RU2197658C1

RU2197658C1 - Fixed joint sealing device

Info

Publication number: RU2197658C1
Application number: RU2002106831A
Authority: RU
Inventors: А.П. Андреев; Б.В. Бурмистров; И.А. Гусев; В.В. Ермолаев; А.А. Набоков
Original assignee: Андреев Александр Павлович; Бурмистров Борис Владимирович; Гусев Игорь Александрович; Ермолаев Владимир Викторович
Priority date: 2002-03-18
Filing date: 2002-03-18
Publication date: 2003-01-27

Abstract

FIELD: power engineering. SUBSTANCE: invention can be used in fittings and valves operating at high pressure and temperatures of coolants in heat and nuclear power stations and other device operating at high parameters of working media. Proposed sealing device of fixed joints comprises spacer in form of solid of revolution placed between fixed joint members. Spacer is made of metal tape wound in form of spiral with liable to compression element fixing axial displacement of spiral coils. Graphite filler is placed at least between middle coils of spiral. Spacer is located in space between end face surfaces of fixed joint members. One inner and one outer coils of tape have larger rigidity than other tape coils and width corresponding to thickness of spacer in its operating condition and smaller than width of tape of middle coils of spiral. EFFECT: improved reliability of operation of fixed joint spacers. 5 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к энергетическому машиностроению и может быть использовано для арматуры, работающей в условиях высоких давлений и температур теплоносителя тепловых и атомных электростанций, а также для арматуры и других устройств, работающих при высоких параметрах рабочих сред. The invention relates to power engineering and can be used for valves operating at high pressures and temperatures of the coolant of thermal and nuclear power plants, as well as valves and other devices operating at high parameters of the working environment.

Известно уплотнение с мягкой набивкой (см. книгу А.А. Кондакова. Уплотнения гидравлических систем, М.: Машиностроение, 1972 г.). Это уплотнение представляет собой кольцо прямоугольного сечения из эластичного материала, изготовляемого из пенькового, асбестового или иного шнура или порошково-волокнистой массы, содержащей графит, асбест, слюду, тальк и другие компоненты. A seal with soft packing is known (see the book by A. A. Kondakov. Seals of hydraulic systems, M .: Mechanical Engineering, 1972). This seal is a rectangular ring of elastic material made from hemp, asbestos or other cord or a powder of pulp containing graphite, asbestos, mica, talc and other components.

Недостатком известного уплотнения является невысокая термостойкость, износостойкость и герметичность соединения. The disadvantage of this seal is the low heat resistance, wear resistance and tightness of the connection.

Известны спирально-навитые прокладки, представляющие собой спирально-навитую металлическую ленту V-образного профиля с размещенным между витками спирали наполнителем из эластичного неметаллического материала, которые устанавливаются с ограничительными кольцами снаружи, внутри или с обеих сторон прокладки. Known spiral-wound gaskets, which are a spiral-wound metal tape of a V-shaped profile placed between the coils of the spiral filler of elastic non-metallic material, which are installed with restrictive rings on the outside, inside or on both sides of the gasket.

Недостатком известной прокладки является недостаточная надежность уплотнения, что обуславливается трудностью обеспечения требуемой радиальной плотности между витками прокладки. При этом с увеличением диаметра прокладки обеспечение требуемой радиальной плотности между витками прокладки существенно затрудняется, что обусловлено уменьшением ее устойчивости в осевом направлении. Кроме того, сжатие прокладки сопровождается ее боковым расширением. С увеличением диаметра прокладки разница в удлинении наружных и внутренних витков прокладки возрастает, что в конечном итоге приводит к расслоению прокладки и, следовательно, снижению надежности уплотнения. A disadvantage of the known gasket is the lack of reliability of the seal, which is caused by the difficulty in ensuring the required radial density between the turns of the gasket. Moreover, with an increase in the diameter of the gasket, the provision of the required radial density between the turns of the gasket is substantially more difficult, due to a decrease in its stability in the axial direction. In addition, the compression of the gasket is accompanied by its lateral expansion. With an increase in the diameter of the gasket, the difference in the elongation of the outer and inner turns of the gasket increases, which ultimately leads to delamination of the gasket and, therefore, a decrease in the reliability of the seal.

Наиболее близким к заявленному является устройство уплотнения неподвижных соединений, содержащее прокладку в виде тела вращения, расположенную между элементами неподвижного соединения и выполненную в виде навитой по спирали металлической ленты с фиксирующим осевое смещение витков спирали и податливым на сжатие элементом, по меньшей мере между средними витками расположен графитовый наполнитель, прокладка расположена в пространстве между торцевыми поверхностями элементов неподвижного соединения, при этом прокладка снабжена внутренним и/или наружным кольцами (см. SU 997518 А1, МПК⁷ F 16 J 15/02 опубл. 23.07.1984).Closest to the claimed one is a device for sealing fixed joints, containing a gasket in the form of a body of revolution, located between the elements of the fixed joint and made in the form of a spiral-wound metal tape with an axial displacement of the spiral coils and a compressive element, at least between the middle coils graphite filler, the gasket is located in the space between the end surfaces of the elements of the fixed connection, while the gasket is provided with an internal him and / or outer rings (see SU 997518 A1, IPC ⁷ F 16 J 15/02 publ. 07.23.1984).

Недостатком этого уплотнения является его невысокая надежность работы, обусловленная возможностью деформации прокладки в радиальном направлении к ее оси за счет выполнения ограничительного кольца составным и упругим, кроме этого, выполнение ленты переменной ширины приводит к возможности появления внутренних деформаций в рабочем положении прокладки ввиду неодинакового выдавливания наполнителя из прокладки и обеспечения тем самым контактирования витков друг с другом. Кроме этого, выполнение ленты переменной ширины менее технологично и металлоемко, а следовательно, затраты на ее производство большие. The disadvantage of this seal is its low reliability, due to the possibility of deformation of the gasket in the radial direction to its axis due to the restrictive ring being composite and elastic, in addition, the execution of the tape of variable width leads to the possibility of internal deformations in the working position of the gasket due to unequal extrusion of the filler from laying and thereby ensuring contacting the turns with each other. In addition, the implementation of a variable-width tape is less technologically and metal-intensive, and therefore, the cost of its production is large.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение надежности работы прокладки неподвижных соединений регулирующей трубопроводной арматуры за счет обеспечения стабильного прижатия при высоких температурах наполнителя к поверхности спирально навитой ленты, обусловленного введением ограничителей в радиальном направлении крайних витков спирали и выбором оптимальной формы поперечного сечения ленты и его параметров. The problem to which the invention is directed is to increase the reliability of the laying of fixed joints of regulating pipeline valves by ensuring stable pressing at high temperatures of the filler to the surface of the spiral wound tape due to the introduction of limiters in the radial direction of the extreme turns of the spiral and the choice of the optimal cross-sectional shape of the tape and its parameters.

Для достижения поставленного технического результата в устройстве уплотнения неподвижных соединений, содержащем прокладку в виде тела вращения, расположенную между элементами неподвижного соединения и выполненную в виде навитой по спирали металлической ленты с фиксирующим осевое смещение витков спирали и податливым на сжатие элементом, по меньшей мере между средними витками расположен графитовый наполнитель, прокладка расположена в пространстве между торцевыми поверхностями элементов неподвижного соединения, по меньшей мере один внутренний и один внешний витки ленты выполнены большей жесткости, чем остальные витки, и имеют ширину, соответствующую толщине прокладки в ее рабочем состоянии и меньшую ширины ленты средних витков спирали для предотвращения деформации прокладки в радиальном направлении в рабочем состоянии. To achieve the technical result, in a device for sealing fixed joints, containing a gasket in the form of a body of revolution, located between the elements of the fixed joint and made in the form of a spiral-wound metal tape with an axial displacement of the coils of the spiral and a compressive element, at least between the middle coils at least one graphite filler is located, the gasket is located in the space between the end surfaces of the elements of the fixed connection the inner and one outer turns of the tape are made more rigid than the rest of the turns, and have a width corresponding to the thickness of the strip in its working condition and less than the width of the tape of the middle turns of the spiral to prevent deformation of the strip in the radial direction in the working state.

Возможны и другие варианты выполнения изобретения, согласно которым необходимо, чтобы:
- прокладка была бы расположена в полости, образованной кольцевым пазом, выполненным на торцевой поверхности одного из элементов неподвижного соединения, и кольцевым выступом, выполненным на торцевой поверхности другого элемента этого соединения и расположенным с возможностью размещения в кольцевом пазу при контактировании с прокладкой в рабочем ее положении;
- прокладка была бы расположена в полости, образованной кольцевым пазом, выполненным на торцевой поверхности одного из элементов неподвижного соединения, и плоской поверхностью другого элемента для обеспечения возможности контактирования с прокладкой в рабочем ее положении, при этом ширина плоской поверхности больше ширины кольцевого паза;
- торцевые поверхности элементов неподвижного соединения были бы выполнены ступенчатой формы и расположены с возможностью образования кольцевой полости, замкнутой со всех сторон, для размещения прокладки;
- отношение толщины прокладки к ее диаметру было бы равно 0,005-0,3, при условии, что толщина прокладки в рабочем состоянии не превышает 10 мм.Other embodiments of the invention are possible, according to which it is necessary that:
- the gasket would be located in the cavity formed by an annular groove made on the end surface of one of the elements of the fixed connection, and an annular protrusion made on the end surface of another element of this connection and located with the possibility of placement in the annular groove when in contact with the gasket in its working position ;
- the gasket would be located in the cavity formed by an annular groove made on the end surface of one of the elements of the fixed connection and the flat surface of the other element to allow contact with the gasket in its working position, while the width of the flat surface is greater than the width of the annular groove;
- the end surfaces of the elements of the fixed connection would be made in a stepped shape and arranged to form an annular cavity, closed on all sides, to accommodate the gasket;
- the ratio of the thickness of the gasket to its diameter would be equal to 0.005-0.3, provided that the thickness of the gasket in working condition does not exceed 10 mm

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязанными между собой причинно-следственной связью с образованием совокупности существенных признаков, достаточных для повышения надежности работы прокладки неподвижных соединений. These signs are essential and interconnected causally with the formation of a combination of essential signs sufficient to increase the reliability of the laying of fixed joints.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где
на фиг.1 представлен общий вид прокладки для устройства уплотнения;
на фиг.2 - фрагмент сечения прокладки (увеличено);
на фиг.3 - пример выполнения изобретения по п.2 формулы изобретения;
на фиг.4 - пример выполнения изобретения по п.3 формулы изобретения;
на фиг.5 - пример выполнения изобретения по п.4 формулы изобретения.The invention is illustrated by drawings, where
figure 1 presents a General view of the gasket for the sealing device;
figure 2 is a fragment of a section of the gasket (enlarged);
figure 3 is an example embodiment of the invention according to claim 2;
figure 4 is an example embodiment of the invention according to claim 3;
figure 5 is an example embodiment of the invention according to claim 4 of the claims.

Настоящее изобретение поясняется конкретным примером выполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения данной совокупностью существенных признаков заданного технического результата. The present invention is illustrated by a specific embodiment, which, however, is not the only possible, but clearly demonstrates the possibility of achieving this set of essential features of a given technical result.

Устройство уплотнения неподвижных соединений содержит прокладку 1 (фиг. 1-5), выполненную в виде тела вращения, расположенную между элементами 2 и 3 неподвижного соединения и выполненную в виде навитой по спирали металлической ленты 4 с фиксирующим осевое смещение витков спирали и податливым на сжатие элементом 5, выполненным в виде перегиба по всей длине ленты 4 в средней ее части и образования ребра 5*. По меньшей мере, между средними 6 витками расположен графитовый наполнитель 7. Прокладка 1 расположена в пространстве между торцевыми поверхностями элементов 2 и 3 неподвижного соединения (фиг.3, 4, 5). The sealing device for fixed joints contains a gasket 1 (Fig. 1-5), made in the form of a body of revolution, located between the elements 2 and 3 of the fixed connection and made in the form of a spiral-wound metal tape 4 with a fixing axial displacement of the coils of the spiral and a flexible element 5, made in the form of an inflection along the entire length of the tape 4 in its middle part and the formation of a rib 5 *. At least between the middle 6 turns is a graphite filler 7. The gasket 1 is located in the space between the end surfaces of the elements 2 and 3 of the fixed connection (Figs. 3, 4, 5).

По меньшей мере один внутренний 8 и один внешний 9 витки ленты 4 имеют ширину, соответствующую толщине прокладки 1 в ее рабочем состоянии и меньшую ширины ленты 4 средних витков 6 спирали, при этом эти витки 8 и 9 имеют большую жесткость, чем остальные витки 6, для предотвращения деформации прокладки 1 в радиальном направлении в ее рабочем состоянии, характеризуемую напряженным состоянием сжатых витков спирали, в частности деформированных элементом 5. At least one inner 8 and one outer 9 turns of the tape 4 have a width corresponding to the thickness of the strip 1 in its working condition and less than the width of the tape 4 of the middle turns 6 of the spiral, while these turns 8 and 9 have greater rigidity than the rest of the turns 6, to prevent deformation of the strip 1 in the radial direction in its working condition, characterized by the stress state of the compressed coils of the spiral, in particular, deformed element 5.

С целью обеспечения оптимальных размеров в сочетании с условиями технологии изготовления, отношение толщины t прокладки 1 к ее диаметру D равно 0,005-0,3 при условии, что толщина прокладки 1 в рабочем состоянии не превышает 10 мм. Указанные параметры прокладки 1 получены экспериментальным путем. In order to ensure optimal sizes in combination with the conditions of the manufacturing technology, the ratio of the thickness t of the gasket 1 to its diameter D is 0.005-0.3, provided that the thickness of the gasket 1 in working condition does not exceed 10 mm. The indicated parameters of gasket 1 were obtained experimentally.

Экспериментально доказано, что в случаях, когда отношение указанных параметров равно 0,015 создаются наиболее оптимальные условия работы прокладки 1 и обеспечения максимальной герметичности соединения. It has been experimentally proved that in cases where the ratio of these parameters is 0.015, the most optimal conditions for the operation of the gasket 1 are created and the maximum tightness of the connection is ensured.

Согласно изобретению возможны различные варианты выполнения полости для размещения прокладки 1. According to the invention, various embodiments of the cavity for accommodating the gasket 1 are possible.

На фиг.3 изображен вариант, согласно которому прокладка 1 расположена в полости, образованной кольцевым пазом 10, выполненным на торцевой поверхности элемента 3 неподвижного соединения, и кольцевым выступом 11, выполненным на торцевой поверхности элемента 2 этого соединения. Ширина кольцевого выступа 11 выполнена меньше, чем ширина кольцевого паза 10, что позволяет разместить его в кольцевом пазу 10 при контактировании элементов 2 и 3 с прокладкой 1 в рабочем ее положении. Figure 3 shows a variant according to which the gasket 1 is located in the cavity formed by an annular groove 10, made on the end surface of the element 3 of the fixed connection, and an annular protrusion 11, made on the end surface of the element 2 of this connection. The width of the annular protrusion 11 is made smaller than the width of the annular groove 10, which allows it to be placed in the annular groove 10 when the elements 2 and 3 are in contact with the gasket 1 in its working position.

На фиг.4 изображен вариант, согласно которому прокладка была бы расположена в полости, образованной кольцевым пазом 10, выполненным на торцевой поверхности элемента 3 неподвижного соединения, и плоской поверхностью 12 элемента 2 для обеспечения возможности контактирования с прокладкой 1 в рабочем ее положении, при этом ширина плоской поверхности 12 больше ширины кольцевого паза 10. Figure 4 shows a variant according to which the gasket would be located in the cavity formed by an annular groove 10, made on the end surface of the element 3 of the fixed connection, and a flat surface 12 of the element 2 to enable contact with the gasket 1 in its working position, while the width of the flat surface 12 is greater than the width of the annular groove 10.

На фиг.5 изображен вариант, согласно которому торцевые поверхности элементов неподвижного соединения были бы выполнены ступенчатой формы и расположены с возможностью образования кольцевой полости 13, замкнутой со всех сторон, для размещения прокладки 1. Figure 5 shows a variant according to which the end surfaces of the elements of the fixed connection would be made in a stepped form and arranged to form an annular cavity 13, closed on all sides, to accommodate the gasket 1.

Пример осуществления изобретения
После размещения прокладки 1 между неподвижными частями соединения арматуры, например между крышкой и корпусом клапана, осуществляют прижатие крышки к корпусу и сжатие прокладки 1. Под усилием сжатия элементом 2 прокладки 1 сжимается средний участок со средними витками 6, увеличивая внутреннее давление уплотнительного элемента - графитового наполнителя 7. Наличие внешних 9 и внутренних 8 витков ленты 4 с большей жесткостью препятствует появлению деформации средних витков 6 в радиальном направлении. В процессе сжатия ленты 4 ширина среднего 6 участка сравнивается по ширине с толщиной прокладки 1 в рабочем состоянии, при этом увеличивается внутреннее давление наполнителя 7 - графита, который выступает за пределы ленты 4 и внедряется в микронеровности уплотняемых поверхностей деталей соединения. Такое решение обеспечивает максимальную степень герметизации соединения за счет плотного прилегания витков спирали и, как следствие, сторон прокладки 1 к соответствующим стенкам корпуса и крышки клапана арматуры.An example embodiment of the invention
After placing the gasket 1 between the fixed parts of the valve fitting, for example between the cap and the valve body, the cap is pressed against the body and the gasket 1 is compressed. Under the compression force, the gasket element 2 compresses the middle section with the middle turns 6, increasing the internal pressure of the sealing element - graphite filler 7. The presence of external 9 and internal 8 turns of tape 4 with greater rigidity prevents the appearance of deformation of the middle turns 6 in the radial direction. In the process of compressing the tape 4, the width of the middle 6 section is compared in width with the thickness of the gasket 1 in working condition, while the internal pressure of the filler 7, graphite, which extends beyond the tape 4 and is embedded in the microroughness of the sealing surfaces of the joint parts, increases. This solution provides the maximum degree of sealing of the connection due to the tight fit of the turns of the spiral and, as a result, the sides of the gasket 1 to the corresponding walls of the housing and valve cover of the valve.

Аналогичный физический процесс сжатия спирально-намотанной ленты будет происходить в решениях, изображенных на фиг.3-5, при этом в случаях контактирования внешнего 9 и/или внутреннего 8 витков спирали с торцевыми стенками элементов соединения возникает дополнительное усилие в прокладке 1 со стороны этой стенки, повышающее более равномерное распределение сил между прокладкой 1 и элементами соединения. A similar physical process of compression of the spiral-wound tape will occur in the solutions shown in Figs. 3-5, in this case, in cases of contacting the external 9 and / or internal 8 turns of the spiral with the end walls of the connection elements, an additional force arises in the gasket 1 from the side of this wall , increasing a more uniform distribution of forces between the gasket 1 and the connection elements.

Изобретение по сравнению с известными средствами уплотнений неподвижных соединений позволяет увеличить герметичность соединения на 20-30% за счет увеличенного внутреннего давления уплотняющей среды при одновременном снижении металлоемкости и стоимости. The invention, compared with the known means of sealing fixed joints, can increase the tightness of the joint by 20-30% due to the increased internal pressure of the sealing medium while reducing metal consumption and cost.

Изобретение соответствует условию охраноспособности "промышленная применимость", поскольку ее изготовление возможно при использовании существующих средств производства с применением известных технологий. The invention meets the eligibility condition "industrial applicability", since its manufacture is possible using existing means of production using known technologies.

Применение изобретения в регулирующей трубопроводной арматуре позволяет повысить герметичность и надежность работы неподвижных соединений за счет обеспечения стабильного прижатия стыкуемых частей, особенно при высоких температурах. The use of the invention in regulating valves allows to increase the tightness and reliability of fixed joints by ensuring stable pressing of the joined parts, especially at high temperatures.

Claims

1. A device for sealing fixed joints, containing a gasket in the form of a body of revolution, located between the elements of the fixed joint and made in the form of a spiral-wound metal tape with an axial displacement fixing the coils of the spiral and a compressive element, at least between the middle coils is a graphite filler, the gasket is located in the space between the end surfaces of the elements of the fixed connection, characterized in that at least one inner and one outer turn cients made greater rigidity than the rest of the turns, and has a width corresponding to the thickness of the gasket in its operating state and a smaller width of the tape medium spiral windings to prevent deformation of the gasket in the radial direction in the operating condition.

2. The device according to p. 1, characterized in that the gasket is located in a cavity formed by an annular groove made on the end surface of one of the elements of the fixed connection, and an annular protrusion made on the end surface of another element of this connection and located with the possibility of placement in the annular the groove when in contact with the gasket in its working position.

3. The device according to p. 1, characterized in that the gasket is located in a cavity formed by an annular groove made on the end surface of one of the elements of the fixed connection, and a flat surface of another element to enable contact with the gasket in its working position, while the width a flat surface is greater than the width of the annular groove.

4. The device according to p. 1, characterized in that the end surfaces of the elements of the fixed connection are made in a stepped form and are arranged to form an annular cavity, closed on all sides, to accommodate the gasket.

5. The device according to p. 1, characterized in that the ratio of the thickness of the gasket to its diameter is 0.005-0.3, provided that the thickness of the gasket in working condition does not exceed 10 mm.