RU2062931C1

RU2062931C1 - High-pressure sealing unit

Info

Publication number: RU2062931C1
Application number: RU94017291A
Authority: RU
Inventors: С.Н. Компанистов
Original assignee: Омское научно-производственное объединение "Сибкриотехника"
Priority date: 1994-05-10
Filing date: 1994-05-10
Publication date: 1996-06-27

Abstract

FIELD: valving. SUBSTANCE: sealing unit has conical valving member and seat with a supporting surface, ring flexible member with the conical sealing surface, and flexible washer with the conical opening. The washer is mounted on the flexible member to permit deformation and to form the common sealing surface when it is in contact with the valving member. EFFECT: enhanced reliability. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области арматуростроения и может быть использовано в качестве запорного органа гидро- и пневмоклапанов и вентилей, предназначенных для работы при высоких и сверхвысоких давлениях. The invention relates to the field of valve engineering and can be used as a shutoff member of hydraulic and pneumatic valves and valves designed to operate at high and ultrahigh pressures.

Известен уплотнительный узел, содержащий уплотнитель и подвижную предохранительную перегородку, в котором подвижная предохранительная перегородка входит в контакт с уплотнительной поверхностью прежде, чем этой поверхности коснется уплотнитель, этим достигается устранение щели, наличие которой приводит к преждевременному износу уплотнителя при больших перепадах давления /1/. A known sealing assembly comprising a seal and a movable safety baffle, in which the movable safety baffle comes into contact with the sealing surface before the seal touches this surface, this eliminates the gap, the presence of which leads to premature wear of the seal at large pressure drops / 1 /.

Данный уплотнительный узел имеет большие габариты, поскольку в центральной части узла находится монтажная бобышка, затем по кольцу располагается уплотнитель и затем, так же по кольцу, подвижная перегородка. Расположение кольцевых зон в поперечном направлении по отношению к потоку влечет развитие габаритов и узла, вследствие чего, в свою очередь, возрастают усилия на приводе, что увеличивает габариты арматуры. Кроме того, наличие большого количества входящих в узел деталей усложняет конструкцию и уменьшает надежность его работы. This sealing unit has large dimensions, since there is a mounting boss in the central part of the unit, then a seal is located along the ring and then, also along the ring, is a movable partition. The location of the annular zones in the transverse direction with respect to the flow entails the development of dimensions and assembly, as a result of which, in turn, the efforts on the drive increase, which increases the dimensions of the valve. In addition, the presence of a large number of parts included in the assembly complicates the design and reduces the reliability of its operation.

Известен уплотнительный узел вентилей и клапанов, содержащий уплотнительный элемент, установленный в кольцевой полости, образуемой телом запорного органа и упругим оболочечными элементами, и выполненный из материала, способного к упругой или пластической деформации /2/. Однако известный уплотнительный узел влечет за собой большие габариты арматуры. В работе же с высокими и сверхвысокими давлениями развитие габаритов запорного органа весьма существенно влияет на габаритные, весовые и мощностные характеристики арматуры. Known sealing assembly of valves and valves, containing a sealing element mounted in an annular cavity formed by the body of the locking member and the elastic shell elements, and made of a material capable of elastic or plastic deformation / 2 /. However, the known sealing unit entails large dimensions of the valve. In work with high and ultrahigh pressures, the development of the dimensions of the shut-off element very significantly affects the overall, weight and power characteristics of the valve.

Кроме того, наличие развитой деформируемой поверхности затвора уменьшает жесткость уплотнительного узла, что влечет за собой уменьшение ресурса и надежности работы затвора, возможность возникновения пульсации потока из-за автоколебаний запорного органа. In addition, the presence of a developed deformable surface of the shutter reduces the rigidity of the sealing assembly, which entails a decrease in the resource and reliability of the shutter, the possibility of flow pulsation due to self-oscillations of the shut-off element.

Наиболее близким к заявляемому решению является уплотнительный узел вентилей и клапанов, содержащий уплотнительный U элемент, закрепленный на корпусе вентиля и выполненный из материала, способного к упругой или пластической деформации /3/. Кроме того, элемент дублирован уплотнительной шайбой, деформируемой в процессе уплотнения,
Однако известный уплотнительный узел может найти лишь ограниченное применение. Это обусловлено, во-первых, сравнительно большими габаритами запорного органа, т.к. он включает в себя несколько деталей, собираемых в узел, и поэтому уже увеличенных габаритов; во-вторых, потому что конструкция уплотнительного элемента не предусматривает самоуплотнения, и в-третьих, в случае разгерметизации основного уплотнения дублирующее не будет выдерживать высокого давления и следовательно, необходим очень мощный привод для деформации толстостенных деталей; в четвертых, если это уплотнение и не разовое, то, во всяком случае, в нем происходит существенный износ уплотнительных поверхностей ввиду больших перемещений их относительно друг друга под рабочими контактными нагрузками.Closest to the claimed solution is a sealing assembly of valves and valves containing a sealing U element mounted on the valve body and made of a material capable of elastic or plastic deformation / 3 /. In addition, the element is duplicated by a sealing washer, deformable during sealing,
However, the known sealing assembly may find only limited use. This is due, firstly, to the relatively large dimensions of the closure, because it includes several parts assembled into a knot, and therefore already increased dimensions; secondly, because the design of the sealing element does not provide for self-sealing, and thirdly, in case of depressurization of the main seal, the backup will not withstand high pressure and therefore, a very powerful drive is needed to deform thick-walled parts; fourthly, if this seal is not single, then, in any case, significant wear of the sealing surfaces occurs in it due to their large displacements relative to each other under working contact loads.

Задачей настоящего изобретения является упрощение конструкции узла, уменьшение его геометрических размеров и увеличение ресурса работы уплотнения. Ввиду массивности дублирующего уплотнения требуется мощный привод на запорный орган. The objective of the present invention is to simplify the design of the node, reducing its geometric dimensions and increasing the life of the seal. Due to the massiveness of the backup seal, a powerful drive to the locking element is required.

Технический результат достигается тем, что в известном уплотнительном узле, содержащим конический запорный орган, а так же седло с опорной поверхностью и кольцевым эластичным элементом, установленным с возможностью взаимодействия уплотнительной поверхности с запорным органом, седло снабжено упругой шайбой с коническим отверстием, уплотнительная поверхность эластичного элемента выполнена конической, а шайба размещена на эластичном элементе с возможностью их деформации и образования ими общей уплотнительной поверхности при контакте с запорным органом. The technical result is achieved by the fact that in the known sealing assembly containing a conical locking member, as well as a saddle with a supporting surface and an annular elastic element installed with the possibility of interaction between the sealing surface and the locking member, the saddle is equipped with an elastic washer with a conical hole, the sealing surface of the elastic element made conical, and the washer is placed on the elastic element with the possibility of their deformation and the formation of a common sealing surface by contact with a locking body.

К отличительной особенности изобретения относится также то, что в случае применения эластичного уплотнителя, обладающего упругими свойствами, уплотнительная кромка уплотнителя в открытом состоянии не совпадает с уплотнительной кромкой упругого оболочечного элемента. Это обусловлено тем, что контакт уплотнителя с ответной поверхностью происходит в предварительно напряженном состоянии уплотнителя, вследствие чего износ уплотнителя, в т.ч. и эрозионный, характерный для высоких давлений, будет минимальным. A distinctive feature of the invention also relates to the fact that in the case of using an elastic sealant having elastic properties, the sealing lip of the sealant in the open state does not coincide with the sealing lip of the elastic shell element. This is due to the fact that the contact of the sealant with the reciprocal surface occurs in the prestressed state of the sealant, as a result of which the wear of the sealant, incl. and erosion, characteristic of high pressures, will be minimal.

В предложенной конструкции уплотнительного узла отсутствуют места трения и износа входящих в узел деталей, а значит, возможно применение для работы с особо чистыми веществами /средами/. In the proposed design of the sealing assembly there are no places of friction and wear of the parts included in the assembly, which means that it can be used to work with highly pure substances / media /.

Имеется также принципиальная разница между предложенным решением и прототипом,которая заключается в том, что разместив крепление уплотнителя не на штоке, а на корпусе, и учитывая простоту контактных поверхностей входящих деталей /отверстия с незначительной конусностью, или даже без нее/, данная конструкция делает прорыв в решении задачи создания надежных уплотнений на высокие давления с минимальными проходными отверстиями /порядка десятых долей миллиметра/ необходимыми, например, для дроссельных или регулирующих вентилей. There is also a fundamental difference between the proposed solution and the prototype, which consists in placing the seal mount not on the stem but on the body, and taking into account the simplicity of the contact surfaces of the inlet parts / holes with little taper, or even without it /, this design makes a breakthrough in solving the problem of creating reliable high-pressure seals with minimum through holes / of the order of tenths of a millimeter / necessary, for example, for butterfly valves or control valves.

При работе с высокими или сверхвысокими давлениями в прототипе не решена проблема бесконтактного разъема уплотнения, т.е. когда в начале цикла при закрывании или в конце цикла при открывании контакт с уплотнителем отсутствует. Это важно для ресурса работы уплотнителя, поскольку начало контакта или разъем при контакте с уплотнителем, находящимся в ненапряженном состоянии, влечет за собой его эрозионный износ, учитывая большие перепады давления на уплотнении в момент разъема. When working with high or ultrahigh pressures in the prototype, the problem of the non-contact seal connector, i.e. when at the beginning of the cycle when closing or at the end of the cycle when opening there is no contact with the sealant. This is important for the life of the seal, since the beginning of the contact or the connector in contact with the seal, which is in an unstressed state, entails its erosive wear, given the large pressure drops across the seal at the time of the connector.

Малорасходный режим уменьшает эти перепады. Low consumption mode reduces these differences.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображены:
на фиг.1 разрез уплотнительного узла в закрытом состоянии;
на фиг.2 разрез уплотнительного узла в открытом состоянии.The invention is illustrated by drawings, which depict:
figure 1 is a section of the sealing unit in the closed state;
figure 2 is a section of the sealing unit in the open state.

Уплотнительный узел состоит из подвижного штока 1, снабженного уплотнительной поверхностью 2, В контакт с конусной поверхностью 2 входят пружинная шайба 3 из пружинного материала, уплотнитель 4 и упорный конус 5, выполненный в корпусе 6. Уплотнитель 4 размещен в кольцевой канавке 7. Уплотнитель 4 и шайба 3 зажимаются в корпусе 6 кольцом 8, обеспечивающим фиксацию шайбы 3 и уплотнителя 4. The sealing assembly consists of a movable rod 1 provided with a sealing surface 2, a spring washer 3 made of spring material, a seal 4 and a stop cone 5 made in the housing 6 come into contact with the conical surface 2. The seal 4 is placed in the annular groove 7. The seal 4 and the washer 3 is clamped in the housing 6 by a ring 8, which ensures the fixing of the washer 3 and the seal 4.

В открытом состоянии между штоком 1 и шайбой 3 обеспечивается кольцевая щель с зазором S, с уплотнителем щель с зазором S₁, а с упорным конусом 5 зазор S₂, причем обеспечивается условие: S<S₂<S₁ /см. фиг.2/. Угол α конуса 2 штока и угол a₁ конусного отверстия 9 шайбы 3 не совпадает, причем α<α₁ /см. фиг.2/.In the open state, between the stem 1 and the washer 3, an annular gap with a gap S is provided, with a seal a gap with a gap S ₁ , and with a stop cone 5 a gap S ₂ , and the condition is provided: S <S ₂ <S ₁ / cm. figure 2 /. The angle α of the cone 2 of the rod and the angle a _{1 of the} conical hole 9 of the washer 3 does not coincide, with α <α ₁ / cm. figure 2 /.

Уплотнительный узел работает следующим образом. В открытом состоянии газ или жидкость беспрепятственно проходит по кольцевой щели. The sealing unit operates as follows. In the open state, the gas or liquid freely passes through the annular gap.

При движении же штока 1 вниз к шайбе 4 щель между конусной поверхностью 2 штока и отверстием шайбы 3 уменьшается. Дроссельная щель уменьшается до тех пор, пока не произойдет контакта между конусной поверхностью 2 штока и шайбы. Затем, при дальнейшем движении штока 1 начинается процесс деформации уплотнителя 4. When the rod 1 moves down to the washer 4, the gap between the conical surface 2 of the rod and the hole of the washer 3 decreases. The throttle gap decreases until there is contact between the conical surface 2 of the rod and the washer. Then, with further movement of the rod 1, the process of deformation of the seal 4 begins.

Осевая нагрузка на уплотнитель передается в радиальном направлении и он, деформируясь, создает при малорасходном режиме полностью герметичное уплотнение. При дальнейшем движении штока 1 конусная поверхность 2 упирается в упорный конус 5, чем предотвращается излишняя нагрузка на материал уплотнителя и его преждевременный износ. The axial load on the seal is transmitted in the radial direction and, being deformed, it creates a completely tight seal during low-speed operation. With further movement of the rod 1, the conical surface 2 abuts against the stop cone 5, which prevents excessive load on the sealant material and its premature wear.

Открытие проходного сечения происходит в обратном порядке. В первоначальный момент открывается кольцевая щель между конусной поверхностью 2 штока и упорным конусом 5. В это время еще сохраняется контакт между конусной поверхностью 2 и уплотнителем 4 и шайбой 3. При дальнейшем движении штока 1 на открытие происходит уменьшение контактных усилий за счет упругих свойств уплотнителя 4, уменьшается площадь контакта и, наконец, происходит отрыв уплотнителя от конусной поверхности в малорасходном режиме, поскольку еще сохранен контакт между пружинящей шайбой 3 и конусной поверхностностью 2 штока 1. В последней стадии открытия происходит отрыв шайбы 3 от конусной поверхности 2 штока 1, и расход через увеличивающуюся щель возрастает до максимума. The opening of the bore occurs in the reverse order. At the initial moment, an annular gap opens between the conical surface 2 of the rod and the stop cone 5. At this time, contact is still maintained between the conical surface 2 and the seal 4 and the washer 3. With further movement of the rod 1 to open, the contact forces decrease due to the elastic properties of the seal 4 , the contact area decreases and, finally, the seal is torn off from the conical surface in a low-consumption mode, since the contact between the spring washer 3 and the conical surface 2 of the rod 1 is still preserved. days of the opening stage, the washer 3 separates from the conical surface 2 of the rod 1, and the flow rate through the increasing gap increases to a maximum.

Техническое преимущество заявляемого уплотнительного узла по сравнению с прототипом заключается в уменьшении усилия, потребного для герметизации и вследствие этого увеличении ресурса работы уплотнения при высоких давлениях. The technical advantage of the claimed sealing unit in comparison with the prototype is to reduce the force required for sealing and, consequently, increase the life of the seal at high pressures.

Применение такого уплотнительного узла позволит уменьшить габариты запорной арматуры и повысить культуру производства. The use of such a sealing unit will reduce the size of the valves and increase the culture of production.

Claims

A high-pressure sealing assembly comprising a conical locking member and a saddle with a supporting surface and an annular elastic element mounted with the possibility of interaction of its sealing surface with the locking member, characterized in that the saddle is equipped with an elastic washer with a conical opening, the sealing surface of the elastic element is made conical, and the washer is placed on the elastic element with the possibility of its deformation and their formation of a common sealing surface in contact with the locking element m.