Разъемное фланцевое соединение

 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к разъемным фланцевым соединениям трубопроводов, сосудов, аппаратов, трубопроводной и устьевой арматуры, и может быть использовано в нефтегазодобывающей, химической, энергетической и других отраслях промышленности. Фланцевое соединение содержит крепежные элементы, уплотнение, выполненное в виде кольцевой прокладки. Ширина внутренней кольцевой канавки прокладки равна или больше ширины пояска наружной поверхности кольцевой прокладки, ограниченного контактными зонами сопрягаемых деталей, на который воздействует неуравновешенное внутреннее давление среды. Помещенная во внутреннюю канавку упругая прокладка имеет наружную поверхность, симметричную наружной поверхности кольцевой прокладки относительно ее продольной оси в поперечном сечении. Изобретение повышает надежность соединения. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к разъемным фланцевым соединениям трубопроводов, сосудов, аппаратов, трубопроводной и устьевой арматуры, и может быть использовано в нефтегазодобывающей, химической, энергетической и других отраслях промышленности и представляет собой совокупность деталей, обеспечивающих герметичность в местах стыка соединяемых деталей.

Известны разъемные фланцевые соединения арматуры и трубопроводов [1], в которых устанавливаются прокладки овального или восьмиугольного сечения.

К недостаткам известного соединения следует отнести то, что в собранном состоянии с фланцами и крепежом прокладки не защищены от воздействия проводимой среды, проникающей во внутренний зазор между фланцами, и это может повлечь за собой разгерметизацию соединения при работе на агрессивных средах.

Известно также фланцевое соединение оборудования [2], свободное от указанного недостатка, восьмиугольная кольцевая прокладка которого снабжена внутренней кольцевой канавкой с помещенным в ней упругим кольцом.

При соединении фланцев с крепежом кольцо своими боковыми плоскостями взаимодействует с торцевыми поверхностями фланцев и герметизирует зазор между ними.

Известно разъемное соединение [3], где самоуплотняющая прокладка восьмиугольного или овального сечения герметизирует соединение за счет контактных напряжений между наружной поверхностью кольца и ответными поверхностями элементов, создаваемых усилием от затяжки крепежа и от давления герметизирующей среды. При этом при повышенных нагрузках кольцевые части прокладки могут как бы закручиваться вовнутрь, а та часть уплотнительной контактирующей поверхности, которая выполняла роль уплотняющей, может потерять свои функции.

Для сохранения постоянства положения зоны контакта необходимо обеспечить соответствующее сечение прокладки, связанное со схемой ее нагружения. Рассматривая прокладку под действием давления как балку на двух опорах (зоны контакта), а действие давления среды на прокладку через упругое кольцо как силу, воздействующую на балку, то в известном случае опасным сечением балки является зона канавки для упругого кольца, а схема нагружения выглядит как сосредоточенная сила, что снижает запас прочности прокладки.

Кроме этого в известном соединении может возникнуть “ложное срабатывание” соединения, когда герметизация зазора между торцевыми поверхностями фланцев уже произошла, но еще не создано необходимое контактное давление между прокладкой и соединяемыми фланцами, т. к. усилие, создаваемое крепежными элементами, прилагается одновременно и к кольцевой прокладке, и к упругому элементу, как бы разлагается на две составляющие.

Целью изобретения является повышение надежности соединения за счет повышения запаса прочности прокладки и исключения “ложного срабатывания” соединения.

Цель достигается тем, что ширина внутренней кольцевой канавки равна или больше ширины пояска наружной поверхности кольцевой прокладки, ограниченного контактными зонами сопрягаемых деталей, на который воздействует неуравновешенное внутреннее давление среды, а помещенная во внутреннюю канавку упругая прокладка имеет наружную поверхность, симметричную наружной поверхности кольцевой прокладки относительно ее продольной оси в поперечном сечении.

На фиг.1 изображен элемент разъемного фланцевого соединения в разрезе до обжатия крепежом в ненагруженном состоянии; на фиг.2 - элемент 1 фиг.1, сечения кольцевой прокладки после обжатия крепежом в нагруженном состоянии.

Разъемное фланцевое соединение состоит из соединяемых крепежным элементом 1 фланцев 2 и 3, кольцевой восьмиугольной прокладки 4, взаимодействующей наружными наклонными поверхностями 5 и внутренними 6 с ответными поверхностями 7 и 8 фланцев 2 и 3 соответственно и имеющей внутреннюю канавку 9 с помещенным в нее упругим элементом 10.

Первый этап работы фланцевого соединения (без внутреннего давления).

Кольцевая восьмиугольная прокладка 4 с упругим элементом 10 помещается между соединенными фланцами 3 и 4 и уплотняется крепежным элементом 1, при этом поверхности 5 и 6 кольцевой прокладки взаимодействуют с ответными поверхностями 7 и 8 соединяемых фланцев.

Крепежными элементами 1 создается необходимое контактное давление на уплотняемых поверхностях 5 и 6 с зонами контактов на расстоянии “а”. При этом упругий элемент 10 соприкасается без нагрузки с поверхностями 6.

Второй этап работы фланцевого соединения (с нагружением внутренним давлением).

При внутреннем нагружении соединения в зонах контакта поверхности 5 и 7 сохраняется необходимое контактное давление, а на уплотнительных поверхностях 6 и 8 в результате податливости кольцевой прокладки 4 и соединяемых фланцев может образоваться микрозазор “В”, при этом упругий элемент 10 под действием внутреннего давления его герметизирует и защищает кольцевую прокладку от воздействия внутренней среды.

Зона “а” остается неизменной и неуравновешенной, т.к. с одной стороны на нее действует внутреннее давление, а с другой наружное атмосферное.

Таким образом, благодаря тому, что ширина канавки под упругое кольцо равна или больше, чем расстояние “а” между контактными зонами, то нагрузку от внутреннего давления следует рассматривать как балку, нагруженную равномерно распределенной силой, что значительно снижает изгибающий момент, а значит повышается запас прочности кольцевой прокладки, а благодаря тому, что упругий элемент имеет в сечении профиль, симметричный наружному профилю кольцевой прокладки, то усилие, создаваемое крепежными элементами, направлено только на создание необходимого удельного давления, что исключает “ложное срабатывание” соединения.

Источники информации

1. ОСТ 26-838-73 ÷ ОСТ 26-842-73 Министерство химического и нефтяного машиностроения.

2. Патент RU 2178510, 20002 г.

3. В.К. Погодин. Разъемные соединения и герметизация в оборудовании высокого давления. - Иркутск, 2001 г., с.72.

Формула изобретения

1. Разъемное фланцевое соединение, содержащее крепежные элементы, уплотнение, выполненное в виде кольцевой прокладки восьмиугольного или овального сечения, имеющей внутреннюю кольцевую канавку с помещенным в ней упругим кольцом, взаимодействующей наружными наклонными (криволинейными) поверхностями с ответными поверхностями соединяемых деталей, отличающееся тем, что ширина внутренней кольцевой канавки равна или больше ширины пояска наружной поверхности кольцевой прокладки, на которую действует неуравновешенное внутреннее давление среды.

2. Разъемное фланцевое соединение по п.1, отличающееся тем, что внутренняя поверхность упругой прокладки, помещаемой во внутреннюю кольцевую канавку, симметрична наружной поверхности кольцевой прокладки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2