SU916836A1

SU916836A1 - Sealing device

Info

Publication number: SU916836A1
Application number: SU802963515A
Authority: SU
Inventors: Владимир Григорьевич Русьянов; Александр Андреевич Дьячков; Алексей Николаевич Крылов; Александр Альфредович Страхов
Original assignee: Предприятие П/Я Г-4285
Priority date: 1980-07-18
Filing date: 1980-07-18
Publication date: 1982-03-30

Description

(54) УПЛОТНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО(54) SEALING DEVICE

1one

Изобретение относитс к уплотнени м фланцевых соединений и может быть использовано при конструировании сосудовИ трубопроводов, работающих при высо1{ой температуре под давлением, в частности в атомных установках.The invention relates to seals of flange joints and can be used in the design of vessel vessels and pipelines operating at high temperature under pressure, in particular in atomic installations.

Известны уплотнительные устройства, каждое из которых содержит фланцы, нажимные элементы и самоуплотн ющуюс прокладку с внутренней канавкой, образующей стенки и основание прокладки. На внещней стороне каждой стенки прокладки имеютс обращенные к фланцам вершинами кольцевые выступы в форме треугольника, причем выступы покрыты м гким материалом, контактирующим при работе с гладкими зеркалами фланцев 1 и 2.Sealing devices are known, each of which contains flanges, pressure elements and a self-sealing gasket with an internal groove forming the walls and the gasket base. On the outer side of each gasket wall there are triangle shaped annular projections facing the flanges, the protrusions are covered with soft material that comes into contact with smooth mirrors of flanges 1 and 2 when working.

Недостаток данных технических рещений - разгерметизаци при значительных перепадах давлений и температур, поскольку при этом создаютс значительные подвижки фланцев относительно прокладки. Подвижки , особенно радиальные, привод т к проскальзыванию выступав прокладки относительно зеркала фланцев и, следовательно, к срыву контактного усили , т.е. к разгерметизации . Кроме того, применение м гких материалов (имеетс в виду полимерные и легкоплавкие материалы), покрывающих выступы , по температурным услови м в больщинстве случаев недопустимо.The lack of these technical solutions is depressurization at significant pressure and temperature differences, since this creates significant flange movements relative to the gasket. Shifts, especially radial ones, lead to slippage of the protruding gaskets relative to the mirror of the flanges and, consequently, to the breakdown of the contact force, i.e. to depressurization. In addition, the use of soft materials (meaning polymer and low-melting materials) covering the protrusions, due to temperature conditions in most cases is unacceptable.

Наиболее близким по технической сущности техническим решением к предлагаемому вл етс уплотнительное устройство, содержащее фланцы, нажимные эле.менты, самоуплотн ющуюс прокладку с внутренней канавкой, обращенной к оси фланцев, и с кольцевыми выступами треугольной формы, обращенными к фланцам вершинами 3. Между выступами расположень обращенные друг к другу плоские поверхности соприкасающиес при неожиданном приближении выступов друг к другу с Обеспечением зани кольцевых выступов верщинами в зеркала фланцев. Материал, из которого выполнена прокладка тверже, чем материал фланцев. При нормальной эксплуатации плоские поверхности не соприкасаютс , верщины кольцевых выступов под действием сил The technical solution closest to the technical essence of the present invention is a sealing device comprising flanges, pressure elements, a self-sealing gasket with an internal groove facing the axis of the flanges, and with triangular shaped projections facing the flanges 3. There are located between the projections flat surfaces facing each other in contact with an unexpected approach of the protrusions to each other with Ensuring that the circumferential protrusions are nested into the mirrors of the flanges. The material from which the gasket is made is harder than the material of the flanges. During normal operation, flat surfaces do not touch, the vertices of the annular projections under the action of forces

20 самоуплотнени и из-за осевой упругости прокладки соприкасаютс с зеркалами фланцев с образованием линейного контакта. При уплотнении по свежим поверхност м по вершинам кольцевых выступов образуетс шарнир пластичности, что обеспечивает весьма ненадежную герметизацию при отсутствии подвижек фланцев. При наличии осевых и радиальных подвижек фланцев, обусловленных различными перепадами давлений и температур , герметичность не обеспечиваетс вследствие срыва контактного усили в месте шарнира пластичности. Дл устранени негерметичности требуетс в несколько раз большее осевое усилие, чем при первоначальном обжатии прокладки, поэтому происходит врезание вершин кольцевых выступов в зеркала фланцев и соприкасание плоских поверхностей . При наличии значительных подвижек фланцев уплотнение разгерметизируетс вследствие резкого снижени контактного усили по плоскост м соприкосновени выступов с фланцами, особенно в момент ликвидации соприкосновени упом нутых плоских поверхностей. Кроме того, мала ширина сильфонной камеры (внутренней канавки в прокладке) снижает эффект самоуплотнени . К поворотному использованию фланцы и прокладка без механической обработки непригодны, поскольку вершины кольцевых выступов и зеркала фланцев поверждены .20, due to the axial elasticity of the gasket, contact the flange mirrors to form a linear contact. When compacted on fresh surfaces, a plastic hinge is formed at the tops of the annular projections, which provides a very unreliable seal in the absence of flange movements. In the presence of axial and radial movements of the flanges, due to various pressure and temperature differences, tightness is not ensured due to the breakdown of the contact force at the site of plasticity hinge. To eliminate leakage, several times more axial force is required than during the initial compression of the gasket; therefore, the tops of the annular protrusions enter the mirrors of the flanges and touch the flat surfaces. If there are significant movements of the flanges, the seal depressurizes due to a sharp decrease in the contact force along the planes of contact of the projections with the flanges, especially at the time of eliminating the contact of the said flat surfaces. In addition, the small width of the bellows chamber (inner groove in the gasket) reduces the effect of self-sealing. Flanges and gaskets without machining are unsuitable for rotary use, since the tops of the annular projections and the flange mirrors are fixed.

Цель изобретени - обеспечение герметизации при различных перепадах давлений и температур, повышение эффекта самоуплотнени и обеспечение многократности использовани элементов уплотнительного устройства .The purpose of the invention is to provide sealing at various pressure and temperature differences, increase the self-sealing effect and ensure multiple use of elements of the sealing device.

Эта цель достигаетс тем, что на каждом фланце выполнена кольцева канавка, во внутренней канавке прокладки расположен кольцевой пружинный элемент, причем дно кольцевой канавки, вершина кольцевого выступа и центр т жести сечени кольцевого пружинного элемента расположены на цилиндрической поверхности одного диа1метра, кольцева канавка на фланце имеет профиль треугольника, угол раскрыти которого больше угла при вершине ответного кольцевого выступа прокладки, вершина кольцевого выступа смещена к оси фланцев, а фланцы и прокладка выполнены из материалов с одинаковой твердостью и с одинаковым коэффициентом линейного расширени .This goal is achieved by an annular groove on each flange, an annular spring element located in the inner groove of the gasket, with the annular groove bottom, the apex of the annular ledge and the center of gravity of the annular spring element on the cylindrical surface of one diameter, the annular groove on the flange has the profile of the triangle, the angle of which is greater than the angle at the apex of the counter annular protrusion of the gasket, the apex of the annular protrusion is offset to the axis of the flanges, and the flanges and gasket in full of material with the same hardness and with the same coefficient of linear expansion.

На чертеже показано уплотнительное устройство , обший вид.The drawing shows a sealing device, a general view.

Уплотнительное устройство состоит из фланцев и 2, в одном из которых имеетс цилиндрическа расточка с ограничительным буртом 3, из нажимных элементов 4 и из самоуплотн ющейс прокладки 5, внутри которой имеетс кольцевой пружинный элемент 6. Самоуплотн юща с прокладка 5 имеет внутреннюю канавку 7, обращенную своей полостью к оси фланцев. Внутренн канавка 7, выполн юща роль сильфонной камеры, образует две стенки и основание 8 прокладки 5, расположенные на периферии прокладки. На внешней стороне каждой стенки прокладки на минимально возможном.рассто нии от оси фланцев расположен обращенный к фланцу незакругленной острой вершиной кольцевой выступ 9 треугольногопрофил , причем вершина выступа смещена к оси фланцев. На каждом из фланцев напротив кольцевого выступа 9 расположена ответна кольцева канавка 10, например треугольного профил , причем угол раскрыти кольцевой канавки больше угла при вершине кольцевого выступа, а утыканиё вершины выступа в дно канавки при функционировании уплотнительного устройства гарантировано . Вершина кольцевого выступа, дно кольцевой канавки и центр т жести сечени упругого элемента наход тс на одном диаметре .The sealing device consists of flanges and 2, in one of which there is a cylindrical boring with a restrictive shoulder 3, from pressure elements 4 and from a self-sealing gasket 5, inside which there is an annular spring element 6. The self-sealing gasket 5 has an internal groove 7 facing its cavity to the axis of the flanges. The inner groove 7, which acts as a bellows chamber, forms two walls and a base 8 of the gasket 5 located on the periphery of the gasket. On the outer side of each gasket wall at the smallest possible distance from the axis of the flanges, there is a trio-profile annular protrusion 9 facing the flange with a non-rounded acute apex, with the top of the protrusion offset to the axis of the flanges. On each of the flanges opposite the annular protrusion 9, there is located a reciprocal annular groove 10, for example, a triangular profile, the annular groove opening angle being greater than the angle at the vertex of the annular protrusion, and lashing the top of the protrusion into the bottom of the groove during operation of the sealing device is guaranteed. The top of the annular protrusion, the bottom of the annular groove and the center of gravity of the cross section of the elastic element are on the same diameter.

Уплотнительное устройство работает еле дующим образом.The sealing device works hardly.

После установки кольцевого пружинного элемента 6 между кольцевыми выступами 9 самоуплотн ющейс прокладки 5 последн устанавливаетс в цилиндрическую расточку одного из фланцев. Под воздействием нажимных элементов 4 фланцы 1 и 2 сближаютс , вершины кольцевых выступов 9 прокладки 5 скольз т по стенкам кольцевых канавок 10 с последующим утыканием в их дно. Скольжение происходит, если дно канавок и вершины выступов имеют разницу в диаметрах, обусловленную погрешностью изготовлени . Прокладка может самоустанавливатьс , поскольку основание прокладки не касаетс бурта 3 фланца при эксплуатации и имеетс два пластических шарнира по дну кольцевых канавок 10.After installing the annular spring element 6 between the annular protrusions 9 of the self-sealing gasket 5, the latter is installed in the cylindrical bore of one of the flanges. Under the influence of the pressure elements 4, the flanges 1 and 2 converge, the tops of the annular protrusions 9 of the gasket 5 slide along the walls of the annular grooves 10, followed by sticking to their bottom. Slip occurs if the bottom of the grooves and the tops of the protrusions have a difference in diameters due to the manufacturing error. The gasket can be self-adjusting, since the gasket base does not touch the collar 3 of the flange during operation and there are two plastic hinges along the bottom of the annular grooves 10.

При дальнейшем сближении фланцев 1 и 2 упруго деформируетс кольцевой пружинный элемент 6, самоуплотн юща с прокладка 5 и пластически деформируетс вершина кольцевых выступов 9 и дно кольцевых канавок 10 с образованием пластического шарнира , что вл етс необходимым условием дл создани герметичности. После этого фланцы замыкаютс на бурт 3. При малых давлени х герметичность обеспечиваетс силами упругости элементов уплотнительного устройства, а при больших давлени х Ч названными силами в совокупности с силами от внутреннего давлени , которые, воздейству на внутренние поверхности стенок прокладки , прижимают кольцевые выступы к фланцам. При подвижках, вл ющихс следствием гидравлических испытаний и различных перепадов давлений и температур (термоциклов ) пластические шарниры, а следовательно герметичность, не нарушаютс , поскольку при осевых подвижках сохранность шарниров обеспечиваетс суммарным действием кольцевого пружинного элемента, самоуплотн ющейс прокладки и удержанием фланцев в контакте по бурту 3 нажимными элементами 4, а при радиальных подвижках -Upon further approach of flanges 1 and 2, the annular spring element 6, the self-sealing gasket 5 elastically deforms and plastically deforms the top of the annular projections 9 and the bottom of the annular grooves 10 to form a plastic hinge, which is a prerequisite for tightness. After that, the flanges are closed on the collar 3. At low pressures, the tightness is provided by the elastic forces of the sealing device elements, and at high pressures H by the named forces together with the forces from the internal pressure, which act on the inner surfaces of the gasket walls, press the annular protrusions to the flanges . During the movements resulting from hydraulic tests and various pressure and temperature differences (thermal cycles), plastic hinges, and therefore tightness, are not disturbed, because during axial movements, the safety of the hinges is provided by the total action of the annular spring element, self-sealing gasket and retention of flanges in the bead contact 3 pressure elements 4, and with radial movements -

5 самоустанавливаемостью прокладки, чему способствует тот факт, что угол раскрыти кольцевой канавки 10 больше угла при вершине кольцевого выступа на прокладке. Смещение вершин кольцевых выступов к оси5, the self-alignment of the gasket, aided by the fact that the opening angle of the annular groove 10 is greater than the angle at the apex of the annular protrusion on the gasket. The offset of the vertices of the annular protrusions to the axis

фланцев повышает эффект самуплотнени ,польскольку увеличиваетс площадь, на которую действует внутреннеедавление ц, как следствие, увеличиваетс сила прижати кольцевых выступов к фланцам.the flanges increase the self-sealing effect, as the surface area affected by the internal pressure r increases, as a result, the pressing force of the annular protrusions on the flanges increases.

Выполнение прокладки и фланцев из материалов с одинаковой твердостью вл етс необходимым условием создани линейного контакта с образованием пластического шарнира по вершинам кольцевых выступов и условием минимальной повреждаемости контактируюш,и-х поверхностей, что способствует повторному использованию элементов уплотнительного устройства. Дл повторного уплотнени необходимо лишь уменьшить высоту бурта 3. Фланцы и прокладка выполн ютс из материалов с одинаковым коэффициентом линейного расширени дл того, чтобы исключить подвижки, обусловленные действием температуры.Making the gasket and flanges of materials with the same hardness is a necessary condition for creating a linear contact with the formation of a plastic hinge along the tops of the annular protrusions and the condition of minimum damageability of the contacting surfaces, which contributes to the reuse of elements of the sealing device. For re-compaction, it is only necessary to reduce the height of the collar 3. The flanges and the gasket are made of materials with the same linear expansion coefficient in order to eliminate movements due to temperature.

Предлагаемое уплотнительное устройство позвол ет снизить врем пребывани персонала при вредных излучени х в услови х контакта с вредными веществами, снизить трудоемкость изготовлени и монтажа уплотнени , снизить металлоемкость узла уплотнени , сократить продолжительность технологического процесса герметизации.The proposed sealing device makes it possible to reduce the staff residence time at harmful radiations in contact with hazardous substances, reduce the laboriousness of manufacturing and installing the seal, reduce the metal content of the seal assembly, and shorten the duration of the sealing process.

Claims

Invention Formula

. A sealing device comprising flanges, pressure elements, a self-sealing gasket with an internal groove facing the axis of the flanges and with triangular annular protrusions with flanges facing the flanges, characterized in that, in order to ensure sealing at various pressure and temperature differences, on each the flange has an annular groove, an annular spring element is located in the inner groove of the gasket, the bottom of the annular groove, the top of the annular protrusion and the center of gravity of the annular spring section nnogo element arranged on the cylindrical surface of the same diameter.

2. The device according to claim 1, characterized by

0 in that the annular groove on the flange has a triangle profile, the opening angle

which is larger than the angle at the vertex of the return ring lug of the gasket.

3. The device according to claim 1, characterized in that, in order to increase the self-sealing effect, the apex of the annular protrusion is offset to the axis of the flanges.

4. The device according to claim I, characterized in that, in order to ensure multiple use of the sealing elements

0 device flanges and gasket are made of materials with the same hardness.

5. The device according to claim 1, characterized in that the flanges and gaskets are made of materials with the same linear depletion coefficient.

Sources of information taken into account in the examination

1. US Patent No. 3033582, cl. 277-180, published. 1962.

2. US patent number 3083023, cl. 277-207,

0 publ. 1963.

3. The patent of Germany JM 614140, cl. 47 f 22/01, publ. 1935 (prototype).