Узел уплотнения подвижного соединения

Изобретение относится к трубопроводной арматуре, в частности к седлам шаровых кранов, и предназначено для герметичного перекрытия проходного сечения запорной, регулирующей, предохранительной арматуры, применяемой в различных отраслях промышленности. Узел уплотнения подвижного соединения клапана включает кольцевой блок. Одна часть кольцевого блока установлена в кольцевую канавку корпуса. Другая его часть выполнена по форме и с возможностью контакта с поверхностью контрдетали. Кольцевой блок включает в себя два уплотнительных кольцевых тела. Первое из этих кольцевых тел выполнено из изделия с более высокими показателями твердости и прочности. Второе - из более мягкого и эластичного уплотнительного термостойкого изделия - терморасширенного графита. Первое тело выполнено в виде объемного армирующего каркасного и проницаемого кольца по форме поверхности контакта контрдетали, с отогнутыми в направлении от ее поверхности буртами и связанного с ней. Поровое пространство упомянутого кольца предварительно заполнено монолитно связанного с ним уплотнительным термостойким изделием с взаимно проникающими связями. Это изделие более прочное, плотное, твердое, износостойкое, чем первое уплотнительное термостойкое изделие. Первое и второе уплотнительные тела монолитно связаны друг с другом. Изобретение направлено на повышение износостойкости и эрозионной стойкости при высоких рабочих температурах, повышение надежности и долговечности работы. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к арматуре, в частности к узлам уплотнения подвижных соединений.

Известен узел уплотнения подвижного соединения в виде седла шарового клапана, выполненного в виде отформованного кольцевого блока из упругодеформируемого уплотнительного материала, одна часть которого установлена в кольцевую канавку корпуса клапана, а другая выполнена с возможностью контакта по поверхности контрдетали - сферического запорного элемента (см. патент США № 5904337А от18.05.99, № з-ки 0352888, 05.03.98, МКИ F 16 K 5/06, ИСМ в.70, №10, 2000).

Недостатком данной конструкции является то, что при больших давлениях рабочей среды эластомерный материал седла " течет", что приводит к его повреждению и разгерметизации. Применение более твердых и прочных материалов не обеспечивает герметичности узла из-за их малой упругости и эластичности. Низкие грязезащитные свойства. При высоких температурах работают только изделия на основе графита, асбеста, базальта, которые имеют слабые эрозионные свойства и прочность отрыва частиц материала.

Известно узел уплотнения подвижного соединения в виде седла шарового клапана, состоящего из двух уплотнительньгх деталей, установленных в выемку на внутренней поверхности корпуса, одна из которых является несущей и осуществляет удаление загрязняющих веществ с поверхности контрдетали - сферического запорного элемента перед соприкосновением его со второй уплотнительной деталью, отформованной из мягкого эластомерного материала (см. патент США № 6047952 А от 11.04.00, № з-ки 115049, 14.07.98, МКИ F 16 K 5/06, ИСМ в.70, №7, 2001).

Данная конструкция частично устраняет недостатки в вышеописанном аналоге. В данной конструкции использовано два уплотнительных элемента разной жесткости, один из которых работает как грязесъемник и опорный элемент, что снижает доступ загрязнений в зону трения седла со сферической поверхностью запорного элемента.

Недостатком данной конструкции является то, что при высоких температурах работают только изделия на основе графита, асбеста, базальта, которые имеют слабые эрозионные свойства и прочность отрыва частиц материала.

Задача изобретения - повышение износостойкости и эрозионной стойкости при высоких рабочих температурах, повышение надежности и долговечности работы.

Техническим результатом является то, что в узле уплотнения подвижного соединения клапана, включающим кольцевой блок, одна часть которого установлена в кольцевую канавку корпуса, а другая выполнена по форме и с возможностью контакта с поверхностью контрдетали, причем кольцевой блок включает в себя два уплотнительных тела, первое из которых выполнено из изделия с более высокими показателями твердости и прочности, а второе - из более мягкого и эластичного первого уплотнительного термостойкого изделия терморасширенного графита, первое тело выполнено в виде объемного армирующего каркасного и проницаемого кольца по форме поверхности контакта контрдетали с отогнутыми в направлении от ее поверхности буртами и связанного с ней, поровое пространство которого предварительно заполнено монолитно связанного с ним вторым уплотнительным термостойким изделием, более плотным, твердым, износостойким, чем первое уплотнительное термостойкое изделие, а первое и второе уплотнительные тела монолитно связаны друг с другом, кроме этого:

- объемное армирующее каркасное и проницаемое кольцо выполнено из проволоки, например из сетки,

- объемное армирующее каркасное и проницаемое кольцо выполнено с упругодемпфирующими свойствами из "металлорезины",

- объемное армирующее каркасное и проницаемое кольцо выполнено из волокон, например из войлока,

- объемное армирующее каркасное и проницаемое кольцо выполнено с антифрикционными свойствами,

- втрое уплотнительное термостойкое изделие выполнено с антифрикционными свойствами.

На фиг.1, 2, 3 показаны конструкции выполнения узла уплотнения подвижного соединения клапана.

Узел уплотнения подвижного соединения клапана (УУПСК) включает кольцевой блок (КБ) 1, одна часть 2 которого установлена в кольцевую канавку 3 корпуса 4, а другая часть 5 выполнена по форме и с возможностью контакта с поверхностью 6 контрдетали 7. КБ 1 включает в себя два кольцевых уплотнительных тела (КУТ) 8, 9, первое из которых КУТ 8 выполнено из изделия с более высокими показателями твердости и прочности, а второе КУТ 9 - из более мягкого и эластичного первого уплотнительного термостойкого изделия (ПУТИ) - терморасширенного графита, базальтового волокна, углеродного волокна, ткани из базальта, графита и т.д. КУТ 8 выполнено в виде объемного армирующего каркасного и проницаемого кольца (ОАКПК) по форме поверхности контакта 6 контрдетали 7 с отогнутыми в направлении от ее поверхности 6 буртами 10,11 и связанного с ней. Поровое пространство КУТ 8 предварительно заполнено монолитно связанного с ним с взаимно проникающими связями вторым уплотнительным термостойким изделием(ВУТИ), более плотным, твердым, чем ПУТИ, например тот же терморасширенный графит, но с антифрикционными добавками, добавкой углеродного, стекловолокна и более плотно спрессованный, при этом он более твердый, прочный, износостойкий. КУТ 8, КУТ 9 монолитно связаны друг с другом (совместное прессование). ОАКПК может быть выполнено из проволоки в виде сетки или с упругодемпфирующими свойствами из "металлорезины (МР)", а также из волокон металлических, неметаллических (керамических) спрессованных, спаянных, склеинных (термоклей до 1000°), сваренных, из перфорированного тонколистового материала (микроотверстия, сделанные лазером, электроэрозионным способом и др.). ОАКПК может быть выполнено с антифрикционными свойствами из бронзы, из волокон керамики, сочетания различных проволок и волокон.

Узел уплотнения может быть в виде седел шарового (фиг.1), седел дискового (фиг.3) клапанов, сальникового уплотнения (фиг.2) и др. Уплотняемая поверхность может быть плоской, цилиндрической, сферической, тороедальной, конической (седло обычного запорного клапана). КУТ 8, КУТ 9 могут быть и не круглой, а эллиптической, сложной криволинейной, прямолинейной плоской или пространственной формы. Контрдеталь 7 может вращаться, двигаться поступательно или по сложной траектории. КУТ 8 находится в контакте с уплотняемой поверхностью 6 контрдетали 7, которая может быть непрерывной (УУПСК штока фиг.2) или прерывистая с отверстиями для протока рабочей среды (фиг.1, 3).

Работа УУПСК. При движении контрдетали 7 ее поверхность 6 с трением перемещается по наружной поверхности КУТ 8. ВУТИ обладает повышенной твердостью, прочностью, износостойкостью за счет высокой степени уплотнения (при прессовании, совместной прокатке с ОАКПК) его и всевозможным упрочняющим добавкам (углеродное волокно и др.). Наличие в КУТ 8 ОАКПК придает ему еще большую твердость, прочность, износостойкость. Вместе получается новое композиционное изделие, которое обладает гибкостью, упругостью, которое присущее проницаемым изделиям из сетки, войлока, "МР" и уплотняющей способностью, присущей термостойкому уплотнительному изделию №2. КУТ 9 выполняет функцию уплотнения в кольцевой канавке 3 и упругого поджима КУТ 8. Для обеспечения функции упругого поджима КУТ 9 ПУТИ менее плотное, прочное, твердое, ВУТИ. Упругие свойства легко регулируется с помощью изменения плотности. Сильно уплотненное ВУТИ обладает малой упругостью, что снижает его уплотнительные способности. Наличие буртов 10, 11 отогнутых в направлении от поверхности 6 контрдетали 7 позволяет прочно прикрепить КУТ 8 и КУТ 9, а также исключить задирание КУТ 8 при монтаже, работе с прерывистыми поверхностями, при открытии, закрытии клапана (переход отверстия). Прочностные, антифрикционные, износостойкие характеристики КУТ 8 можно регулировать в широких пределах добавками, технологией прессования, применением основы КУТ 8 ОАКПК (металлические волокна, проволока разного диаметра, волокон неметаллов). Применение "МР" позволяет выполнить ОАКПК из единого куска проволоки с двумя концами, что придает монолитность конструкции ОАКПК, которое трудно разрушить, а также упругие свойства для поджима к поверхности 6 контрдетали 7, которых нет у сетки. КУ7 8 обладает отличными грязезащитными свойствами, т.к. ОАКПК работает как "ерш". Эрозионная стойкость КУТ 8 тоже выше, чем ПУТИ, т.к. часть эрозионной нагрузки падает на ОАКПК, а ВУТИ сильно уплотненное и с упрочняющими добавками. Работоспособность УУПСК отличает повышенная износостойкость и эрозионная стойкость при высоких температурах, что позволяет использовать его в качестве седел клапанов, уплотнений штоков при поступательном, вращательном и сложных движениях. Следует отметить, что конструкции УУПСК можно использовать и на более низкие температуры, для этого применяют вместо ленты терморасширенного графита ленту из фторопласта Ф4 для КУТ 9 или из фторопласта с добавками кокса (Ф4К20), углеродного волокна (флубон), при этом улучшаются уплотнительные свойства УУПСК.

Выполнение УУПСК с проницаемым для ВУТИ ОАКПК обеспечивает их улучшенные эксплуатационные характеристики: неподверженность выдавливанию и вытекания уплотнительного материала, высокие грязезащитные и грязеочищающие способности, возможность применения при высоких давлениях и температурах рабочей среды, высокие антифрикционные свойства, которые обеспечиваются и материалом армирующего элемента, высокие теплоотводящие способности из зоны трения КУТ 8 с поверхностью 6 контрдетали 6. Это повышает надежность и долговечность работы УУПСК.

Данная конструкция УУПСК может быть использована в запорной, регулирующей, предохранительной арматуре в различных отраслях промышленности.

1. Узел уплотнения подвижного соединения клапана, включающий кольцевой блок, одна часть которого установлена в кольцевую канавку корпуса, а другая выполнена по форме и с возможностью контакта с поверхностью контрдетали, причем кольцевой блок включает в себя два уплотнительных кольцевых тела, первое из которых выполнено из изделия с более высокими показателями твердости и прочности, а второе - из более мягкого и эластичного уплотнительного термостойкого изделия - терморасширенного графита, отличающийся тем, что первое тело выполнено в виде объемного армирующего каркасного и проницаемого кольца по форме поверхности контакта контрдетали с отогнутыми в направлении от ее поверхности буртами и связанного с ней, поровое пространство которого предварительно заполнено монолитно связанным с ним уплотнительным термостойким изделием с взаимно проникающими связями, которое более прочное, плотное, твердое, износостойкое, чем первое уплотнительное термостойкое изделие, а первое и второе уплотнительные тела монолитно связаны друг с другом.

2. Узел уплотнения подвижного соединения клапана по п.1, отличающийся тем, что объемное армирующее каркасное и проницаемое кольцо выполнено проволочным, например из сетки, или из волокон, например из войлока.

3. Узел уплотнения подвижного соединения клапана по п.1, отличающийся тем, что объемное армирующее каркасное и проницаемое кольцо выполнено с упругодемпфирующими свойствами, например из "металлорезины".

4. Узел уплотнения подвижного соединения клапана по п.1, отличающийся тем, что объемное армирующее каркасное и проницаемое кольцо выполнено из материала с антифрикционными свойствами.

5. Узел уплотнения подвижного соединения клапана по п.1, отличающийся тем, что второе уплотнительное термостойкое изделие выполнено из материала с антифрикционными свойствами.