уплотнительный узел штока запорно-регулирующей арматуры

Формула изобретения

1. Уплотнительный узел штока запорно-регулирующей арматуры, состоящий из опорного и нажимного элементов, расположенных в расточке корпуса арматуры, и размещенных между ними уплотнительных колец, выполненных из расширенного графита и герметизирующих уплотняемые поверхности штока и расточки корпуса, отличающийся тем, что уплотнительный узел снабжен двумя металлическими цилиндрическими кольцевыми емкостями, расположенными на противоположных концах расточки корпуса арматуры соосно ее продольной оси и частично охватывающими смежные уплотнительные кольца, при этом емкости открытыми торцами направлены встречно и отделены соответственно от опорного и нажимного элементов уплотнительными кольцами из расширенного графита.

2. Узел по п.1, отличающийся тем, что плотность уплотнительных колец, расположенных между цилиндрическими кольцевыми емкостями и опорным и нажимным элементами, выше плотности уплотнительных колец, расположенных между емкостями.

3. Узел по п.1, отличающийся тем, что глубина металлической цилиндрической кольцевой емкости не превышает 1/3 высоты охватываемого ею уплотнительного кольца.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области уплотнительной технике и может быть использовано в трубопроводной арматуре.

Одной из проблем в данной области является создание надежной конструкции уплотнительного узла штока запорно-регулирующей арматуры. К уплотнительным узлам в этих устройствах предъявляются повышенные требования к их герметичности. Кроме того, они должны иметь низкий коэффициент трения и противостоять высокой температуре, обладать высоким ресурсом в работе.

Ранее была предложена конструкция уплотнительного узла штока запорной арматуры [1] , содержащая два набора эластичных колец V-образной формы. Под воздействием высоких температур в таком уплотнительном узле происходит изменение состояния материала колец, в результате чего возможно адгезионное пригорание (прилипание) материала колец к штоку арматуры. Вероятность пригорания увеличивается при длительном отсутствии перемещения штока.

Известна конструкция уплотнительного узла, устанавливаемого между двух цилиндрических деталей [2]. 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 уплотняемых поверхностей. Слои уплотнения являются достаточно тонкими, что позволяет им изгибаться относительно их вершин под действием усилия, прикладываемого к одному концу сборного уплотнения. При этом металлические пружинки деформируют графитовые слои, так что их внутренние и наружные кромки плотно взаимодействуют с уплотняемыми поверхностями. Конструкция характеризуется сложностью. Кроме того, при реверсивном движении штока возможно разрушение кромок графита в силу циклического характера нагрузки.

Известно также уплотнительное кольцо для сальника [3], предназначенное для уплотнения перемещающегося в осевом направлении штока. Кольцо состоит из наложенных попеременно одна на другую шайб, изготовленных из расширенного графита и из металла. При этом шайбы из расширенного графита имеют выпуклое радиальное поперечное сечение. Радиальное поперечное сечение сальниковых колец регулируется силами, действующими в осевом (при сжатии уплотнительного узла) направлении. Эта конструкция проще устройства [2], но и она обладает тем же недостатком - возможно разрушение кромок шайб из расширенного графита в силу циклических нагрузок при реверсивном перемещении штока.

Наиболее близким по своей технической сущности по отношению к заявляемому устройству является сальниковое уплотнение [4], состоящее из уплотнительных колец, выполненных из расширенного графита и расположенных в расточке корпуса арматуры между опорным и нажимным элементами. При перемещении нажимного элемента происходит деформация уплотнительных колец, которые приобретают форму полости расточки и штока, обеспечивая герметизацию между ними. Уплотнительное кольцо, контактирующее с опорным элементом, перекрывает зазор между штоком и кромкой отверстия опорного элемента, исключая проход уплотняемой среды.

В данной конструкции при длительном неподвижном состоянии штока происходит адгезионное сцепление расширенного графита уплотнительных колец со штоком. При начальном движении штока после его длительного неподвижного состояния наблюдается разрушение уплотнительного кольца в зоне адгезионного сцепления, поскольку усилия такого сцепления материала уплотнительного кольца со штоком могут быть выше молекулярных сил сцепления материала внутри уплотнительного кольца. Результатом этого является увеличивающийся зазор, который может привести к еще большему разрушению поврежденного уплотнительного кольца, что может привести к резкой разгерметизации с возможным выдуванием (под действием давления уплотняемой среды) материала уплотнительного кольца из зоны разрушения.

Технический результат, достигаемый заявляемым изобретением, заключается в исключении выдувания материала уплотнительного кольца из зоны разрушения под действием давления уплотняемой среды.

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

Эта задача решается тем, что уплотнительный узел штока запорно-регулирующей арматуры, состоящий из опорного и нажимного элементов, расположенных в расточке корпуса арматуры, и размещенных между ними уплотнительных колец, выполненных из расширенного графита и герметизирующих уплотняемые поверхности штока и расточки корпуса, согласно изобретению снабжен двумя металлическими цилиндрическими кольцевыми емкостями, расположенными на противоположных концах расточки корпуса арматуры соосно ее продольной оси и частично охватывающими смежные уплотнительные кольца, при этом емкости открытыми торцами направлены встречно и отделены соответственно от опорного и нажимного элементов уплотнительными кольцами из расширенного графита.

Целесообразно плотность уплотнительных колец, расположенных между металлическими цилиндрическими кольцевыми емкостями и опорным и нажимным элементами, выполнить выше плотности уплотнительных колец, расположенных между емкостями.

Желательно, чтобы глубина каждой металлической цилиндрической кольцевой емкости не превышала 1/3 высоты уплотнительного кольца, ею охватываемого.

Такое конструктивное выполнение уплотнительного узла штока запорно-регулирующей арматуры исключает возможность выдувания материала уплотнительного кольца из зоны разрушения, поскольку уплотнительные кольца расположены в замкнутом объеме между двумя металлическими цилиндрическими кольцевыми емкостями. При этом слой расширенного графита поврежденного уплотнительного кольца, адгезионно соединенный со штоком, при движении штока будет соскабливаться кромками металлических цилиндрических кольцевых емкостей. Таким образом не будут создаваться условия, способствующие выдуванию уплотнительного материала из зоны разрушения, что повышает надежность уплотнения.

Другие особенности и преимущества настоящего изобретения будут выявлены ниже при рассмотрении конкретного примера его выполнения и прилагаемых чертежей, на которых изображены: фиг. 1 - узел уплотнения в разрезе, фиг. 2 - место А до герметизации, фиг. 3 - место А после герметизации.

Патентуемый уплотнительный узел штока 1 запорно-регулирующей арматуры состоит из опорного 2 и нажимного 3 элементов, расположенных в расточке 4 корпуса 5 арматуры. Между опорным 2 и нажимным 3 элементами размещены уплотнительные кольца 6, 7, 8, выполненные из расширенного графита и герметизирующие уплотняемые поверхности расточки корпуса и штока. Вышеупомянутые уплотнительные кольца 6, 7, 8 могут быть выполнены любым способом, например методом прессования с использованием пресс-форм.

Уплотнительный узел штока снабжен двумя металлическими цилиндрическими кольцевыми емкостями 9, 10, расположенными на противоположных концах расточки 4 корпуса 5 арматуры соосно ее продольной оси. При этом емкости 9, 10 открытыми торцами направлены навстречу друг другу. Емкость 9 частично охватывает уплотнительное кольцо 6, а емкость 10 частично охватывает уплотнительное кольцо 8. Между опорным 2 элементом и металлической цилиндрической кольцевой емкостью 10 расположено уплотнительное кольцо 11 из расширенного графита, а между нажимным 3 элементом и металлической цилиндрической кольцевой емкостью 9 расположено уплотнительное кольцо 12, также выполненное из расширенного графита. Уплотнительные кольца 11, 12 выполнены по технологии выполнения уплотнительных колец 6, 7, 8, но плотность колец 11, 12 выше плотности колец 6, 7, 8. Глубина металлических цилиндрических кольцевых емкостей 9, 10 не превышает соответственно 1/3 высоты уплотнительных колец 6, 8.

Металлические цилиндрические кольцевые емкости 9, 10 целесообразно выполнить из нержавеющей стальной ленты, а толщина стенок, образующих емкость, которые частично охватывают уплотнительные кольца, составляет десятые доли мм. Зазор между внутренним диаметром емкостей и диаметром штока выбирается известным способом таковым, чтобы в процессе работы запорно-регулирующей арматуры не произошло заклинивание емкостей на штоке.

Принцип работы патентуемого уплотнительного узла заключается в следующем. В процессе герметизации нажимной 3 элемент через уплотнительное кольцо 12 воздействует на металлическую цилиндрическую кольцевую емкость 9, которая, в свою очередь, воздействуя на уплотнительные кольца 6, 7, 8, плотно прижимает вторую емкость 10 к опорному 2 элементу. В процессе герметизации уплотнительные кольца 6, 7, 8 сжимаются и герметично охватывают уплотняемые поверхности расточки 4 корпуса и штока 1. Уплотнительные кольца 11, 12 обеспечивают с одной стороны более равномерную передачу давления от нажимного элемента на емкость 9, а с другой стороны, поскольку их плотность выше плотности колец 6, 7, 8, их деформация будет идти более медленно, как бы с некоторым запаздыванием по сравнению с деформацией колец 6, 7, 8. А поэтому их контакт со штоком будет с меньшим усилием, а вероятность адгезионного сцепления со штоком будет практически отсутствовать.

Глубина емкостей величиной, не превышающей 1/3 высоты уплотнительных колец, ими охватываемыми, выбрана исходя из того, что в этом случае кольца 6, 8 являются активными герметизирующими элементами, а при такой величине охвата емкости 9, 10 расположатся равномерно относительно уплотняемой поверхности штока.

Если в процессе работы запорно-регулирующей арматуры произойдет адгезионное сцепление материала уплотнительных колец с поверхностью штока, а при его движении - разрушение материала уплотнительных колец 6, 7, 8, то пригоревшие (сцепленные) участки расширенного графита будут соскоблены кромками металлических цилиндрических кольцевых емкостей и останутся внутри замкнутого объема, заключенного между емкостями. Поэтому будут исключены условия, способные привести к выдуванию уплотнительного материала из зоны разрушения.