уплотнительный узел штока запорно-регулирующей арматуры

Формула изобретения

Уплотнительный узел штока запорно-регулирующей арматуры, состоящий из установленных в расточке корпуса арматуры между опорным и нажимным элементами уплотнительных колец, выполненных из графитосодержащего материала, отличающийся тем, что каждое уплотнительное кольцо выполнено из ленты, навитой по спирали с осью, совпадающей с осью уплотняемых поверхностей, при этом лента вырезана из фольги расширенного графита в направлении, перпендикулярном направлению прокатки, а нажимной элемент выполнен из материала с высоким коэффициентом теплопроводности.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано в арматуростроении.

Одной из проблем в данной области является создание надежной конструкции уплотнительного узла. Сальниковые уплотнения штоков арматуры характеризуется повышенными требованиями к их герметичности. Кроме того, они должны иметь низкий коэффициент трения, т.е. смазываться и они должны противостоять высокой температуре. Пропитка сальникового уплотнения смазочным материалом имеет значение лишь в начальный период приработки уплотнения исключает трение без смазочного материала и пригорание набивки. В процессе эксплуатации смазочный материал из набивки постепенно вымывается и выгорает, поэтому свойства набивки изменяются. В результате набивка теряет эластичность и дальнейшая подтяжка и герметизация сальника становится невозможной.

Известна конструкция уплотнительного узла штока запорной арматуры (см. патент US N 4475712, кл. F 16 K 31/44), cодержащего два набора эластичных колец V-образной формы. Под воздействием высоких температур происходит изменение состояния материала эластичных колец, в результате чего возможно адгезионное пригорание (прилипание) материала уплотнительных колец на штоке арматуры. Вероятность пригорания (прилипания) увеличивается, если наблюдается длительное отсутствие перемещения штока.

Известна конструкция уплотнительного узла, устанавливаемого между двух цилиндрических деталей (см.патент US N 4160651, кл. F 16 j). Этот уплотнительный узел содержит чередующиеся U-образные слои из графита и металлических пружинок. Слои устанавливаются один в другой и имеют внутренний и наружный диаметры, примерно соответствующие наружному и внутреннему диаметрам цилиндрических деталей. Слои уплотнения являются достаточно тонкими, чтобы позволить им изгибаться относительно их вершин под действием усилия, прикладываемого к одному концу сборного уплотнения. При этом металлические пружины деформируют графитовые слои так, что внутренние и наружные кромки последних плотно взаимодействуют с цилиндрическими поверхностями.

Конструкция по патенту США в силу наличия пружинок, которые необходимо устанавливать в графитовые кольца, является сложной и не совсем удобной в эксплуатации. Кроме того, при реверсивном трении, которое всегда наблюдается в запорно-регулирующей арматуре, снижается прочность кромок в силу циклических нагрузок, что может привести к их разрушению.

Известно сальниковое уплотнение (см. патент СССР N 1720503, кл. F 16 j 15/18), используемое для уплотнения штоков клапанов высокого давления в энергетических установках. Указанное сальниковое уплотнение содержит уплотнительные элементы в виде нажимного и уплотнительного колец с размещенной между ними набивкой, герметично охватывающей уплотняемую поверхность. Набивка выполнена из расширенного графита, а по крайней мере одно из колец выполнено в виде слоистого кольца из чередующихся дисков из графитовой фольги и металлической фольги.

Известно также уплотнительное кольцо для сальника (см. заявку DE N 3839792 кл. F 16 j 15/26), предназначенное для уплотнения перемещающегося в осевом направлении штока. Кольцо состоит из наложенных попеременно одна на другую шайб из фольги, изготовленных из расширенного графита и из металла. При этом штабель шайб спрессован в направлении оси уплотнительного кольца.

Оба вышерассмотренные технические решения имеют слоистую структуру, образованную чередующимися слоями фольги из расширенного графита и металла, а поэтому отвод тепла от сальника в рассмотренных решениях затруднен, так как коэффициент теплопроводности в направлении толщины слоя фольги на два порядка ниже, чем в плоскости слоя фольги.

Наиболее близким по своей технической сущности по отношению к заявляемому является сальниковое уплотнение (см.патент US N 4826181, кл. F 16 j 15/30), состоящее из установленных в расточке корпуса арматуры между опорным и нажимным элементами уплотнительных колец, выполненных из графито-содержащего анизотропного уплотнительного материала.

Коэффициент теплопроводности такого уплотнительного кольца в радиальном направлении значительно больше коэффициента теплопроводности в осевом направлении. Таким образом перенос тепла от нижнего кольца, наиболее нагруженного в тепловом отношении к вышерасположенным уплотнительным кольцам, незначителен, что приводит к тому, что материал уплотнительных колец пригорает к штоку запорно-регулирующей арматуры. Таким образом снижается надежность уплотнения.

Целью изобретения является повышение теплоотвода от уплотнительных колец.

В основу изобретения была положена задача разработать конструкцию уплотнительного узла штока запорно-регулирующей арматуры, которая позволила бы осуществить его надежную герметизацию.

Эта задача решается тем, что в уплотнительном узле штока запорно-регулирующей арматуры, состоящем из установленных в расточке корпуса арматуры между опорным и нажимным элементами уплотнительных колец, выполненных из графитосодержащего материала, согласно изобретению каждое уплотнительное кольцо выполнено из ленты, навитой по спирали с осью, совпадающей с осью уплотняемых поверхностей, при этом лента вырезана из фольги расширенного графита в направлении, перпендикулярном направлению прокатки, а нажимной элемент выполнен из материала с высоким коэффициентом теплопроводности.

Такое конструктивное выполнение уплотнительного узла позволяет обеспечить эффективный отвод тепла в осевом направлении от уплотнительных колец к нажимному элементу, который рассеивает тепло в окружающую среду. В силу того, что осуществляется эффективный отвод тепла, исключается адгезионное пригорание материала уплотнительных колец к штоку запорно-регулирующей арматуры и повышается его релаксационная стойкость, т.е. повышается надежность уплотнения.

Другие особенности и преимущества изобретения будут выявлены ниже при рассмотрении конкретного примера его выполнения и прилегаемых чертежей, на которых изображены:

на фиг. 1 узел уплотнения; на фиг. 2 схема вырезки ленты из прокатанной фольги.

Патентуемый уплотнительный узел для штока 1 запорно-регулирующей арматуры состоит из установленных в расточке корпуса 2 между опорным 3 и нажимным 4 элементами уплотнительных колец 5. Каждое уплотнительное кольцо 5 выполнено из ленты, навитой по спирали с осью, совпадающей с осью уплотняемых поверхностей 6 и 7. При этом лента вырезана из фольги расширенного графита 8 в направлении, перпендикулярном направлению прокатки, т.е. поперек прокатанного материала. Нажимной элемент 4 выполнен из материала с высоким коэффициентом теплопроводности.

Принцип работы заявляемого уплотнительного узла заключается в следующем. В процессе герметизации нажимной элемент 4 воздействует на уплотнительные кольца 5. При этом между корпусом 2, опорным элементом 3, уплотнительными кольцами 5 и нажимным элементом 3 обеспечивается плотный контакт. Поскольку каждое уплотнительное кольцо выполнено из ленты, вырезанной из фольги расширенного графита в направлении, перпендикулярном направлению прокатки фольги, то максимальный тепловой поток имеет место в осевом направлении, так как для расширенного графита коэффициенты теплопроводности в направлении прокатки и в поперечном направлении различаются примерно на два порядка. Таким образом в предложенном уплотнительном узле наблюдается эффективный перенос теплоты от штока и корпуса через опорный элемент и уплотнительные кольца к нажимному элементу, который рассеивает тепло в окружающую среду. Поскольку нажимной элемент выполнен из материала с высоким коэффициентом теплопроводности, то осуществляется интенсивный отвод тепла от уплотнительных колец и как следствие отсутствие пригорания уплотнительных колец к штоку.