CN106352181A - 弓形环密封垫圈及弓形环密封管连接件 - Google Patents
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Abstract
弓形环硬密封垫圈,垫圈纵截面为弓形,弯弓圆弧朝外,密封线在弯弓圆弧上,弓弦直线与管路平行。纵截面的弓把位置设有凸出的环台,即弓形环硬密封垫圈的外圈中央设有凸出的环台。现有的硬密封环垫椭圆环(包括八角环),属于双面线密封,加工精度要求高,价格很高,不能普及,只能在一些高温高压的特殊场合使用,而且只能用于法兰,不能用于活接。本发明密封垫上为圆弧线密封,与梯环密封体系相反,但弓形环应用于法兰时可以省去定位台,法兰上也不需定位槽,弓形环特别适用于法兰的密封。
Description
技术领域
本发明涉及一种密封件,属于化工机械领域,尤其是涉及一种管道连接用的弓型环硬密封垫圈,一种与弓型环配套的焊接式管连接件,包括法兰、卡箍高颈法兰和活接头,管连接件的密封面为斜面(内锥面)。
背景技术
在工业上,尤其是在化学工业上,管道连接大量使用法兰。DN65以下小口径管道,连接没有必要采用法兰,应该用活接,活接的重量只有法兰的1/5~1/3,一个活接的价格只是一对法兰价格的一半左右。管连接使用活接,不仅节省钢材,费用低,而且安装方便。水管用镀锌活接,由于丝处易漏和垫片(石棉或橡胶)易坏,现在不仅在化工上已没人用,就是在水管道上用的也不多了。焊接式活接,如《焊接式直通管接头标准》JB 970-77,公称压力32MPa,使用温度-25~80℃,采用橡胶O型环密封,由于橡胶不耐高温,易老化,在化工上也没得到普及,只在制药行业有应用。
现有的管连接件基本上都是法兰,密封件有石棉板垫片和金属缠绕石墨垫片,由于这两种密封垫片都不能做的太窄,故不宜用于活接。硬密封环垫椭圆环(包括八角环),属于双面密封金属环垫,详见国标GB/T 9128-2003(钢制管法兰用金属环垫尺寸),国标GB9130-2007(钢制管法兰用金属环垫技术条件),国标GB-T 9115.4-2000(环连接面对焊钢制管法兰),耐高温高压,但加工精度要求很高,价格很贵,故未能普及,只在石油化工高温高压的场合使用。八角形环垫与法兰槽相配,属于面接触,密封效果不如线密封,但容易加工,能再次使用。椭圆形环垫片与法兰槽是线接触,密封性较好,但加工精度要求高,而且不能重复使用。由于椭圆垫和八角环都是双面密封,故都不适应于活接。
本发明人提出的三角环密封垫,专利号为201320856527.5、20152024387.0,属于单面密封,加工容易,制造费用低,而且有自密封作用,可以用于活接和法兰。
发明内容
本发明目的是,提出了一种新的单面面密封硬密封垫圈或称环垫,因截面形状为弓形,故称为弓形环。
本发明技术方案:一种弓形环硬密封垫圈,其特征是垫圈纵截面为弓形,弯弓圆弧朝外,密封线在弯弓圆弧上,弓弦直线(内侧面)与管路平行。见附图1。
所述的弓形环硬密封垫圈,纵截面的弓把位置设有凸出的环台,即弓形环硬密封垫圈的外圈中央设有凸出的环台。
所述的弓形环硬密封垫圈,纵截面是弓形纵截面的变形,即纵截面为梯形,梯形的上底朝外,梯形的底角为圆弧,密封线在圆弧上,梯形腰形成的顶角为90~150°、即底角为15~45°,最好为120~140°,即底角为20~30°。
进一步的,纵截面是弓形环纵截面的变形,纵截面为等腰三角形,三角形的顶角朝外,三角形的底角为圆弧,密封线在圆弧上,三角形的顶角为90~150°(底角为15~45°),最好为120~140°(底角为20~30°),顶角加工倒角也可以是大圆弧。
纵截面为等腰梯形,梯形两腰形成的顶角为30~120°(底角为30~75°),最好为60~90°(底角为45~60°),顶角朝外,腰的底角为锐角或圆弧,材料为聚四氟乙烯或其他塑料,线密封加辅助斜面密封。
所述的弓形环硬密封垫圈匹配的管连接件,包括法兰和活接头,管连接件与弓形环密封垫圈接触的密封面为斜面(内锥面),斜面与管轴向的夹角为15~45°,最好为20~30°。
所述的弓形环塑料密封垫圈匹配的管连接件,包括法兰和活接头,管连接件与弓形环密封垫圈接触的密封面为斜面(内锥面),斜面与管轴向的夹角为30~75°,最好为45~60°。
针对三角环密封体系,密封垫三角环上的密封面为斜面(外圆锥面),承焊体(法兰,活接接头、接管)上的密封面为圆弧(内球面),二者接触形成线密封。弓形环环密封体系,密封垫弓形环上的密封面为圆弧(外球面),承焊体(法兰,活接接头、接管)上的密封面为斜面(内圆锥面),二者接触形成线密封。弓形环密封体系是三角环密封体系的倒置,或曰二者相反,密封性能相当,但弓形环应用于法兰时可以省去定位台,法兰上也不需导向槽,弓形环特别适用于法兰的密封。密封面的粗糙度,同三角环和椭圆环一样,不大于1.6。
上面所描述的为弓形环基本形状,称为准弓形环,在此基础上可衍生出多种形状的弓形环,但各种弓形环的密封面都是圆弧(外球面),对应承焊体的密封面都是斜面(内圆锥面),都属于线密封,见附图1~6。总体上,我们将弓形环分为A、B两大类,A为准弓形环,B为类三角弓形环,A类又分为A1型(附图1)、A2型(附图2),B类又分为B1型(附图3)、B2型(附图4)和B3型(附图5),还可衍生更多。截面为弓形的密封环为A1型,延轴向将一部分外圆切成平面(保留密封圆弧)后为A2型弓形环(形状为半个椭圆环),A1、A2型都是用于活接的密封,像三角环密封圈一样外面有定位环台。B1类弓形环是将A1型弓形环从外面部分切成等腰三角形(保留密封圆弧),B2类弓形环是将A1型弓形环从外面部分切成梯形(保留密封圆弧),B1、B2型都是用于活接的密封,像三角环密封圈一样外面有定位环台。B1、B2型弓形环,外面没有定位环台,分别称为B3、B4型,用于法兰的密封,依靠自身角度和法兰相近的斜面定位。
与弓型环配套的管连接件,包括法兰和活接的接头、接管,因管连接件与管道的连接方式一般都是焊接,故在标准中也称为承焊体,见附图7~15。与弓型环配套承焊体的密封面为斜面(内圆锥面),斜面与管轴向的夹角称为斜角,用α表示,α为15~45°,最好为20~30°。B型弓形环三角形或梯形的底角用β表示,β比α小0.5~5°,最好小1~3°。因β小于α,两个角度又相差很小,故B型弓形环的密封是以线密封为主,面密封为辅,而且在法兰(活接)上紧的过程中密封环有自定位功能,设计中可以去掉定位环台,法兰的设计也没有导向槽,这种结构特别适用于法兰。
弓形环密封垫与三角环密封垫相比,另一个优点是死体积小,因弓形环的密封线在环端部,三角环的密封线在环中部,故采用弓形环密封的法兰(活接)液体滞留体积少,这一点对制药行业特别重要,三角环因液体滞留体积大不能用于制药行业。
从形状上看,弓形环是椭圆环(八角环)的变种,A型弓形环截面是半个椭圆环,B型弓形环截面是半个八角环,但实际上弓形环和椭圆环(八角环)有着本质的区别。一,椭圆环(八角环)是双面密封,密封环要正好放进法兰的环槽中,对加工尺寸精度要求高,弓形环是单面密封,对加工尺寸精度要求低。二,椭圆环(八角环)靠挤压变形密封,要求材料为软钢,椭圆环只能用一次,弓形环有自紧功能,依靠上紧变形后金属的回弹力和内压的张力密封,不要求材料用软钢,用普通钢材就可以,一般用于承焊体相同的材料,而且弓形环可以反复多次使用,试验证明可以使用1000次以上。三,由于弓形环有自紧功能,需要的预紧力小,通俗的说就是轻轻一上耐高压,而不像球面密封活接一样很难上紧(因此一直没能推广开)。四,B型弓形环有自定位功能,而且不像八角环一样是面密封,是以线密封为主、面密封为辅,面密封不可靠,这也是八角环不能推广的原因之一。
弓型环的材料一般为金属,一般采用与承焊体相同的材料,也可以用增强聚四氟乙烯或聚丙烯等塑料。
为了解决碳钢腐蚀后硬密封面破坏的问题,本发明还提出了一种C型弓形环,见图6,采用C型弓形环密封活接的安装图见图13,活接头密封槽斜角α为30~75°,最好为45~60°。密封环材料一般采用碳纤维增强聚四氟乙烯(黑色),低温和低腐蚀条件也可以采用聚丙烯,医药和食品行业采用有弹性的优质聚四氟乙烯(白色),碳钢材料的弓形环和配套管连接件须进行防锈处理。因密封环采用的塑料具有一定弹性,而且形状与平垫不一样,可以反复使用,主要适用于小口径管道。
有益效果:弓形环用于活接、法兰和卡接(卡箍管连接件),不仅是用于管道连接上,也包括阀门的连接。现有阀门,可改为弓形环密封活接的接头(对小口径阀门),或弓形环密封式法兰或卡接(对大口径阀门)。本发明体积小,能形成严密的面密封,成本低、安装管连接件方便。
弓形环最适应于不锈钢管道的连接,弓形环和配套管连接件都采用不锈钢。对于碳钢高压管道,弓形环密封也是最佳选择,碳钢材料的弓形环和配套管连接件须进行防锈处理,如发黑、磷化、镀锌、镀彩锌和镀镍磷等。
本发明提出单面密封硬密封垫圈-弓形环,与三角环不同的是承焊体(法兰,活接接头、接管)上的密封面为斜面,密封垫上为圆弧线密封,与梯环密封体系相反,这种结构密封性能与三角环相当,但弓形环应用于法兰时可以省去定位台,法兰上也不需定位槽,弓形环特别适用于法兰的密封。
本发明提出的弓形环密封圈,可以使活接在工业上得到普及,对小口径金属管(DN65以下)的连接可以完全替代现在普遍使用的法兰,可以节省制造管件的钢材60~70%,还可以减少安装工期。对于大口径管道的连接,弓形环密封也有优势,至少可以用于不锈钢管道和高温高压管道的连接。
附图说明
图1为A1型弓形环示意图。
图2为A2型弓形环示意图。
图3为B1型弓形环示意图。
图4为B2型弓形环示意图。
图5为B3型弓形环示意图。
图6为C型弓形环示意图。
图7为活接接管图。
图8为活接接头图。
图9为活接螺母图。
图10为A1型弓形环密封活接组装图。
图11为B1型弓形环密封活接组装图。
图12为B3型弓形环密封活接组装图。
图13为C型弓形环密封活接组装图。
图14为弓形环密封法兰组装图。
图15为弓形环密封卡接组装图。
图中各标号的意义如下:
d-弓形环内径,取管内径或接近管内径;
d1-弓形环外径;
d2-密封环座槽直径;
d3-管槽直径;
d4-螺母孔径;
D-对焊端管外径;
D1-定位圆直径;
D2-密封环的定位环外径;
h-弓形环高度;
h1-定位环高度;
M-螺纹工程直径;
R-弓圆半径;
R1-B型弓形环端部圆弧半径;
R2-过渡圆弧半径;
S-螺母六方对边距;
α-密封环座(槽)斜角,槽内锥面与轴的夹角;
β-环斜角,B型弓形环三角形或梯形的底角,等于密封环外锥面与轴的夹角。
具体实施方式
实施例1
DN25PN63活接,密封垫为A1型弓形环,见图1、10,R=15mm,α=23°,h=14mm,h1=2mm,其余尺寸与DN25三角环活接相同,详见中国专利号201320856527.5、20152024387.0。弓形环、接头、接管的材料为不锈钢304,螺母材料为20#碳钢镀锌。接管和接头上焊0.5米φ32×3钢管,管一头接压力表,一头接φ10卡套阀。上紧压盖,用氮气瓶从卡套阀打压至10MPa,关闭卡套阀,拆掉氮气瓶与卡套阀的连管。把活接浸入水中,观察10分钟,没有气泡。放置5小时,压力没有变化。证明不漏。
实施例2
DN25PN63活接,密封垫为B1型弓形环(图3),α=23°,β=21°,R1=1.6,R2=1,其余同例1,安装见图11。弓形环、接头、接管的材料为不锈钢304,螺母材料为20#碳钢镀锌。如例1连接好活接,用手动试压泵打压,进水至20MPa,关闭卡套阀。观察5小时,没有水渗出,压力也没有变化。
实施例3
DN25PN25活接,密封垫为C型弓形环(图6),α=60°,β=57°,R1=0.5,接管、接头密封面及安装见图13。接头、接管和螺母材料为20#碳钢镀锌,弓形环材料为碳纤维增强聚四氟乙烯。如例1连接好活接,用手动试压泵打压,进水至5MPa,关闭卡套阀。观察5小时,没有水渗出,压力也没有变化。
实施例4
采用弓形环密封的法兰,见图14,法兰规格DN150DN63,材料为20#碳钢,发黑处理。采用B3型弓形环,材料为20#碳钢,发黑处理,α=23°,β=21°,环外径φ164mm,h=15mm,R1=1.6mm。试验压力20Mpa,介质为氮气,气密24h无泄漏。
Claims (9)
1.一种弓形环硬密封垫圈,其特征是垫圈纵截面为弓形,弯弓圆弧朝外,密封线在弯弓圆弧上,弓弦直线与管路平行。
2.根据权利要求1所述的弓形环硬密封垫圈,纵截面的弓把位置设有凸出的环台,即弓形环硬密封垫圈的外圈中央设有凸出的环台。
3.根据权利要求1所述的弓形环硬密封垫圈,其特征是纵截面是弓形纵截面的变形,即纵截面为梯形,梯形的上底朝外,梯形的底角为圆弧,密封线在圆弧上,梯形腰形成的顶角为90~150°、即底角为15~45°,最好为120~140°,即底角为20~30°。
4.根据权利要求1所述的弓形环硬密封垫圈,其特征是纵截面是弓形环纵截面的变形,纵截面为等腰三角形,三角形的顶角朝外,三角形的底角为圆弧,密封线在圆弧上,三角形的顶角为90~150°(底角为15~45°),最好为120~140°(底角为20~30°),顶角加工倒角也可以是大圆弧。
5.根据权利要求1所述的弓形环硬密封垫圈,其特征是纵截面为等腰梯形,梯形两腰形成的顶角为30~120°(底角为30~75°),最好为60~90°(底角为45~60°),顶角朝外,腰的底角为锐角或圆弧,材料为聚四氟乙烯或其他塑料,线密封加辅助斜面密封。
6.采用与权利要求1-5之一所述的弓形环硬密封垫圈匹配的管连接件,包括法兰和活接头,管连接件与弓形环密封垫圈接触的密封面为斜面(内锥面),斜面与管轴向的夹角为15~450,最好为20~300。
7.采用与权利要求1-5之一所述的弓形环塑料密封垫圈匹配的管连接件,包括法兰和活接头,管连接件与弓形环密封垫圈接触的密封面为斜面(内锥面),斜面与管轴向的夹角为30~750,最好为45~600。
8.根据权利要求6、7所述的管连接件,其特征是密封斜面与管轴向的夹角比权利要求3~5密封环的底角大0.5~5°,最好大1~3°。
9.根据权利要求1-5之一所述的弓形环硬密封垫圈,其特征是弓型环的材料为金属,用与管连接件相同的材料、增强聚四氟乙烯或聚丙烯塑料。
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