Результат интеллектуальной деятельности: ФЛАНЦЕВЫЙ РАЗЪЕМ

Изобретение относится к конструкции уплотнений фланцевых соединений большого диаметра и может быть использовано в энергетических установках, в частности ядерных, а также в аппаратах химических производств для работы при высоких температурах и давлениях.

Известная конструкция уплотнения 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 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, выполненная из нержавеющей стали, расположена глубже в разъеме и обеспечивает необходимую плотность разъема при устойчивых рабочих тепературах. Сжимающее усилие на фланцах приводит к деформации прокладки, материал которой заполняет неровности уплотняемых поверхностей и, таким образом, герметизирует разъем. Однако деформация прокладки не является упругой, что практически не позволяет ее использовать повторно после разборки фланцевого соединения. Кроме того, надежность прокладки из нержавеющей стали резко снижается при переменных тепловых режимах работы.

Вторичная прокладка, как правило изготавливаемая 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, один из которых частично охватывает другой фланец, крепежные элементы и размещенные между фланцами основную и вторичную прокладки, имеющие различные диаметры (SU 1195098 А, 30.11.1985).

Сущность изобретения
Предлагаемое изобретение позволяет устранить или значительно снизить указаные выше недостатки.

Согласно изобретению фланцевый разъем включает два фланца, один из которых (находящийся на корпусе) частично охватывает другой фланец (выемной части) по цилиндрической поверхности. Фланцы соединены крепежными элементами, преимущественно болтовыми соединениями. 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. Диаметр вторичной прокладки больше диаметра основной прокладки. Основная прокладка выполнена из расширенного графита, завальцованного в металлическую оболочку. Между торцевой поверхностью охватывающего фланца и встречной поверхностью охватываемого фланца размещено металлическое дистанционное кольцо.

Дистанционное кольцо изготавливают из обычной мягкой стали. Толщину дистанционного кольца подбирают таким образом, чтобы при сборке фланцевого соединения и в процессе его дальнейшей работы кольцо воспринимало большую часть сжимающего усилия на фланцах от предварительной затяжки болтов.

Основную прокладку изготавливают из графитового материала, преимущественно путем спиральной намотки ленты из графитовой фольги. Графитовый материал завальцовывают в оболочку из нержавеющей стали толщиной около 0,5 мм. Оболочка делает прокладку более прочной и не препятствует упругой деформации графитового материала, обеспечивающей плотность разъема.

Вторичная прокладка может быть выполнена из резины или, как и основная прокладка, из расширенного графита путем спиральной намотки ленты из графитовой фольги.

Намотку ленты для прокладок желательно производить таким образом, чтобы боковые кромки ленты в прокладках были обращены к поверхностям фланцев, между которыми фиксируется соответствующая прокладка.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена конструкция фланцевого разъема согласно изобретению (часть осевого сечения), а на фиг. 2 показан (также в виде части осевого сечения) известный фланцевый разъем насосного агрегата первого контура АЭС.

Для большей наглядности соотношение размеров между отдельными узлами и элементами конструкции на чертежах изменено.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
На фиг.1 показана часть сечения фланцевого разъема, расположенная в плоскости чертежа левее оси симметрии фланцев (то есть, ось симметрии проходит вертикально, правее показанного сечения и в пределы чертежа не попадает).

Фланцевый разъем включает фланец 1 корпуса и фланец 2 выемной части. Поскольку выемная часть входит на некоторую глубину в корпус, фланец 1 частично охватывает фланец 2 по цилиндрической поверхности. Позицией 3 обозначены отверстия для крепежных элементов. Сами крепежные элементы (болты) на чертеже не показаны. Диаметры охватывающей и охватываемой поверхностей фланцев 1 и 2 по крайней мере дважды ступенчато меняются, образуя кольцевые уступы 4 и 4а в глубине разъема, а также 5 и 5а выше по разъему, между которыми размещают соответственно основную прокладку 6 и вторичную прокладку 7. Уступ 5а может находиться как непосредственно на фланце 2, так и на примыкающем к фланцу 2 промежуточном кольце (на чертеже представлен последний вариант без указания отдельного номера позиции). Прокладки 6 и 7 расположены с возможностью фиксации в осевом направлении между плоскими поверхностями соответствующих уступов. Диаметр вторичной прокладки 7 больше диаметра основной прокладки 6. Между торцевой поверхностью 8 охватывающего фланца 1 и встречной поверхностью 9 охватываемого фланца 2 размещено металлическое дистанционное кольцо 10. Материалом основной прокладки 6 является расширенный графит, завалъцованный в тонкую металлическую оболочку.

В предпочтительном варианте исполнения графитовый материал основной прокладки 6 получают путем спиральной намотки ленты из графитовой фольги.

Вторичная прокладка 7 может быть выполнена из резины или расширенного графита. В последнем случае также предпочтителен материал из спирально намотанной графитовой фольги, плотность которого может быть меньше плотности аналогичного материала основной прокладки.

Намотку фольги производят так, чтобы боковые кромки намотанной ленты в прокладках 6 и 7 образовывали плоские уплотняемые поверхности, то есть были бы обращены к поверхностям фланцев 1 и 2, между которыми фиксируется соответствующая прокладка. В случаях, когда слои фольги в графитовом материале прокладки располагаются параллельно уплотняемым поверхностям, наружные слои графита, соприкасающиеся с металлом фланца, могут отслаиваться и переходить на поверхность металла, что загрязняет фланцы и приводит к повышенному износу прокладок.

При сборке фланцевого соединения высоту (толщину) дистанционного кольца 10 подбирают таким образом, чтобы фланец 2 выемной части в незатянутом состоянии своим кольцевым уступом 4а свободно опирался на основную прокладку 6, но чтобы при этом между поверхностью 9 фланца выемной части и дистанционным кольцом 10 оставался некоторый зазор (порядка миллиметра). По мере затягивания болтов фланцевого соединения основная прокладка 6 будет деформироваться, а толщина ее - уменьшаться. При достижении определенного усилия сжатия, величину которого можно при необходимости рассчитать заранее, зазор между дистанционным кольцом 10 и фланцем выемной части исчезнет. Дальнейшее затягивание болтов будет создавать нагрузку уже и на дистанционное кольцо 10, которое будет упруго деформироваться, воспринимая усилие от предварительной затяжки болтов.

Вторичная прокладка 7 при затяжке болтов также обжимается до необходимой величины.

Таким образом, в рабочем состоянии основная прокладка 6 воспринимает только часть сжимающей нагрузки на фланцах, необходимую для упругой деформации материала прокладки и уплотнения фланцевого разъема. Остальная часть нагрузки приходится на дистанционное кольцо 10. После снятия нагрузки основная прокладка 6 за счет упругой деформации увеличивается по высоте и может использоваться неоднократно. Дистанционное кольцо 10 также может использоваться повторно, поскольку оно не участвует непосредственно в уплотнении разъема и требования к его форме и состоянию поверхности не очень строги.

Для сравнения основная прокладка 11 (фиг. 2) из нержавеющей стали в известной конструкции воспринимает все стягивающее усилие на фланце и из-за пластической деформации не может использоваться повторно, а также не гарантирует достаточного уплотнения при перепадах рабочих температур.