RU67212U1

RU67212U1 - CYLINDER SEAL FOR MOBILE CONNECTIONS

Info

Publication number: RU67212U1
Application number: RU2007116830/22U
Authority: RU
Inventors: Александр Николаевич Ананьев; Владимир Алексеевич Белозерцев; Валентин Алексеевич Максимов; Александр Николаевич Комов; Леонид Иосифович Темкин; Леонид Иванович Щуров
Original assignee: Закрытое акционерное общество Научно-производственное объединение Энергоатоминвент
Priority date: 2007-05-03
Filing date: 2007-05-03
Publication date: 2007-10-10

Abstract

Полезная модель относится к области уплотнительной техники касается, в частности, цилиндрических уплотнений и может быть использована для уплотнения конических и цилиндрических поверхностей и соединений, работающих при высоких изменяющихся температуре и давлении, в том числе, валов и телескопических труб разгрузочно-загрузочной машины (РЗМ) атомных станций.The invention relates to the field of sealing technology, in particular, to cylindrical seals and can be used to seal conical and cylindrical surfaces and joints operating at high varying temperatures and pressures, including shafts and telescopic pipes of an unloading and loading machine (REM) nuclear power plants.

Задача, решаемая заявляемой полезной моделью, заключается в повышении надежности и ресурса работы уплотнения при высоких давлениях уплотняемой рабочей среды.The problem solved by the claimed utility model is to increase the reliability and service life of the seal at high pressures of the compressed medium.

Сущность изобретения состоит в том, что в цилиндрическом уплотнении для подвижных соединений, содержащем установленные в расточке корпуса между опорным и нажимным элементами манжеты V-образного профиля из композиционных материалов, предложено, манжеты выполнить из различных композиционных материалов, обеспечивающих уменьшение твердости и коэффициента трения материала манжет от опорного элемента к нажимному. Кроме того, предложено, манжету, примыкающую к опорному элементу, выполнить из прочного армирующего материала типа графитового тканого или асбестового полотна, пропитанных клеевым связующим на основе радиационностойких каучуков или фторопластовой суспензии, а остальные манжеты - из композиционных фторопластов, дополненных молотым коксом, или углеродными волокнами, или дисульфидом молибдена. Также, предложено, внутренний объем манжеты V-образного профиля на 0,3÷0,5 объема заполнить коллоидно-графитовой пастой, с внутренней стороны The essence of the invention lies in the fact that in a cylindrical seal for movable joints, containing installed in the housing bore between the support and pressure elements of the cuff of the V-shaped profile of composite materials, it is proposed that the cuffs be made of various composite materials, providing a decrease in the hardness and coefficient of friction of the material of the cuffs from the supporting element to the push. In addition, it was proposed that the cuff adjacent to the support element be made of a strong reinforcing material such as a graphite woven or asbestos cloth impregnated with adhesive binder based on radiation-resistant rubbers or fluoroplastic slurry, and the remaining cuffs made of composite fluoroplastics supplemented with ground coke or carbon fibers , or molybdenum disulfide. Also, it is proposed that the internal volume of the cuff of the V-shaped profile for 0.3 ÷ 0.5 volume fill with colloidal graphite paste, on the inside

манжеты V-образного профиля изготовить под углом 59°÷60°, а профиль наружной стороны изготовить с увеличенным углом 63°÷65°.cuffs of the V-shaped profile should be made at an angle of 59 ° ÷ 60 °, and the profile of the outside should be made with an increased angle of 63 ° ÷ 65 °.

Техническим эффектом настоящей полезной модели являются повышение надежности и увеличение ресурсной работоспособности узла уплотнения за счет значительного снижения моментов трения в подвижных зонах контакта уплотняемых поверхностей при высоких давлениях уплотняемой рабочей среды.The technical effect of this utility model is to increase the reliability and increase the service life of the seal assembly due to a significant decrease in the friction moments in the moving contact zones of the sealing surfaces at high pressures of the sealing medium.

Description

Полезная модель относится к области уплотнительной техники, касается, в частности, цилиндрических уплотнений и может быть использована для уплотнения конических и цилиндрических поверхностей и соединений, работающих при высоких изменяющихся температуре и давлении, в том числе, валов и телескопических труб разгрузочно-загрузочной машины (РЗМ) атомных станций.The utility model relates to the field of sealing technology, in particular, for cylindrical seals and can be used to seal conical and cylindrical surfaces and joints operating at high varying temperatures and pressures, including shafts and telescopic pipes of a loading and unloading machine (REM) ) nuclear power plants.

Одним из аналогов заявляемой полезной модели является уплотнительная прокладка для уплотнения цилиндрических поверхностей в атомной энергетике (Патент РФ №2161742, F16J 15/00), где необходима повышенная осевая упругость уплотнительной прокладки за счет ввода в полосу, навиваемую по спирали с осью, совпадающей с осью уплотняемых поверхностей, армирующей металлической основы с наполнителем. Армирующая металлическая основа выполнена волнообразной формы и размещена между двумя наполнителями, а одна из торцевых поверхностей прокладки охвачена кольцом W-образной формы, с дугообразной частью вогнутой во внутрь прокладки и лопастями, отходящими от дуги по направлению к ее вершине. Недостатком данного технического решения является то, что не решается полностью задача при использовании этого уплотнения для герметизации уплотняемых поверхностей, часть которых имеет коническую форму, при больших радиальных зазорах (более 0,5 мм), необходимых при дистанционной стыковке элементов уплотнения, так как при дистанционной постановке, когда используются перегрузочные машины, роботы или манипуляторы, необходимо иметь большие боковые зазоры между сопрягаемыми элементами узла уплотнения, чтобы не повредить прокладку.One of the analogues of the claimed utility model is a gasket for sealing cylindrical surfaces in nuclear energy (RF Patent No. 2161742, F16J 15/00), where increased axial elasticity of the gasket is required due to the input into the strip, wound in a spiral with the axis coinciding with the axis sealed surfaces, reinforcing metal base with filler. The reinforcing metal base is made in a wavy shape and placed between two fillers, and one of the end surfaces of the gasket is covered by a W-shaped ring, with the arcuate part of the gasket concave inward and with blades extending from the arc toward its apex. The disadvantage of this technical solution is that the problem is not completely solved when using this seal to seal the surfaces to be sealed, some of which have a conical shape, with large radial clearances (more than 0.5 mm) required for remote joining of the sealing elements, since with remote When using reloading machines, robots or manipulators, it is necessary to have large lateral gaps between the mating elements of the seal assembly so as not to damage the gasket.

Ближайшим аналогом заявляемой полезной модели является уплотнительный узел для штока запорно-регулирующей арматуры (Патент РФ №2061917 от 16.06.1992 г.). Уплотнительный узел по патенту содержит установленные в расточке корпуса между опорным и нажимным элементами уплотнительный узел V-образного профиля и размещенные между ними упругие элементы, контактирующие с губками уплотнительных колец. Уплотнительные кольца выполнены из полос углеродсодержащего материала гофрообразного профиля, навитых по спирали вокруг оси кольца.The closest analogue of the claimed utility model is a sealing assembly for a rod of shut-off and control valves (RF Patent No. 2061917 of 06.16.1992). The sealing assembly according to the patent comprises a V-shaped sealing assembly installed in a housing bore between the support and pressure elements and elastic elements placed between them in contact with the lips of the sealing rings. O-rings are made of strips of carbon-containing material with a corrugated profile, wound in a spiral around the axis of the ring.

Недостатком ближайшего аналога является ограниченная работоспособность уплотнения из-за значительных моментов трения в подвижных зонах контакта уплотнительных поверхностей при высоких давлениях уплотняемой рабочей среды.The disadvantage of the closest analogue is the limited performance of the seal due to significant frictional moments in the moving contact zones of the sealing surfaces at high pressures of the working medium being sealed.

Сущность изобретения состоит в том, что в цилиндрическом уплотнении для подвижных соединений, содержащем установленные в расточке корпуса между опорным и нажимным элементами манжеты V-образного профиля из композиционных материалов, предложено, манжеты выполнить из различных композиционных материалов, обеспечивающих уменьшение твердости и коэффициента трения материала манжет от опорного элемента к нажимному. Кроме того, предложено, манжету, примыкающую к опорному элементу, выполнить из прочного армирующего материала типа графитового тканого или асбестового полотна, пропитанных клеевым связующим на основе радиационностойких каучуков или фторопластовой суспензии, а остальные манжеты - из композиционных фторопластов, дополненных молотым коксом, или углеродными волокнами, или дисульфидом молибдена. Также, предложено,The essence of the invention lies in the fact that in a cylindrical seal for movable joints, containing installed in the housing bore between the support and pressure elements of the cuff of the V-shaped profile of composite materials, it is proposed that the cuffs be made of various composite materials, providing a decrease in the hardness and coefficient of friction of the material of the cuffs from the supporting element to the push. In addition, it was proposed that the cuff adjacent to the support element be made of a strong reinforcing material such as a graphite woven or asbestos cloth impregnated with adhesive binder based on radiation-resistant rubbers or fluoroplastic slurry, and the rest of the cuffs made of composite fluoroplastics supplemented with ground coke or carbon fibers , or molybdenum disulfide. Also suggested

внутренний объем манжеты V-образного профиля на 0,3÷0,5 объема заполнить коллоидно-графитовой пастой, с внутренней стороны манжеты V-образного профиля изготовить под углом 59°÷60°, а профиль наружной стороны изготовить с увеличенным углом 63°÷65°.fill the inner volume of the cuff of the V-shaped profile with 0.3 ÷ 0.5 volume with colloidal graphite paste, from the inside of the cuff of the V-shaped profile at an angle of 59 ° ÷ 60 °, and produce the profile of the outer side with an increased angle of 63 ° ÷ 65 °.

Изготовление манжет с переменным значением твердости и коэффициента трения по высоте уплотнительного узла позволяет снизить поверхность трения уплотнения в целом, т.е. понизить величину усилия сдвига уплотнения и обеспечить его надежную работу. Заполнение внутренних объемов манжетных полостей коллоидно-графитовой пастой обеспечивает быструю приработку узлов трения и повышает в 2-3 раза ресурсную работоспособность и межремонтный период подвижных уплотнений перегрузочной машины. Во внутреннюю полость манжет укладывают коллоидно-графитовую пасту примерно на 0,3÷0,5 объема внутренней полости манжеты, в результате: устраняется подлип частей смежных манжет, поверхности трения пар «вал-манжета» получают дополнительную смазку, устраняется подлип манжет к валу в стояночном режиме.The manufacture of cuffs with a variable value of hardness and coefficient of friction along the height of the sealing assembly allows to reduce the friction surface of the seal as a whole, i.e. reduce the shear force of the seal and ensure its reliable operation. Filling the internal volumes of the cuff cavities with colloidal graphite paste ensures quick running-in of the friction units and increases the resource working capacity and the overhaul period of the moving seals of the reloading machine by 2–3 times. Colloidal-graphite paste is placed in the inner cavity of the cuffs for approximately 0.3 ÷ 0.5 of the volume of the inner cavity of the cuff, as a result: the sticking of the parts of adjacent cuffs is eliminated, the friction surfaces of the “shaft-cuff” pairs get additional lubrication, the cuffing of the cuffs to the shaft is eliminated in parking mode.

В результате сокращается период приработки пакета манжет с валом до обеспечения минимального момента сил трения: на валу привода перемещения захвата перегрузочной машины (ПМ), на валу и механизме герметизации запорных пробок топливных каналов ядерного реактора, силы трения пакета манжет по трубе телескопа стыковочного патрубка ПМ.As a result, the running-in period of the pack of cuffs with the shaft is reduced to ensure a minimum moment of friction forces: on the shaft of the drive for moving the capture of the reloading machine (PM), on the shaft and the sealing mechanism of the shut-off plugs of the fuel channels of the nuclear reactor, the friction force of the pack of cuffs on the telescope pipe of the docking nozzle PM.

Период приработки узлов уплотнений сокращается более чем в 2 раза, об этом свидетельствует прекращение утечек и отпадает необходимость в дополнительной подтяжке резьбовых соединений.The running-in period of seal assemblies is reduced by more than 2 times, this is indicated by the cessation of leaks and there is no need for additional tightening of threaded joints.

Заявляемая полезная модель проиллюстрирована графическим материалом (фиг.1), графиками фиг.2, 3 и таблицей - фиг.4. На фиг.1 изображено цилиндрическое уплотнение трубы телескопа и вала перегрузочной The inventive utility model is illustrated by graphic material (figure 1), graphs of figure 2, 3 and a table - figure 4. Figure 1 shows a cylindrical seal of a telescope pipe and a reloading shaft

машины. На фиг.2 представлен график изменения твердости и коэффициента трения по высоте пакета цилиндрических уплотнений, на фиг.3 - график распределения удельных давлений сжатия по уплотняемой поверхности вала, на фиг.4 приведена таблица технических характеристик фторопластов, состава и свойств манжет цилиндрического уплотнения.cars. Figure 2 presents a graph of changes in hardness and coefficient of friction along the height of the package of cylindrical seals, figure 3 is a graph of the distribution of specific compression pressures on the sealed surface of the shaft, figure 4 shows a table of technical characteristics of fluoroplastics, the composition and properties of the cuffs of the cylindrical seal.

Цилиндрическое уплотнение фиг.1 располагается в пространстве между охватывающей трубой 1 и стаканом 2 и включает опорный элемент 3, на котором размещается V-образная манжета 4 корневая с наибольшим коэффициентом трения и наивысшей твердостью по отношению к остальным V-образным манжетам 5. Манжеты 5 выполнены с уменьшающейся в направлении к нажимному элементу значениями твердости и коэффициента трения. Перед установкой каждой следующей манжеты 5 внутренний объем 6 V-образной манжеты заполняют коллоидно-графитовой смазкой. На весь пакет манжет сверху устанавливают кольцо 7, охватывающее внешнюю поверхность последней V-образной манжеты 5. Над кольцом 7 установлен кольцевой фонарь 8 с обнизками и отверстиями (на фиг.1 не показано) для сборки утечек низкого давления перед сальниковым уплотнением 9. В качестве сальникового уплотнения применяется асбестовый шнур. Весь пакет уплотнений через фланец 10, кольцо 7 и кольцевой фонарь 8 сжимают посредством комплекта 11 из шпилек с гайками.The cylindrical seal of figure 1 is located in the space between the enclosing pipe 1 and the cup 2 and includes a supporting element 3, on which the V-shaped root cuff 4 is placed with the highest coefficient of friction and the highest hardness with respect to the other V-shaped cuffs 5. Cuffs 5 are made with decreasing towards the pressure element values of hardness and coefficient of friction. Before installing each subsequent cuff 5, the inner volume of the 6 V-shaped cuff is filled with colloidal graphite lubricant. A ring 7 is installed on top of the entire cuff stack, covering the outer surface of the last V-shaped collar 5. Above ring 7, an annular lantern 8 is installed with flanges and holes (not shown in FIG. 1) for assembling low-pressure leaks in front of the packing 9. the stuffing box used asbestos cord. The entire package of seals through the flange 10, the ring 7 and the annular lamp 8 are compressed by means of a set of 11 studs with nuts.

Установку манжет цилиндрического уплотнения осуществляют последовательно: по одной манжете со стороны уплотняемой рабочей среды. Сначала устанавливается опорный элемент 3, на него устанавливают последовательно манжету 4 из наиболее армированных материалов, например, из асбестовой ткани, пропитанной резиновым клеем с графитом. Манжеты V-образного профиля раскрываются под углом 60°. Пакет манжетного уплотнения завершается установкой кольца 7,The installation of the cuffs of the cylindrical seal is carried out sequentially: one cuff from the side of the sealing medium. First, the support element 3 is installed, a cuff 4 of the most reinforced materials, for example, asbestos fabric impregnated with rubber glue with graphite, is installed on it in series. V-shaped cuffs open at an angle of 60 °. A lip seal package is completed by installing ring 7,

охватывающего внешнюю поверхность манжет V-образного профиля. Завершают сборку узла уплотнения установкой кольцевого фонаря 8 с обнизками и отверстиями для сбора утечек низкого давления перед сальниковыми уплотнениями 9. В качестве сальникового уплотнения 9 применяется асбестографитовый шнур. Фланец 10 с комплектом 11 шпилек и гаек предназначен для сжатия - затяжки пакета уплотнения. Герметизация узла уплотнения производится с проверкой на холостом ходу путем постепенной затяжки гаек, воздействующих на нажимной фланец 10 и через детали 8 и 7 осевой силой Q_осев. на пакет уплотнения, образованный манжетами из различных композиционных материалов.covering the outer surface of the cuffs of the V-shaped profile. Complete the assembly of the seal assembly by installing an annular flashlight 8 with flanges and holes for collecting low-pressure leaks in front of the stuffing box 9. Asbestografic cord is used as the stuffing box packing 9. Flange 10 with a set of 11 studs and nuts is designed for compression - tightening the seal package. The sealing of the sealing unit is checked with idling by gradually tightening the nuts acting on the pressure flange 10 and through parts 8 and 7 by axial force Q _axes. on the seal package formed by cuffs of various composite materials.

Процесс изготовления манжет заключается в следующем. Манжету 4 изготавливают из полос углеграфитовых слоистых материалов, навитых по спирали, с осью, совпадающей с осью уплотняемых поверхностей, причем в процессе навивки полости могут промазываться эластичной терморадиационной клеевой композицией на основе раствора из кремнеорганического полимера. Композиция сохраняет работоспособность от -60°С до +400°С. В том числе при гамма облучении до γ=100 Мрад. Манжету 4 можно также изготовить из асбестового волокнистого полотна, промазанного суспензией фторопласта. Асбофторопластовую заготовку свертывают в рулон, укладывают в кольцевой ложемент прессформы, прессуют и спекают при Т_спец=340°С÷360°С. Манжеты работоспособны при t_paб.=250°С÷300°С и дозе гамма облучения γ_обл.=50÷100 Мрад. Коэффициент трения f_тр.=0,2, твердость по Шору (D) 62÷64. По аналогичной технологии изготавливают асборезиновые манжеты, где в качестве связующего используют резиновый клей с графитом, на основе нитрильного каучука. Т_раб.=150°С, коэффициент трения f_тр.AHГ=0,5, твердость по Шору (D) 62÷65. Манжеты 5 из коксонаполненного фторопласта изготавливаются методом точения из прессованных заготовок. Манжеты из коксонаполненных фторопластов обладают The cuff manufacturing process is as follows. The cuff 4 is made of strips of carbon-graphite laminated materials, wound in a spiral, with an axis coinciding with the axis of the sealed surfaces, and during winding, the cavities can be smeared with an elastic thermoradiation adhesive composition based on a solution of organosilicon polymer. The composition remains operational from -60 ° C to + 400 ° C. Including with gamma irradiation up to γ = 100 Mrad. The cuff 4 can also be made of asbestos fiber cloth, smeared with a suspension of fluoroplastic. The asbofluoroplastic preform is rolled up, laid in an annular mold lodgement, pressed and sintered at T _spec = 340 ° C to 360 ° C. The cuffs are operational at t _pa. = 250 ° С ÷ 300 ° С and the dose of gamma irradiation γ _reg. = 50 ÷ 100 Mrad. The coefficient of friction f _Tr. = 0.2, Shore hardness (D) 62 ÷ 64. Asborezin cuffs are made using a similar technology, where rubber glue with graphite, based on nitrile rubber, is used as a binder. T _slave. = 150 ° C, coefficient of friction f _{tr ANHG} = 0.5, Shore hardness (D) 62 ÷ 65. Cuffs 5 of coke-filled fluoroplastic are made by turning from pressed billets. Coke-filled fluoroplastic cuffs have

наименьшим коэффициентом трения по стали f_тр.=0,12÷0,16 и обладают наименьшей твердостью по Шору (D) 53÷54. Установка манжет 5 производится с учетом обязательного уменьшения твердости и коэффициента трения по высоте. После сжатия пакета манжет V-образного профиля распределение твердости по высоте показано на фиг.2, распределение нагрузки по боковой уплотняемой поверхности вала будет соответствовать кривой, изображенной на фиг.3, где:the lowest coefficient of friction on steel f _Tr. = 0.12 ÷ 0.16 and have the lowest Shore hardness (D) 53 ÷ 54. Installation of cuffs 5 is made taking into account the mandatory decrease in hardness and coefficient of friction in height. After compression of the package of cuffs of the V-shaped profile, the distribution of hardness in height is shown in figure 2, the load distribution on the lateral sealing surface of the shaft will correspond to the curve shown in figure 3, where:

d см - удельное давление после обжатия резьбового соединения нажимного фланца, (кГс/см²);d cm - specific pressure after compression of the threaded connection of the pressure flange, (kgf / cm ² );

d раб. - удельное давление после опрессовки и обработки узла уплотнения (кГс/см²).d slave. - specific pressure after crimping and processing of the seal assembly (kgf / cm ² ).

При установке пакета уплотнения из 4-х асборезиновых манжет боковое удельное давление на уплотняемых поверхностях будет распределяться по кривой q_сжат. (см. фиг.3), что приводит к увеличению крутящего момента М_кр (кГс.М) и к снижению чувствительности измерительной аппаратуры.When installing a sealing package of 4 asborezin cuffs, the lateral specific pressure on the sealing surfaces will be distributed along the curve q _squeezed. (see figure 3), which leads to an increase in torque M _cr (kG.s. M) and to a decrease in the sensitivity of the measuring equipment.

Технические характеристики композиционных фторопластов, состава и свойств манжет цилиндрического уплотнения приведены в таблице фиг.4. Данные, приведенные в таблице, подтверждают существенность отличительных признаков первого пункта формулы. Из данных, приведенных в таблице 4, видно, что твердость и коэффициент трения возрастают в сторону опорной манжеты.Technical characteristics of composite fluoroplastics, the composition and properties of the cuffs of the cylindrical seal are shown in the table of figure 4. The data given in the table confirm the significance of the distinguishing features of the first paragraph of the formula. From the data given in table 4, it is seen that the hardness and coefficient of friction increase towards the supporting cuff.

Claims

1. A cylindrical seal for movable joints, containing installed in the housing bore between the support and pressure elements of the cuff of the V-shaped profile made of composite materials, characterized in that the cuffs are made of various composite materials, providing a decrease in the hardness and coefficient of friction of the material of the cuffs from the support element to push.

2. A cylindrical seal according to claim 1, characterized in that the cuff adjacent to the support element is made of a durable reinforced material such as a graphite woven or asbestos fabric, impregnated with adhesive binder based on radiation-resistant rubbers or fluoroplastic suspension, and the remaining cuffs are made of composite fluoroplastics supplemented with either ground coke, or carbon fibers, or molybdenum disulfide.

3. The cylindrical seal according to claim 1 or 2, characterized in that the inner volume of the cuff of the V-shaped profile for 0.3 ÷ 0.5 volume is filled with colloidal graphite paste.

4. The cylindrical seal according to claim 1 or 2, characterized in that on the inner side of the cuff of the V-shaped profile are made at an angle of 59 ÷ 60 °, and the profile of the outer side is made with an increased angle of 63 ÷ 65 °.