PL221477B1 - Uszczelnienie do armatury przemysłowej - Google Patents

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest uszczelnienie do armatury przemysłowej, zwłaszcza w wielkogabarytowych zaworach w przemysłowych instalacjach przesyłowych różnych mediów. W celu uzyskania pełnej gwarancji szczelności zaworów w instalacjach wielkoprzemysłowych, zwłaszcza wypełnionych agresywnymi mediami opracowano nową konstrukcje uszczelnienia, które stanowi metalowy pierścień uszczelniający (1) oraz gniazdo mieszczące ten pierścień, charakteryzującą się tym, że pierścień (1) od strony umieszczanej w gnieździe korpusu zasuwy lub klina jest ukształtowany na obwodzie w formie dwóch wypustów kotwiących (8, 9) poprzez usytuowany między nimi rowek (10) o głębokości t wynoszącej od 0,2 do 1 grubości g pierścienia uszczelniającego (1) lub jego elementu w formie występu (6), którego boczne powierzchnie (11) posiadają wypukłą krzywiznę o promieniu R1 wynoszącym korzystnie od 0,3 do 0,8 wymienionej grubości g, natomiast jego szerokość s u podstawy (12) powinna się zawierać w granicy od 0,1 do 0,5 tej grubości, z kolei zewnętrzne powierzchnie wymienionych wypustów (8, 9) pochylone są względem siebie o kąt γ w granicy od 15° do 40°. Z kolei gniazdo mieszczące pierścień uszczelniający (1) posiada średnicę wejściową Dg większą od średnicy zewnętrznej Dp pierścienia (1) od strony wypustów kotwiących (8, 9) i posiada w dnie dwa rowki o kształcie analogicznym do wymienionych wypustów (8, 9), przy czym najkorzystniej jest by kąt pochylenia δ między zewnętrznymi ściankami rowków wynosił od 50° do 80° i był 2,5 do 3,5 razy większy od kąta γ w pierścieniu uszczelniającym (1), z kolei promień R3 wewnętrznych powierzchni rowków wynosił od 0,3 do 0,8 grubości g w pierścieniu uszczelniającym (1) natomiast szerokość d dna w gnieździe wynosiła od 1 do 1,2 szerokości s rowka (10) w pierścieniu uszczelniającym (1) a głębokość f rowków w stosunku do wymienionego dna zawiera się w granicach od 0,2 do 1,0 grubości g w pierścieniu (1) i równocześnie powinna zawierać się w granicach od 0,6 do 0,8 szerokości s dna (12) jego rowka (10). Poza tym przejście zewnętrznych powierzchni wypustów kotwiących (8, 9) w powierzchnie zewnętrzną (13) i wewnętrzną (15) pierścienia (1) jest po promieniu R2 z wynoszącym od 1,5 do 2,0 wielkości ich promienia wewnętrznego R1, natomiast powierzchnia zewnętrzna (13) pierścienia (l) jest pochylona w stosunku do jego osi (14) w kierunku czoła z wypustami kotwiącymi (8, 9) o kąt α wynoszący od 1° do 3°, a wewnętrzna powierzchnia (15) pochylona jest również w kierunku wypustków kotwiących (8, 9) o kąt β wynoszący od 2° do 6°, przy czym korzystnym jest by kąt β był dwukrotnie większy od kąta α.

Description

Przedmiotem wynalazku jest uszczelnienie do armatury przemysłowej, zwłaszcza w wielkogabarytowych zaworach w przemysłowych instalacjach przesyłowych różnych mediów.

Korpusy zaworów oraz zasuw w instalacjach przemysłowych wykonywane są najczęściej z żeliwa, które w warunkach kontaktu z agresywnymi mediami ulega korozji prowadzącej do utraty ich szczelności. Aby zapobiec przedostaniu się do otoczenia znajdujących się w instalacjach przemysłowych substancji, często o szkodliwym, a nawet agresywnym działaniu na człowieka i środowisko naturalne, nie można dopuścić do ich rozszczelnienia. Realizowane to jest poprzez wprowadzenie w obszarze współpracy zasuw z żeliwnymi korpusami uszczelnień odpornych na degradującą działalność mediów na nie oddziaływujących.

Obecnie uszczelnienia te wykonane są z różnych materiałów o kształtach w zależności od konstrukcyjnego rozwiązania zaworu, co między innymi wynika z kilku opisów patentowych.

Na ogół stosuje się uszczelnienia w postaci pierścieni sprężystych, które pracują na zasadzie sprężystego dociskania uszczelnienia do powierzchni elementu uszczelnianego. Rozwiązanie takiej konstrukcji uszczelnienia opisane jest w opisie patentowym o nr US 2012 0 256 113. Uszczelnienie stanowi element o dużej sztywności, który w wyniku docisku odkształca się i mocno przylega do uszczelnianych powierzchni. Niedogodnością tego uszczelnienia jest to, że wymaga dość dokładnego dopasowania średnicy zewnętrznej pierścienia do powierzchni uszczelniającej, gdyż podczas dos zczelniania powierzchnia zewnętrzna musi przesuwać się ślizgowo po walcowej powierzchni elementu uszczelnianego, zaś zasadnicze uszczelnienie dokonuje się na powierzchni czołowej pierścienia.

Innym spotykanym rozwiązaniem uszczelnienia jest zastosowanie pierścieni uszczelniających o zarysie prostokątnym, trapezowym oraz L-kształtnym. W wymienionych przykładach rozwiązań pierścienie wtłaczane są w gniazda klinów i korpusów zasuw o zarysie prostokątnym, czy trapezowym z płaskim dnem. Uszczelnienie takiej konstrukcji jest przedmiotem amerykańskiego opisu patentowego nr US 4 373 242. Opisane tam rozwiązanie geometrii połączenia pierścień-gniazdo nie daje satysfakcjonującej szczelności i trwałości połączenia. Podczas wtłaczania pierścienia nie dochodzi do pełnego wypełnienia gniazda przez odkształcany plastycznie jego materiał. Często dochodzi do wypad ania pierścieni z gniazd klina lub korpusu zasuwy.

Elementy uszczelniające w postaci pierścieni mogą być również przykręcane wkrętami, co opisano w amerykańskim opisie patentowym nr US 7 931 251. Takie rozwiązanie pozwala na łatwą ich wymianę, lecz nie są one wystarczająco szczelne ze względu na zbyt mały docisk wywołany dokręceniem wkrętami.

Uszczelnienie także może odbywać się przy wykorzystaniu innego elementu elastycznego z materiału, na przykład z tworzywa sztucznego, czy gumy. Mocowanie jego odbywa się przez inny element blaszany przykręcany, bądź nitowany do korpusu. Rozwiązanie takie przedstawiono w amerykańskim opisie patentowym nr US 5 085 403. Wadą jego jest wrażliwość elementu uszczelniającego na duże dociski i uszkodzenia mechaniczne, które mogą, po dłuższym czasie eksploatacji, spowodować rozszczelnienie.

Kolejnym przykładem rozwiązania uszczelnienia elementów zaworu jest zastosowanie pierścieni z tworzywa sztucznego o zarysie prostokątnym, które są wciskane w odpowiednie gniazda. Dodatkowo mogą być doszczelniane przez zastosowanie pierścieni o zarysie okrągłym wykonanych z tworzywa sztucznego lub gumy. Konstrukcja takiego uszczelnienia jest przedstawiona w amerykańskim opisie patentowym nr US 5 727 775. Wadą jego jest mała żywotność i wrażliwość na uszkodzenia mechaniczne, które obniżają trwałość eksploatacyjną uszczelnienia. Poza tym tworzywa sztuczne wykazują efekt starzenia się co jest przyczyną rozszczelnienia zaworów.

Również z polskiego opisu wzoru użytkowego nr 51 615 znane jest rozwiązanie uszczelnienia, które stanowią przesuwne ślizgowe pierścienie uszczelniające, dopasowujące się za każdym razem do powierzchni uszczelniającej.

W celu uzyskania pełnej gwarancji szczelności zaworów w instalacjach wielkoprzemysłowych, zwłaszcza wypełnionych agresywnymi mediami opracowano nową konstrukcje uszczelnienia, które stanowi metalowy pierścień uszczelniający oraz gniazdo mieszczące ten pierścień i zgodnie z wynalazkiem charakteryzuje się tym, że pierścień od strony umieszczanej w gnieździe korpusu zasuwy lub klina jest ukształtowany na obwodzie w formie dwóch wypustów kotwiących poprzez usytuowany między nimi rowek o głębokości t wynoszącej od 0,2 do 1 grubości g pierścienia uszczelniającego lub jego elementu w formie występu, którego boczne powierzchnie posiadają wypukłą krzywiznę o proPL 221 477 B1 mieniu wynoszącym korzystnie od 0,3 do 0,8 wymienionej grubości g, natomiast jego szerokość s u podstawy powinna się zawierać w granicy od 0,1 do 0,5 tej grubości, z kolei zewnętrzne powierzchnie wymienionych wypustów pochylone są względem siebie o kąt γ w granicy od 15° do 40°. Z kolei gniazdo mieszczące pierścień uszczelniający posiada średnicę wejściową D_g większą od średnicy zewnętrznej Dd pierścienia od strony wypustów kotwiących i posiada w dnie dwa rowki o kształcie analogicznym do wymienionych wypustów, przy czym najkorzystniej jest, by kąt pochylenia β między zewnętrznymi ściankami rowków wynosił od 50° do 80° i był 2,5 do 3,5 razy większy od kąta γ w pierścieniu uszczelniającym, z kolei promień R3 wewnętrznych powierzchni rowków wynosi od 0,3 do 0,8 grubości g w pierścieniu uszczelniającym, natomiast szerokość d dna w gnieździe wynosi od 1 do 1,2 szerokości s rowka w pierścieniu uszczelniającym, a głębokość f rowków w stosunku do wymienionego dna zawiera się w granicach od 0,2 do 1,0 grubości g w pierścieniu i równocześnie powinna się zawierać w granicach od 0,6 do 0,8 szerokości s dna jego rowka.

Poza tym, przejście zewnętrznych powierzchni wypustów kotwiących w powierzchnię zewnętrzną pierścienia i wewnętrzną jest po promieniu R2 wynoszącym od 1,5 do 2,0 wielkości ich promienia wewnętrznego R^, natomiast powierzchnia zewnętrzna pierścienia jest pochylona w stosunku do jego osi w kierunku czoła z wypustami kotwiącymi o kąt α wynoszący od 1° do 3°, a wewnętrzna powierzchnia pochylona jest również w kierunku wypustków kotwiących o kąt β wynoszący od 2° do 6°, przy czym korzystnym jest by kąt β był dwukrotnie większy od kąta α.

Zgodnie z wynalazkiem, uszczelnienie pozwala na uzyskanie w pełni wypełnionego gniazda przez materiał pierścienia w wyniku wymuszenia odkształceń plastycznych. Wymuszenie plastycznego płynięcia materiału pierścienia odbywa się przez nacisk elementów głowicy walcującej lub pojedynczej rolki. Rozwiązanie to jest łatwe i mało kosztowne w zastosowaniu do zasuw wielkogabarytowych przeznaczonych do armatury przemysłowej. Materiał na pierścień mogą stanowić stopy metali nieżelaznych. Przy tak dobranym kształcie zarysu pierścienia i gniazda możliwe jest stosowanie jako materiału na pierścień stali nierdzewnej austenitycznej wykazującej się dużą trwałością cierną i odpornością korozyjną.

Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładowym wykonaniu na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia geometrię pierścienia, stanowiącego główny element uszczelnienia, natomiast fig. 2 i fig. 3 szczegóły A i B ujawniające geometrie ukształtowania jego zewnętrznej i fragmentu wewnętrznej powierzchni, z kolei na fig. 4 pokazano ukształtowanie gniazda, w którym jest mocowany pierścień uszczelniający, natomiast na fig. 5 przedstawiono w ujęciu schematycznym zawór z tym uszczelnieniem, a na fig. 6 i fig. 7 zobrazowano połączenie pierścienia z gniazdem przedmiotowego uszczelnienia.

Jak to przedstawiono na fig. 1, metalowy pierścień 1 od strony 2 umieszczanej w gnieździe 3 korpusu zasuwy 4 lub klina 5 jest ukształtowany na obwodzie w formie dwóch występów kotwiących 8 i 9, przez usytuowany między nimi rowek 10 o głębokości t wynoszącej 0,6 grubości g występu 6. Boczne powierzchnie 11 tego rowka posiadają wypukłą krzywiznę o promieniu R1 wynoszącym 0,5 wymienionej już grubości g, natomiast jego szerokość s u podstawy 12 wynosi 0,3 tej grubości. Zewnętrzne powierzchnie wypustów kotwiących 8 i 9 są pochylone względem siebie o kąt γ wynoszący 30°. Poza tym, przejście zewnętrznych powierzchni tych wypustów w powierzchnię zewnętrzną 13 pierścienia 1 i wewnętrzną jego wgłębienia 7 jest po promieniu R2 wynoszącym dwie wielkości ich promienia wewnętrznego R1, natomiast, jak to uwidoczniono na fig. 2 i fig. 3, powierzchnia zewnętrzna 13 wspomnianego pierścienia jest pochylona w stosunku do jego osi 14 w kierunku czoła z wypustami kotwiącymi 8 i 9 o kąt α wynoszący 2°. Analogicznie, wewnętrzna powierzchnia 15 wgłębienia 7 pochylona jest w kierunku tych wypustów o kąt β wynoszący 4°. Z kolei gniazdo 3 mieszczące pierścień uszczelniający 1 posiada głębokość w od czoła klina 5 równą głębokości h wgłębienia 7 w pierścieniu uszczelniającym 1, a jego średnica D_g jest o 0,5 mm większa od średnicy zewnętrznej D_g pierścienia 1 od strony wypustów kotwiących 8 i 9. Wymienione gniazdo posiada w dnie dwa rowki 16 i 17 o kształcie analogicznym do wymienionych wypustów 8 i 9 pierścienia 1, przy czym kąt pochylenia δ między zewnętrznymi ściankami 18 i 19 wynosi 75°. Poza tym, promień R3 wewnętrznych powierzchni 20 rowków 16 i 17 wynosi 0,5 grubości g występu 7 w pierścieniu 1, natomiast szerokość d dna 21 w gnieździe 3 wynosi 1,1 szerokości s rowka 10 w pierścieniu uszczelniającym 1, a głębokość f rowków 16 i 17 w stosunku do wymienionego dna 21 wynosi 0,2 grubości g występu 7 pierścienia 1.

Opisane rozwiązanie zastosowano w przykładowym wykonaniu w zaworze przedstawionym w schematycznym ujęciu na fig. 5. Jak to uwidoczniono na tym rysunku, przedstawiony wcześniej pierścień uszczelniający 1 został umieszczony w gniazdach 2 korpusu 4 oraz klina 5 tworząc między nimi uszczelnienia cechujące się wcześniej już opisanymi walorami.

PL 221 477 B1

Z kolei na fig. 6 pokazano w powiększonej skali fragment tego uszczelnienia jako szczegół C zaworu przedstawionego na fig. 5.

Dla zobrazowania wstępnego usytuowania elementów uszczelnienia zgodnego z wynalazkiem, przedstawiono go w schematycznym ujęciu na fig. 7, gdzie pokazano fragment pierścienia uszczelniającego 1 umieszczony w gnieździe 3 przed jego wprasowaniem i zakotwieniem poprzez wciśnięcie wypustów 8 i 9 w kanałki 16 i 17 tego gniazda. W celu wykonania na gotowo przedmiotowego uszczelnienia, pierścienie uszczelniające 1 umieszcza się w gniazdach 3 wykonanych w korpusie zaworu 4 oraz w klinie 5. W celu wypełnienia gniazda 3 i dopasowania do niego pierścienia 1, jest on rozwalcowywany na urządzeniu, nie pokazanym na rysunku, za pomocą walcowych rolek umieszczonych w głowicy walcującej, wykonującej ruch obrotowy i przesuwny w kierunku osiowym pierścienia 1. Przesuw i docisk osiowy wymusza lokalne deformacje pierścienia 1 oraz wypełnienie i jego dopasowanie do gniazda 3 klina 5 i korpusu 4. Powierzchnie uszczelniające 22 tak ukształtowanych pierścieni 1 poddawane są wykańczającej obróbce mechanicznej dla zapewnienia odpowiedniej ich geometrii i gładkości.

Claims (2)

1. Uszczelnienie do armatury przemysłowej, które stanowi metalowy pierścień uszczelniający oraz gniazdo mieszczące ten pierścień, znamienne tym, że pierścień (1) od strony umieszczanej w gnieździe (3) korpusu zasuwy (4) lub klina (5) jest ukształtowany na obwodzie, w formie dwóch wypustów kotwiących (8, 9) poprzez usytuowany między nimi rowek (10) o głębokości t wynoszącej od 0,2 do 1 grubości g pierścienia uszczelniającego (1) lub jego elementu w formie występu (6), którego boczne powierzchnie (11) posiadają wypukłą krzywiznę o promieniu R1 wynoszącym korzystnie od 0,3 do 0,8 wymienionej grubości g, natomiast jego szerokość s u podstawy (12) powinna się zawierać w granicy od 0,1 do 0,5 tej grubości, z kolei zewnętrzne powierzchnie wymienionych wypustów (8, 9) pochylone są względem siebie o kąt γ w granicy od 15° do 40°, a gniazdo (3) mieszczące pierścień uszczelniający (1) posiada średnicę wejściową D_g większą od średnicy zewnętrznej D_p pierścienia (1) od strony wypustów kotwiących (8, 9) i posiada w dnie dwa rowki (16, 17) o kształcie analogicznym do wymienionych wypustów (8, 9), przy czym najkorzystniej jest, by kąt pochylenia δ między zewnętrznymi ściankami (18, 19) rowków (16, 17) wynosił od 50° do 80° i był 2,5 do 3,5 razy większy od kąta γ w pierścieniu uszczelniającym (1), z kolei promień R3 wewnętrznych powierzchni (20) rowków (16, 17) wynosi od 0,3 do 0,8 grubości g w pierścieniu (1), natomiast szerokość d dna (21) w gnieździe (3) wynosi od 1 do 1,2 szerokości s rowka (10) w pierścieniu uszczelniającym (1), a głębokość f rowków (16, 17) w stosunku do wymienionego dna (21) zawiera się w granicach od 0,2 do 1,0 grubości g w pierścieniu (1) i równocześnie powinna się zawierać w granicach od 0,6 do 0,8 szerokości s dna (12) jego rowka (10).

2. Uszczelnienie do armatury przemysłowej zgodne z zastrz. 1, znamienne tym, że przejście zewnętrznych powierzchni wypustów kotwiących (8, 9) w powierzchnię zewnętrzną (13) pierścienia (1) i wewnętrzną (15) jest po promieniu R₂ wynoszącym od 1,5 do 2,0 wielkości ich promienia wewnętrznego R1, poza tym powierzchnia zewnętrzna (13) pierścienia (1) jest pochylona w stosunku do jego osi (14) w kierunku czoła z wypustami kotwiącymi (8, 9) o kąt α wynoszący od 1° do 3°, a wewnętrzna powierzchnia (15) pochylona jest również w kierunku wypustów kotwiących (8, 9) o kąt β wynoszący od 2° do 6°, przy czym korzystnym jest, by kąt β był dwukrotnie większy od kąta α.