RU2230959C1

RU2230959C1 - High-pressure sealing member for detachable joints

Info

Publication number: RU2230959C1
Application number: RU2002125568/06A
Authority: RU
Inventors: А.П. Куршин (RU); А.П. Куршин; Б.Э. Канищев (RU); Б.Э. Канищев
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 part with conical seat making continuation of cylindrical channel, and locking member, which is in contact with seat. Working end of locking member is defined by conical surface making continuation of cylindrical shank. Joint of seat conical and cylindrical surfaces is made in the form of rounded portion. Additional conical surface is formed at junction zone of conical surface of working end of locking member and cylindrical shank. Angle of taper of additional conical surface is less than angle of taper of conical surface of working end. Junction portions of additional conical surface, cylindrical shank and conical surface are made in the form of channel. Rounded portions and channel-shaped portions have same curvature sign. Radius of seat rounded portion is less than radius of channel-shaped portion of locking member. Initial contact line of said members is arranged on additional conical surface of locking member and rounded portion of seat. Height of additional conical surface is equal to maximal possible height and radius of seat rounded portion is equal to minimal possible radius, at which required contact stress and absence of residual strain are provided. Angle of taper of locking member is less than angle of taper of seat. Diameter of locking member shank is less than diameter of seat channel by values preventing materials from flowing into gaps.

EFFECT: wider range of operating pressures, enhanced reliability in operation and increased service life owing to increased admissible contact stress, decreased axial force required for pressurization of sealing members and reduced sensitivity to overloads.

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 элемент с коническим седлом, переходящим в цилиндрический канал, и запирающий элемент, находящийся в контакте с седлом. Известны запирающие элементы с рабочим концом сферической формы (см. ГОСТ 22790-89. Сборочные единицы и детали трубопроводов на Р_у св. 10 до 100 МПа. Общие технические условия) в виде конуса с углом конусности большим (см. Клапан, а.с. СССР №892085, кл. F 16 K 15/06), меньшим (см. Регулирующий клапан, патент США №2297535, кл. 251-333) или равным (см. Уплотнения и уплотнительная техника. Справочник под ред. А.И.Голубева и Л.А.Кондакова, М.: Машиностроение, 1986, стр. 222) углу конусности седла и др.Widely known are gasket-free seals of detachable joints comprising an element with a conical saddle passing into a cylindrical channel and a locking element in contact with the saddle. Known locking elements of spherical shape with a working end (cm. To GOST 22790-89. The assembly unit and pipe components for communication P _y. 10 to 100 MPa. Common specifications) as a cone with a large cone angle (see. The valve AS USSR No. 892085, class F 16 K 15/06), less (see Control valve, US patent No. 2297535, class 251-333) or equal (see Seals and sealing equipment. Handbook edited by A.I. .Golubeva and L.A. Kondakova, Moscow: Mashinostroenie, 1986, p. 222) saddle taper angle, etc.

Недостатком известных уплотнений является недостаточно высокий уровень давлений, 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.

Задачей настоящего изобретения является расширение диапазона рабочих давлений, повышение надежности и ресурса соединений высокого давления.The objective of the present invention is to expand the range of operating pressures, increasing the reliability and service life of high pressure connections.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, состоит в увеличении допустимых контактных напряжений, в снижении требуемых для герметизации уплотнений контактных осевых сил и в уменьшении чувствительности к перегрузкам.The technical result achieved by solving the problem is to increase the permissible contact stresses, to reduce the contact axial forces required for sealing the seals, and to reduce the sensitivity to overloads.

Указанный результат достигается тем, что в уплотнении разъемного соединения высокого давления, содержащем элемент с коническим седлом, переходящим в цилиндрический канал, и запирающий элемент, находящийся в контакте с седлом, рабочий конец запирающего элемента образован конической поверхностью, переходящей в цилиндрический хвостовик, сопряжение конической и цилиндрической поверхностей седла выполнено в форме скругления, в зоне перехода конической поверхности рабочего конца запирающего элемента в цилиндрический хвостовик выполнена дополнительная коническая поверхность, угол конусности которой меньше угла конусности конической поверхности рабочего конца, а сопряжения которой с цилиндрическим хвостовиком и конической поверхностью выполнены в форме галтелей, скругление и галтели имеют один знак кривизны, радиус скругления седла меньше радиуса галтелей запирающего элемента, линия первоначального контакта элементов расположена на дополнительной конической поверхности запирающего элемента и скруглении седла, при этом высота дополнительной конической поверхности равна максимально возможной высоте, а радиус скругления седла - минимально возможному, при которых обеспечивается требуемое контактное напряжение и отсутствие остаточных деформаций, угол конуса запирающего элемента меньше угла конуса седла, диаметр хвостовика запирающего элемента меньше диаметра канала в седле на величины, исключающие затекание материала в зазоры.This result is achieved by the fact that in the seal of the detachable high-pressure connection containing an element with a conical seat turning into a cylindrical channel, and a locking element in contact with the saddle, the working end of the locking element is formed by a conical surface turning into a cylindrical shank, the conical and the cylindrical surfaces of the saddle are made in the form of a rounding, in the zone of transition of the conical surface of the working end of the locking element into a cylindrical shank an additional conical surface, the conicity angle of which is less than the conical angle of the conical surface of the working end, and whose mating with the cylindrical shank and the conical surface is made in the form of fillets, the fillet and fillet have the same sign of curvature, the radius of curvature of the saddle is smaller than the fillet radius of the locking element, the line of initial contact of the elements located on the additional conical surface of the locking element and the rounding of the saddle, while the height of the additional conical surface and is equal to the maximum possible height, and the radius of the rounding of the saddle is the minimum possible, at which the required contact stress and the absence of residual deformations are ensured, the angle of the cone of the locking element is less than the angle of the cone of the saddle, the diameter of the shank of the locking element is less than the diameter of the channel in the saddle by values that exclude material from gaps.

На фиг.1 приведена схема предлагаемого уплотнения.Figure 1 shows a diagram of the proposed seal.

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 элемент 1 с коническим седлом, переходящим в цилиндрический канал, и запирающий элемент 2, рабочий конец которого образован конической поверхностью, переходящей в цилиндрический хвостовик 3. Сопряжение конической и цилиндрической поверхностей седла выполнено в форме скругления радиуса r. В зоне перехода конической поверхности рабочего конца запирающего элемента в цилиндрический хвостовик 3 выполнена дополнительная коническая поверхность 4, угол конусности α которой меньше угла конусности β конической поверхности рабочего конца (α<β), а сопряжения которой с цилиндрическим хвостовиком и конической поверхностью выполнены в форме галтелей радиуса R. Скругление и галтели имеют один знак кривизны. При этом радиус г скругления меньше радиуса R галтелей. Линия первоначального контакта элементов 1 и 2 располагается на дополнительной конической поверхности запирающего элемента и скругления седла. Высота h дополнительной конической поверхности равна максимально возможной высоте, при которой обеспечивается требуемое контактное напряжение и отсутствие остаточных деформаций. Угол конуса β запирающего элемента меньше угла γ конуса седла (β<γ), а диаметр хвостовика 3 запирающего элемента меньше диаметра d канала в седле на величины, исключающие затекание материала в зазоры. В случае, если элемент 2 выполняет в соединении функции затвора или пробки, то он выполняется с глухим каналом 5 или без такового.The seal (Fig. 1) contains an element 1 with a conical seat turning into a cylindrical channel, and a locking element 2, the working end of which is formed by a conical surface turning into a cylindrical shank 3. The conjugation of the conical and cylindrical surfaces of the saddle is made in the form of a rounding of radius r. In the transition zone of the conical surface of the working end of the locking element into the cylindrical shank 3, an additional conical surface 4 is made, the taper angle α of which is smaller than the taper angle β of the conical surface of the working end (α <β), and the conjugations of which with the cylindrical shank and the conical surface are made in the form of fillets radius R. The fillet and fillets have the same sign of curvature. Moreover, the radius r of the fillet is less than the radius R of the fillets. The initial contact line of the elements 1 and 2 is located on the additional conical surface of the locking element and the rounding of the saddle. The height h of the additional conical surface is equal to the maximum possible height at which the required contact stress and the absence of permanent deformations are ensured. The cone angle β of the locking element is less than the angle γ of the seat cone (β <γ), and the diameter of the shank 3 of the locking element is less than the diameter d of the channel in the saddle by values that prevent the material from flowing into the gaps. If the element 2 performs the function of a shutter or plug in the connection, then it is performed with or without a blind channel 5.

Уплотнение работает следующим образом.Sealing works as follows.

При сжатии элементов 1 и 2 осевым усилием зона контакта поверхностей уплотнения постепенно расширяется по мере роста усилия, охватывая всю поверхность дополнительного конуса 4, галтелей и переходя на конические поверхности. При этом поверхности деформируются в пределах упругости материалов. Напряжения в зоне контакта уплотняющих поверхностей имеют максимальное значение по линии первоначального контакта элементов 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, больших пределов текучести использованных материалов. Эти контактные напряжения определяют уровень допустимых давлений Р (см. фиг.1) рабочей среды.When the elements 1 and 2 are compressed by axial force, the contact area of the sealing surfaces gradually expands as the force grows, covering the entire surface of the additional cone 4, fillets and passing to conical surfaces. The surfaces are deformed within the elasticity of the materials. The stresses in the contact zone of the sealing surfaces have a maximum value along the line of initial contact of the elements 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, large yield stresses of the materials used. These contact stresses determine the level of permissible pressures P (see Fig. 1) of the working medium.

Использование изобретения позволяет существенно поднять допустимые контактные напряжения, понизить требуемые для герметизации уплотнения контактные осевые силы, снизить чувствительность к перегрузкам и, следовательно, расширить диапазон рабочих давлений, повысить надежность и ресурс.The use of the invention allows to significantly increase the permissible contact stresses, reduce the contact axial forces required for sealing the seal, reduce the sensitivity to overloads and, therefore, expand the range of operating pressures, increase reliability and service life.

Claims

A high pressure detachable joint seal comprising an element with a conical seat turning into a cylindrical channel and a locking element in contact with the seat, characterized in that the working end of the locking element is formed by a conical surface turning into a cylindrical shank, mating the conical and cylindrical surfaces of the saddle made in the form of a rounding; in the transition zone of the conical surface of the working end of the locking element into a cylindrical shank, additional horses are made A female surface whose taper angle is smaller than the taper angle of the conical surface of the working end, and its mating with the cylindrical shank and the conical surface is made in the form of fillets, the fillet and fillet have the same sign of curvature, the radius of fillet of the saddle is less than the radius of the fillet of the locking element, the line of initial contact of the elements is located on the additional conical surface of the locking element and the rounding of the saddle, the angle of the cone of the locking element is less than the angle of the cone of the saddle, the diameter of the shank the supporting element is smaller than the diameter of the channel in the saddle, while the height of the additional conical surface, the radius of the rounding of the saddle, the difference in the angles of the cones of the locking element and the saddle, as well as the difference in the diameters of the shank and the channel in the saddle are selected so that contact stresses sufficient for sealing the joints and eliminating the possibility of leakage of the material of the parts into the gaps.