Разъемное фланцевое соединение
Изобретение относится к уплотнительным устройствам фланцевых соединений герметичного емкостного технологического оборудования, работающего при высоком внутреннем давлении рабочей среды. Разъемное фланцевое соединение содержит крепежные элементы, соединяемые фланцы, расположенную между ними кольцевую прокладку, имеющую кольцевую канавку с кольцевым элементом. Кольцевая канавка выполнена в виде кольцевого паза, толщина и глубина которого составляют 10-40% от толщины и ширины прокладки. Кольцевой элемент состоит из отдельных пластин, выполненных в виде частей кольца, соприкасающихся между собой боковыми поверхностями. Пластины установлены без зазора с параллельными поверхностями паза и с зазором между их наружными поверхностями и боковой поверхностью паза и изготовлены из материала более твердого, чем материал прокладки. Изобретение позволяет обеспечить равномерные значения удельных давлений на герметизирующих поверхностях, повысив тем самым надежность герметичности соединения и снижение затрат на его изготовление и эксплуатацию. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к уплотнительным устройствам фланцевых соединений герметичного емкостного технологического оборудования, работающего при высоком внутреннем давлении рабочей среды.
Известны уплотнительные устройства фланцевых соединений, выполненные в виде разнообразных полых прокладок или сплошных прокладок с канавками (Макаров Г.В. Уплотнительные устройства. М. - Л.: Машиностроение, 1965 г., с.170-171, патент RU 2178510, 20.01.2002 г., Погодин В.К. Разъемные соединения и герметизация в оборудовании высокого давления. - Иркутск, 2001 г., с.72).
Недостатком известных устройств является невозможность обеспечения равномерного удельного давления на уплотняемых поверхностях фланцевых соединений при монтаже и эксплуатации соответствующего оборудования. Так, например, в результате практической ограниченности жесткости фланцев удельное давление на уплотняемых плоскостях вблизи крепежных деталей больше, чем в отдалении от них. Различны также удельные давления и деформации и в поперечном сечении уплотняющих элементов. Эти явления усугубляются под воздействием давления рабочей среды внутри соединяемых конструкций. Неравенства давлений и деформаций приводят к образованию каналов, зазоров между уплотняемыми поверхностями и прокладками и нарушению герметичности соединения.
Устранить указанные недостатки можно обработкой уплотняемых поверхностей с большой чистотой и точностью или путем их взаимного сжатия до смятия прокладок, устраняющего все неровности. Однако такие мероприятия практически трудноосуществимы.
Наиболее близким по технической сущности является фланцевое соединение с уплотнением, выполненным в виде кольцевой прокладки восьмиугольного или овального сечения, имеющей внутреннюю кольцевую канавку с помещенным в ней упругим кольцом, взаимодействующим с уплотняемыми поверхностями фланцев (патент RU 2232336, 10.07.2004 г.).
Указанное уплотнительное устройство сложно в изготовлении по сравнению, например, с плоскими прокладками и не может обеспечить равномерные значения удельных давлений на герметизирующих поверхностях соединения.
Техническая задача изобретения состоит в обеспечении надежной герметичности соединения, снижении затрат на его изготовление и эксплуатацию.
Решение технической задачи достигается тем, что в разъемном фланцевом соединении, содержащем крепежные элементы, соединяемые фланцы и расположенную между ними кольцевую прокладку, имеющую кольцевую канавку с кольцевым элементом, кольцевая канавка выполнена в виде кольцевого паза, толщина и глубина которого составляют 10-40% от толщины и ширины прокладки, кольцевой элемент состоит из отдельных пластин, выполненных в виде частей кольца, соприкасающихся между собой боковыми поверхностями, пластины установлены без зазора с параллельными поверхностями паза и с зазором между их наружными поверхностями и боковой поверхностью паза и изготовлены из материала более твердого, чем материал прокладки.
Кроме того, пластины выполнены с радиальными сечениями в виде трапеций, большие основания которых являются образующими цилиндрических поверхностей пластин радиуса R, при этом радиус R больше внутреннего радиуса прокладки r на 3-10%.
На фиг.1 изображено разъемное фланцевое соединение в разрезе, на фиг.2 - разрез по А - А фиг.1.
Разъемное фланцевое соединение содержит соединяемые крепежными элементами 1 фланцы 2 и 3, кольцевую прокладку 4 с пазом 5 и пластины 6, выполненные в виде частей кольца, соприкасающихся между собой боковыми поверхностями. Пластины установлены без зазора с параллельными поверхностями паза и с зазором 7 между их наружными поверхностями и боковой поверхностью паза. Пластины изготовлены из материала более твердого, чем материал прокладки.
Разъемное фланцевое соединение работает следующим образом.
После установки деталей узла в исходное положение в соответствии с фиг.1 производят затяжку гаек болтового соединения равномерно по окружности. Фланец 2 стремится соединиться с фланцем 3, сжимая прокладку 4. При этом удельные давления на герметизирующих поверхностях кольцевой прокладки и ее деформации по толщине не равномерны (снижаются в направлении к внутренней поверхности), что отрицательно влияет на качество герметизации. Практически влияние указанных неравномерностей на работу соединения проявятся на расстояниях в 10-40% от ширины и толщины прокладки, отмеренных от ее внутренней поверхности и по ее толщине. Для устранения этих недостатков и повышения качества герметизации соединения, учитывая указанные соотношения размеров, в прокладке вырезается кольцевой паз 5. В паз 5 вставлены пластины, выполненные из более твердого материала, чем материал прокладки, что обеспечивает ее большую деформацию при сжатии. Наличие твердых пластин внутри прокладки выравнивает ее деформации по толщине на участке, соответствующем глубине паза. Кроме того, при работе соединения в паз 5 и зазор 7 проникает под давлением рабочая среда, которая дополнительно деформирует менее нагруженные участки прокладки, повышая при этом удельные давления на герметизирующих поверхностях, т.е. проявляется эффект самоуплотнения.
В некоторых случаях, например, при больших габаритах соединения, его герметичность повышается за счет выполнения пластин с радиальными сечениями в виде трапеций, большие основания которых являются образующими цилиндрических поверхностей пластин радиуса R, при этом радиус R больше внутреннего радиуса прокладки r на 3-10%.
Трапецеидальное сечение пластин позволяет увеличить удельные давления на герметизирующих поверхностях соединения в зонах прокладки, близких к ее внутренней поверхности, а превышение радиуса R над радиусом r на 3-10% улучшает условия самоуплотнения.
Предлагаемая конструкция разъемного фланцевого соединения герметичного емкостного технологического оборудования не требует высокой степени точности обработки уплотняемых поверхностей, ремонтопригодная и самоуплотняемая, обеспечивает равномерное распределение, удельных давлений на соединяемых поверхностях, что снижает затраты на изготовление, уменьшает энергозатраты и повышает надежность герметизации.
1. Разъемное фланцевое соединение, содержащее крепежные элементы, соединяемые фланцы, расположенную между ними кольцевую прокладку, имеющую кольцевую канавку с кольцевым элементом, отличающееся тем, что кольцевая канавка выполнена в виде кольцевого паза, толщина и глубина которого составляют 10-40% от толщины и ширины прокладки, кольцевой элемент состоит из отдельных пластин, выполненных в виде частей кольца, соприкасающихся между собой боковыми поверхностями, пластины установлены без зазора с параллельными поверхностями паза и с зазором между их наружными поверхностями и боковой поверхностью паза и изготовлены из материала более твердого, чем материал прокладки.
2. Разъемное фланцевое соединение по п.1, отличающееся тем, что пластины выполнены с радиальными сечениями в виде трапеций, большие основания которых являются образующими цилиндрических поверхностей пластины радиуса R, при этом радиус R пластин больше внутреннего радиуса прокладки r на 3-10%.
