EA019245B1

EA019245B1 - Уплотнительное средство, узел герметизации и способ производства

Info

Publication number: EA019245B1
Application number: EA201001560A
Authority: EA
Inventors: Торнтон Дж. Андерсон; Бен Д. Крамер; Зигфрид Руц; Т Скотт Тэннер
Original assignee: Корроужн Контрол Корпорейшн Д/Б/А Пайкотек
Priority date: 2008-03-28
Filing date: 2009-03-27
Publication date: 2014-02-28
Also published as: EP2271866A4; EP2698573A1; AR071097A1; US7976074B2; ES2444426T3; US8678398B2; CN102027280B; DK2271866T3; PL2698573T3; SI2271866T1; EP2271866A1; US20090243290A1; EP2271866B1; EP2698573B1; PL2271866T3; PT2271866E; US20110266755A1; CN102027280A; HRP20140117T1; EA201001560A1

Abstract

Узел герметизации для применения в областях с высоким давлением, в которых предусматривается электрическая изоляция между соединенными элементами, а также повышенное сопротивление утечке среды во время воспламенения. Уплотнение, выдерживающее высокое давление, выполняется с использованием металлической пластины, к которой с одной или с обеих сторон прикрепляется электрически изолирующий материал. Изоляция обеспечивается за счет диэлектрического уплотнительного элемента, например, такого как политетрафторэтиленовое (PTFE) кольцо. Фланцы сопряжения могут соединяться друг с другом шпильками с установленной между ними прокладкой. В случае воспламенения может вырабатываться тепло, которое при достижении достаточной высокой температуры приведет к сгоранию изолирующего материала и кольца PTFE. В узлах различных вариантов осуществления предусматривается резервная прокладка и ограничитель сжатия, которые, соответственно, не дают текучей среде вытекать из места соединения и удерживают нагрузку на шпильки.

Description

Изобретение в целом относится к изолирующей прокладке, предназначенной для размещения и сжатия между соединенными участками трубы в трубопроводе передачи текучей среды без утечек. А конкретнее, настоящее изобретение имеет своей целью электрическую изолирующую прокладку, являющуюся частью системы уплотнения, которая особенно эффективна в высокотемпературных и/или коррозионных средах. Уплотнительное устройство настоящего изобретения специально адаптировано для обеспечения повышенной жаропрочности и электрической изоляции между состыкованными участками трубы.

Уровень техники

Системы уплотнения с применением уплотнительных устройств хорошо известны и применяются в различных областях для предотвращения утечки текучей среды между соединенными участками. Например, уплотнительное средство прокладывается и зажимается между фланцами трубопровода. В некоторых случаях в разных точках трубопровода необходимо устанавливать оборудование управления производственным процессом, и оно может быть связано с концевыми фланцами трубопровода. Находящееся в составе линии оборудование управления производственным процессом может включать такие составляющие как клапаны, насосы, расходомеры, терморегуляторы, регуляторы давления и другие подобные устройства. Кроме того, на концах участков трубы имеются фланцы, так что для формирования трубопровода секции можно соединять непрерывно. Известно, что уплотнительные средства устанавливаются на участках сопряжения для предотвращения утечек текучей среды в месте соединения.

Независимо от типа соединения, то есть, будь это соединенные участки трубы или соединение для подключения оборудования управления технологическим процессом в линии, желательно выбирать уплотнительное устройство и систему уплотнения на основе различных факторов, имеющих отношение к конкретному соединению и к конкретной среде, которая передается через соединение. Данные факторы включают коррозионные свойства среды, протекающей через трубопровод, а также физические характеристики данной протекающей среды. Такие физические характеристики включают давление, температуру и скорость потока. Кроме того, зачастую также необходимо не только сделать надежное уплотнение для соединения, но также и электрически изолировать одну сторону соединения от другой. Например, хорошо известным способом сопротивления коррозии для трубопроводов является катодная защита. Для данного способа защиты от коррозии требуются уплотнительные соединения, которые обеспечивают электрическую изоляцию. В другом примере две стороны соединения изготовлены из разнородных металлов. В данном случае разность электрических потенциалов между двумя металлами может создавать электрохимическую коррозию в случае отсутствия электрической изоляции между двумя сторонами. И, наконец, желательно также, чтобы уплотнительное соединение имело эффективное уплотнение для защиты от огня. Пожары являются очень серьезной угрозой для безопасности рабочих трубопроводов и становятся особенно опасными, если уплотнительные элементы в уплотнительных соединениях не способны удерживать среду во время пожара.

Таким образом, системы уплотнения трубопроводов должны решать многочисленные задачи. Например, множество материалов, которые обеспечивают защиту от газовой коррозии, не подходят для применения в областях с высоким давлением, так как происходит их деформация. Материалы, меньше подверженные деформации, такие как спирально-навитые прокладки с графитовым наполнителем, проводят электричество. Множество материалов, которые используются для создания систем уплотнения, могут плавиться при высоких температурах, как, например, те, которые приводят к воспламенению и нарушению уплотнения между фланцами. Это чрезвычайно опасная ситуация, так как при нарушении нормального функционирования системы уплотнения среда, например нефтяные продукты или продукты переработки газа, быстро вытекает из трубопровода, что может увеличивать количество продуктов горения при пожаре. Таким образом, система уплотнения, которая может выдерживать высокое давление, обеспечивать электрическую изоляцию и безопасность во время возгорания, была бы значительным улучшением в области эффективной герметизации трубопроводов.

Раскрытие изобретения

В настоящем изобретении предлагается узел герметизации, который может выдерживать высокое давление, обеспечивать электрическую изоляцию и безопасность во время возгорания, что значительно улучшает эффективность герметизации трубопроводов. Варианты осуществления, раскрытые в настоящем изобретении, предусматривают узлы герметизации для высокого давления и с электрической изоляцией между соединяемыми элементами, а также с улучшенной защитой от утечек среды во время пожара. В уплотнениях, выдерживающих высокое давление, используется металлическая пластина, к которой с одной или с обеих сторон закрепляется электрически изолирующий материал. Изоляция обеспечивается за счет диэлектрического уплотнительного элемента, например такого, как упругое политетрафторэтиленовое (РТРЕ) кольцо. Фланцы сопряжения могут соединяться друг с другом шпильками с установленной между ними прокладкой. В случае воспламенения может вырабатываться тепло, которое при достижении достаточной высокой температуры приведет к сгоранию изолирующего материала и кольца РТЕЕ. В узлах различных вариантов осуществления предусматривается резервная прокладка в виде металлической пластины и ограничителя сжатия, которые, соответственно, не дают среде вытекать из места

- 1 019245 соединения.

Один аспект настоящего изобретения предусматривает изолирующее устройство для применения между соединенными участками трубопровода для прохода текучей среды без утечки. Изолирующее устройство данного аспекта содержит, например, плоскую металлическую пластину, например плоскую кольцеобразную металлическую пластину, имеющую противоположные боковые поверхности и отверстие, сформированное в металлической пластине, для прохода текучей среды. Кроме того, лист диэлектрического материала располагается по меньше мере на одной боковой поверхности металлической пластины. Дополнительно внутренняя канавка и наружная канавка сформированы на боковой поверхности или поверхностях, на которых располагается лист диэлектрического материала, которые проходят через диэлектрический материал и в металлическую пластину и продолжаются вокруг отверстия, сформированного в металлической пластине. Основной уплотнительный элемент располагается во внутренней канавке, а вспомогательный уплотнительный элемент располагается в наружной канавке, и на это уплотнение воздействует ограничитель сжатия, например, он может располагаться в наружной канавке или он может сам по себе быть упором прокладки.

В соответствии с вариантами осуществления данного изобретения канавки, сформированные на боковой поверхности или поверхностях, на которых располагается лист диэлектрического материала, могут иметь сечение, например, прямоугольной формы, равнобочной трапециевидной формы, трапециевидной формы или формы параллелограмма. В соответствии с другими вариантами осуществления данного изобретения основной уплотнительный элемент, расположенный во внутренней канавке, может быть, например, подпружиненным манжетным уплотнением из РТРЕ или кольцевым уплотнением. В соответствии со следующими вариантами осуществления вспомогательным уплотнительным элементом, который размещен в наружной канавке, может быть, например, кольцеобразный уплотнительный элемент в металлическом корпусе, имеющий Е-образное или С-образное поперечное сечение, и кольцеобразный уплотнительный элемент в металлическом корпусе может дополнительно иметь покрытие из изолирующего материала. В следующих вариантах осуществления ограничитель сжатия, который может располагаться в наружной канавке, размещается рядом со вспомогательным уплотнительным элементом и может представлять собой уплотнительное металлическое кольцо, имеющее в основном прямоугольное сечение, и можно дополнительно установить ограничитель сжатия с покрытием из изолирующего материала. В соответствии со следующими вариантами осуществления ограничивающее действие для сжатия можно также предусмотреть посредством облицовочного диэлектрического материала прокладки, если для глубины канавки и сечения прокладки подобраны соответствующие размеры.

Другие аспекты настоящего изобретения предусматривают электрическую изоляцию между соединенными фланцевыми частями, каждая из которых имеет внутреннее и наружное покрытие, в линии, которая работает для передачи текучей среды без протечек, в которой используется, например, плоская металлическая прокладка со сформированным в ней отверстием для прохода текучей среды, данная металлическая прокладка имеет противоположные боковые поверхности, на которых размещены слоистые листы диэлектрического материала, боковые поверхности каждого из которых имеют участки, ограничивающие внутреннюю и наружную канавки, которые проходят сквозь слой диэлектрического материала и в металлическую пластину, и продолжаются полностью вокруг отверстия, внутренняя канавка имеет основной уплотнительный элемент, расположенный в ней, а наружная канавка имеет вспомогательный уплотнительный элемент и ограничитель сжатия, воздействующий на указанный вспомогательный уплотнительный элемент.

В следующих аспектах настоящее изобретение предусматривает применение прокладок в комбинации, например, по меньшей мере с одной изолирующей гильзой, установленной в отверстии, выполненном на каждой из сопряженных фланцевых частей, данная гильза имеет длину, в основном равную расстоянию между наружными поверхностями соединенных фланцевых частей с расположенной между ними прокладкой. Изолирующая гильза может быть изготовлена, например, из армированного стекловолокном полимерного материала, эпоксидного материала, фенопласта или мета-арамидного материала. Дополнительно, другие такие варианты осуществления включают, например, по меньшей мере один металлический крепежный элемент с противоположными концами, например, такой как металлическая шпилька с резьбой для под гайку, данный элемент входит в изолирующую гильзу для соединения сопрягаемых фланцевых частей друг с другом с проложенной между ними плоской металлической прокладкой.

Данные аспекты дополнительно содержат, например, по меньшей мере одну шайбу, сделанную полностью или частично из материалов, имеющих электроизолирующие свойства, такие как лист диэлектрического материала, нанесенный на одну сторону кольцеобразной опорной шайбы или металлической шайбы, покрытой диэлектрическим материалом, данная шайба размещается на металлическом крепежном элементе с электроизолирующим материалом, примыкающем к одной из наружных поверхностей фланцевых частей.

Следующие аспекты настоящего изобретения предусматривают электроизолирующее устройство, которое содержит плоскую металлическую пластину, имеющую противоположные боковые поверхности, и отверстие, сформированное в них для прохода текучей среды, слой диэлектрического материала,

- 2 019245 расположенный на одной боковой поверхности или обеих поверхностях, по меньшей мере, внутреннюю канавку и наружную канавку, сформированные на боковой поверхности или поверхностях, на которых размещается лист диэлектрического материала, которая проникает сквозь диэлектрический материал и в металлическую пластину, и продолжается полностью вокруг отверстия, сформированного в металлической пластине. Кольцеобразный основной уплотнительный элемент размещается во внутренней канавке, а кольцеобразное вспомогательное уплотнение и ограничитель сжатия, воздействующий на указанное вспомогательное уплотнение, размещается в наружной канавке.

Эти и другие преимущества и признаки данного изобретения будут далее частично представлены в описании, в котором раскрываются различные варианты осуществления, включая предпочтительный на данный момент вариант осуществления изобретения.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 - вид сбоку в разрезе и частичное сечение, на котором отображается изолирующая прокладка и узел герметизации в соответствии с первым вариантом осуществления данного изобретения.

Фиг. 2 - укрупненный вид сбоку в частичном сечении, на котором показан образец комплекта шпильки и гайки, применяемые с различными изолирующими компонентами для электрической изоляции фланцевого соединения для различных вариантов осуществления изобретения.

Фиг. 3 - вид в перспективе изолирующей прокладки в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

Фиг. 4 - изолирующая прокладка фиг. 3 в разобранном виде в сечении для варианта осуществления изобретения.

Фиг. 5 - увеличенный вид в сечении внутренней канавки под уплотнение изолирующей прокладки различных вариантов осуществления изобретения.

Фиг. 6 - увеличенный вид в сечении наружной канавки под уплотнение изолирующей прокладки различных вариантов осуществления изобретения.

Фиг. 7 - вид в сечении участка изолирующей прокладки в соответствии с другими вариантами осуществления изобретения.

Фиг. 8(а)-(й) - виды в сечении, на которых отображаются канавки с разными сечениями, которые можно использовать с прокладками различных вариантов осуществления изобретения; и

Фиг. 9 - вид в сечении, частичный, изолирующей прокладки в соответствии со следующим вариантом осуществления изобретения.

Осуществление изобретения

Для более полного понимания данного изобретения рассматривается подробное описание нескольких вариантов осуществления, иллюстрированных на фигурах, в которых одинаковые позиции представляют одни и те же или подобные элементы. В данном изобретении описываются различные варианты осуществления с конкретными примерами, представленными во многих случаях для иллюстрации различных концепций, включенных в настоящее изобретение. Конкретные варианты осуществления изобретения и примеры предназначены не обязательно для того, чтобы считаться имеющими предпочтения или преимущества над другими вариантамиосуществления и/или примерами.

Настоящее изобретение в целом связано с изолирующей прокладкой, адаптированной для установки между двумя фланцами, применяющимися в трубопроводах. Такие фланцы могут быть фланцевым соединением между двумя участками трубопровода, которые соединяются непрерывно. Альтернативно, такими фланцами могут быть фланцы для подключения к трубопроводу мониторингового оборудования. Соответственно, такое фланцевое соединение будет представляться со ссылкой на непрерывное соединение пары участков трубопровода, но необходимо понимать, что настоящее изобретение не ограничивается такими применениями. Поэтому, например, как показано на фиг. 1, изолирующая прокладка 10 установлена во фланцевом соединении 12 между двумя участками трубы 14 в трубопроводе. Каждый из участков трубы 14 включает фланцы 16, которые расположены противоположно прокладке 10 и связаны с прокладкой 10, находящейся между ними. Фланцы 16 имеют отверстия 20, соосные друг другу так, что фланцы 16 могут соединяться комплектами шпилек 18 и гаек, что известно в данной области техники.

На фиг. 1 и фиг. 2 можно увидеть, что электрическая изоляция между фланцами 16 выполнена несколькими разными деталями, связанными с каждой соосной парой отверстий 20. Здесь пара соосных отверстий 20 оснащена гильзой 22, изготовленной, например, из армированного стеклом полимера, хотя можно использовать и другие материалы, такие как эпоксидный материал, фенольный полимер и номекс. Гильза 22 имеет длину, примерно равную расстоянию между наружными поверхностями 24 фланцев 16 с проложенной между ними прокладкой 10. После вставки гильзы 22 в пару соосных отверстий 20 на каждой стороне отверстий 20 на наружных поверхностях 24 фланцев 16 размещаются изолирующие шайбы 26. В данном варианте осуществления вспомогательные металлические шайбы 28 размещаются далее рядом с шайбой 26, и шпилька 18 проходит через шайбы и гильзу 22, после чего она закрепляется гайками 32. Такая сборка выполняется для каждого соосного отверстия 20, после чего гайки 32 можно затянуть для сжатия прокладки 10 с определенным усилием.

Описанные в данном изобретении различные варианты осуществления предполагают, что изолирующая прокладка 10, изолирующие шайбы 26 и гильзы 22 обеспечивают электрическую изоляцию от

- 3 019245 дельных участков трубы 14. Изолирующие шайбы 26, как показано на фиг. 1-2, расположены рядом с наружными поверхностями 24 фланцев 16, и в комбинации с гильзой 22 обеспечивают электрическую изоляцию между комплектами шпилек 18 и гаек, и фланцами 16. Изолирующие шайбы 26 покрыты диэлектрическим материалом.

На фиг. 3-6 показана конструкция изолирующей прокладки 10 для варианта осуществления. В данном варианте осуществления изолирующая прокладка 10 включает корпус 38 прокладки, выполненный в виде плоской кольцеобразной металлической пластины 40, имеющей отверстие 44 для прохода текучей среды в трубопроводе. В одном варианте осуществления металлическая пластина 40 выполнена из калиброванной нержавеющей стали толщиной. Диэлектрические накладки 42 покрывают каждую наружную поверхность металлической пластины 40. Как показано на фиг. 4, в данном варианте осуществления на поверхности корпуса прокладки 38 выполнена пара канавок 46 и 48, каждая которых проходит через диэлектрические накладки 42 и в металлическую пластину 40. Канавка 48 имеет больший диаметр, чем канавка 46 и канавки 46, 48 радиально смещены одна относительно другой к отверстию 44. Канавка 46 называется внутренней канавкой 46, а канавка 48 называется наружной канавкой 48. В варианте осуществления на фиг. 4-6, корпус прокладки 38 имеет разные размеры. Данные размеры иллюстрируют только один вариант осуществления, и предназначены только для иллюстративных целей. Специалисты в данной области техники будет понятно, что могут существовать многочисленные варианты для различных применений и разных размеров трубопроводов. В данном варианте осуществления 6-дюймовая (15,24 см) прокладка имеет отверстие 44 диаметром А 6,000 дюймов (15,24 см), внутреннюю канавку 46 диаметром В 6,565 дюймов (16,68 см), наружную канавку 48 диаметром С 7,838 дюймов (19,91 см), и общий диаметр Ό 9,813 дюймов (24,93 см). Общая толщина Е тела прокладки 38 составляет 0,308 дюймов (7,82 мм), которая включает толщину пластины 0,120 дюймов (3,05 мм) и толщину диэлектрического покрытия 0,093 дюймов (2,36 мм) на каждой поверхности. Внутренняя канавка 46, иллюстрированная в детальном виде на фиг. 5, имеет ширину Е 0,150 дюймов (3,81 мм) и глубину О 0,111 дюймов (2,82 мм). В данном варианте осуществления радиально направленная наружу сторона канавки 46 скошена под углом 75°. Такая скошенная поверхность обеспечивает повышенную способность удерживать уплотнение, которое размещается во внутренней канавке 46, как будет подробнее описано далее. Наружная канавка 48 данного варианта осуществления иллюстрируется в детальном виде фиг. 6, и имеет ширину Н 0,1110,252 дюймов (2,82-6,40 мм), глубину I 0,093-0,123 дюймов (2,36-3,12 мм), Как будет ясно, размеры варианта осуществления фиг. 3-6 являются иллюстративными и можно использовать другие подходящие в других разнообразных применениях размеры, как станет очевидно специалистам в данной области техники.

Как показано на фиг. 7, подходящие уплотнения 50 и 52 имеют размеры и адаптированы для размещения в соответствующих канавках 46 и 48. Уплотнение 50 размещается во внутренней канавке 46, и может называться основным уплотнением 50, потому что в данном варианте осуществления уплотнение 50 является основным уплотнением для прокладки, когда она устанавливается в месте соединения. Основное уплотнение 50 в варианте осуществления представляет собой манжетное уплотнение из политетрафторэтилена (РТЕЕ) с расположенной в нем для обеспечения опоры пружиной 51. Основное уплотнение 50 представляет собой манжетное уплотнение, предотвращающее прохождение текучей среды, предназначенное для размещения в канавке 46. Канавка 46 имеет конфигурацию половина ласточкина хвоста так, что когда среда оказывает давление на уплотнение 50, оно давит на внутреннюю поверхность канавки 46 в форме половины ласточкина хвоста, вдавливаясь, таким образом, в канавку 46. Уплотнение 50 в данном варианте осуществления имеет скошенный край 53, который обеспечивает размещение уплотнения 50 в канавке 46.

Уплотнение 52 размещается в наружной канавке 48, и называется резервным или вспомогательным уплотнением, потому что в данном варианте осуществления уплотнение 52 не подвергается воздействию среды, если в основном уплотнении 50 нет повреждений. Вспомогательное уплотнение 52 в данном варианте осуществления выполнено в виде металлического уплотнения, имеющего Е-образную форму, также называемого уплотнительным кольцом Е-образной формы. Вспомогательное уплотнение 52 в различных вариантах осуществления имеет покрытие из РТЕЕ для обеспечения электрической изоляции. Такое РТЕЕ-покрытие может составлять, например, от трех до пяти мил (0,076-0,127 мм) на кольце Еобразной формы, изготовленном из сплава Инконель толщиной, 0095 дюйма (2,41 мм). Также в наружной канавке 48 может размещаться ограничитель сжатия 54. Ограничитель сжатия 54, как показано в варианте осуществления фиг. 7, размещается в наружной канавке 48 рядом со вспомогательным уплотнением 52. Ограничитель сжатия может также быть выполнен таким образом, что он будет сам являться упором прокладки. В иллюстративном варианте осуществления ограничитель сжатия 54 выполнен из углеродистой стали и покрыт диэлектрическим материалом, например ЕСТЕЕ (этиленовый хлортрифторэтиленполимер). Ограничитель сжатия 54 имеет толщину, которая соответствует глубине наружной канавки 48.

При нормальной работе корпус прокладки 38 устанавливается в месте соединения трубопровода и основное уплотнение 50 удерживает прокачиваемую среду в месте соединения. В случае выхода из строя основного уплотнения 50, вспомогательное уплотнение 52 будет удерживать среду в месте соединения.

- 4 019245

Как указывалось выше, областью применения для таких прокладок являются трубопроводы для углеводородов, работающие под высоким давлением, например трубопроводы для нефти и газа. Также особое опасение для таких трубопроводов вызывает возгорание, и желательно иметь прокладку, которая будет сохранять уплотнение даже во время серьезного пожара. Прокладка вариантов осуществления по фиг. 3 7 обеспечивает улучшенные рабочие характеристики в случае возникновения пожара. В этом случае при высокой температуре основное уплотнение 50, а также диэлектрическое покрытие 42 на теле прокладки 38 могут расплавиться и сгореть. Таким образом, основное уплотнение 50 может выйти из строя, но вспомогательное металлическое уплотнение 52 будет удерживать среду в месте соединения. Как уже упоминалось, также может исчезать и диэлектрическое покрытие 42, что приводит к уменьшению толщины Е прокладки. Ограничитель сжатия 54 в данном случае поддерживает фактическую толщину прокладки Е, которая сохраняет соответствующие нагрузки на шпильки 18, которые удерживают фланцы 16 соединения вместе, и предотвращают избыточное сжатие вспомогательного уплотнения в результате снижения толщины Е прокладки. В случае отсутствия ограничителя сжатия 52, при уменьшении диэлектрического покрытия 42 нагрузка на шпильки 18 также снижается, что, в свою очередь, приводит к ослаблению соединения, в результате может возникнуть утечка текучей среды из места соединения. Таким образом, в такой ситуации ограничитель сжатия, например, ограничитель сжатия 52, помогает поддерживать нагрузку на шпильки и предотвращает избыточное сжатие уплотнения. При возникновении пожара и утере изолирующего диэлектрического покрытия 42 стороны места соединения теряют электрическую изоляцию, однако, в данной ситуации в любом случае требуется ремонт трубопровода и замена прокладки.

На фиг. 8(а)-8(6) показаны канавки 46 и 48 различных конфигураций. На фиг. 8(а) канавка 80 имеет прямоугольное сечение и выполнена в диэлектрическом материале 42 и в металлической пластине 40. На фиг. 8(Ь) показана канавка 82 трапециевидной формы в виде ласточкина хвоста. Канавка 82 проходит сквозь диэлектрический слой 42 в металлическую пластину 40. На фиг. 8(с) канавка 84 имеет поперечное сечение в виде параллелограмма и проходит через изолирующий слой 42 в металлическую пластину 40. И, наконец, на фиг. 8(6) показана трапециевидная канавка 86, имеющая одну сторону, ориентированную под прямым углом к основанию. Канавка проходит сквозь диэлектрический слой 42 в металлическую пластину 40. Специалистам в данной области техники понятно, что канавки таких конфигураций представлены в качестве иллюстрации и что можно применять канавки других форм.

На фиг. 9 показан другой вариант осуществления в поперечном сечении одной половины прокладки 100. Здесь прокладка 100 содержит металлическую пластину 104 и диэлектрические слои 108 на каждой ее стороне. Внутренняя канавка 112 и наружная канавка 116 выполнены в прокладке 100 так, что каждая из них проходит через диэлектрический слой 108 в металлическую пластину 104. В некоторых вариантах осуществления внутренняя канавка 112 может не проходить полностью через диэлектрический слой 108, а наружная канавка 116 может проходить через диэлектрический слой 108 в металлическую пластину 104. Как показано на фиг. 9, специальные уплотнения 120 и 124 выполнены по размеру и установлены в соответствующих канавках 112 и 116. Уплотнение 120 размещается во внутренней канавке 112 и называется основным уплотнением, потому что в данном варианте осуществления уплотнение 120 обеспечивает основную герметизацию в месте соединения. Основное уплотнение 120 в варианте осуществления выполнено из ΡΤΤΈ и имеет пружину, расположенную внутри него для обеспечения опоры для уплотнения 120. Основное уплотнение 120 может быть манжетным уплотнением, предотвращающим проникновение среды. Уплотнение 124 размещается в наружной канавке 116, и называется резервным или вспомогательным уплотнением, потому что в данном варианте осуществления уплотнение 124 не подвергается воздействию среды, если не возникло повреждение основного уплотнения 120. Вспомогательное уплотнение 124 в данном варианте осуществления выполнено в виде металлического уплотнения Е-образной формы, также называемого уплотнительным кольцом Е-образной формы. Вспомогательное уплотнение 124 в разных вариантах осуществления имеет диэлектрическое покрытие для обеспечения электрической изоляции. Такое покрытие может представлять собой, например, покрытие из ΡΤΤΈ толщиной от трех до пяти мил (0,076-0,127 мм) на уплотнительном кольце Е-образной формы, изготовленном из металла. Прокладка 100 для данного варианта осуществления имеет разные глубины внутренней канавки 112 и наружной канавки 116, обеспечивая тем самым ограничитель сжатия для вспомогательного уплотнения 124. Таким образом, если диэлектрические слои 108 уменьшаются, металлическая пластина 104 остается со вспомогательным уплотнением 124, размещенным в наружной канавке 116. Глубина наружной канавки 116 в металлической пластине 104 такая, что вспомогательное уплотнение 124 имеет меньшую вероятность подвергаться избыточному сжатию, продолжая, таким образом, обеспечивать уплотнение.

В другом варианте осуществления прокладка может включать одну канавку, а не две. В таком варианте осуществления прокладка, подобно описанной выше, может включать металлическую пластину и диэлектрические слои на ее каждой стороне. Одна канавка может быть выполнена в прокладке, проходя через диэлектрический слой в металлическую пластину. Одно уплотнение предназначено для размещения в одной канавке. В таком варианте осуществления одно уплотнение состоит из металлического уплотнения Е-образной формы, которое также называется Е-образным уплотнением, хотя можно использовать и другие конфигурации. Одно уплотнение такого варианта осуществления может иметь диэлектри

- 5 019245 ческое покрытие для создания электрической изоляции. Такое покрытие может быть, например, РТРЕ покрытием толщиной от трех до пяти мил (0,076-0,127 мм) на кольце Е-образной формы, изготовленном из металла. Прокладка такого варианта осуществления может также предусматривать ограничитель сжатия для одного уплотнения. Такой ограничитель сжатия может включать любой описанный выше ограничитель сжатия, например, из углеродистой стали, покрытой диэлектрическим материалом, или конфигурацию глубины канавки относительно металлической пластины такую, что единичное уплотнение 124 имеет меньшую вероятность подвергаться избыточному сжатию даже при уменьшении диэлектрического слоя.

Как будет понятно специалистам в данной области техники, в такой области промышленности, как нефть и газ, применяются соединенные металлические трубопроводы длиной во много миль, которые подвергаются воздействию, например, естественного тока, идущего через трубопровод и через металлические фланцевые соединения в трубопроводах, что приводит к возникновению и нарастанию коррозии во фланцевых соединениях подобно выводам аккумуляторной батареи. Изолирующая прокладка для вариантов осуществления данного изобретения препятствует протеканию тока через трубопровод и защищает фланцы от возникновения и нарастания коррозии, которая образовывается в уплотнении металл-кметаллу.

Необходимо понимать, что варианты осуществления данного изобретения охватывают широкий ряд применений, включая без ограничения, не только изоляцию, то также и защиту от потенциальных пожаров, например, противопожарную изоляцию. В этой связи комбинации, включающие шайбы для вариантов осуществления данного изобретения, являются важными аспектами данного изобретения потому что, например, если материал шайбы деформируется или начинает деформироваться в результате тепла, то нагрузка на шпильку будет потеряна. Если нагрузка на шпильку потеряна, то в месте соединения отсутствует сжатие между двумя фланцами в трубопроводе, что означает, что прокладка больше не герметизирует место соединения. Дополнительно к данному вопросу, наличие диэлектрического покрытия на поверхности корпуса прокладки, которое с течением времени теряет толщину в результате воспламенения, может приводить к избыточному сжатию сформированных из металла уплотнений. Таким образом, ограничитель сжатия какого-либо типа предназначен для предотвращения потери нагрузки на шпильку и избыточного сжатия уплотнения.

Необходимо также далее понимать, что способ изготовления материала для прокладок для вариантов осуществления данного изобретения включает соединение материала диэлектрических накладок с обеими сторонами металлической подложки на больших листах для обеспечения однородности наслоения. В соответствии с данным способом водяная струя применяется для нарезки кругов с соответствующими внутренним и наружным диаметрами для прокладок из больших листов, и канавки формируются на противоположных сторонах вырезанного материала для кольцеобразных прокладок, например, когда материал кольцеобразных прокладок укладывается на токарный станок. Изготовленная изолирующая прокладка для вариантов осуществления данного изобретения имеет прочность и/или конструктивную жесткость металлической прокладки с пластиной из нержавеющей стали, имеющей отличные свойства сопротивления коррозии, в то время как эпоксидная смола, армированная стекловолокном на противоположных поверхностях прокладки, обеспечивает отличные изолирующие свойства.

Как уже было отмечено выше, другим важным аспектом вариантов осуществления данного изобретения является размещение уплотнения подходящего типа в канавках тела прокладки. Типичные примеры вариантов уплотнения включают подпружиненные уплотнения из РТРЕ, а также другие типы уплотнительного кольца или мягкого материала в качестве резервного уплотнения, или металлические уплотнения, покрытые, например, более мягким изолирующим материалом, например РТРЕ. Как отмечалось выше, дополнительным важным аспектом вариантов осуществления данного изобретения является форма канавок, выполненных в корпусе прокладки. Фактором выбора одной или более вышеописанных форм канавки является конкретный тип уплотнения, который предполагается использовать. Так как внутреннее давление воздействует на уплотнение, форма канавки обеспечивает опору для уплотнения и предотвращает срыв уплотнения. Таким образом, как будет понятно специалистам в данной области техники, канавка с конкретным сечением может обеспечивать лучшую опору и лучшие герметизирующие характеристики для конкретного типа уплотнительного элемента, чем канавка с другим поперечным сечением.

Представленное выше описание раскрытых вариантов осуществления изобретения предназначено для реализации данного изобретения специалистами в данной области техники. Различные модификации вариантов осуществления изобретения будут очевидны для специалистов в данной области техники, а основные принципы, определенные в настоящем изобретении, могут применяться к другим вариантам осуществления без отклонения от объема и сущности данного изобретения. Таким образом, предполагается, что настоящее изобретение не будет ограничиваться описанными в нем вариантами осуществления, а будет соответствовать самому объему, согласующемуся с принципами и новыми признаками, раскрытыми в настоящем изобретении.

Claims

1. Уплотнительное средство для установки между соединяемыми участками трубопровода, предназначенного для транспортировки текучей среды, содержащее плоскую металлическую пластину, имеющую противоположные боковые поверхности, и выполненное в ней отверстие для прохода текучей среды;

слой диэлектрического материала, расположенный по меньшей мере на одной из указанных противоположных боковых поверхностей;

внутреннюю и наружную канавки, выполненные по меньшей мере на одной из указанных противоположных боковых поверхностей, при этом по меньшей мере одна из упомянутых канавок проходит через указанный слой диэлектрического материала и в указанной металлической пластине, расположена вокруг указанного отверстия;

основной уплотнительный элемент, размещенный в указанной внутренней канавке; вспомогательный уплотнительный элемент, размещенный в указанной наружной канавке; и ограничитель сжатия, расположенный в указанной наружной канавке смежно с указанным вспомогательным уплотнительным элементом и имеющий толщину, которая примерно равна глубине наружной канавки для предотвращения избыточного сжатия указанного вспомогательного уплотнительного элемента, когда указанный слой диэлектрического материала уменьшается при возникновении высокой температуры.

2. Уплотнительное средство по п.1, характеризующееся тем, что указанная плоская металлическая пластина выполнена в виде плоской кольцевой металлической пластины.

3. Уплотнительное средство по п.1, характеризующееся тем, что содержит слой диэлектрического материала, расположенный на каждой из указанных противоположных боковых поверхностей.

4. Уплотнительное средство по п.3, характеризующееся тем, что указанный слой диэлектрического материала накатывается на каждую из указанных противоположных боковых поверхностей.

5. Уплотнительное средство по п.1, характеризующееся тем, что содержит внутреннюю и наружную канавки, выполненные на каждой из указанных противоположных боковых поверхностей, при этом каждая из упомянутых канавок проходит через указанный слой диэлектрического материала в указанную металлическую пластину и расположена вокруг указанного отверстия.

6. Уплотнительное средство по п.1, характеризующееся тем, что наружная канавка имеет поперечное сечение прямоугольной формы, или равнобокой трапециевидной формы, или трапециевидной формы, или формы параллелограмма.

7. Уплотнительное средство по п.1, характеризующееся тем, что указанный основной уплотнительный элемент содержит подпружиненное манжетное уплотнение из материала РТРЕ.

8. Уплотнительное средство по п.1, характеризующееся тем, что указанный основной уплотнительный элемент содержит кольцевое уплотнение.

9. Уплотнительное средство по п.1, характеризующееся тем, что указанный вспомогательный уплотнительный элемент содержит кольцеобразный металлический уплотнительный элемент.

10. Уплотнительное средство по п.9, характеризующееся тем, что указанный кольцеобразный металлический уплотнительный элемент имеет покрытие из диэлектрического материала.

11. Уплотнительное средство по п.9, характеризующееся тем, что указанный кольцеобразный металлический уплотнительный элемент выполнен в виде кольцеобразного уплотнительного элемента Еформы.

12. Узел герметизации сопряжения фланцевых частей трубопровода для текучей среды, каждая из которых имеет внутреннюю и наружную поверхности, содержащий плоскую металлическую прокладку с отверстием для прохода текучей среды, имеющую противоположные боковые поверхности, на каждой из которых расположен слой диэлектрического материала и каждая из которых имеет участки, ограничивающие внутреннюю канавку и наружную канавку, при этом, по меньшей мере, наружная канавка имеет глубину, достаточную для прохода через указанный слой диэлектрического материала и в указанную металлическую пластину, каждая из указанных внутренней и наружной канавок расположена вокруг указанного отверстия, основной уплотнительный элемент расположен в указанной внутренней канавке, вспомогательный уплотнительный элемент расположен в указанной наружной канавке, а указанная плоская металлическая прокладка снабжена ограничителем сжатия, расположенным в указанной наружной канавке и имеющим толщину, которая примерно равна глубине наружной канавки, для предотвращения избыточного сжатия указанного вспомогательного уплотнительного элемента, когда указанный слой диэлектрического материала уменьшается при возникновении высокой температуры;

по меньшей мере одну изолирующую гильзу, установленную в соосных отверстиях, выполненных в каждом из указанных соединенных фланцевых частей, и имеющую длину, практически равную расстоянию между указанными наружными поверхностями указанных соединенных фланцевых частей с установленной между ними указанной прокладкой;

по меньшей мере один металлический крепежный элемент с противоположными концами, установ

- 7 019245 ленный в указанной изолирующей гильзе для соединения указанных соединенных фланцевых частей друг с другом и с расположенной между ними указанной плоской металлической прокладкой; и по меньшей мере одну изолирующую шайбу, установленную по меньшей мере на одном металлическом крепежном элементе, контактирующую по меньшей мере с одной из указанных наружных поверхностей фланцевых частей.

13. Узел герметизации по п.12, характеризующийся тем, что указанная изолирующая шайба дополнительно снабжена металлической шайбой, имеющей противоположные боковые поверхности с листом диэлектрического материала, нанесенным на одну из указанных противоположных боковых поверхностей, при этом указанная изолирующая шайба расположена по меньшей мере на одном металлическом крепежном элементе, контактируя с указанным прикатанным диэлектрическим материалом, примыкающим по меньшей мере к одной из указанных наружных поверхностей фланцевых частей.

14. Узел герметизации по п.13, характеризующийся тем, что указанная изолирующая шайба выполнена из металла, покрытого диэлектрическим материалом.

15. Узел герметизации по п.12, характеризующийся тем, что указанная изолирующая гильза выполнена из армированного стекловолокном полимерного материала, или эпоксидного материала, или фенопласта, или мета-арамидного материала.

16. Узел герметизации по п.12, характеризующийся тем, что указанный металлический крепежный элемент выполнен в виде металлического стержня с резьбой под гайку по меньшей мере на одном из указанных противоположных концов.

17. Уплотнительное средство для установки между соединяемыми участками трубопровода, предназначенного для транспортировки текучей среды, содержащее плоскую металлическую пластину, имеющую противоположные боковые поверхности, и выполненное в ней отверстие для прохода текучей среды;

внутреннюю и наружную канавки, выполненные по меньшей мере на одной из указанных противоположных боковых поверхностей, при этом по меньшей мере одна из упомянутых канавок проходит через указанный слой диэлектрического материала в указанной металлической пластине и расположена вокруг указанного отверстия;

кольцеобразный металлический уплотнительный элемент, покрытый диэлектрическим материалом; и ограничитель сжатия, расположенный в указанной наружной канавке и имеющий толщину, которая примерно равна глубине наружной канавки, воздействующий на указанный кольцеобразный металлический уплотнительный элемент для предотвращения его избыточного сжатия.

18. Уплотнительное средство по п.17, характеризующееся тем, что указанный ограничитель сжатия выполнен в виде металлического кольца и расположен смежно с указанным кольцеобразным металлическим уплотнением.

19. Уплотнительное средство по п.18, характеризующееся тем, что указанный ограничитель сжатия покрыт диэлектрическим материалом.

20. Уплотнительное средство по п.17, характеризующееся тем, что указанный ограничитель сжатия содержит плоскую металлическую пластину и диэлектрический материал, при этом глубина указанной наружной канавки выбрана так, что указанное кольцеобразное металлическое уплотнение не подвергается избыточному сжатию при уменьшении указанного слоя диэлектрического материала при возникновении высокой температуры.

21. Уплотнительное средство для установки между соединяемыми участками трубопровода, предназначенного для транспортировки текучей среды, содержащее плоскую металлическую пластину, имеющую противоположные боковые поверхности, и выполненное в ней отверстие для прохода текучей среды;

канавку, имеющую глубину и выполненную по меньшей мере на одной из указанных противоположных боковых поверхностей, проходящую через указанный слой диэлектрического материала и в указанной металлической пластине и расположенную вокруг указанного отверстия;

кольцеобразный металлический уплотнительный элемент, расположенный в указанной канавке; и ограничитель сжатия, расположенный в указанной канавке смежно с кольцеобразным металлическим уплотнительным элементом и имеющий толщину, которая примерно равна глубине канавки.

22. Уплотнительное средство по п.21, характеризующееся тем, что указанная металлическая пластина выполнена в виде плоской кольцеобразной металлической пластины.

23. Уплотнительное средство по п.21, характеризующееся тем, что содержит слой диэлектрического материала, расположенный на каждой из указанных противоположных боковых поверхностей.

24. Уплотнительное средство по п.23, характеризующееся тем, что указанный слой диэлектрического материала нанесен на каждую из указанных противоположных боковых поверхностей.

- 8 019245

25. Уплотнительное средство по п.23, характеризующееся тем, что содержит канавку, выполненную на каждой из указанных противоположных боковых поверхностей, проходящую через указанный слой диэлектрического материала и в указанную металлическую пластину и расположенную вокруг указанного отверстия.

26. Уплотнительное средство по п.21, характеризующееся тем, что канавка имеет поперечное сечение прямоугольной формы, или равнобочной трапециевидной формы, или трапециевидной формы, или формы параллелограмма.

27. Уплотнительное средство по п.21, характеризующееся тем, что указанный кольцеобразный металлический уплотнительный элемент покрыт диэлектрическим материалом.

28. Уплотнительное средство по п.21, характеризующееся тем, что указанный кольцеобразный металлический уплотнительный элемент содержит кольцевое уплотнение Е-образной формы.

29. Уплотнительное средство по п.28, характеризующееся тем, что указанный ограничитель сжатия содержит плоскую металлическую пластину и диэлектрический материал, при этом глубина указанной канавки выбирается так, что указанное металлическое уплотнительное кольцо не подвергается избыточному сжатию, когда указанный слой диэлектрического материала уменьшается при возникновении высокой температуры.

30. Уплотнительное средство по п.29, характеризующееся тем, что указанный ограничитель сжатия покрыт диэлектрическим материалом.