RU2197660C1

RU2197660C1 - Gland seal

Info

Publication number: RU2197660C1
Application number: RU2002106796A
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 for sealing fittings and valves operating at high pressures and temperatures of coolants in heat and nuclear power stations and other devices operating at high parameters of working media. Proposed gland seal is made in form of sealing element - solid of revolution, at both sides of which metal disks are installed in parallel with diametral sealing plane with possibility of engagement with its end face surface and contacting with surface of joint element when gland seal is in operating position. Bushing of gland seal is installed inside sealing element coaxially to its axis between metal disks for enclosing joint element and with clearance to enclose bushing by material of sealing element from three sides, when gland seal is in operating position. Heat resistance and thermal conductivity of said material are higher than heat resistance and thermal conductivity of bushing material featuring lower coefficient of friction with material of joint element than similar coefficient of friction of sealing element. EFFECT: increased reliability of operation of gland seal. 6 cl, 2 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.

Уровень техники
Известно сальниковое 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.State of the art
Known gland packing with soft packing (see book A. A. Kondakova Seals 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. The disadvantage of this seal is the low heat resistance, wear resistance and tightness.

Для обеспечения повышенной герметичности узлов уплотнения в практике изготовления арматуры высоких параметров применяют различные меры, которые ведут к удорожанию и повышению сложности конструкции. В арматуре первых контуров атомных электростанций для обеспечения герметичности конструкцию сальникового узла делают двух- или трехступенчатой с промежуточными отводами утечек в сборники дренажа. Для компенсации потерянной при выгорании массы материала уплотнения устанавливают пружины, которые обеспечивают постоянный поджим уплотнения. Высота сальниковых камер в арматуре высоких параметров делается очень большой из-за необходимости применения больших пакетов сальниковых уплотнений, в 2-5 раз по высоте превышающих диаметр уплотняемого шпинделя. Однако все эти мероприятия не исключают необходимости подтяжки сальниковых болтов или полной замены сальниковых уплотнений. To ensure increased tightness of the seal assemblies in the practice of manufacturing reinforcing bars of high parameters, various measures are applied that lead to a rise in price and increase in complexity of the design. In the fittings of the first circuits of nuclear power plants, to ensure tightness, the construction of the stuffing box is made two- or three-stage with intermediate drainage leaks into drainage collectors. To compensate for the mass of seal material lost during burnout, springs are installed that provide constant compression of the seal. The height of the stuffing box in the valves of high parameters is made very large due to the need to use large packages of stuffing box seals, 2-5 times the height of the diameter of the sealed spindle. However, all these measures do not exclude the necessity of tightening the stuffing box bolts or completely replacing the stuffing box seals.

Наиболее близким к заявленному является сальниковое уплотнение, выполненное в виде металлических колец, желобчатого профиля в поперечном сечении, между которыми размещены кольца из эластичного наполнителя (см. SU 1642157 А1, опубл. 15.04.1991). Closest to the claimed is the packing, made in the form of metal rings, a groove profile in cross section, between which are placed rings of elastic filler (see SU 1642157 A1, publ. 04/15/1991).

Недостатком этого уплотнения является его невысокая надежность работы. The disadvantage of this seal is its low reliability.

Сущность изобретения
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является расширение технических возможностей за счет увеличения эксплуатационных режимов при одновременном повышении надежности работы сальникового уплотнения за счет обеспечения стабильного прижатия при высоких температурах эластичного наполнителя, выполненного из графитового материала к поверхности подвижной детали.SUMMARY OF THE INVENTION
The problem to which the invention is directed, is to expand technical capabilities by increasing operating conditions while increasing the reliability of the stuffing box packing by providing stable pressing at high temperatures of the elastic filler made of graphite material to the surface of the moving part.

Технический результат достигается за счет использования пластических свойств графитового материала, исключения прилипания этого материала к трущейся поверхности в зоне контакта, исключения вытекания графита, равномерного распределения давления к поверхности контакта. The technical result is achieved by using the plastic properties of a graphite material, eliminating the adhesion of this material to a rubbing surface in the contact zone, eliminating the flow of graphite, uniform distribution of pressure to the contact surface.

Для достижения поставленного технического результата в сальниковом уплотнении, выполненном в виде элемента уплотнения, по обе стороны которого установлены металлические диски уплотнения параллельно диаметральной плоскости с возможностью взаимодействия с его торцевой поверхностью и контактирования в рабочем положении сальникового уплотнения с поверхностью элемента соединения, и втулки, расположенной между металлическими дисками с возможностью схватывания элемента соединения, при этом втулка установлена по отношению к металлическим дискам с зазором с возможностью обеспечения в рабочем состоянии сальникового уплотнения схватывания втулки с трех сторон материалом элемента уплотнения, при этом термостойкость и теплопроводность материала элемента уплотнения выше, чем термостойкость и теплопроводность материала втулки, обладающего меньшим коэффициентом трения с материалом элемента соединения, чем аналогичный коэффициент трения элемента уплотнения. To achieve the technical result in the packing, made in the form of a packing element, on both sides of which are installed metal packing discs parallel to the diametrical plane with the possibility of interaction with its end surface and contacting in the working position of the packing with the surface of the joint element, and the sleeve located between metal disks with the possibility of setting the connection element, while the sleeve is installed in relation to the metal to them discs with a gap with the possibility of ensuring the working seal of the grip of the sleeve on three sides of the material of the seal element, while the heat resistance and thermal conductivity of the material of the seal element is higher than the heat resistance and thermal conductivity of the material of the sleeve, which has a lower coefficient of friction with the material of the connection element than a similar coefficient friction seal element.

Возможны и другие варианты выполнения изобретения, согласно которым необходимо, чтобы:
- по меньшей мере один металлический диск был бы установлен с возможностью контактирования в рабочем положении сальникового уплотнения с поверхностью штока и корпуса;
- толщину втулки определяли бы из соотношения (0,01-0,2)Т, где Т - толщина уплотнительного кольца;
- толщину металлического диска определяли бы из соотношения (0,005-0,1)Т, где Т - толщина элемента уплотнения;
- величина зазора между втулкой и металлическими дисками в рабочем состоянии сальникового уплотнения составляла бы (0,3-1,7)t₂, где t₂ - толщина втулки.Other embodiments of the invention are possible, according to which it is necessary that:
- at least one metal disk would be installed with the possibility of contact in the working position of the stuffing box seal with the surface of the rod and body;
- the thickness of the sleeve would be determined from the ratio (0.01-0.2) T, where T is the thickness of the o-ring;
- the thickness of the metal disk would be determined from the ratio (0.005-0.1) T, where T is the thickness of the seal element;
- the gap between the sleeve and the metal disks in the working condition of the packing would be (0.3-1.7) t ₂ , where t ₂ is the thickness of the sleeve.

- втулка была бы выполнена из фторопласта или прессованного графита, а элементы уплотнения - графитовыми или фторопластовыми или комбинированными из этих материалов, или из набивки из углеродных материалов. - the sleeve would be made of fluoroplastic or extruded graphite, and the sealing elements - graphite or fluoroplastic or combined from these materials, or from a packing of carbon materials.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязанными между собой причинно-следственной связью с образованием совокупности существенных признаков, достаточных для повышения надежности работы сальникового уплотнения. These signs are essential and interconnected causally with the formation of a set of essential features sufficient to increase the reliability of the packing.

Краткое описание чертежей
Сущность изобретения поясняется чертежами, где
на фиг. 1 представлен продольный разрез сальникового уплотнения применительно к подвижному соединению;
на фиг. 2 - продольный разрез сальникового уплотнения применительно к неподвижному соединению.Brief Description of the Drawings
The invention is illustrated by drawings, where
in FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a packing gland as applied to a movable joint;
in FIG. 2 is a longitudinal section of a stuffing box seal as applied to a fixed joint.

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.

Сальниковое уплотнение предназначено для уплотнения как подвижных, так и неподвижных соединений, причем эффективность уплотнения указанных соединений существенно не различается ввиду проявления при этом одинаковых свойств. The packing gland is designed to seal both movable and fixed joints, and the sealing performance of these joints does not differ significantly due to the manifestation of the same properties.

Изобретение может быть с равной степенью эффективности использоваться для уплотнения как подвижных, так и неподвижных соединений. В частности, сальниковое уплотнение 1 может быть размещено в корпусе 2 с возможностью охватывания подвижно установленного штока 3 (фиг.1) или поверхности крышки 4 (фиг. 2), установленной на корпусе и связанной с ним посредством разъемного соединения (на чертежах не показано) с возможностью сжатия сальникового уплотнения. The invention can be used with equal degree of effectiveness to seal both movable and fixed joints. In particular, the stuffing box seal 1 can be placed in the housing 2 with the possibility of covering the movably mounted rod 3 (Fig. 1) or the surface of the cover 4 (Fig. 2) mounted on the housing and connected via a detachable connection (not shown in the drawings) with the possibility of compression of the packing.

Сальниковое уплотнение 1 (фиг.1, 2) согласно изобретению выполнено в виде элемента уплотнения 5, имеющего в поперечном сечении прямоугольную форму, двух металлических дисков 6 и 7, установленных по обе стороны от элемента уплотнения 5 параллельно диаметральной плоскости с возможностью взаимодействия с его торцевой поверхностью по всей его площади и контактирования в рабочем положении сальникового уплотнения 1 с поверхностью элемента соединения, а именно штока 3 или крышки 4. The stuffing box seal 1 (FIGS. 1, 2) according to the invention is made in the form of a sealing element 5 having a rectangular cross-section, two metal disks 6 and 7 mounted on both sides of the sealing element 5 parallel to the diametrical plane with the possibility of interaction with its end face surface over its entire area and contact in the working position of the packing 1 with the surface of the connection element, namely the rod 3 or cover 4.

Внутри элемента уплотнения 5, представляющего собой тело вращение, установлена втулка 8, которая расположена между металлическими дисками 6 и 7 с возможностью схватывания элемента соединения 4. При этом толщина t₁ металлического диска 6, 7 определяется из соотношения (0,005-0,1)Т, а толщина t₂ втулки 8 - из соотношения (0,01-0,2)Т, где Т - толщина элемента уплотнения 5.Inside the seal element 5, which is a body of rotation, a sleeve 8 is installed, which is located between the metal disks 6 and 7 with the possibility of gripping the connection element 4. The thickness t _{1 of the} metal disk 6, 7 is determined from the ratio (0.005-0.1) T and the thickness t _{2 of the} sleeve 8 is from the ratio (0,01-0,2) T, where T is the thickness of the sealing element 5.

Втулка 8 установлена между металлическими дисками 6 и 7 с зазором 9 с возможностью обеспечения в рабочем состоянии схватывания втулки 8 с трех сторон материалом элемента уплотнения 5 при условии, что термостойкость и теплопроводность материала, предназначенного для изготовления втулки 8, ниже, чем термостойкость и теплопроводность материала элемента уплотнения 5. Материал, из которого изготовлена втулка 8, обладает меньшим коэффициентом трения с материалом элемента соединения, чем аналогичный коэффициент трения элемента уплотнения 5. Величина зазора 9 составляет (0,3-1,7) t₂, где t₂ - толщина втулки 8.The sleeve 8 is installed between the metal disks 6 and 7 with a gap of 9 with the possibility of ensuring that the sleeve 8 is gripped on three sides by the material of the sealing element 5, provided that the heat resistance and thermal conductivity of the material intended for the manufacture of the sleeve 8 are lower than the heat resistance and thermal conductivity of the material seal element 5. The material of which the sleeve 8 is made has a lower coefficient of friction with the material of the joint element than the same coefficient of friction of the seal element 5. Great ina gap 9 is (0,3-1,7) t ₂ where t ₂ - thickness of the sleeve 8.

В одном из вариантов выполнения сальникового уплотнения по меньшей мере один металлический диск 6 или 7 установлен с возможностью контактирования в рабочем положении сальникового уплотнения с поверхностью штока 3 и корпуса 2. In one embodiment, the gland packing at least one metal disk 6 or 7 is installed with the possibility of contacting in the working position of the gland packing with the surface of the rod 3 and the housing 2.

Оптимальным решением сальникового уплотнения является выполнение втулка 8 из фторопласта или прессованного графита, а элемента уплотнения 5 - графитовыми или фторопластовыми или комбинированными из этих материалов, или из набивок из углеродных материалов, при этом непременно должно выполняться условие, что термостойкость и теплопроводность материала элемента уплотнения 5 должна быть выше термостойкости и теплопроводности материала втулки 8, обладающего меньшим коэффициентом трения с материалом элемента соединения: штока 3 или корпуса 2, чем аналогичный коэффициент трения элемента уплотнения 5. Все параметры, включая и виды материала, определены экспериментальным путем. The optimal solution for the packing is to make the sleeve 8 of fluoroplastic or extruded graphite, and the sealing element 5 to be made of graphite or fluoroplastic or combined from these materials, or from gaskets made of carbon materials, while the condition that the heat resistance and thermal conductivity of the material of the seal 5 must be satisfied must be higher than the heat resistance and thermal conductivity of the material of the sleeve 8, having a lower coefficient of friction with the material of the connection element: rod 3 or housing 2 than the similar coefficient of friction of the sealing element 5. All parameters, including the types of material, are determined experimentally.

Сальниковое уплотнение работает следующим образом. Gland packing works as follows.

После установки сальникового уплотнения 1 между корпусом 2 и крышкой 4 с возможностью схватывания подвижно установленного штока 3 его сжимают за счет присоединения крышки к корпусу 2 любым известным разъемным соединением. Описанное соединение, как уже указывалось, относится к подвижным. Отличием неподвижного соединения является отсутствие штока, при этом сальниковое уплотнение установлено в полости, образованной частями корпуса 2 или крышки 4. After installing the packing 1 between the housing 2 and the cover 4 with the possibility of setting the movably mounted rod 3, it is compressed by attaching the cover to the housing 2 by any known detachable connection. The described compound, as already indicated, is mobile. The difference between the fixed connection is the absence of a rod, while the stuffing box seal is installed in the cavity formed by the parts of the housing 2 or the cover 4.

В процессе установки сальникового уплотнения происходит сжатие элемента уплотнения 5 с обеих сторон посредством металлических дисков 6 и 7, выполняющих роль поршня или диафрагмы, равномерно распределяющих давление крышки 4 и корпуса 2 на элемент уплотнения 5. При сжатии материал элемента уплотнения 5 заполняет все неровности соединения и зазоры, в том числе и зазор 9, охватывая тем самым втулки 8 с трех сторон материалом элемента уплотнения. During the installation of the stuffing box packing, the packing element 5 is compressed on both sides by means of metal disks 6 and 7, which act as a piston or diaphragm, evenly distributing the pressure of the cover 4 and the housing 2 to the packing element 5. During compression, the material of the packing element 5 fills all the irregularities of the joint and clearances, including clearance 9, thereby covering bushings 8 on three sides with the material of the seal element.

Такое решение обеспечивает фиксацию втулки 8, обладающей более низкими параметрами по теплостойкости и теплопроводности, но более высокими параметрами по трению и уплотнению при взаимодействии со штоком 3, что особенно важно при работе сальникового уплотнения в условиях высоких давлений и температур теплоносителя или рабочей среды в трубопроводной арматуре тепловых и атомных электростанций. Возможны температурные режимы работы сальникового уплотнения, когда втулка 8, "охваченная" со всех сторон: с трех - материалом элемента уплотнения, а с четвертой прижата к поверхности штока 3 или крышки 4, находится в полурасплавленном состоянии, повышая тем самым скольжение штока 3 и примыкание к поверхности крышки 4 и, как следствие, повышая герметичность соединения и срок службы. This solution ensures the fixation of the sleeve 8, which has lower parameters for heat resistance and thermal conductivity, but higher parameters for friction and sealing when interacting with the rod 3, which is especially important when the packing is operated under conditions of high pressures and temperatures of the coolant or the working medium in the pipe fittings thermal and nuclear power plants. Temperature operating conditions of the stuffing box packing are possible when the sleeve 8, “covered” on all sides: on three — by the material of the packing element, and on the fourth — pressed against the surface of the stem 3 or cover 4, is in a semi-molten state, thereby increasing the sliding of the stem 3 and abutment to the surface of the cover 4 and, as a result, increasing the tightness of the connection and the service life.

Элемент уплотнения 5, обладая упругими свойствами, при изменении размеров деталей конструкции узла уплотнения: корпуса, крышки, штока ввиду изменения внешних условий, в частности температуры, обеспечивает постоянное и стабильное поджатие втулки к поверхности элемента соединения, т.е. элемент уплотнения 5 выполняет роль компенсатора температурных расширений подвижных и неподвижных элементов соединения и работает как "пружина". The sealing element 5, having elastic properties, when changing the dimensions of the construction details of the sealing assembly: the housing, the cover, the rod due to changes in external conditions, in particular temperature, provides a constant and stable compression of the sleeve to the surface of the connection element, i.e. the sealing element 5 acts as a compensator for the thermal expansion of the movable and stationary connection elements and acts as a "spring".

Применение втулки 8 во взаимодействии с элементом уплотнения 5 позволяет увеличить надежность и ресурс подвижного и неподвижного соединения, периодичность обслуживания сальниковых уплотнения и снизить затраты на ремонт и их замену, существенно уменьшить опасность внезапной разгерметизации узла соединения. Применение заявленного сальникового уплотнения обеспечивает более компактное выполнение узла в целом с соответствующей экономией конструкционных материалов. The use of the sleeve 8 in cooperation with the sealing element 5 allows to increase the reliability and service life of the movable and fixed joints, the frequency of maintenance of stuffing box seals and reduce the cost of repair and replacement, significantly reduce the risk of sudden depressurization of the joint. The use of the claimed stuffing box seal provides a more compact implementation of the site as a whole with the corresponding savings in structural materials.

По сравнению с прототипом заявленное устройство сальникового уплотнения позволяет увеличить герметичность уплотнения на 20-30%. Compared with the prototype of the claimed device gland packing can increase the tightness of the seal by 20-30%.

Применение изобретения позволяет повысить надежность работы сальникового уплотнения за счет обеспечения стабильного прижатия, особенно при высоких температурах, эластичного наполнителя к поверхности. The use of the invention improves the reliability of the stuffing box packing by providing stable pressing, especially at high temperatures, of the elastic filler to the surface.

Изобретение соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость", поскольку ее реализация возможна при использовании существующих средств производства с применением известных технологических операций. The invention meets the condition of patentability "industrial applicability", since its implementation is possible using existing means of production using known technological operations.

Claims

1. The gland seal, made in the form of a sealing element in the form of a body of revolution, on both sides of which metal discs are installed parallel to the diametrical plane of the seal with the possibility of interaction with its end surface and contacting in the working position of the gland seal with the surface of the connection element, and the sleeve installed inside the sealing element is coaxial with its axis between the metal discs with the possibility of setting the connection element, characterized in that the sleeve is installed on with respect to metal disks with a gap with the possibility of ensuring the working condition of the packing gland of the sleeve bushing on three sides by the material of the seal element, while the heat resistance and thermal conductivity of the material of the seal element is higher than the heat resistance and thermal conductivity of the material of the sleeve having a lower coefficient of friction with the material of the connection element than similar coefficient of friction of the seal element.

2. The device according to p. 1, characterized in that at least one metal disk is installed with the possibility of contacting in the working position of the stuffing box seal with the surface of the stem and body.

3. The device according to p. 1, characterized in that the thickness of the sleeve is determined from the ratio (0.01-0.2) T, where T is the thickness of the seal element.

4. The device according to p. 1, characterized in that the thickness of the metal disk is determined from the ratio (0.005-0.1) T, where T is the thickness of the seal element.

5. The device according to p. 1, characterized in that the gap between the sleeve and the metal disks in the operating condition of the packing is (0.3-1.7) t ₂ , where t ₂ is the thickness of the sleeve.

6. The device according to claim 1, characterized in that the sleeve is made of fluoroplastic or extruded graphite, and the sealing elements are graphite or fluoroplastic or combined from these materials, or from a packing of carbon materials.