Уплотнение разъемного соединения высокого давления

 

Изобретение относится к области техники высоких давлений и может быть использовано в узлах аппаратуры и оборудования для герметизации разъемных соединений трубопроводов, каналов, частей корпусов, соединений типа клапан-седло и т.д. Уплотнение содержит охватывающую и охватываемую детали с находящимися в контакте уплотняющими поверхностями, имеющими различную форму. Уплотнение характеризуется тем, что уплотняющая поверхность на охватываемой детали имеет вогнутую форму, а на охватывающей – выпуклую, каждая из этих поверхностей образована двумя коническими поверхностями с углами конусности α₁ и α₂, α₃ и α₄, которые сопряжены галтелью и скруглением с радиусами одного знака, линия первоначального контакта деталей располагается на сопряжениях, причем имеют место соотношения 0≤α₄<α₂<α₁<α₃<330°, при этом радиус закругления меньше радиуса галтели на величину, обеспечивающую требуемое контактное напряжение при отсутствии остаточных деформаций, угол α₄ меньше угла α₂, угол α₁ меньше угла α₃ на величины, исключающие затекание материалов в зазоры. Изобретение обеспечивает расширение диапазона рабочих давлений, повышение надежности и ресурса за счет роста уровня допустимых контактных напряжений до величин, превосходящих предел текучести использованных материалов, снижения чувствительности к перегрузкам и загрязнению рабочей среды. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области техники высоких давлений и может быть использовано в узлах аппаратуры и оборудования для герметизации разъемных соединений трубопроводов, каналов, частей корпусов, соединений типа клапан-седло и т.д.

Широко известны беспрокладочные уплотнения разъемных соединений, содержащие охватывающую и охватываемую детали с находящимися в контакте уплотняющими поверхностями, имеющими различную форму, например коническое седло и конус (Клапан. Авторское свидетельство СССР №892085, кл. F 16 J 15/06), коническое седло и сфера (ГОСТ22790-89. Сборочные единицы и детали трубопроводов на Р_у от 10 до 100 МПа. Общие технические условия) и т.д.

Недостатком известных уплотнений является недостаточно высокий уровень давления, при котором их можно применять, недостаточные надежность и ресурс.

Задача настоящего изобретения является расширение диапазона рабочих давлений, повышение надежности и ресурса.

Технический результат, достигаемый при этом, состоит в росте уровня допустимых контактных напряжений до величин, превосходящих предел текучести использованных материалов, снижении чувствительности к перегрузкам и загрязнению рабочей среды.

Указанный результат достигается тем, что в уплотнении разъемного соединения высокого давления, содержащем охватывающую и охватываемую детали с находящимися в контакте уплотняющими поверхностями, имеющими различную форму, уплотняющая поверхность на охватываемой детали имеет вогнутую форму, а на охватывающей - выпуклую, каждая из этих поверхностей образована двумя коническими поверхностями с углами конусности α₁ и α₂, α₃ и α₄, которые сопряжены галтелью и скруглением с радиусами одного знака, линия первоначального контакта деталей располагается на сопряжениях, причем имеют место соотношения 0<α₄<α₂<α₁<α₃<330°, при этом радиус закругления меньше радиуса галтели на величину, обеспечивающую требуемое контактное напряжение при отсутствии остаточных деформаций, угол α₄ меньше угла α₂, угол α₁ меньше угла α₃ на величины, исключающие затекание материалов в зазоры.

Технический результат достигается также тем, что в уплотнении на поверхностях разъема деталей за пределами конических поверхностей имеются жесткие упоры, величина зазора между которыми равна наибольшему смещению между коническими поверхностями, длина образующих конических поверхностей не превышает длины, обеспечивающей требуемые контактные напряжения при деформациях в пределах упругости материалов деталей.

Схема предлагаемого уплотнения приведена на фиг.1.

На фиг.2 изображен узел I фиг.1 в увеличенном масштабе.

Уплотнение (фиг.1) содержит охватывающую 1 и охватываемую 2 детали. Уплотняющая поверхность на охватываемой детали имеет вогнутую форму, а на охватывающей выпуклую. Каждая из этих поверхностей образована двумя коническими поверхностями с углами конусности α₁ α₂, α₃ и α₄, которые сопряжены галтелью и скруглением с радиусами R и r одного знака. Линия первоначального контакта деталей расположена на сопряжениях. Имеют место соотношения 0<α₄<α₂<α₁<α₃<330°. Радиус r закругления меньше радиуса R галтели на величину, обеспечивающую требуемое контактное напряжение при отсутствии остаточных деформаций. Угол α₄ меньше угла α₂, угол α₁ меньше угла α₃ на величины, исключающие затекание материалов в зазоры. На поверхностях разъема деталей за пределами конических поверхностей имеются жесткие упоры 3, величина зазора δ между которыми равна наибольшему смещению между коническими поверхностями. Длина образующих поверхностей не превышает длины, обеспечивающей требуемые контактные напряжения при деформациях в пределах упругости материалов деталей. В случае, если деталь 2 выполняет в соединении функции затвора или пробки, то она выполняется с глухим каналом 4 или без такового.

Уплотнение работает следующим образом.

При сжатии деталей 1 и 2 осевым усилием зона контакта на поверхностях уплотнения постепенно расширяется по мере роста усилия, охватывая всю поверхность скругления галтели и переходя на конические поверхности. При этом поверхности деформируются в пределах упругости материалов до тех пор, пока упоры не придут в соприкосновение. При дальнейшем возрастании осевого усилия начинают работать упоры, препятствуя дальнейшему взаимному перемещению деталей и предотвращая появление остаточных деформаций на конусах. Напряжения в зоне контакта уплотняющих поверхностей имеют максимальное значение по линии первоначального контакта деталей и уменьшаются к периферии зоны контакта. Материал в зоне максимальных напряжений находится в условиях, близких к условиям всестороннего сжатия, и поэтому пластические деформации могут отсутствовать при напряжениях, существенно больших пределов текучести использованных материалов. Эти контактные напряжения определяют уровень допустимых давлений Р (см. фиг.1) рабочей среды.

Использование изобретения позволяет поднять допустимые контактные напряжения до величин, превосходящих предел текучести использованных материалов, понизить чувствительность к перегрузкам, загрязнению рабочей среды и, следовательно, существенно расширить диапазон рабочих давлений, повысить надежность и ресурс.

Формула изобретения

1. Уплотнение разъемного соединения высокого давления, содержащее охватывающую и охватываемую детали с находящимися в контакте уплотняющими поверхностями, имеющими различную форму, отличающееся тем, что уплотняющая поверхность на охватываемой детали имеет вогнутую форму, а на охватывающей – выпуклую, каждая из этих поверхностей образована двумя поверхностями с углами конусности α₁ и α₂, α₃ и α₄, которые сопряжены галтелью и скруглением с радиусами одного знака, линия первоначального контакта деталей расположена на сопряжениях, причем имеют место соотношения ≤α₄<α₂<α₁<α₃<330°, при этом радиус закругления меньше радиуса галтели на величину, обеспечивающую требуемое контактное напряжение при отсутствии остаточных деформаций, угол α₄ меньше угла α₂, угол α₁ меньше угла α₃ на величины, исключающие затекание материалов в зазоры.

2. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что на поверхностях разъема деталей за пределами конических поверхностей имеются жесткие упоры, величина зазора между которыми равна взаимному смещению деталей соединения при нагружении его рабочим давлением, длина образующих конических поверхностей не превышает длин, обеспечивающих при нагружении уплотнения контактные напряжения, достаточные для герметичности соединения при деформации деталей в пределах упругости материалов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2