RU219817U1

RU219817U1 - PACKING

Info

Publication number: RU219817U1
Application number: RU2023116424U
Authority: RU
Inventors: Леонид Саввич Рева; Антон Анатольевич Шурак; Петр Сергеевич Васильев; Александр Борисович Голованчиков; Сергей Леонидович Рева
Filing date: 2023-06-22
Publication date: 2023-08-09

Abstract

Полезная модель относится к устройствам для уплотнения валов, штоков, запорной арматуры, люков, фланцевых соединений и реакторов, в том числе при работе в условиях повышенных температур, и может найти применение в химической, нефтехимической, машиностроительной, энергетической, атомной, судостроительной и других отраслях промышленности. Техническим результатом предлагаемой конструкции сальникового уплотнения является повышение эффективности и надежности его эксплуатации. Поставленный технический результат достигается тем, что сальниковое уплотнение, содержащее корпус сальниковой камеры с кольцевой полостью, мягкую набивку, эластичную мембрану, нажимной и поджимной элементы, причем нажимные и поджимные элементы установлены чередующимися и со смещением относительно друг друг на 45°, нажимной элемент выполнен в виде подпружиненной шпильки, а поджимной элемент имеет вид штока, выполненного из материала, обладающего эффектом памяти. The utility model relates to devices for sealing shafts, rods, valves, manholes, flange connections and reactors, including when operating at elevated temperatures, and can be used in the chemical, petrochemical, engineering, energy, nuclear, shipbuilding and other industries industry. The technical result of the proposed design of the stuffing box seal is to increase the efficiency and reliability of its operation. The stated technical result is achieved by the fact that the stuffing box containing the body of the stuffing box with an annular cavity, soft packing, elastic membrane, pressure and clamping elements, and the pressure and clamping elements are installed alternating and offset relative to each other by 45°, the pressure element is made in in the form of a spring-loaded pin, and the clamping element has the form of a rod made of a material with a memory effect.

Description

Полезная модель относится к устройствам для уплотнения валов, штоков, запорной арматуры, люков, фланцевых соединений и реакторов, в том числе при работе в условиях повышенных температур, и может найти применение в химической, нефтехимической, машиностроительной, энергетической, атомной, судостроительной и других отраслях промышленности.The utility model relates to devices for sealing shafts, rods, valves, manholes, flange connections and reactors, including when operating at elevated temperatures, and can be used in the chemical, petrochemical, engineering, energy, nuclear, shipbuilding and other industries industry.

Известны сальниковые уплотнения с мягкой набивкой, герметизирующие зазоры между подвижными и неподвижными элементами запорных устройств, содержащие сальниковую камеру с расположенным в ней нажимным элементом (втулкой), воздействующим на набивку от усилия накидной гайки (см. справочник «Детали машин» (расчет и конструирование), том 2, под редакцией Н.С. Ачеркана. - М.: Машиностроение, стр. 246. 1968 г.).Known stuffing box seals with soft packing, sealing the gaps between the movable and fixed elements of locking devices, containing a stuffing box with a pressure element (sleeve) located in it, acting on the packing from the force of the union nut (see the reference book "Machine Details" (calculation and design) , volume 2, edited by N.S. Acherkan. - M.: Mashinostroenie, p. 246. 1968).

К недостаткам данной конструкции относится то, что нажимной элемент с накидной гайкой не обеспечивает надежной эксплуатации сальникового уплотнения, так как не позволяет автоматически регулировать силу прижатия трущихся поверхностей сальника к вращающей боковой стенке вала или штока, совершающего возвратно-поступательные движения, так как осевые усилия нажимного элемента на мягкую набивку передают их в основном в том же направлении и не прижимают трущиеся поверхности сальника в радиальном направлении к подвижной поверхности вала или штока.The disadvantages of this design include the fact that the pressure element with a union nut does not provide reliable operation of the stuffing box seal, since it does not allow you to automatically adjust the pressing force of the rubbing surfaces of the stuffing box against the rotating side wall of the shaft or rod that performs reciprocating movements, since the axial forces of the pressure elements on a soft packing, they are transmitted mainly in the same direction and do not press the rubbing surfaces of the stuffing box in the radial direction against the movable surface of the shaft or rod.

Известен сальник устьевой, содержащий тройник, камерную крышку, кольцевые выточки, выполненные в тройнике, в которых размещены вкладыши и блоки уплотнения. В выточке тройника размещены тарельчатые пружины с разрезными уплотнительными манжетами между ними для резервного блока уплотнения, соединенного с тройником посредством сферических болтов, проходящих через отверстия, выполненные в буртике тройника, и резьбовых втулок с наружными кольцевыми канавками, взаимодействующими через пазы с промежуточным нажимным кольцом. На последнем установлены тарельчатые пружины с разрезными уплотнительными манжетами и выполненные с различными упругими свойствами, а в зазорах межу тарельчатыми пружинами установлены уплотнительные кольца (описание изобретения к патенту РФ №2293895, F16J 15/18, 2007).Well-known stuffing box wellhead, containing a tee, a chamber cover, annular grooves made in the tee, which houses the liners and seal blocks. In the groove of the tee, there are disk springs with split sealing collars between them for the backup block of the seal connected to the tee by means of spherical bolts passing through the holes made in the shoulder of the tee, and threaded bushings with external annular grooves interacting through the grooves with the intermediate pressure ring. On the latter, disc springs with split sealing cuffs and made with different elastic properties are installed, and sealing rings are installed in the gaps between the disc springs (description of the invention to the patent of the Russian Federation No. 2293895, F16J 15/18, 2007).

К недостаткам данной конструкции относятся снижение эффективность и надежности при эксплуатации из-за того, что уплотнительные манжеты и кольца не позволяют регулировать прижатие трущихся поверхностей сальника к боковой стенке вала или штока. Кроме того, сальник устьевой сложен в конструктивном исполнении.The disadvantages of this design include a decrease in efficiency and reliability during operation due to the fact that the sealing cuffs and rings do not allow you to adjust the pressure of the rubbing surfaces of the stuffing box against the side wall of the shaft or rod. In addition, the wellhead stuffing box is complicated in its design.

Известно металлическое уплотнительное кольцо, выполненное из трубы, свернутой в кольцо, концы которой герметично сварены между собой. Заключенный в трубу сердечник выполнен из отдельных блоков спрессованного порошка из фольги рассыпчатого графита, прокатанный до плотности 0,6-1,2 г/см³. Блоки сердечника установлены в металлической трубе с натягом. Поверхность кольца, контактирующая с уплотнительными поверхностями, может быть покрыта политетрафторэтиленом или металлом, предел текучести которого ниже предела текучести материала трубы. На поверхности трубы, контактирующей с уплотнительными поверхностями, выполнены кольцевые канавки с остроконечными вершинами. Канавки по их острым вершинам перекрыты уплотнительным материалом, предел текучести которого ниже текучести материала трубы (описание изобретения к патенту РФ №2218495, F16J 15/30, 2003).Known metal sealing ring made of a pipe, rolled into a ring, the ends of which are hermetically welded together. The core enclosed in the tube is made of separate blocks of compressed powder from loose graphite foil, rolled to a density of 0.6-1.2 g/cm ³ . The core blocks are installed in a metal pipe with an interference fit. The surface of the ring in contact with the sealing surfaces may be coated with polytetrafluoroethylene or a metal whose yield strength is lower than that of the pipe material. On the surface of the pipe in contact with the sealing surfaces, annular grooves with pointed tops are made. The grooves along their sharp tops are covered with a sealing material, the yield strength of which is lower than the yield strength of the pipe material (description of the invention to the patent of the Russian Federation No. 2218495, F16J 15/30, 2003).

К недостаткам данной конструкции относятся снижение эффективность и надежности при эксплуатации из-за изнашивания материала, покрывающего кольцо, и уплотнительного материала, перекрывающего кольцевые канавки с остроконечными вершинами в зонах их контакта с уплотнительными поверхностями, так как материал кольца и уплотнительный материал не позволяют регулировать силу прижатия уплотняемых поверхностей.The disadvantages of this design include a decrease in efficiency and reliability during operation due to wear of the material covering the ring and the sealing material that covers the annular grooves with pointed tops in the areas of their contact with the sealing surfaces, since the ring material and the sealing material do not allow adjusting the pressing force sealed surfaces.

Известно сальниковое уплотнение, содержащее сальниковую камеру с набивкой и расположенный в сальниковой камере дополнительный нажимной элемент, изготовленный из термочувствительного материала, меняющий свой объем при тепловом воздействии, при этом дополнительный нажимной элемент выполнен в виде капроновых гранул, стержней и т.п. элементов, или в виде эластичных ампул, заполненных легко расширяющейся или легкокипящей жидкостью, или в виде биметаллической шайбы, или втулки, изготовлено из материалов, обладающих эффектом памяти, например из нитинола. При пропускании сальником горячей воды дополнительный нажимной элемент, нагреваясь, увеличивается в объеме, и набивка с большим усилием прижимается к упомянутому элементу (описание изобретения к патенту РФ №2155895, F16J 15/18, 2000).A stuffing box seal is known, containing a stuffing box with packing and located in the stuffing box an additional pressure element made of a heat-sensitive material that changes its volume under thermal exposure, while the additional pressure element is made in the form of nylon granules, rods, etc. elements, or in the form of elastic ampoules filled with an easily expanding or low-boiling liquid, or in the form of a bimetallic washer or sleeve, made of materials with a memory effect, such as nitinol. When hot water is passed through the stuffing box, the additional pressure element, heating up, increases in volume, and the packing is pressed against the said element with great force (description of the invention to the patent of the Russian Federation No. 2155895, F16J 15/18, 2000).

К недостаткам данной конструкции относятся снижение эффективность и надежности при эксплуатации из-за изнашивания трущихся поверхностей сальника в зоне их контакта с вращающимся валом или штоком, совершающим возвратно-поступательные осевые движение, так как дополнительный нажимной элемент не позволяет регулировать силу прижатия поверхностей сальника к валу или штоку.The disadvantages of this design include a decrease in efficiency and reliability during operation due to wear of the rubbing surfaces of the stuffing box in the zone of their contact with a rotating shaft or a rod that performs reciprocating axial movement, since an additional pressure element does not allow you to adjust the force of pressing the surfaces of the stuffing box to the shaft or stock.

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому объекту и принятому за прототип является сальниковое уплотнение, содержащее корпус с сальниковой камерой, в которой размещена мягкая набивка, охватывающая подвижный уплотняемый элемент и поджатая нажимным элементом, при этом в сальниковой камере дополнительно расположен нажимной элемент, изменяющий свою форму при тепловом воздействии, где в боковой стенке сальниковой камеры выполнена кольцевая полость, к которой подведен патрубок с вентилем, установленным снаружи сальникового уплотнения, при этом кольцевая полость герметично закрыта дополнительным нажимным элементом, представляющим собой кольцевую эластичную мембрану (Патент РФ №167796, МПК: F16J 15/18, опубл. 10.01.2017 г.).The closest technical solution in terms of the set of features to the claimed object and taken as a prototype is a stuffing box seal containing a body with a stuffing box in which a soft packing is placed, covering a movable sealed element and pressed by a pressure element, while in the stuffing box there is an additional pressure element that changes its shape under thermal exposure, where an annular cavity is made in the side wall of the stuffing box, to which a branch pipe with a valve installed outside the stuffing box seal is connected, while the annular cavity is hermetically sealed by an additional pressure element, which is an annular elastic membrane (RF Patent No. 167796, IPC : F16J 15/18, published 01/10/2017).

К недостаткам данной конструкции относится необходимости подавать через патрубок с вентилем в кольцевую полость под давлением воздух или воду, для создания радиального усилия, что для реализации требует установки компрессора или насоса, что трудно реализуемо в масштабах производства, возможность просачивания воздуха или воды под давлением через поры кольцевой эластичной мембраны в объем мягкой набивки, а также необходимость выполнения сальниковой камеры из коррозионностойких материалов, что в совокупности снижает эффективность и надежность сальникового уплотнения при эксплуатации.The disadvantages of this design include the need to supply air or water under pressure through a pipe with a valve into the annular cavity to create a radial force, which requires the installation of a compressor or pump for implementation, which is difficult to implement on a production scale, the possibility of leakage of air or water under pressure through the pores an annular elastic membrane into the volume of soft packing, as well as the need to make the stuffing box made of corrosion-resistant materials, which together reduces the efficiency and reliability of the stuffing box seal in operation.

Техническим результатом предлагаемой конструкции сальникового уплотнения является повышение эффективности и надежности его эксплуатации.The technical result of the proposed design of the stuffing box seal is to increase the efficiency and reliability of its operation.

Поставленный технический результат достигается тем, что сальниковое уплотнение, содержащее корпус сальниковой камеры с кольцевой полостью, мягкую набивку, эластичную мембрану, нажимной и поджимной элементы, причем нажимные и поджимные элементы установлены чередующимися и со смещением друг относительно друг на 45°, нажимной элемент выполнен в виде подпружиненной шпильки, а поджимной элемент имеет вид штока, выполненного из материала, обладающего эффектом памяти.The stated technical result is achieved by the fact that the stuffing box containing the body of the stuffing box with an annular cavity, soft packing, elastic membrane, pressure and clamping elements, and the pressure and clamping elements are installed alternating and offset relative to each other by 45°, the pressure element is made in in the form of a spring-loaded pin, and the clamping element has the form of a rod made of a material with a memory effect.

Выполнение поджимного элемента в форме штока, выполненного из материала, обладающего эффектом памяти, позволит в процессе работы устройства выровнять значения коэффициента бокового давления по всей поверхность контакта между мягкой набивкой и подвижным уплотняемым элементом, что позволит наиболее плотно прижимать трущиеся поверхности мягкой набивки в радиальном направлении к подвижной поверхности уплотняемого элемента, за счет мартенситного превращения и перехода в «горячее» состояние, а, следовательно, повысит эффективность и надежность использования сальникового уплотнения при эксплуатации.The execution of the clamping element in the form of a rod, made of a material with a memory effect, will allow, during the operation of the device, to equalize the values of the lateral pressure coefficient over the entire contact surface between the soft packing and the movable sealed element, which will most tightly press the rubbing surfaces of the soft packing in the radial direction to moving surface of the sealed element, due to martensitic transformation and transition to the "hot" state, and, therefore, will increase the efficiency and reliability of the gland seal in operation.

Исполнение нажимного элемента в виде подпружиненной шпильки позволит создавать необходимое осевое воздействие на мягкую набивку, а также производить эти операции без внешнего воздействия в процессе эксплуатации, что позволит более продолжительное время поддерживать работоспособность сальникового уплотнения, а, следовательно, повысит эффективность его использования.The execution of the pressure element in the form of a spring-loaded pin will allow you to create the necessary axial effect on the soft packing, as well as perform these operations without external influence during operation, which will allow you to maintain the performance of the gland seal for a longer time, and, therefore, increase the efficiency of its use.

Совместное использование нажимного и поджимного элемента, установленых чередующимися и со смещением друг относительно друг на 45°, позволит создать равномерный коэффициент бокового давления на всей площади контакта мягкой набивки и уплотняемого элемента, что позволит увеличить время использования сальникового уплотнения, повысить его надежность и эффективность его использования в целом.The joint use of the pressure and clamping element, installed alternating and offset relative to each other by 45°, will create a uniform coefficient of lateral pressure over the entire contact area of the soft packing and the sealed element, which will increase the time of use of the stuffing box seal, increase its reliability and efficiency of its use generally.

Материалы, обладающие эффектом памяти, известны. Это может быть нержавеющая сталь 12X18H10T, никель-алюминиевый сплав NuAl (36,8% Al), сплав меди-алюминия и никеля, сплав марганца и никеля, а также титано-никелевый сплав, изменяющие свою форму при температурах от 100°С до 270°С (Физические эффекты в машиностроении. Справочник / Под общей редакцией В.А. Лукьянец. - М.: Машиностроение 1993, с.150 - 152.)Memory effect materials are known. It can be stainless steel 12X18H10T, nickel-aluminum alloy NuAl (36.8% Al), copper-aluminum-nickel alloy, manganese-nickel alloy, and titanium-nickel alloy that change their shape at temperatures from 100 ° C to 270 °С (Physical effects in mechanical engineering. Handbook / Under the general editorship of V.A. Lukyanets. - M .: Mashinostroenie 1993, p. 150 - 152.)

На фиг. 1 представлен главный вид предлагаемой конструкции сальникового уплотнения в сечениях нажимного и поджимного элементов;In FIG. 1 shows the main view of the proposed design of the gland seal in sections of the pressure and clamping elements;

на фиг. 2 увеличенный вид А.in fig. 2 enlarged view of A.

Сальниковое уплотнение состоит из корпуса 1 сальниковой камеры, в котором размещена мягкая набивка 2. Внутри корпуса 1 осесимметрично с сальниковой камерой установлен подвижный уплотняемый элемент 3 (вал или шток). Сверху над корпусом 1 сальниковой камеры установлен нажимной элемент, состоящий из нажимной втулки 4, опорных шайб 5, гайки 6, шпильки 7 и пружины 8. Нажимной элемент соединен с корпусом 1 сальниковой камеры через шпильки 7 посредством резьбового соединения. Корпус 1 выполнен с кольцевой полостью 9, к которой герметично прикреплена кольцевая эластичная мембрана 10. На внутренней стенке корпуса 1 в кольцевой полости 9 установлен поджимной элемент, в форме штока 12, выполненного из материала, обладающего эффектом памяти. Нажимной и поджимной элементы установлены чередующимися и со смещением относительно друг друга на 45°, с взаимно перпендикулярным направлением действия нажатия и поджатия соответственно.The stuffing box seal consists of a stuffing box body 1, in which a soft packing 2 is placed. Inside the body 1, a movable sealed element 3 (shaft or rod) is installed axisymmetrically with the stuffing box. A pressure element is installed above the stuffing box body 1, consisting of a pressure sleeve 4, support washers 5, a nut 6, a stud 7 and a spring 8. The pressure element is connected to the stuffing box body 1 through the studs 7 by means of a threaded connection. The housing 1 is made with an annular cavity 9, to which an annular elastic membrane 10 is hermetically attached. On the inner wall of the housing 1 in the annular cavity 9, a clamping element is installed, in the form of a rod 12, made of a material with a memory effect. The pressure and clamping elements are installed alternating and offset relative to each other by 45°, with mutually perpendicular direction of action of pressing and pressing, respectively.

Работа сальникового уплотнения осуществляется следующим образом.The operation of the stuffing box seal is carried out as follows.

Перед началом работы гайки 6 нажимных элементов закручиваются с необходимым усилием, определенным расчетно.Before starting work, the nuts of 6 pressure elements are tightened with the necessary force, determined by calculation.

Включают привод, который передает движение на подвижный уплотняемый элемент 3 (вращает вал или совершает возвратно-поступательное движение штока). За счет подвижности уплотняемого элемента 3 происходит его нагревание, а также нагревание корпуса 1 сальниковой камеры, среды кольцевой полости 9 и набивки 2, которая истирается о поверхность подвижного уплотняемого элемента 3 и постепенно теряет свои рабочие свойства, связанные с герметизацией этой поверхности. В связи с этим мягкая набивка 2 начинает движение в осевом и радиальном направлении. В осевом направлении набивка 2 начинает воздействовать на нажимную втулку 4, которая воздействуя на шайбы 5, начинает скручивать пружины 8, что приводит к закручиванию гаек 6, по обратной резьбе шпильки 7. В радиальном направлении воздействие идет на кольцевую эластичную мембрану 10. Из-за нагрева среды кольцевой камеры 9 происходит мартенситное превращение материала штока 12 поджимного элемента, выполненного из материала, обладающего эффектом памяти. В виду изменения геометрии штока 12 и перехода в «горячее состояние» происходит его удлинение и воздействие на поверхность мембраны 10, тем самым достигается выравнивание коэффициента бокового давления на всей площади контакта мягкой набивки 2 и уплотняемого элемента 3. В результате чего совместное использование нажимного и поджимного элемента позволит увеличить время использования сальникового уплотнения, повысить его надежность и эффективность его использования в целом.The drive is switched on, which transmits the movement to the movable sealed element 3 (rotates the shaft or reciprocates the rod). Due to the mobility of the sealed element 3, it is heated, as well as the body 1 of the stuffing box, the medium of the annular cavity 9 and the packing 2, which is abraded against the surface of the movable sealed element 3 and gradually loses its working properties associated with the sealing of this surface. In this regard, the soft packing 2 begins to move in the axial and radial direction. In the axial direction, the packing 2 begins to act on the pressure sleeve 4, which, acting on the washers 5, begins to twist the springs 8, which leads to the tightening of the nuts 6 along the reverse thread of the stud 7. In the radial direction, the effect is on the annular elastic membrane 10. Due to heating of the environment of the annular chamber 9 is martensitic transformation of the material of the rod 12 of the clamping element, made of a material with a memory effect. In view of the change in the geometry of the rod 12 and the transition to the "hot state", it is elongated and acts on the surface of the membrane 10, thereby equalizing the lateral pressure coefficient over the entire contact area of the soft packing 2 and the sealed element 3. As a result, the joint use of pressure and clamping element will increase the time of use of the stuffing box seal, increase its reliability and efficiency of its use in general.

Таким образом, использование сальникового уплотнения, содержащего корпус сальниковой камеры с кольцевой полостью, мягкую набивку, эластичную мембрану, нажимной элемент выполненный в виде подпружиненной шпильки, поджимной элемент, имеющий вид штока, выполненного из материала, обладающего эффектом памяти, при этом нажимные и поджимные элементы установлены чередующимися и со смещением друг относительно друг на 45°, позволяет повысить эффективность и надежность его эксплуатации.Thus, the use of a gland seal containing a stuffing box body with an annular cavity, a soft packing, an elastic membrane, a pressure element made in the form of a spring-loaded pin, a clamping element in the form of a rod made of a material with a memory effect, while the pressure and clamping elements are installed alternating and offset relative to each other by 45°, which makes it possible to increase the efficiency and reliability of its operation.

Claims

Stuffing box seal containing a stuffing box body with an annular cavity, a soft packing, an elastic membrane, pressure and clamping elements, characterized in that the pressure and clamping elements are installed alternating and offset relative to each other by 45 °, the pressure element is made in the form of a spring-loaded pin, and the clamping element has the form of a rod made of a material with a memory effect.