Результат интеллектуальной деятельности: Сальниковое высокотемпературное уплотнение

Изобретение относится к области уплотнительной техники и может быть использовано для изготовления разъемных сальниковых уплотнений и фланцевых соединений в атомной и химической промышленности, а также в ракетно-космической технике.

Одной из проблем в данной области является создание надежной конструкции уплотнительного узла, работающего при высоких температурах. При этом, если надежность сальникового уплотнения зависит от характера взаимодействия с уплотняемыми поверхностями, то надежность фланцевого соединения зависит в основном от формы фланцевого соединения и его размера.

Известен способ изготовления сальникового кольца, сальниковое кольцо и сальниковое уплотнение (патент №2491463, класс F16J 15/18, публ. 27.08.2013 г. - аналог), включающий сальниковое уплотнение, которое содержит комплект сальниковых колец, включающий два замыкающих сальниковых витых кольца, причем одно уплотнительное кольцо расположено между замыкающими кольцами. Витые кольца изготовлены из лент путем намотки на оправку мерных заготовок в виде полосок из многослойного сэндвича толщиной 0,4 мм, а в некоторых случаях совмещение заготовки с плющеным жгутом осуществляют посредством клея.

Недостатком данного изобретения является то, что наличие клея снижает рабочую температуру сальникового кольца, а малая толщина полоски может привести к выдавливанию ее в зазор сальникового уплотнения, жесткость сальникового кольца препятствует изменению формы, что не позволяет расширять диапазон использования в сальниковых узлах различных конструкций.

Известна уплотнительная прокладка для герметизации фланцевого соединения (патент №2382263, класс F16J 15/02, публ. 20.02.2010 г. - аналог), выполненная как уплотнительный элемент в виде кольца с многослойной оболочкой, намотанной внахлест на кольцевой уплотнительный элемент.

Недостатком данного изобретения является невозможность использования таких уплотнительных прокладок в сальниковых уплотнениях при высоких температурах.

Наиболее близким по своей технической сущности по отношению к заявляемому изобретению является волокнистое уплотнение и способ его производства (патент US №6511076, класс F16L 17/00, публ. 2000 г. - прототип), выполненное из многочисленных неорганических или металлических волокон или нитей, образовывая уплотнение любой геометрической формы и сечения, включающее многослойную спиральную намотку с сердцевиной.

Целью настоящего изобретения является задача разработать универсальное уплотнение. Которое можно использовать для уплотнения в осевом и радиальном направлениях камеры сальникового узла и уплотнения разъемных фланцевых соединений в широком диапазоне размеров и рабочих температур.

Технический результат настоящего изобретения заключается в расширении диапазона использования универсального уплотнения. В исключении его разрезания при установке, в обеспечении герметичности самого уплотнения, в повышении упругих свойств уплотнения, в исключении тепловой и силовой адгезии с уплотняемыми поверхностями.

Технический результат достигается тем, что универсальное высокотемпературное уплотнение, включает сердцевину виде в кольца с круглым, квадратным или прямоугольным или иным профилем поперечного сечения, выполненную из неорганических, металлических волокон или нитей, или их комбинации, а также однослойную или многослойную спиральную обмотку сердцевины, причем сердцевина формируется с натяжением 10-50 сН, а на поверхность нитей сердцевины из сердцевины из неорганических, металлических волокон или нитей, или их комбинации нанесена смазка на основе графита. Спиральная обмотка сердечника выполняется в двух противоположных направлениях с образованием тороидальной крестовой обмотки, причем обмотка сердцевины нитью и лентой производится с натяжением от 100 до 500 сН. Нить и лента из неорганических, металлических волокон или нитей, или их комбинации. При обмотке лентой каждый последующий виток ленты частично перекрывает предшествующий ему виток, образуя тороидальный-параллельную и тороидальный-крестовую обмотки.

Сердцевина может быть выполнена из двух разнородных материалов, имеющих разную температуру термического разложения, например из неорганических волокон или нитей с высокой температурой термического разложения или комбинацией неорганических и металлических волокон или нитей и натуральных или химических волокон или нитей, имеющих низкую температуру термического разложения, после обмотки уплотнение подвергается пиролизу и в результате термического разложения материала с более низкой температурой термического разложения внутри сердцевины образуется полость.

Отличительная особенность заявляемого уплотнения состоит в том, что сердцевина виде в кольца с круглым, квадратным или прямоугольным или иным профилем поперечного сечения, выполненная из неорганических, металлических волокон или нитей, или их комбинации с однослойной или многослойной тороидальной крестовой обмоткой нитями или тороидальной крестовой обмоткой лентой с перекрытием витков приобретает необходимые упругие свойства как сальниковый уплотнитель и кроме того, обеспечивает заданную объемную плотность сальникового уплотнения.

Изменение числа слоев и величины натяжения нитей или ленты позволяет расширить диапазон его применения, уменьшая или увеличивая геометрические размеры уплотнения.

Обмотка сердцевины нитью или лентой препятствует ее расслоению при приложении к уплотнителю нагрузки, и соответственно волокнистые элементы уплотнения не проникает в зазоры сальниковой камеры или фланцевого соединения. Многослойная обмотка сердцевины нитью или лентой способствует повышению герметичности уплотнения, независимо от структуры сердцевины. Кроме того, при этом наблюдается более длительное сохранение упругих свойств материала набивки и увеличивается возможность принудительной деформации уплотнения.

Предлагаемое изобретение поясняется конкретными примерами его выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых изображены:

Фиг. 1 - универсальное высокотемпературное уплотнение с сердцевиной круглого сечения и с тороидальной крестовой обмоткой нитями, являющегося предметом патентуемого изобретения: 1 - нити образующие сердцевину; 2 - тороидальная крестовая обмотка нитями.

Фиг. 2 - универсальное высокотемпературное уплотнение с сердечником круглого сечения с тороидальной крестовой обмоткой лентой и сердечника с внутренней полостью, являющегося предметом патентуемого изобретения: 1 - нити образующие сердцевину; 2 - тороидальная крестовая обмотка лентами.

Примеры поясняющие влияние натяжения нитей при намотке сердцевины и натяжения нитей при тороидальной обмотке на объемную плотность универсального высокотемпературного уплотнения по данному изобретению. Пример №1. Сердечник выполнен из крученых кремнеземных нитей марки К11С6-180 (ТУ 23.14.11-241-18087444-2018) производства АО «НПО Стеклопластик» намотанных на оправку с натяжением от 10 до 50 сН виде в кольца, имеющего круглое поперечное сечение и тороидальную крестовую обмотку поверхности сердечника выполненную аналогичными кручеными нитями с натяжением от 100 до 500 сН. Зависимость плотности сердечника сальникового уплотнения от натяжения нитей при намотке на оправку для данного примера представлены в табл. 1. Зависимость плотности сальникового уплотнения от натяжения нитей при тороидальной крестовой обмотки для данного примера представлены в табл. 2. В табл. 2 приведены значения плотности сальникового уплотнения для сердечника с минимальной плотностью равной 0,523 г/см³ и максимальной равной 0,9884 г/см³.

Пример №2. Сердцевина выполнена из ровинга кварцевого производства АО «НПО Стеклопластик» намотанного на оправку с натяжением от 10 до 50 сН в виде кольца имеющего квадратное поперечное сечение и тороидально-крестовую обмотку поверхности сердечника выполненную лентой кремнеземной (ТУ 23.14.11-242-18087444-2018) производства АО «НПО Стеклопластик» с натяжением от 100 до 500 сН. Зависимость плотности сердечника сальникового уплотнения от натяжения при намотке на оправку и плотности сальникового уплотнения от натяжения ленты при тороидальной обмотки для данного примера представлены в табл. 3.

В табл. 4. Приведены значения плотности сальникового уплотнения для сердечника с минимальной плотностью равной 0,523 г/см³ и максимальной равной 0,9884 г/см³.