Уплотнительный узел для штока

 

Сущность изобретения: в расточке корпуса между опорным и нажимными элементами установлены уплотнительные кольца V-образного профиля и размещенные между ними упругие элементы, контактирующие с губками уплотнительных колец. Кольца выполнены из полос углеродосодержащего материала гофрообразного профиля, навитых по спирали вокруг оси кольца. 3 ил.

Изобретение относится к области уплотнительной техники и может быть использовано в арматуростроении.

Известна конструкция узла уплотнения штока запорной задвижки по патенту США N 4516752, кл. F 16 К 31/44, 1954. Уплотнение штока обеспечивается пакетом колец, изготовленных из синтетического материала и зажатых между металлическими кольцами. Нижнее металлическое кольцо контактирует с корпусной деталью задвижки, а верхнее со вторым пакетом уплотнительных колец. На верхнее кольцо пакета уплотнительных колец опирается расточенная на конус шайба. На шайбу устанавливается пакет конических тарельчатых пружин, обеспечивающих постоянный поджим уплотнительных пакетов к уплотняемым поверхностям. К недостаткам этого уплотнительного узла следует отнести значительные габариты, а также большое усилие затяжки, которое следует приложить для деформации конических тарельчатых пружин.

Наиболее близким по своей технической сущности к предложенному изобретению является уплотнение плунжера насоса (по заявке Франции N 2623871, кл. F 16 J 7 15/24, 1986). Известный уплотнительный узел состоит из чередующихся V-образного профиля уплотнительных колец, разделенных упругими элементами, взаимодействующими с лопастями уплотнительных колец. Следует отметить, что известный уплотнительный узел предназначен для работы при низком давлении. Кроме того, в этом узле наблюдается возникновение протечек в силу образования зазора между кромками лопастей и уплотняемыми поверхностями, и невозможностью обеспечения длительного прижима лопастей к уплотняемым поверхностям только с помощью одного упругого элемента, а также известный уплотнительный узел не предназначен для работы при повышенных температурах и при условии воздействия радиационного излучения.

Техническим эффектом изобретения является повышение надежности уплотнения при повышенном давлении и увеличение продолжительности его работы.

Технический эффект изобретения достигается тем, в уплотнительном узле для штока запорно-регулирующей арматуры, содержащем установленные в расточке корпуса между опорным и нажимными элементами, уплотнительные кольца V-образного профиля и размещенные между ними упругие элементы, контактирующие с губками уплотнительных колец, уплотнительные кольца выполнены из полос углеродосодержащего материала гофрообразного профиля, навитых по спирали вокруг оси кольца. Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан разрез запорно-регулирующей арматуры, фиг. 2 вид А фиг. 1, фиг. 3 вид Б фиг. 2.

Конструкция уплотнительного узла запорно-регулирующей арматуры, предназначенной для работы с жидкими и газовыми средами при высоком давлении и высокой температуре, содержит литой или кованый корпус 1, в котором имеется седло 2 клапанам, перекрываем клапанной тарелкой 3, размещенной на штоке 4, соединенным с приводом, осуществляющим возвратно-поступательные перемещения штока 4. Уплотнение штока 4 обеспечивается уплотнительным узлом 5, расположенным в кольцевой камере 6, выполненной в крышке 7 арматуры. Уплотнительный узел 5 размещен между кольцом 8 и нажимным 9, поверхности которых, контактирующие с элементами уплотнительного узла, выполнены в поперечном сечении V-образного профиля. Сжатие уплотнительного узла 5 осуществляется фланцем, воздействующим на опорное кольцо 8.

Уплотнительный узел 5 состоит из чередующихся V-образного профиля уплотнительных колец 11, разделенных упругими элементами 12, которые выполнены в виде колец V-образного профиля. Угол при вершине V-образного профиля упругого элемента 12 больше аналогичного угла уплотнительного кольца 11. Лопасти 13 упругого элемента 12 взаимодействуют с губками 14 уплотнительного кольца 11, при этом длина первых лопастей 13 несколько меньше длины вторых лопастей, что исключает при деформации всего уплотнительного узла 5 контакт упругих элементов 12 с уплотняемыми поверхностями и не приводит к повреждению уплотняемых поверхностей.

Уплотнительные кольца 11 выполнены из полос слоистого материала, навитых по спирали с осью, совпадающих с осью уплотняемых поверхностей, при этом образующие спирали 15 выполнены гофрообразными. Для работы со средами с температурой до 240^o целесообразно в качестве материала уплотнительных колец использовать углеродный волокнистый материал, пропитанный суспензией фторопласта. В силу этого удается значительно снизить силы трения, возникающие при перемещении штока 4 относительно уплотнительных колец 11, т.е. уменьшить их износ, с одновременным обеспечением требуемого удельного бокового давления и непроницаемости в месте контакта штока с уплотнительными кольцами. При работе со средами с температурой выше 240^oС и в условиях жесткого радиационного излучения целесообразно использовать в качестве материала уплотнительных колец расширенный графит.

При сжатии уплотнительного узла 5 в кольцевой камере 6 до заданного значения осевого усилия происходит упругая деформация упругих элементов 12 и уплотнительных колец 11 в осевом и радиальном направлениях. Поскольку угол при вершине V-образного про филя упругого элемента 12 больше аналогичного угла уплотнительного кольца 11, то при осевой деформации наблюдается упругое смещение губок 14 уплотнительного кольца 11 к уплотняемым поверхностям штока 4 и кольцевой камеры 6. При сближении губок 14 с уплотняемыми поверхностями происходит упругое взаимодействие уплотнителя с микро- и макронеровностями уплотняемых поверхностей. Материал уплотнителя внедряется во впадины неровностей неподвижной уплотняемой поверхности кольцевой камеры 6, чем и обеспечивается герметичность соединения в месте контакта уплотнительных колец с корпусом арматуры. При взаимодействии губок 14 уплотнительного кольца 11 с поверхностью перемещающегося штока 4 в области контакта происходит процесс трения, который характеризуется в основном наличием полусухого и сухого трения, обусловленного сопротивлением скольжения, возникающим в результате межмолекулярных и межатомных взаимодействий, а также деформирования поверхностного слоя уплотнителя внедрившимися микронеровностями штока. Таким образом при движении штока в области контактов возникают упругие деформации уплотнения.

Известно, что при длительных силовых воздействиях, а также при циклическом характере этих воздействий (характерных для запорно-регулирующей арматуры), наблюдается переход деформации из упругой области в пластическую область. Результатом этого перехода является увеличение высоты условного зазора в месте контакта уплотнителя со штоком, появление прогрессирующих утечек и необходимость дополнительного поджатия уплотнительного узла.

Конструкция заявляемого уплотнительного узла в силу его отличительных особенностей, обладает большим запасом внутренних сил упругости, и, как следствие, пониженной сопротивляемостью к формоизменению поверхностного слоя уплотнителя, т.е. повышенной способностью отслеживать изменение рельефа поверхности штока. В силу этого заявляемый уплотнительный узел может длительное время упруго контактировать с уплотняемой поверхностью штока, а уплотнитель следовать за неровностями поверхности штоков, при этом процесс напоминает бегущую волну. В результате этого сохраняется длительное время требуемое боковое контактное давление уплотнителя на уплотняемую подвижную поверхность без износа уплотнительных колец.

Пропитка уплотнителя суспензией фторопласта повышает антифрикционные свойства (происходит снижение потерь на трение) уплотнительных колец и уменьшается его пористость, что повышает сопротивляемость процессу фильтрации.

Наличие в уплотнительном узле упругих элементов помимо повышения прочности уплотнительного узла, повышает гидравлическое сопротивление уплотнения.

Формула изобретения

Уплотнительный узел для штока запорно-регулирующей арматуры, содержащий установленные в расточке корпуса между опорным и нажимными элементами уплотнительные кольца V-образного профиля и размещенные между ними упругие элементы, контактирующие с губками уплотнительных колец, отличающийся тем, что уплотнительные кольца выполнены из полос углеродосодержащего материала гофрообразного профиля, навитых по спирали вокруг оси кольца.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3