RU227335U1 - Уплотнение штока клапана - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к уплотнительной технике, и может быть использована для уплотнения подвижных соединений различных устройств, например, штоков клапанов паровых турбин. Уплотнение штока клапана содержит втулку, установленную между расточкой крышки клапана и штоком, причем наружная поверхность втулки и поверхность расточки крышки клапана образуют наружную кольцевую полость, а внутренняя поверхность втулки и поверхность штока образуют внутреннюю кольцевую полость. В указанных полостях размещены уплотнительные элементы, поджатые нажимными деталями с помощью прижимного устройства в сторону уплотняемой среды. Уплотнительные элементы, размещенные во внутренней кольцевой полости, представляют собой замыкающие элементы и размещенные между ними набивки и пружинящие элементы, чередующиеся между собой. На поверхности замыкающего элемента и на одной из поверхностей пружинящих элементов, примыкающих к набивкам и к поверхности штока, выполнена проточка, в которую установлена дополнительная набивка. Технический результат - повышение эксплуатационной надежности уплотнения штока клапана. 2 ил.

Description

Предлагаемое техническое решение относится к области машиностроения, а именно к уплотнительной технике, и может быть использовано для уплотнения подвижных соединений различных устройств, например, штоков клапанов паровых турбин.

Для уплотнительных устройств подобного типа существенной технической проблемой является обеспечение герметичности клапана относительно окружающей среды в течение всего периода эксплуатации путем предотвращения перетечек пара в подвижных деталях клапана. Из-за постепенного износа и повреждения уплотнительных элементов, а также ослабления необходимого осевого усилия сжатия происходит потеря требуемой герметичности, что приведет к снижению эксплуатационной надежности уплотнения штока клапана.

Известно техническое решение «Сальниковое уплотнение штока» (патент РФ№65157, F16J15/18, опубл. 27.07.2007 г.). В полезной модели уплотнение штока клапана паровой турбины содержит опорную втулку, установленную между камерой корпусом и штоком. Наружная опорная поверхность втулки и поверхность камеры корпуса образуют наружную кольцевую полость, а внутренняя опорная поверхность опорной втулки и поверхность штока образуют внутреннюю кольцевую полость. В указанных полостях между наружной и внутренней опорными поверхностями опорной втулки и нажимными деталями установлены уплотнительные элементы, поджатые с помощью прижимного устройства в сторону уплотняемой среды. Прижимное устройство выполнено в виде двух нажимных гаек, а нажимные детали выполнены в виде втулки и кольца. Уплотнительные элементы вокруг штока содержат кольца с жидкометаллическим уплотнительным материалом.

Недостатком данного технического решения является то, что опорная втулка и нажимная деталь в виде втулки установлены с зазором относительно штока клапана для предотвращения заклинивания штока. При работе уплотнения и перемещениях штока клапана может произойти вынос жидкометаллического уплотнительного материала через указанный выше зазор, что снижает эксплуатационную надежность уплотнения штока клапана.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому техническому решению по совокупности существенных признаков и выбранным в качестве прототипа, является «Сальниковое уплотнение штока аппарата с высокими параметрами среды» (патент РФ№2239112, F16J15/18, опубл. 27.10.2004 г.). В изобретении предложено уплотнение штока регулирующего клапана паровой турбины, содержащее втулку, установленную между расточкой крышки клапана и штоком. Наружная поверхность втулки и поверхность расточки крышки клапана образуют наружную кольцевую полость, а внутренняя поверхность втулки и поверхность штока образуют внутреннюю кольцевую полость. В указанных полостях размещены уплотнительные элементы, поджатые нажимными деталями (кольцами) с помощью прижимного устройства в сторону уплотняемой среды. Уплотнительные элементы, размещенные во внутренней кольцевой полости вокруг штока, содержат жидкометаллическое кольцо, выполненное из графитовой основы с легкоплавким металлом (оловом). Прижимное устройство выполнено в виде двух частей - фланцевой крышки со шпилечным соединением и расположенного в расточке крышки кольцевого диска со шпилечным соединением. В таком уплотнении обеспечивается сжатие с заданным расчетным усилием уплотнительных элементов, примыкающих к поверхности расточки корпуса, и независимое регулируемое поджатие уплотнительных элементов, примыкающих к поверхности штока.

Недостатком известного решения является низкая эксплуатационная надежность, вызванная ослаблением усилия поджатия уплотнительных элементов, возникающим из-за выноса материала жидкометаллического кольца. Вследствие старения легкоплавкого металлического наполнителя, частицы которого при перемещении штока клапана выносятся наружу, происходит сокращение размеров жидкометаллического кольца, которое не может быть скомпенсировано расположенными рядом уплотнительными элементами. Указанный фактор приводит к увеличению зазора между штоком и уплотнительными элементами и, следовательно, к увеличению протечки уплотняемой среды вдоль штока.

Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, заключается в повышении эксплуатационной надежности уплотнения штока клапана.

Для достижения указанного выше технического результата уплотнение штока клапана содержит втулку, установленную между расточкой крышки клапана и штоком, причем наружная поверхность втулки и поверхность расточки крышки клапана образуют наружную кольцевую полость, а внутренняя поверхность втулки и поверхность штока образуют внутреннюю кольцевую полость. В указанных полостях размещены уплотнительные элементы, поджатые нажимными деталями с помощью прижимного устройства в сторону уплотняемой среды.

При этом, согласно заявляемой полезной модели, уплотнительные элементы, размещенные во внутренней кольцевой полости, представляют собой замыкающие элементы и размещенные между ними набивки и пружинящие элементы, чередующиеся между собой.

На поверхности замыкающего элемента и на одной из поверхностей пружинящих элементов, примыкающих к набивкам и к поверхности штока, выполнена проточка, в которую установлена дополнительная набивка.

Выполнение уплотнительных элементов, размещенных во внутренней кольцевой полости в виде замыкающих элементов и размещенных между ними набивок и пружинящих элементов, обеспечивает в процессе работы клапана равномерное прижатие всех указанных элементов к штоку клапана, тем самым, обеспечивая долговечность их уплотнительной способности и герметичность подвижных деталей клапана. При этом замыкающие элементы принимают усилие нажимных металлических деталей и удерживают во внутренней кольцевой полости набивки и пружинящие элементы, предотвращая износ и заклинивание штока клапана в процессе работы, в том числе при возникновении вибрации и боковых усилий на штоке клапана. Пружинящие элементы поджимают набивки в осевом направлении и компенсируют их усадку в течение периода эксплуатации. Указанные факторы способствуют повышению эксплуатационной надежности уплотнения штока клапана.

Чередование между собой набивок и пружинящих элементов позволяет разместить пружинящие элементы между набивками для эффективного использования их пружинящих свойств для компенсации усадки набивки, что, в свою очередь, позволяет набивке сохранить свои уплотняющие свойства и, тем самым, обеспечить непрерывное работоспособное состояние уплотнения штока клапана и повышение его эксплуатационной надежности.

Выполнение проточки, в которую установлена дополнительная набивка, на поверхности замыкающего элемента и на одной из поверхностей пружинящих элементов, примыкающих к набивкам и к поверхности штока, позволяет обеспечить поджатие дополнительной набивки в осевом и радиальном направлениях за счет упругих свойств пружинящего элемента, что сохраняет уплотнительную способность дополнительной набивки в течение периода эксплуатации и в целом повышает эксплуатационную надежность уплотнения штока клапана.

Представленные графические материалы содержат примеры конкретного выполнения уплотнения штока клапана. Уплотнение штока может быть использовано, например, в регулирующих, стопорных или обратных клапанах паровой турбины.

На фиг. 1 представлено уплотнение штока регулирующего клапана с пружинящими элементами, между которыми установлена набивка, поверхности которых расположены проточками навстречу друг другу; на фиг. 2 - уплотнение штока регулирующего клапана с пружинящими элементами, между которыми установлена набивка, поверхности которых расположены проточками в сторону уплотняемой среды (пара).

Регулирующий клапан предназначен для системы паровпуска в цилиндр паровой турбины с подачей регулируемого расхода свежего пара высоких параметров.

Уплотнение штока 1 регулирующего клапана содержит втулку 2, установленную между расточкой 3 крышки 4 клапана и штоком 1. Наружная поверхность втулки 2 и поверхность расточки 3 крышки 4 клапана образуют наружную кольцевую полость 5, а внутренняя поверхность втулки 2 и поверхность штока 1 образуют внутреннюю кольцевую полость 6. Втулка 2 установлена в расточку 3 с минимальным зазором, необходимым для установки втулки 2 в расточку 3. Высота наружной кольцевой полости 5 выбирается, исходя из необходимости предотвращения протечки пара в указанном выше зазоре.

В наружной кольцевой полости 5 размещены уплотнительные элементы 7, а именно слои мягкой набивки с установленным между ними термостойким уплотнительным элементом. В конкретном примере выполнения в наружной кольцевой полости 5 размещено два слоя мягкой набивки, с установленным между ними одним термостойким уплотнительным элементом.

Под термином «мягкая набивка» принимается условие, что твердость материала уплотняющего элемента (набивки) значительно меньше, чем твердость замыкающих ее деталей узла соединения (В.Д. Продан, Г.В. Божко «Сальниковые уплотнения с мягкой набивкой», Тамбов, Издательство ФГБОУ ВО «ТГТУ», 2016 г., стр. 3).

Мягкая набивка может представлять собой, например, плетеную сальниковую набивку «Графлекс» марки Н1200, изготовленную методом плетения из нитей на основе терморасширенного графита, армированных стеклонитью. Сечение мягкой набивки соответствует ширине наружной кольцевой полости 5.

Термостойкий уплотнительный элемент может быть выполнен из антифрикционного материала, например, термостойкого графита с повышенной стойкостью к окислению марки АТГ. Размеры термостойкого уплотнительного элемента определяются из условий необходимости обеспечения равномерного прижатия уплотняющих элементов 7 к поверхностям кольцевой полости 5 и исключения перекоса указанного элемента при установке в наружную кольцевую полость 5.

Во внутренней кольцевой полости 6 размещены уплотнительные элементы, которые представляют собой замыкающие элементы 8 и размещенные между ними набивки 9 и пружинящие элементы 10, чередующиеся между собой. Количество набивок 9 и пружинящих элементов 10 зависит от диаметра штока 1 и давления уплотняемой среды (пара). Сечение набивки 9 соответствует ширине внутренней кольцевой полости 6. Размеры пружинящих элементов 10 выбираются на основе расчета, исходя из условий обеспечения равномерного прижатия набивки 9 к подвижному штоку 1 клапана.

Для обжатия в сторону уплотняемой среды (пара) уплотнительных элементов 7 наружной кольцевой полости 5 и уплотнительных элементов 8, 9, 10 внутренней кольцевой полости 6 используются нажимные детали 11 и прижимное устройство 12. Нажимные детали 11 представляют собой два стальных нажимных кольца, поперечные сечения которых выбираются исходя из ширины наружной кольцевой полости 5 и ширины внутренней кольцевой полости 6 соответственно. Прижимное устройство 12 представляет собой два стальных кольцевых диска с выполненными в них отверстиями, в которые установлены крепежные элементы, например, шпильки и гайки. Прижимное устройство 12 выполнено таким образом, что обжатие уплотнительных элементов 7 и уплотнительных элементов 8, 9, 10 происходит по отдельности, обеспечивая плотное прилегание слоев указанных элементов и герметизацию соединения шток 1 - крышка 4 клапана. Нажимные кольца и кольцевые диски могут быть выполнены, например, из материала 25Х1МФ.

На поверхности замыкающего элемента 8 и на одной из поверхностей пружинящих элементов 10, прилегающих к набивкам 9 и к поверхности штока 1, выполнена проточка 13, в которую установлена дополнительная набивка 14. Форма и размер проточки 13 соответствуют форме и размеру дополнительной набивки 14.

Проточки 13 могут быть выполнены в пружинящих элементах 10, между которыми установлена набивка 9, при этом поверхности пружинящих элементов 10 расположены проточками 13 навстречу друг к другу, как показано на фиг. 1. Также проточки 13 могут быть выполнены в пружинящих элементах 10, между которыми установлена набивка 9, при этом поверхности пружинящих элементов 10 расположены проточками 13 в сторону уплотняемой среды (пара), как показано на фиг. 2.

Для изготовления замыкающих элементов 8 возможно применение такого же материала, как и для термостойкого уплотнительного элемента, размещенного в наружной кольцевой полости 5 - термостойкого графита с повышенной стойкостью к окислению марки АТГ.

Для изготовления пружинящих элементов 10 применяется антифрикционный графит, например, марки АГ-1500.

Для изготовления набивки 9 и дополнительной набивки 14 применяется мягкая набивка, например, плетеная сальниковая набивка «Графлекс» соответствующих сечений, например марки Н1200.

Материал замыкающих элементов 8 более прочный и жесткий по сравнению с материалами набивок 9 и пружинящих элементов 10, поскольку замыкающие элементы 8 принимают усилие нажимных металлических деталей 11 и удерживают во внутренней кольцевой полости 5 набивки 9 и пружинящие элементы 10.

Предлагаемая конструкция работает следующим образом.

При работе уплотнения штока регулирующего клапана паровой турбины уплотняемая среда (пар) воздействует на уплотнительные элементы 7 и уплотнительные элементы 8, 9, 10, находящиеся под постоянным усилием сжатия от действия осевых сил от предварительного сжатия уплотнения посредством прижимного устройства 12 и от втулки 2, на которую действует давление пара. Под действием усилий сжатия уплотнительные элементы 7 прижимаются с одной стороны к поверхности расточки 3 крышки 4 клапана и с другой стороны - к наружной поверхности втулки 2, а уплотнительные элементы 8, 9, 10 прижимаются с одной стороны к внутренней поверхности втулки 2 и с другой стороны - к поверхности штока 1. Таким образом создается требуемая герметичность и уплотняемая среда (пар) не проникает за пределы регулирующего клапана.

Claims (1)

1. Уплотнение штока клапана, содержащее втулку, установленную между расточкой крышки клапана и штоком, причем наружная поверхность втулки и поверхность расточки крышки клапана образуют наружную кольцевую полость, а внутренняя поверхность втулки и поверхность штока образуют внутреннюю кольцевую полость, в указанных полостях размещены уплотнительные элементы, поджатые нажимными деталями с помощью прижимного устройства в сторону уплотняемой среды, отличающееся тем, что уплотнительные элементы, размещенные во внутренней кольцевой полости, представляют собой замыкающие элементы и размещенные между ними набивки и пружинящие элементы, чередующиеся между собой, причем на поверхности замыкающего элемента и на одной из поверхностей пружинящих элементов, примыкающих к набивкам и к поверхности штока, выполнена проточка, в которую установлена дополнительная набивка.