Ленточное изделие для спиральной навивки уплотнительных элементов и седел клапанов

Изобретение относится к уплотнительной технике, к уплотнительным спирально навитым прокладкам с использованием расширенного графита. Ленточное изделие для спиральной навивки уплотнительных элементов и седел клапанов выполнено из элементных уплотнительных (ЭУИ) и проницаемых изделий (ЭПИ). Показатели прочности, твердости ЭПИ более высокие, чем у ЭУИ. Часть ЭУИ внедрена в свободное поровое пространство ЭПИ, которые монолитно связаны друг с другом с взаимно проникающими связями. Изобретение позволяет расширить и улучшить технические характеристики ленточного изделия для спиральной навивки уплотнительных элементов и седел клапанов, а именно прочностных, упругих характеристик, очищающей способности, способности препятствовать выносу материала элементного уплотнительного изделия из зоны трения, увеличить ресурс работы, триботехническую и эрозионную износостойкости деталей. 13 з.п. ф-лы, 13 ил.

 

Изобретение относится к уплотнительной технике, к уплотнительным спирально-навитым с использованием термостойких материалов, таких как, например, графлекс.

Известно ленточное изделие (ЛИ) для спиральной навивки уплотнительных элементов, например, уплотнительной многослойной прокладки в виде цилиндрического кольца из ленточного уплотнительного волокнистого термостойкого изделия - графлекса (см. патент JP 63-23423, F 16 J 15/22, 1988).

Недостатком ЛИ для спиральной навивки уплотнительных элементов являются их невысокие прочностные и упругие характеристики, эрозионная и триботехническая (от трения) износостойкости.

Известен блок уплотнительных прокладок для подвижных соединений, соосно расположенных в сальниковой камере (см. патент RU 21085511, F 16 J 15/22, 1998), в которых прокладка выполнена в виде набора полос графлекса, размещенных в сетчатой оболочке. Недостатком является то, что сетчатая оболочка не пропитана (импрегнирована) графлексом, а в процессе установки и обжима невозможно достичь полного заполнения пор сетчатой оболочки. В процессе работы сетчатая оболочка может протереться и в дальнейшем графлекс быстро выносится из прокладки в месте трения, что приводит к потере герметичности соединения.

Техническим результатом изобретения является расширение и улучшение технических характеристик ЛИ, а именно прочностных, упругих характеристик, очищающей способности, способности препятствовать выносу материала элементного уплотнительного изделия из зоны трения, увеличение ресурса работы, триботехнической и эрозионной износостойкости получаемых из ЛИ изделий, прогнозирование свойств деталей, получаемых из данного ЛИ.

Технический результат достигается тем, что в ленточном изделии для спиральной навивки уплотнительных элементов и седел клапанов, состоящем из уплотнительного изделия, оно выполнено монолитным и многослойным из слоев элементных уплотнительных и проницаемых изделий с показателями прочности, твердости более высокими, чем у элементных уплотнительных изделий, причем часть элементных уплотнительных изделий импрегнирована (внедрена) в свободное поровое пространство элементных проницаемых изделий, которые монолитно связаны друг с другом с взаимно проникающими связями, кроме того:

- элементное проницаемое изделие выполнено из непроницаемой ленты с перфорационными отверстиями разного диаметра и разнообразной формы, расположенными с различными шагами по ширине и длине ленты,

- элементное проницаемое изделие выполнено с непроницаемой поверхностью по ширине в виде кромки определенной ширины по всей длине или на определенных участках по длине ленты,

- элементное проницаемое изделие выполнено из высокопрочных и термостойких нитей, волокон, войлока, стержней, сетки, ткани, например из стекловолокна, базальтового волокна,

- элементное проницаемое изделие выполнено из металлической проволоки,

- элементное проницаемое изделие выполнено из проволочной металлической сетки,

- элементное проницаемое изделие выполнено объемно-проницаемым с упруго-демпфирующими свойствами из "металлорезины",

- между двумя элементными уплотнительными изделиями располагается элементное проницаемое изделие,

- между двумя элементными проницаемыми изделиями располагается элементное уплотнительное изделие,

- элементное проницаемое изделие полностью по толщине внедрено в уплотнительное элементное изделие и его поровое пространство полностью заполнено материалом элементного уплотнительного материала,

- элементное проницаемое изделие частично по толщине внедрено в первое элементное изделие и его поровое пространство частично заполнено материалом элементного уплотнительного материала,

- в качестве элементного уплотнительного изделия использовано волокнистое, ленточное, тканное термостойкое изделие, например графитовое, базальтовое волокно, "графлекс", базальтовая ткань, ткань из углеродистого волокна,

- ширины элементных уплотнительных и проницаемых изделий выполнены разными,

- одни из торцов более коротких и более длинных элементных изделий совпадают,

- торцы более коротких и более длинных элементных изделий не совпадают.

Сущность изобретения в применении для ЛИ уплотнительного (ленточного) изделия из двух групп элементных уплотнительных и проницаемых изделий, монолитно связанных друг с другом, его особого расположения в различных случаях, которое придает лучшие эксплуатационные свойства.

На фиг.1, 2, 3, 4 показано нормальное сечение ЛИ, уплотнительная прокладка, на фиг.5, 6 показан вид в плане элементных проницаемых изделий, на фиг.7-13 - разрез по ширине ЛИ.

ЛИ для спиральной навивки уплотнительных элементов и седел клапанов выполнено монолитным и многослойным из слоев элементных уплотнительных ЭУИ 1 и проницаемых изделий ЭПИ 2 ("сэндвич" спрессован, прокатан между роликами при определенных параметрах давления, температуры, выдержки по времени и т.д.). Показатели прочности, твердости ЭПИ 2 более высокие, чем у ЭУИ 1. Часть ЭУИ 1 импрегнирована (внедрена) в свободное поровое пространство ЭПИ 2, которые монолитно связаны друг с другом с взаимно проникающими связями. ЭПИ 2 может быть выполнено из непроницаемой ленты 3 с перфорационными отверстиями 4 разного диаметра и разнообразной формы, расположенными с различными шагами "а" по ширине и "в" по длине ЭПИ 2. ЭПИ 2 может быть выполнено с непроницаемой поверхностью 5 по ширине в виде кромки определенной ширины "с" по всей длине или на определенных участках по длине ЭПИ 2 (фиг.5, 6). ЭУИ 1 и ЭПИ 2 монолитно связаны с взаимно проницающими связями через отверстия 4.

ЭУИ 1 может быть выполнено из волокнистого, ленточного, тканного термостойкого изделия, например графитового, базальтового волокна, "графлекса", базальтовой ткани, ткани из углеродистого волокна, но может быть и другой материал, например, менее термостойкий - фторопласт-4 и его композиции с различными наполнителями, которые выпускаются в виде лент.

ЭПИ 2 может быть выполнено из высокопрочных и термостойких нитей, волокон, войлока, стержней, сетки, ткани, например из стекловолокна, базальтового волокна, металлических волокон, нитей. ЭПИ 2 может быть выполнено из металлической проволоки, уложенной определенным образом (может быть простое изделие из проволоки, изогнутое с разнообразным рисунком, зигзагообразно, спирально, из отрезков проволоки, прямых и деформированных определенным образом и т.д.), из металлической проволочной одной или сразу нескольких сеток, ткани, наложенных друг на друга, с различными размерами ячейки в свету и диаметром проволоки одной или нескольких сеток. ЭПИ 2 может быть выполнено объемно-проницаемым, например, из металлической проволоки с упруго-демпфирующими свойствами «металлорезины», а также из металлического волокнисто-прессованного (иногда и дополнительно спеченного при определенной температуре) изделия - войлока, который тоже обладает в меньшей степени, чем "металлорезина" упруго-демпфирующими свойствами.

ЭПИ 2 фиг.6 может быть получено путем лазерной, импульсной, аргоновой стыковой сварки ленты шириной "с" из непроницаемого материала с любым из вышеперечисленных изделий (сетка, МР, войлок, нити и др.) с шириной "В-с".

Конструкция ЛИ может быть разной, например между двумя ЭУИ 1 располагается ЭПИ 2 (фиг.1), между двумя ЭПИ 2 располагается ЭУИ 1 (фиг.2), ЭПИ 2 полностью по толщине внедрено в ЭУИ 1 (фиг.4) и его поровое пространство полностью заполнено материалом ЭУИ 1, ЭПИ 2 частично по толщине внедрено в ЭУИ 1 и его поровое пространство частично заполнено материалом элементного уплотнительного материала (фиг.3).

Ширины "В" ЭУИ 1, ЭПИ 2 могут быть одинаковы (фиг.7, 12) и разными (фиг.8-11). Возможно выполнение ЛИ, когда одни из торцов более коротких ЭПИ 2 (ЭУИ 1) и более длинных ЭУИ 1 (ЭПИ 2) совпадают (фиг.8, 11) и не совпадают (фиг.9, 10, 13). Причем ЭПИ 2 могут располагаться между торцами ЭУИ 1 (фиг.9, 10), а могут быть смещены друг относительно друга по ширине с образованием Г-образного выступа (фиг.13), выступает ЭПИ 2, но может быть и наоборот.

Толщина ЛИ может равняться ЭПИ 2 (фиг.10, 11, 12), а может быть большей, чем толщина ЭПИ 2 или ЭУИ 1 или нескольких ЭУИ 1 или ЭПИ 2.

Выполнение ЛИ (фиг.1, 2, 3, 4) многослойным из ЭУИ 1 и ЭПИ 2, в котором материал ЭУИ 1 импрегнирован (внедрен) в свободное поровое пространство ЭПИ 2, обеспечивает монолитность связи их друг с другом за счет волокнистой структуры ЭУИ 1 и пористой структуры ЭПИ 2. Полученное ЛИ более прочное, пластичное, обладает большей упругой податливостью, чем ЭУИ 1, например графлекс, из-за наличия в своей структуре внедренного металлического проволочного или неметаллического, из высокопрочных и термостойких нитей, волокнистого (войлок) изделия, металлической одной или нескольких сеток (ткани) с различным размером ячейки в свету и диаметром проволоки одной или нескольких сеток. Применение нескольких сеток в качестве ЭПИ 2 дает следующий эффект - одна сетка с большим размером ячейки в свету может быть выполнена из упругого материала и обеспечивать несущую функцию для второй мелкоячеистой сетки (или ткани) и придавать изделию определенные прочностные и упругие свойства. Вторая более мелкоячеистая сетка (ткань) выполняет функцию связующего элемента с уплотнительным материалом элементного уплотнительного изделия, т.к. волокна ЭУИ 1 (графлекса), внедряясь, в мелких ячейках лучше удерживаются механически, т.к. размер волокон небольшой 0.05...0.5 мм, соизмерим с размером ячейки, что улучшает прочность сцепления двух разных элементных изделий 3, 4. Это позволяет в широких пределах регулировать прочностные и упругие характеристики (применение сеток различного размера ячеек и из упругих материалов проволоки), антифрикционные свойства (применение проволоки из антифрикционных сплавов) ЛИ, при этом его можно с легкостью деформировать, навивать для получения прокладок любого сложного профиля. Выполнение ЭПИ 2 объемно-проницаемым и с упруго-демпфирующими свойствами из "металлорезины", войлока (более прост в изготовлении) позволяет значительно усилить упругие характеристики ЛИ в направлениях ширины, причем этими характеристиками можно управлять при изготовлении "металлорезины", войлока.

Выполнение ЛИ в виде двух ЭУИ 1, между которыми располагается ЭПИ 2 (фиг.1), двух ЭПИ 2, между которыми располагается ЭУИ 1 (фиг.2); в виде одного ЭПИ 2 (фиг.4), полностью внедренного в ЭУИ 1, с полным заполнением порового пространства, позволяет в широких пределах изменять первичные механические, упругие, антифрикционные, свойства, плотность и пористость ЛИ. Возможно применение двух разных ЭУИ 1 и ЭПИ 2 (из разных материалов, разной плотности, пористости, прочности, с различными механическими характеристиками), между которыми располагаются соответственно ЭПИ 2 или ЭУИ 1, что расширяет возможности по варьированию механических характеристик ЛИ. Например, несущий слой ЭПИ 2 (фиг.2) выполнен из прочной стальной сетки, а второй слой ЭПИ 2 антифрикционный и выполнен из бронзовой сетки, между которыми слой ЭУИ 1 (графлекса). Частичное внедрение по толщине в ЭУИ 1 второго ЭПИ 2 с частичным заполнением порового пространства (фиг.3) обеспечивает лучшее сцепление с последующими или предыдущими витками (зависит от внутреннего или наружного расположения слоя ЭПИ 2) при навивке многослойного кольца. Это требует особой технологии навивки, обеспечивающей очень плотную навивку, за счет совместной дополнительной радиальной деформации при навивке каждого последующего витка ЛИ для обеспечения полного заполнения порового пространства ЭПИ 2 материалом ЭУИ 1 смежного (следующего или предыдущего) витка кольца.

Выполнение ЭПИ 2 с непроницаемой поверхностью 5 по ширине в виде кромки определенной ширины "с" по всей длине или на определенных участках по длине ЭПИ 2 позволяет при дальнейшей спиральной навивке колец уплотнений, седел, прокладок со стороны поверхности трения иметь жесткую кромку 5, которая работает как скребок, увеличивает эрозионную и триботехническую износостойкость ЭУИ 1 и ЭПИ 2 готового изделия. Кромка 5 может располагаться в заданных местах изделия, для этого строят развертку изделия и в соответствии с ней профилируют ЭПИ 2 так, чтобы на определенных участках по длине были кромки 5, а отверстия 4 должны обеспечивать заданные прочностные, упругие характеристики и прочность сцепления с ЭУИ 1. Так можно регулировать многие механические характеристики ЛИ и изделий, которые будут получены из ЛИ.

Выполнение ширины "В" ЭУИ 1, ЭПИ 2 разными (фиг.8-11, 13) и их расположения, когда одни из торцов более коротких ЭПИ 2 и более длинных ЭУИ 1 совпадают (фиг.8, 11) и не совпадают (фиг.9, 10, 13), расположение ЭПИ 2 между торцами ЭУИ 1 (фиг.9, 10) или со смещением друг относительно друга по ширине с образованием Г-образного выступа (фиг.13), выступает ЭПИ 2, позволяет изменять механические характеристики ЛИ и свойства изделий, которые будут получены из них, т.е прогнозировать и закладывать такую конструкцию ЛИ с определенными ЭУИ 1, ЭПИ 2, которые обеспечивали бы заданные технические характеристики получаемых изделий. Расположение изнутри ЭПИ 2 (кромки ЭПИ 2, ЭУИ 1 не совпадают, фиг.9) ужесточает и упрочняет ЛИ, расположение с совпадением одних из кромок ЭУИ 1, ЭПИ 2 (фиг.8, 10) повышает износостойкость, эрозионную стойкость, грязеочищающие свойства уплотнения, навитого из ЛИ уплотнения седла клапана (шарового, например). Выполнение ЭПИ 2 со смещением друг относительно друга с образованием Г-образного выступа по ширине позволяет при прессовке деформировать выступ с образованием дополнительного барьера для потока среды, снижающий эрозионный размыв и повреждения ЭУИ 1.

Выполнение толщины ЛИ равной ЭПИ 2 (фиг.10, 11, 12) обеспечивает максимальные прочностные данные (твердость, жесткость, упругость, антифрикционные свойства, износостойкость). Выполнение ЛИ и ЭПИ 2 разной толщины позволяет изменять в широких пределах механические характеристики, герметизирующую способность изделий из ЛИ.

Таким образом, в ЛИ за счет использования его особой конструкции и применения различных по исходным свойствам форм, размеров ЭУИ 1, ЭПИ 2 расширяются и улучшаются технические характеристики ЛИ: прочностные, упругие, очищающие способности будущих изделий, способность препятствования выносу материала ЭУИ 1 из зоны трения, триботехническая и эрозионная износостойкости, при этом можно прогнозировать свойства будущих уплотнений, получаемых из данного ЛИ.

ЛИ может быть использовано при спиральной навивке сальников, седел, прокладок, других уплотнительных элементов арматуры, насосов для условий высокой температуры в энергетической, нефтяной, газовой и химической арматуре.

1. Ленточное изделие для спиральной навивки уплотнительных элементов и седел клапанов, выполненное по меньшей мере из одного элементного уплотнительного и одного элементного проницаемого изделий, причем показатели прочности, твердости у проницаемых изделий более высокие, чем у уплотнительных изделий, при этом уплотнительное изделие частично внедрено в свободное поровое пространство проницаемого изделия, которые монолитно связаны друг с другом с взаимно проникающими связями.

2. Ленточное изделие по п.1, отличающееся тем, что элементное проницаемое изделие выполнено из непроницаемой ленты с перфорационными отверстиями разного диаметра и разнообразной формы, расположенными с различными шагами по ширине и длине ленты.

3. Ленточное изделие по п.1, отличающееся тем, что элементное проницаемое изделие выполнено с непроницаемой поверхностью по ширине в виде кромки по всей длине.

4. Ленточное изделие по п.1, отличающееся тем, что элементное проницаемое изделие выполнено из высокопрочных и термостойких нитей, или войлока, или сетки, или ткани.

5. Ленточное изделие по п.1, отличающееся тем, что элементное проницаемое изделие выполнено из проволоки.

6. Ленточное изделие по п.3, отличающееся тем, что элементное проницаемое изделие выполнено из проволочной сетки.

7. Ленточное изделие по п.3, отличающееся тем, что элементное проницаемое изделие выполнено объемно-проницаемым с упруго-демпфирующими свойствами из "металлорезины".

8. Ленточное изделие по п.1, отличающееся тем, что между двумя элементными уплотнительными изделиями располагается элементное проницаемое изделие.

9. Ленточное изделие по п.1, отличающееся тем, что между двумя элементными проницаемыми изделиями располагается элементное уплотнительное изделие.

10. Ленточное изделие по п.1, отличающееся тем, что в качестве элементного уплотнительного изделия использовано волокнистое, или ленточное, или тканное термостойкое изделие.

11. Ленточное изделие по п.1, отличающееся тем, что ширины элементных уплотнительных и проницаемых изделий выполнены разными.

12. Ленточное изделие по п.1, отличающееся тем, что одни из торцов более коротких и более длинных элементных изделий совпадают.

13. Ленточное изделие по п.1, отличающееся тем, что торцы более коротких и более длинных элементных изделий не совпадают.

14. Ленточное изделие по п.1, отличающееся тем, что ширины элементных уплотнительных и проницаемых изделий смещены относительно друг друга по ширине с образованием Г-образного выступа.