РАЗЪЕМНОЕ НЕПОДВИЖНОЕ УПЛОТНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к машиностроению, в частности к герметизации разъемных неподвижных соединений трубопроводов и магистралей с помощью металлических упругих прокладок.

Известно разъемное уплотнительное устройство, содержащее фланцы с контактирующими поверхностями криволинейной или конической формы, между которыми установлена металлическая прокладка с упругими усами и жестким периферийным участком, причем в одном из фланцев выполнена цилиндрическая посадочная поверхность под фиксирующий кольцевой выступ периферийного участка прокладки, а со стороны одного из усов прокладки во фланце выполнена кольцевая проточка, в которой установлено стопорное разжимное кольцо, фиксирующее прокладку от осевого смещения при монтаже фланцевого соединения (Авторское свидетельство СССР N 1499032, м.п.к. F 16 J 15/02, опубл. 08.04.89 г.).

Устройство предназначено для работы в широком диапазоне давлений и температур в среде агрессивных компонентов при одновременном воздействии вибрационных и динамических нагрузок.

Недостатком известного устройства является размещение стопорного разжимного кольца в нижней рабочей части фланца. Кольцо устанавливается в проточке с радиальным и осевым зазорами, поэтому при воздействии сильных вибраций возможно трение поверхностей стопорного кольца и поверхности проточки, что в условиях высоких температур и нахождения в среде агрессивных компонентов может привести к возгоранию элементов конструкции соединения.

Кроме того, подобное расположение стопорного кольца при заданном диаметре посадочной поверхности фланца и расчетной длине периферийного участка прокладки приводит к необходимости уменьшения длины упругих усов, что при прочих равных условиях уменьшает их податливость, необходимую для компенсации расхождения стыка с обеспечением заданного уровня герметичности.

Решаемая изобретением задача - повышение качества.

Технический результат от использования предлагаемого изобретения состоит в повышении качества и надежности конструкции, в которой стопорное разжимное кольцо установлено над уплотнительной прокладкой со стороны фиксирующего кольцевого выступа, и заключается в следующем:
- уменьшение габаритов соединения за счет использования места, высвобождаемого из-за отсутствия бурта под стопорное кольцо, что позволяет перенести уплотнительную поверхность прокладки на меньший диаметр;
- повышение надежности за счет выноса места трения поверхности фланца и стопорного кольца за пределы прохождения потока компонентов, а также за счет уменьшения возможных расхождений стыка из-за увеличения его жесткости, связанные с уменьшением диаметральных размеров фланцев;
- повышение герметизирующей способности устройства за счет возможности подбора оптимальной длины упругих усов прокладки.

Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата в известном разъемном уплотнительном устройстве трубопровода, содержащем фланцы, первый из которых выполнен с конической поверхностью и с внешней цилиндрической поверхностью, а второй - с вогнутой поверхностью, обращенной к упомянутой конической поверхности первого фланца, прокладку, расположенную между фланцами, одна часть поверхности которой выполнена выпуклой и сопряжена с вогнутой поверхностью второго фланца, а другая часть поверхности которой выполнена конической и сопряжена с конической поверхностью первого фланца, при этом торец прокладки, обращенный к оси трубопровода, выполнен с U-образной канавкой, а противоположный торец прокладки выполнен с кольцевым выступом, внутренняя поверхность которого установлена на внешней цилиндрической поверхности первого фланца, стопорное разжимное кольцо, предназначенное для фиксации прокладки, согласно изобретению стопорное разжимное кольцо выполнено в сечении C-образным и установлено в проточке, выполненной на внешней цилиндрической поверхности первого фланца, кольцевой выступ прокладки снабжен поперечным наружным выступом, который установлен внутри стопорного разжимного кольца.

Возможны дополнительные варианты выполнения устройства, в которых целесообразно, чтобы:
- поперечный наружный выступ кольцевого выступа прокладки был выполнен с конической наружной поверхностью, а большее основание конической поверхности было бы установлено с возможностью охвата его Г-образной частью C-образного стопорного разжимного кольца, расположенной над кольцевым выступом прокладки;
- толщина части прокладки в окрестностях расположения основания U-образной канавки была выполнена меньшей, чем толщина части прокладки с конической и выпуклой поверхностями, с возможностью придания прокладке в продольном сечении вида упругих усов;
- концы упругих усов были снабжены выступами тороидальной формы; прокладка была бы снабжена перепускными отверстиями, расположенными над U-образной канавкой в части прокладки с меньшей толщиной;
- угол образующей конической поверхности прокладки был выбран равным или большим угла образующей конической поверхности фланца;
- радиус кривизны выпуклой поверхности прокладки был выбран равным или большим радиуса кривизны вогнутой поверхности второго фланца;
- были введены болты для соединения фланцев над наружными поверхностями стопорного разжимного кольца и прокладки.

Указанные преимущества, а также особенности настоящего изобретения поясняются лучшим вариантом выполнения устройства со ссылками на прилагаемые чертежи.

На фиг.1 представлено продольное, вдоль оси трубопровода, сечение конструкции устройства после затяжки соединения,
на фиг. 2 - то же, что фиг. 1, до затяжки соединения в увеличенном масштабе, место А на фиг. 1.

Устройство состоит из фланцев 1 и 2, прокладки 3, стопорного разжимного кольца 4, болтов 5 со сферическими головками и шайб 6 со сферической расточкой под головку.

На фланце 1 (фиг. 2) выполнены поверхность 7 конической формы, внешняя цилиндрическая 8, торцевая поверхность 9 и проточка 10 под стопорное разжимное кольцо 4 (фиг. 1).

Прокладка 3 содержит упругие усы 11 (фиг. 2) с кольцевыми уплотнительными выступами тороидальной формы 12 и периферийное кольцо 13 с уплотнительными поверхностями: наружной выпуклой 14 с радиусом R1 и внутренней конической 15.

Для улучшения уплотнения поверхности 7 и 15 имеют разные углы β и α (при этом α ≥ β). Фланец 2 имеет вогнутую поверхность 16 с радиусом R2, при этом R1 может быть выбран меньшим или равным R2. На периферийном кольце 13 на торце прокладки 3 со стороны большего диаметра выполнены кольцевой выступ 17, внутренняя поверхность которого установлена на внешней цилиндрической поверхности 8 первого фланца 1, с внутренней заходно-центрирующей поверхностью 18, внешней цилиндрической поверхностью 19 и торцевой поверхностью 20, на которой выполнен поперечный наружный выступ 21, входящий во внутреннюю кольцевую проточку 22 стопорного разжимного кольца 4 (фиг. 2).

Между барьерами уплотнения, образованного уплотнительными выступами 12 и уплотнительными поверхностями 14 и 15, в прокладке 3 выполнены перепускные отверстия 23. На фланце 1 для отвода утечек предусмотрен канал 24, заканчивающийся штуцером (условно на фигурах не показан) (фиг. 1, 2).

На все уплотнительные поверхности прокладки 3 нанесено мягкое герметизирующее покрытие (медь, серебро, фторопласт и т.п).

Устройство (фиг. 1, 2) работает следующим образом.

Сначала на фланец 1 устанавливается стопорное разжимное кольцо 4, которое фиксируется в проточке 10 фланца. Затем на фланец 1 устанавливается прокладка 3 и центрируется своей заходно-центрирующей поверхностью 18 кольцевого выступа 17 по посадочной цилиндрической поверхности 8 фланца 1. При дальнейшем перемещении прокладки 3 вдоль оси соединения конический поперечный наружный выступ 21 прокладки 3 входит в соприкосновение с заходной фаской на стопорном разжимном кольце 4, разжимает его и фиксируется поперечным наружным выступом 21 во внутренней проточке 22 кольца 4. Затем на прокладку 3 устанавливается фланец 2 и производится затяжка устройства болтами 5. При затяжке происходит последовательное обжатие упругих усов 11 и упругая деформация периферийного кольца 13 прокладки 3 и фланца 2 до обеспечения полного контактирования уплотнительных поверхностей 14 и 15 прокладки 3 с поверхностями 16 и 7 фланцев. При этом заходно- центрирующая поверхность 18 кольцевого выступа 17 перемещается по посадочной цилиндрической поверхности 8 фланца 1.

В конечном положении между торцом 9 фланца 1, торцами стопорного разжимного кольца 4 и торцом 20 прокладки 3 должны быть гарантированные зазоры.

При подаче давления уплотняемой среды за счет эффекта самоуплотнения контактное давление на уплотнительных поверхностях выступов 12 упругих усов 11 увеличивается; при этом за счет перемещения упругой прокладки 3 в радиальном направлении под действием внутреннего давления в сочетании с сужающимися к периферии устройства посадочным местом также возрастает контактное давление на уплотнительных поверхностях 14 и 15 прокладки 3. Поддержание требуемой величины контактного давления на уплотнительных поверхностях при возможных расхождениях стыка во время работы устройства обеспечивается за счет упругой отдачи усов 11 и обратного разворота сечения периферийного кольца 13 прокладки 3 в исходное положение, причем чем длиннее усы 11, тем выше их упругость и выше самоуплотняющий эффект, т.е. выше герметизирующая способность устройства.

Изобретение предназначено для герметизации неподвижных соединений трубопроводов и магистралей, через которые транспортируется высокотемпературная окислительная среда. Это устройство может быть использовано в магистралях жидкостных ракетных двигателей.