Уплотнение разъемного соединения высокого давления

 

Изобретение относится к области техники высоких давлений и может быть использовано в узлах аппаратуры и оборудования для герметизации разъемных соединений трубопроводов, каналов частей корпусов соединений типа клапан-седло и т.д. Уплотнение содержит элемент с коническим седлом, переходящим в цилиндрический канал, и запирающий элемент, находящийся в контакте с седлом. Рабочий конец запирающего элемента образован конической поверхностью, переходящей в цилиндрический хвостовик, сопряжение конической и цилиндрической поверхностей седла выполнено в форме скругления, в зоне перехода конической поверхности рабочего конца запирающего элемента в цилиндрический хвостовик выполнена дополнительная коническая поверхность, угол конусности которой меньше угла конусности конической поверхности рабочего конца, а сопряжения ее с цилиндрическим хвостовиком и конической поверхностью выполнены в форме галтелей. Скругление и галтели имеют один знак кривизны, радиус скругления седла меньше радиуса галтелей запирающего элемента, линия первоначального контакта элементов располагается на дополнительной конической поверхности запирающего элемента и скруглении седла. Высота дополнительной конической поверхности равна максимально возможной высоте, а радиус скругления седла – минимально возможному, при которых обеспечивается требуемое контактное напряжение и отсутствие остаточных деформаций, угол конуса запирающего элемента меньше угла конуса седла, диаметр хвостовика запирающего элемента меньше диаметра канала в седле на величины, исключающие затекание материала в зазоры. Изобретение обеспечивает расширение диапазона рабочих давлений, повышение надежности и ресурса за счет увеличения допустимых контактных напряжений, снижения требуемых для герметизации уплотнений осевых сил и чувствительности к перегрузкам. 2 ил.

Изобретение относится к области техники высоких давлений и может быть использовано в узлах аппаратуры и оборудования для герметизации разъемных соединений трубопроводов, каналов, частей корпусов, соединений типа клапан-седло и т.д.

Широко известны беспрокладочные уплотнения разъемных соединений, содержащие элемент с коническим седлом, переходящим в цилиндрический канал, и запирающий элемент, находящийся в контакте с седлом. Известны запирающие элементы с рабочим концом сферической формы (см. ГОСТ 22790-89. Сборочные единицы и детали трубопроводов на Р_у св. 10 до 100 МПа. Общие технические условия) в виде конуса с углом конусности большим (см. Клапан, а.с. СССР №892085, кл. F 16 K 15/06), меньшим (см. Регулирующий клапан, патент США №2297535, кл. 251-333) или равным (см. Уплотнения и уплотнительная техника. Справочник под ред. А.И.Голубева и Л.А.Кондакова, М.: Машиностроение, 1986, стр. 222) углу конусности седла и др.

Недостатком известных уплотнений является недостаточно высокий уровень давлений, при котором их можно применять, недостаточные надежность и ресурс.

Задачей настоящего изобретения является расширение диапазона рабочих давлений, повышение надежности и ресурса соединений высокого давления.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, состоит в увеличении допустимых контактных напряжений, в снижении требуемых для герметизации уплотнений контактных осевых сил и в уменьшении чувствительности к перегрузкам.

Указанный результат достигается тем, что в уплотнении разъемного соединения высокого давления, содержащем элемент с коническим седлом, переходящим в цилиндрический канал, и запирающий элемент, находящийся в контакте с седлом, рабочий конец запирающего элемента образован конической поверхностью, переходящей в цилиндрический хвостовик, сопряжение конической и цилиндрической поверхностей седла выполнено в форме скругления, в зоне перехода конической поверхности рабочего конца запирающего элемента в цилиндрический хвостовик выполнена дополнительная коническая поверхность, угол конусности которой меньше угла конусности конической поверхности рабочего конца, а сопряжения которой с цилиндрическим хвостовиком и конической поверхностью выполнены в форме галтелей, скругление и галтели имеют один знак кривизны, радиус скругления седла меньше радиуса галтелей запирающего элемента, линия первоначального контакта элементов расположена на дополнительной конической поверхности запирающего элемента и скруглении седла, при этом высота дополнительной конической поверхности равна максимально возможной высоте, а радиус скругления седла - минимально возможному, при которых обеспечивается требуемое контактное напряжение и отсутствие остаточных деформаций, угол конуса запирающего элемента меньше угла конуса седла, диаметр хвостовика запирающего элемента меньше диаметра канала в седле на величины, исключающие затекание материала в зазоры.

На фиг.1 приведена схема предлагаемого уплотнения.

На фиг.2 изображен узел I фиг.1 в увеличенном масштабе.

Уплотнение (фиг.1) содержит элемент 1 с коническим седлом, переходящим в цилиндрический канал, и запирающий элемент 2, рабочий конец которого образован конической поверхностью, переходящей в цилиндрический хвостовик 3. Сопряжение конической и цилиндрической поверхностей седла выполнено в форме скругления радиуса r. В зоне перехода конической поверхности рабочего конца запирающего элемента в цилиндрический хвостовик 3 выполнена дополнительная коническая поверхность 4, угол конусности α которой меньше угла конусности β конической поверхности рабочего конца (α<β), а сопряжения которой с цилиндрическим хвостовиком и конической поверхностью выполнены в форме галтелей радиуса R. Скругление и галтели имеют один знак кривизны. При этом радиус г скругления меньше радиуса R галтелей. Линия первоначального контакта элементов 1 и 2 располагается на дополнительной конической поверхности запирающего элемента и скругления седла. Высота h дополнительной конической поверхности равна максимально возможной высоте, при которой обеспечивается требуемое контактное напряжение и отсутствие остаточных деформаций. Угол конуса β запирающего элемента меньше угла γ конуса седла (β<γ), а диаметр хвостовика 3 запирающего элемента меньше диаметра d канала в седле на величины, исключающие затекание материала в зазоры. В случае, если элемент 2 выполняет в соединении функции затвора или пробки, то он выполняется с глухим каналом 5 или без такового.

Уплотнение работает следующим образом.

При сжатии элементов 1 и 2 осевым усилием зона контакта поверхностей уплотнения постепенно расширяется по мере роста усилия, охватывая всю поверхность дополнительного конуса 4, галтелей и переходя на конические поверхности. При этом поверхности деформируются в пределах упругости материалов. Напряжения в зоне контакта уплотняющих поверхностей имеют максимальное значение по линии первоначального контакта элементов и уменьшаются к периферии зоны контакта. Материал в зоне максимальных напряжений находится в условиях, близких к условиям всестороннего сжатия, и поэтому пластические деформации могут отсутствовать при напряжениях, больших пределов текучести использованных материалов. Эти контактные напряжения определяют уровень допустимых давлений Р (см. фиг.1) рабочей среды.

Использование изобретения позволяет существенно поднять допустимые контактные напряжения, понизить требуемые для герметизации уплотнения контактные осевые силы, снизить чувствительность к перегрузкам и, следовательно, расширить диапазон рабочих давлений, повысить надежность и ресурс.

Формула изобретения

Уплотнение разъемного соединения высокого давления, содержащее элемент с коническим седлом, переходящим в цилиндрический канал, и запирающий элемент, находящийся в контакте с седлом, отличающееся тем, что рабочий конец запирающего элемента образован конической поверхностью, переходящей в цилиндрический хвостовик, сопряжение конической и цилиндрической поверхностей седла выполнено в форме скругления, в зоне перехода конической поверхности рабочего конца запирающего элемента в цилиндрический хвостовик выполнена дополнительная коническая поверхность, угол конусности которой меньше угла конусности конической поверхности рабочего конца, а ее сопряжения с цилиндрическим хвостовиком и конической поверхностью выполнены в форме галтелей, скругление и галтели имеют один знак кривизны, радиус скругления седла меньше радиуса галтелей запирающего элемента, линия первоначального контакта элементов расположена на дополнительной конической поверхности запирающего элемента и скругление седла, угол конуса запирающего элемента меньше угла конуса седла, диаметр хвостовика запирающего элемента меньше диаметра канала в седле, при этом высота дополнительной конической поверхности, радиус скругления седла, разность углов конусов запирающего элемента и седла, а также разность диаметров хвостовика и канала в седле выбраны таким образом, что при нагружении уплотнения обеспечиваются контактные напряжения, достаточные для герметизации соединения и исключения возможности затекания материала деталей в зазоры.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2