RU2230958C1

RU2230958C1 - High-pressure sealing member for detachable joints

Info

Publication number: RU2230958C1
Application number: RU2002125567/06A
Authority: RU
Inventors: А.П. Куршин (RU); А.П. Куршин; А.А. Баранов (RU); А.А. Баранов
Original assignee: Государственное унитарное предприятие Центральный аэрогидродинамический институт им. проф.Н.Е.Жуковского
Priority date: 2002-09-25
Filing date: 2002-09-25
Publication date: 2004-06-20

Abstract

FIELD: high-pressure equipment used in units and equipment for pressurizing of detachable joints of pipelines, channels, body parts, valve-seat type connections etc.

SUBSTANCE: sealing member has female part and male part with contacting sealing surfaces of different shape. Sealing surface of male part is made concave while sealing surface of female part is made convex. Each of sealing surfaces is defined by two conical surfaces with angles of taper of

. Conical surfaces are joined by channel-shaped portion and rounded portion, which have radii of same sign. Initial contact line of parts is arranged at joining portions, with ratios of

. Radius of rounded portion is smaller than radius of channel-shaped portion by value providing required contact stress and absence of residual strain. Angle

is less than angle

angle

is less than angle

by values preventing materials from flowing into gaps.

EFFECT: wider range of operating pressures, enhanced reliability in operation and increased service life owing to increase in level of admissible contact stress by values exceeding yield of used materials, reduced sensitivity to overloads and contaminated working fluid.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области техники высоких давлений и может быть использовано в узлах аппаратуры и оборудования для герметизации разъемных соединений трубопроводов, каналов, частей корпусов, соединений типа клапан-седло и т.д.The invention relates to the field of high-pressure technology and can be used in units of apparatus and equipment for sealing detachable connections of pipelines, channels, body parts, valve-seat connections, etc.

Широко известны беспрокладочные уплотнения разъемных соединений, содержащие охватывающую и охватываемую детали с находящимися в контакте уплотняющими поверхностями, имеющими различную форму, например коническое седло и конус (Клапан. Авторское свидетельство СССР №892085, кл. F 16 J 15/06), коническое седло и сфера (ГОСТ22790-89. Сборочные единицы и детали трубопроводов на Р_у от 10 до 100 МПа. Общие технические условия) и т.д.Widely known are gasket-free seals of detachable joints containing female and male parts in contact with sealing surfaces having various shapes, for example a conical seat and cone (Valve. USSR Author's Certificate No. 892085, class F 16 J 15/06), a conical seat and scope (GOST 22790-89. Assembly units and details of pipelines on P _at from 10 to 100 MPa. General specifications), etc.

Недостатком известных уплотнений является недостаточно высокий уровень давления, при котором их можно применять, недостаточные надежность и ресурс.A disadvantage of the known seals is the insufficiently high level of pressure at which they can be used, insufficient reliability and resource.

Задача настоящего изобретения является расширение диапазона рабочих давлений, повышение надежности и ресурса.The objective of the present invention is to expand the range of operating pressures, increasing reliability and resource.

Технический результат, достигаемый при этом, состоит в росте уровня допустимых контактных напряжений до величин, превосходящих предел текучести использованных материалов, снижении чувствительности к перегрузкам и загрязнению рабочей среды.The technical result achieved in this case consists in increasing the level of permissible contact stresses to values exceeding the yield strength of the materials used, reducing the sensitivity to overloads and pollution of the working environment.

Указанный результат достигается тем, что в уплотнении разъемного соединения высокого давления, содержащем охватывающую и охватываемую детали с находящимися в контакте уплотняющими поверхностями, имеющими различную форму, уплотняющая поверхность на охватываемой детали имеет вогнутую форму, а на охватывающей - выпуклую, каждая из этих поверхностей образована двумя коническими поверхностями с углами конусности α₁ и α₂, α₃ и α₄, которые сопряжены галтелью и скруглением с радиусами одного знака, линия первоначального контакта деталей располагается на сопряжениях, причем имеют место соотношения 0<α₄<α₂<α₁<α₃<330°, при этом радиус закругления меньше радиуса галтели на величину, обеспечивающую требуемое контактное напряжение при отсутствии остаточных деформаций, угол α₄ меньше угла α₂, угол α₁ меньше угла α₃ на величины, исключающие затекание материалов в зазоры.This result is achieved by the fact that in the seal of the detachable high-pressure connection containing the female and male parts with the contacting sealing surfaces having different shapes, the sealing surface on the male part is concave and convex on the female one, each of these surfaces is formed by two conical surfaces with taper angles α ₁ and α ₂ , α ₃ and α ₄ that are joined by a fillet and fillet with radii of the same sign, the line of initial contact of the parts relies on mates, and the relations 0 <α ₄ <α ₂ <α ₁ <α ₃ <330 ° are observed, while the radius of curvature is less than the radius of the fillet by an amount that provides the required contact stress in the absence of residual deformations, the angle α _{4 is} less than the angle α ₂ , the angle α _{1 is} less than the angle α ₃ by values excluding the flow of materials into the gaps.

Технический результат достигается также тем, что в уплотнении на поверхностях разъема деталей за пределами конических поверхностей имеются жесткие упоры, величина зазора между которыми равна наибольшему смещению между коническими поверхностями, длина образующих конических поверхностей не превышает длины, обеспечивающей требуемые контактные напряжения при деформациях в пределах упругости материалов деталей.The technical result is also achieved by the fact that in the seal on the part surfaces of the parts outside the conical surfaces there are rigid stops, the gap between which is equal to the largest displacement between the conical surfaces, the length of the conical surfaces does not exceed the length that provides the required contact stress during deformation within the elasticity of the materials details.

Схема предлагаемого уплотнения приведена на фиг.1.The proposed seal is shown in figure 1.

На фиг.2 изображен узел I фиг.1 в увеличенном масштабе.Figure 2 shows the node I of figure 1 on an enlarged scale.

Уплотнение (фиг.1) содержит охватывающую 1 и охватываемую 2 детали. Уплотняющая поверхность на охватываемой детали имеет вогнутую форму, а на охватывающей выпуклую. Каждая из этих поверхностей образована двумя коническими поверхностями с углами конусности α₁ α₂, α₃ и α₄, которые сопряжены галтелью и скруглением с радиусами R и r одного знака. Линия первоначального контакта деталей расположена на сопряжениях. Имеют место соотношения 0<α₄<α₂<α₁<α₃<330°. Радиус r закругления меньше радиуса R галтели на величину, обеспечивающую требуемое контактное напряжение при отсутствии остаточных деформаций. Угол α₄ меньше угла α₂, угол α₁ меньше угла α₃ на величины, исключающие затекание материалов в зазоры. На поверхностях разъема деталей за пределами конических поверхностей имеются жесткие упоры 3, величина зазора δ между которыми равна наибольшему смещению между коническими поверхностями. Длина образующих поверхностей не превышает длины, обеспечивающей требуемые контактные напряжения при деформациях в пределах упругости материалов деталей. В случае, если деталь 2 выполняет в соединении функции затвора или пробки, то она выполняется с глухим каналом 4 или без такового.The seal (FIG. 1) comprises a female part 1 and a female part 2. The sealing surface on the male part has a concave shape, and on the female convex. Each of these surfaces is formed by two conical surfaces with taper angles α ₁ α ₂ , α ₃ and α ₄ , which are conjugated by a fillet and a fillet with radii R and r of the same sign. The line of initial contact of the parts is located at the interfaces. The relations 0 <α ₄ <α ₂ <α ₁ <α ₃ <330 ° hold. The radius r of curvature is less than the radius R of the fillet by an amount that provides the required contact stress in the absence of residual deformations. The angle α _{4 is} less than the angle α ₂ , the angle α _{1 is} less than the angle α ₃ by values excluding the flow of materials into the gaps. On the surfaces of the parts connector outside the conical surfaces there are rigid stops 3, the gap δ between which is equal to the greatest displacement between the conical surfaces. The length of the forming surfaces does not exceed the length that provides the required contact stress during deformation within the elasticity of the materials of the parts. If the part 2 performs the function of a shutter or plug in connection, then it is performed with or without a blind channel 4.

Уплотнение работает следующим образом.Sealing works as follows.

При сжатии деталей 1 и 2 осевым усилием зона контакта на поверхностях уплотнения постепенно расширяется по мере роста усилия, охватывая всю поверхность скругления галтели и переходя на конические поверхности. При этом поверхности деформируются в пределах упругости материалов до тех пор, пока упоры не придут в соприкосновение. При дальнейшем возрастании осевого усилия начинают работать упоры, препятствуя дальнейшему взаимному перемещению деталей и предотвращая появление остаточных деформаций на конусах. Напряжения в зоне контакта уплотняющих поверхностей имеют максимальное значение по линии первоначального контакта деталей и уменьшаются к периферии зоны контакта. Материал в зоне максимальных напряжений находится в условиях, близких к условиям всестороннего сжатия, и поэтому пластические деформации могут отсутствовать при напряжениях, существенно больших пределов текучести использованных материалов. Эти контактные напряжения определяют уровень допустимых давлений Р (см. фиг.1) рабочей среды.When parts 1 and 2 are compressed by axial force, the contact zone on the seal surfaces gradually expands as the force grows, covering the entire fillet fillet surface and passing to conical surfaces. In this case, the surfaces are deformed within the elasticity of the materials until the stops come into contact. With a further increase in axial force, the stops begin to work, preventing further mutual movement of the parts and preventing the appearance of residual deformations on the cones. Stresses in the contact zone of the sealing surfaces have a maximum value along the line of initial contact of the parts and decrease to the periphery of the contact zone. The material in the zone of maximum stresses is in conditions close to the conditions of comprehensive compression, and therefore, plastic deformations may be absent at stresses significantly greater than the yield strengths of the materials used. These contact stresses determine the level of permissible pressures P (see Fig. 1) of the working medium.

Использование изобретения позволяет поднять допустимые контактные напряжения до величин, превосходящих предел текучести использованных материалов, понизить чувствительность к перегрузкам, загрязнению рабочей среды и, следовательно, существенно расширить диапазон рабочих давлений, повысить надежность и ресурс.The use of the invention allows to raise the permissible contact stresses to values exceeding the yield strength of the used materials, reduce the sensitivity to overloads, contamination of the working environment and, therefore, significantly expand the range of working pressures, increase reliability and service life.

Claims

1. The seal of the detachable high-pressure connection, containing female and male parts with contacting sealing surfaces having a different shape, characterized in that the sealing surface on the male part is concave and convex on the female one, each of these surfaces is formed by two surfaces with taper angles α ₁ and α _2, α ₃ and α _4, which are conjugate with the fillet and the fillet radii of the same sign, the line of initial contact parts located on the conjugation, and have the relations ₄ 0≤α <α ₂ <α ₁ <α ₃ <330 °, with a radius of curvature less than the radius of the fillet in an amount providing a desired contact pressure without permanent deformation angle α ₄ is less than angle α _2, the angle α ₁ less than the angle α ₃ by values excluding the flow of materials into the gaps.

2. The seal according to claim 1, characterized in that on the surfaces of the connector parts beyond the conical surfaces there are rigid stops, the gap between which is equal to the mutual displacement of the parts of the connection when loading it with working pressure, the length of the forming conical surfaces does not exceed the lengths that provide when loading contact stress seals sufficient for the tightness of the joint during deformation of parts within the elasticity of materials.