Результат интеллектуальной деятельности: ФЛАНЦЕВЫЙ РАЗЪЕМ

Изобретение относится к конструкции уплотнений фланцевых соединений большого диаметра. Его можно использовать в энергетических установках, например в ядерных, а также в аппаратах химических производств, работающих при высоких температурах и давлениях.

Уплотнение главного разъема насосного агрегата энергетических ядерных установок работает при температурах 270-300^oС под давлением порядка 150 кг/см². Необходимость выдерживать высокое рабочее давление и обеспечивать герметичность разъема требуют сжимающего усилия на фланцах разъема порядка 6000 кг/см².

Главный разъем известной конструкции включает два фланца, один из которых, находящийся на корпусе насосного агрегата, частично охватывает фланец выемной части (крышки). Между фланцами размещены основная и вторичная прокладки. Диаметры охватывающей и охватываемой поверхностей фланцев по крайней мере дважды ступенчато меняются, образуя кольцевые уступы на разной глубине охвата, а прокладки расположены на разной высоте с возможностью фиксации в осевом направлении между плоскими поверхностями соответствующих уступов. Основная прокладка из нержавеющей стали расположена глубже в разъеме и обеспечивает необходимую плотность разъема при устойчивых рабочих температурах. Сжимающее усилие на фланцах приводит к деформации прокладки, материал которой заполняет неровности уплотняемых поверхностей и таким образом герметизирует разъем. Поскольку деформация прокладки не является упругой, ее практически невозможно использовать повторно после разборки фланцевого соединения. Кроме того, надежность прокладки из нержавеющей стали резко снижается при переменных тепловых режимах работы.

Вторичная прокладка (как правило, из резины) выполняет вспомогательную функцию. В разъеме она расположена выше основной прокладки и не рассчитана на сколь-нибудь продолжительную работу, если основная прокладка перестает обеспечивать необходимую плотность соединения.

Известен фланцевый разъем, включающий два фланца, крепежные элементы, основную и вторичную прокладки, размещенные между фланцами (SU 1195098 А, 30.11.1985).

Предлагаемое изобретение позволяет устранить или значительно снизить указанные недостатки и одновременно заметно упростить конструкцию фланцевого разъема.

Фланцевый разъем включает два фланца, крепежные элементы и размещенные между фланцами основную и вторичную прокладки. Прокладки установлены на одном уровне между торцевыми поверхностями фланцев. Каждая из прокладок выполнена из трех неразъемно соединенных кольцевых слоев, причем средний слой выполнен из расширенного графита, а наружный и внутренний слои представляют собой концентрические металлические кольца.

Высота графитового слоя в прокладках больше высоты металлических колец. Наружное и внутреннее металлические кольца могут быть одинаковыми по ширине, но поскольку в направлении, перпендикулярном осевой нагрузке, наружное кольцо будет работать на растяжение, а внутреннее - на сжатие, ширину наружного металлического кольца делают несколько больше.

Основную и вторичную прокладки размещают в кольцевых каналах на торцевой поверхности одного из фланцев, причем глубина каналов меньше высоты графитового слоя, но больше высоты металлических колец прокладки.

Графитовый слой в прокладках желательно выполнять путем спиральной намотки ленты из графитовой фольги, при которой боковые кромки намотанной графитовой ленты выходили бы на торцевые уплотняемые поверхности прокладки.

У каждой из прокладок на поверхностях металлических колец, обращенных к графитовому слою, сделаны кольцевые выемки, а ребра графитового слоя снабжены окантовкой, не доходящей до кольцевых выемок на металлических кольцах.

Плотность расширенного графита в основной прокладке выше плотности расширенного графита во вторичной прокладке.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показана часть осевого сечения фланцевого уплотнения, расположенная левее оси симметрии сечения.

Для большей наглядности соотношение размеров между отдельными элементами конструкции на чертеже изменено.

Фланцевый разъем включает нижний фланец 1 корпуса, верхний фланец 2 выемной части, крепежные элементы (на чертеже не показаны) и размещенные между фланцами основную прокладку 3 и вторичную прокладку 4. Прокладки 3 и 4 установлены на одном уровне между торцевыми поверхностями фланцев. Каждая из прокладок выполнена из трех неразъемно соединенных кольцевых слоев, причем средний слой (3с или 4с) выполнен из расширенного графита, а наружные слои (3н или 4н) и внутренние слои (3в или 4в) представляют собой концентрические металлические кольца.

При отсутствии осевой нагрузки высота графитового слоя (3с и 4с) в прокладках 3 и 4 больше высоты металлических колец (3н и 3в) и (4н и 4в) соответственно.

Основная и вторичная прокладки 3 и 4 размещены в кольцевых каналах на торцевой поверхности одного из фланцев (на чертеже каналы показаны в нижнем фланце 1), причем глубина каналов меньше высоты графитового слоя (3с и 4с), но больше высоты металлических колец (3н и 3в) и (4н и 4в) прокладок.

Графитовый слой (3с и 4с) в прокладках 3 и 4 преимущественно выполнен путем спиральной намотки ленты из графитовой фольги, причем боковые кромки намотанной ленты выходят на торцевые уплотняемые поверхности прокладок. Если слои фольги в графитовом материале прокладки располагать параллельно уплотняемым поверхностям, то наружные слои графита, соприкасающиеся с металлом фланцев, могут отслаиваться и переходить на поверхность металла, что загрязняет фланцы и приводит к повышенному износу прокладок.

У каждой из прокладок 3 и 4 на поверхностях металлических колец (3н и 3в) и (4н и 4в), обращенных к графитовому слою, сделаны кольцевые выемки 5, а ребра графитового слоя снабжены окантовкой 6, не доходящей до кольцевых выемок 5 на металлических кольцах.

Плотность расширенного графита в основной прокладке 3, как правило, выше плотности расширенного графита во вторичной прокладке 4, поскольку вторичная прокладка выполняет только вспомогательную функцию.

Фланцевый разъем работает следующим образом. Основную и вторичную прокладки 3 и 4 размещают в кольцевых каналах на торцевой поверхности одного из фланцев По мере затягивания болтов фланцевого соединения графитовый слой 3с основной прокладки 3 будет упруго деформироваться, обеспечивая уплотнение, а высота его - уменьшаться до тех пор, пока не станет равной высоте металлических колец (3н и 3в). Дальнейшее затягивание болтов необходимо уже не для уплотнения, а для компенсации рабочих давлений в агрегате, снабженном фланцевым разъемом согласно изобретению. При этом осевая нагрузка будет действовать уже и на металлические кольца (3н и 3в) основной прокладки 3.

Вторичная прокладка 4 работает аналогично основной прокладке 3.

Кольцевая полость 7, образующаяся между прокладками 3 и 4 при собранном фланцевом разъеме, используется для контроля за надежностью работы основной прокладки 3. В случае даже незначительного просачивания рабочей среды через основную прокладку 3 это может быть обнаружено с помощью датчика, который вводится в кольцевую полость 7 через канал 8 в верхнем фланце 2 выемной части.

После снятия нагрузки графитовый слой 3с основной прокладки 3 за счет упругой деформации увеличивает свою высоту, вновь превышая высоту металлических колец 3н и 3в, и прокладка может использоваться неоднократно.