик

Заказ 7309/40 Тираж 925 Подписное .

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, М"35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 я 4

Фи2.2

Il

> (квичвст3о термы ЮоЮ)