Подвергаемый воздействию давления уплотнительный элемент
Изобретение относится к арматуростроению и предназначено для надежного перекрытия транспортирующих среды трубопроводов, такие как нефтепроводов, газопроводов или водопроводов, находящихся под давлением. Уплотнительный элемент (10) установлен на запорной головке (76) для перекрытия или сужения поперечного сечения потока через магистральный трубопровод (70) или трубопровод (70). Уплотнительный элемент (10) ограничивает, по меньшей мере, одну подверженную воздействию давления полость (22, 92). Уплотнительный элемент (10) имеет выполненный с более толстой толщиной (20) стенки участок на стороне, обращенной от направления воздействующего на уплотнение давления pа, который выполнен с возможностью радиального шарнирного отклонения вокруг места крепления (80, 82). Раскрыто применение упомянутого уплотнительного элемента (10) на других трубопроводах, транспортирующих, например, напитки и жидкие продукты питания, а также применение упомянутого уплотнительного элемента (10) для плотного уплотнения дверей. Изобретение направлено на повышение надежности уплотнительного элемента, особенно, при ремонте трубопроводов. 3 н. и 19 з.п. ф-лы, 14 ил.
-Область техники
Изобретение относится к нагружаемому давлением уплотнительному элементу из эластомера, к примеру, для надежного запирания транспортирующих среды трубопроводов как-то нефтепроводов, газопроводов или водопроводов, находящихся под давлением.
Уровень техники
Для ремонта трубопроводов или труб, которые транспортируют находящиеся под давлением среды, такие как нефть, газ или воду, могут применяться специальные заглушки, которые могут быть частью запорной головки. Запорная головка является составной частью установки для ремонтных работ под давлением, с помощью которой ремонтируются находящиеся под давлением трубопроводы. Ремонтные работы под давлением означают «рассверловку под давлением» и представляют способ, при котором рассверливается корпус, находящийся под давлением, и может изготавливаться отвод или байпас или обходной трубопровод, если нужно ремонтировать участки трубопровода или даже совсем заменять. Процесс ремонта под давлением происходит без прерывания работы и утечек, что имеет преимущество в том, что трубопровод может дальше работать. Наряду со способом ремонтных работ под давлением (рассверловка под давлением) разработан способ частичного перекрытия. Способ частичного перекрытия - это способ, при котором поток среды может прерываться частично на участке трубопровода. Прерывание потока среды, который проходит через трубопровод, может осуществляться с целью ремонта, перекладывания и перестройки.
В установках, которые могут применяться для осуществления способа ремонтных работ под давлением или способа частичного перекрытия, как правило, применяются обычные уплотнительные шайбы из эластомера, которые, однако, все вместе не всегда на 100% надежности соответствуют очень специальным запросам и требованиям применения. Источником примеров для иллюстрации аналогов уже существующих принципов уплотнения являются такие фирмы как, например, IPSCO GmbH или T.D.Williamson, Inc., Oklahoma USA. Так, например, T.D.Williamson, Inc., Oklahoma USA представляет в распоряжение «машины для заглушки трубопровода», с помощью которых трубопроводная система при осуществлении ремонта может продолжать работать без прерывания. Эта система, известная из бюллетеня 501.0 TDW (1 март 1981), включает гидравлический цилиндр, корпус запорной головки, а также запорную головку (заглушку). С гидравлическим цилиндром может применяться большое количество запорных головок, имеющих различные размеры. Как правило, известная из бюллетеня №501.0 от 1 марта 1981 «машина для заглушки трубопровода» устанавливается на фитинге, который с помощью фланцев закреплен на тройнике трубопровода. К нему на фланцах крепится корпус, в котором находится гидравлический затвор, и затем после подвода рабочей среды к гидравлическому цилиндру запорная головка спускается в тройник. Запорная головка «машины для заглушки трубопровода» (см. бюллетень 501 от 1 марта 19810) имеет на своем нижнем конце расположенный на нижней внутренней стенке трубопровода ролик, который ориентирует запорную головку при дальнейшем, следующем в основном в вертикальном направлении движении спуска, и переводит в позицию уплотнения. По периметру запорной головки установлена уплотнительная шайба, которая изготовлена из эластомера. При спуске запорной головки затвора в подлежащее уплотнению поперечное сечение потока он совершает многократное возвратно-поступательное движение, чтобы «прочистить» внутреннюю стенку трубы или трубопровода для удаления оттуда отложения. При этом уплотнительная шайба может так сильно повреждаться, что уплотнение в итоге становится невозможным. Если запорная головка переведена в позицию уплотнения, давление среды, преобладающее в трубопроводе, перекрывается запорной головкой. Давление, распространенное в направлении потока в трубопроводе, прижимает уплотнительную шайбу к внутренней стенке трубопровода и уплотняет его.
Однако, оказалось, что очень большой радиальный зазор между запорной головкой (заглушкой) и внутренней стенкой трубы размером 20 мм и больше не может быть уплотнен полностью и надежно при помощи упомянутых решений. Сильно деформированные цилиндрические трубы, поперечное сечение которых для потока деформировано в виде овала, не могут надежно уплотняться с помощью уплотнительной шайбы, установленной на запорной головке в форме кольца, так как по причине овала остаются относительно большие зазоры, которые не могут уплотняться выполненной круглой уплотнительной шайбой. Далее оказалось, что при известных до сих пор съемных надставках деформируемых уплотнительных элементов, они полностью или частично нарушаются за счет воздействующего на уплотнение давления и по причине наличия воздействующего на уплотнение давления все уплотнение вместе с запорной головкой больше невозможно демонтировать из находящегося под давлением поперечного сечения потока.
Сущность изобретения
В основе настоящего изобретения лежит создание принципа уплотнения, с помощью которого, например, во время ремонта участка трубопровода длительно оказывается сопротивление давлению потока, преобладающему в нем, отсюда возможность использования в ходе ремонтных работ под давлением и извлечения без проблем, в частности без деформаций устройства, основанного на этом принципе, из поперечного сечения потока после проведенного ремонта.
Согласно изобретению предлагается предпочтительно изготовленный из металла базовый и приемный корпус, который, в частности, служит в качестве стопорного элемента запорной головки и по периметру которого установлен предлагаемый согласно изобретению подвергаемый воздействию давления уплотнительный элемент. Он предпочтительно с двух сторон в осевом направлении статически уплотнен с геометрическим и силовым замыканием. Подвергаемый воздействию давления уплотнительный элемент может расширяться в радиальном направлении под воздействием давления. Расширение уплотнительного элемента в радиальном направлении для перекрытия радиальных зазоров порядка величин от 20 до 30 мм и более осуществляется под воздействием давления и уплотнительный элемент с уплотнением прилегает своей внешней боковой поверхностью к внутренней стороне подлежащего уплотнению участка трубопровода. Она уплотняется под воздействием давления уплотнительного элемента в радиальном направлении, причем уплотнение соответствует уплотняющему уровню давления от 10 до 80 бар и более.
Благодаря созданию давления в среде, как, например, воздухе или жидкой среде предлагаемый согласно изобретению подвергающийся воздействию давления уплотнительный элемент, подобный складывающемуся шарниру, устанавливается с помощью интегрированного в уплотнительный элемент и повернутого к напорной стороне раздувающегося сильфона или раздувающей пружины, или выполненного тонкостенным участка боковой (рабочей) поверхности. Под воздействием давления на полость под уплотнительным элементом в виде шарнира формируется участок боковой поверхности, выполненный с повышенной толщиной материала, и прижимается к внутренней стенке подлежащего уплотнению поперечного сечения трубопровода и во время воздействия давления на уплотнительный элемент удерживается в этой позиции уплотнения. Образованная тонкостенной область или сильфон, или расширяющаяся пружина, или нечто подобное служит в качестве исполнительного органа для выполненной шарнирной установки области боковой поверхности подверженного давлению уплотнительного элемента, которая образована в повышенной толщине стенки и которая прижимается к внутренней стенке подлежащей уплотнению трубы или участка трубопровода. С помощью предлагаемого согласно изобретению уплотнительного элемента может обеспечиваться перекрытие больших радиальных зазоров порядка величин от 20 до 30 мм между периметром запорной головки и внутренним диаметром уплотняемого поперечного сечения потока, даже при повышенном уровне давления. Уплотнение даже при высоком давлении достигается с помощью идущего по окружности плотного прилегания, по меньшей мере, одной, предпочтительно нескольких рабочих кромок уплотнения на имеющей стабильную форму, в отношении более толстой стороны предлагаемого согласно изобретению уплотнительного элемента достигающей внутренней стенки трубы. Предпочтительно, по меньшей мере, одна рабочая уплотнительная кромка с помощью присутствующего в направлении потока среды давления дополнительно прижимается к внутреннему диаметру подлежащего уплотнению магистрального трубопровода, вследствие чего поддерживается надежное в процессе уплотнение. К тому же это делает возможным, что предельно не круглые, уже деформированные или поврежденные трубы также могут уплотняться.
Вход отверстия, через которое осуществляется подвод давления во внутреннее пространство уплотнительного элемента, лежит на боковой поверхности запорной головки под областью рабочей уплотнительной кромки, образованной в большей толщине стенки. Откачка воздуха из этой полости осуществляется в необходимом случае с помощью создания разрежения в отверстии, выходящем точно также в полость под подвергаемым воздействию давления уплотнительным элементом. Благодаря простому откачиванию воздуха и осуществляемому в случае необходимости созданию разрежения точно также надежно снова создается большой радиальный зазор между наружным диаметром подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента и внутренней стенкой трубы.
Предлагаемый согласно изобретению подвергаемый воздействию давления уплотнительный элемент может быть в первом варианте осуществления выполнен, например, U-образным и иметь на лежащей внутри стороне утолщения в форме ребер, с помощью которых подвергаемый воздействию давления уплотнительный элемент фиксируется, например, в канавках в области торцевых сторон запорной головки. В то время как в первой форме осуществления предлагаемого согласно изобретению уплотнительного элемента, на боковой поверхности которого может быть выполнена область, образованная в стенке небольшой толщины, которая переходит в область, образованную с большей толщиной стенки, во второй форме осуществления предлагаемого согласно изобретению подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента область, образованная в большей толщине стенки, может быть снабжена снаружи рабочей уплотнительной кромкой. Эта рабочая уплотнительная кромка расположена радиально лежащей наружу на расстоянии от внешней боковой поверхности подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента и раздается благодаря давлению, действующему в направлении потока, что дополнительно поддерживает всестороннее прижатие рабочей уплотнительной кромки к внутренней стенке подлежащей уплотнению трубы. Под воздействием давления на уплотнительный элемент она прилегает по осевой длине уплотнения вдоль внутренней стенки подвергаемого воздействию давления уплотнению поперечного сечения потока. В модификации этого другого второго варианта осуществления предлагаемого согласно изобретению подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента утолщенная область фасонного уплотнения, образованная в большей толщине стенки, на своей боковой поверхности в области, к которой прилагается предназначенное для уплотнения давление, может быть снабжена несколькими рабочими уплотнительными кромками, которые, если смотреть в направлении потока, расположены в виде каскада одна за другой и которые повышают эффект уплотнения.
В другой четвертой форме осуществления предлагаемого согласно изобретению подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента выполняются имеющие вид ребер утолщения боковой поверхности, так что получаются статические уплотнительные ребра, проходящие в радиальном направлении. В этом случае предлагаемый согласно изобретению подвергаемого воздействию давления уплотнительный элемент выполнен не U-образной формы, а имеет вид образованной свободной с торцевой поверхности втулки, причем имеющие вид ребер утолщения, образованные в трех описанных выше вариантах осуществления для фиксации на подвергаемом воздействию давления уплотнительном элементе, согласно этому четвертому варианту осуществления лежат на концах боковой поверхности образованного в форме втулки уплотнительного элемента.
В другой пятой форме осуществления идеи, лежащей в основе изобретения, подвергаемый воздействию давления уплотнительный элемент выполнен с пружиной расширения подобной сильфону. Эта пружина расширения располагается на боковой поверхности предлагаемого согласно изобретению подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента, например, в форме гофра или зигзага. В этой пятой форме осуществления подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента имеющие вид ребер утолщения для фиксации подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента находятся на внутренней стороне подобно описанным выше вариантам осуществления за исключением четвертого варианта осуществления.
Предлагаемый согласно изобретению подвергаемый воздействию давления уплотнительный элемент, если смотреть в осевом направлении, может быть снабжен на обеих торцевых сторонах торцевыми поверхностями, на которых опять же могут выполнены уплотнительные ребра для фиксации. В качестве альтернативы этой формы осуществления предлагаемого согласно изобретению подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента возможно его осуществление в форме втулки. В этом случае отпадает необходимость в торцевых поверхностях на осевых концах подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента, образованного в основном в форме втулки на внешней стороне, т.е. на внешней боковой поверхности втулки находятся первое имеющее вид ребра утолщение и второе имеющее вид ребра утолщение, с которым подвергаемый воздействию давления образованный в форме втулки уплотнительный элемент с помощью зажимных колец может крепиться на запорной головке соответственно в опорной головке.
Крепление предлагаемого согласно изобретению подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента на периметре запорной головки осуществляется, как правило, с помощью уже упомянутых выше ребер, которые фиксируются при образовании напуска в осевом направлении с помощью зажимных колец. С помощью формирования напусков может оказываться влияние или задаваться ход деформирования боковой поверхности предлагаемого согласно изобретению подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента. При создании давления в камере, в которую выходит отверстие для подачи или отверстие для удаления воздуха, боковая поверхность подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента деформируется так, что его внешняя стенка при перекрытии зазора прижимается к внутренней стенке подлежащего герметизации магистрального трубопровода или подлежащей герметизации проводящей среду трубы. Подлежащее герметизации давление среды действует в направлении расширения на образованную выше свободного пространства, по меньшей мере, одну уплотнительную кромку, которая на основании воздействия для создания уплотнения давления сильнее прижимается к внутренней стороне подлежащего уплотнению трубопровода, так что эффект уплотнения дополнительно поддерживается. Дополнительно к напускам, перекрывающим внешние поверхности предлагаемого согласно изобретению подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента, на запорной головке могут быть образованы опорные выступы, на которые в не подвергнутом воздействию давления состоянии подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента опирается его внутренняя стенка. С помощью формирования и оконтуривания опорных выступов, контактирующих с внутренней боковой поверхностью подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента, может точно также задаваться его ход деформирования в радиальном направлении.
Зажимное кольцо или зажимные кольца, с которыми подвергаемый воздействию давления уплотнительный элемент, перекрывая полость в запорной головке, устанавливается на ней, могут быть выполнены как цельными, так и из двух частей. В случае исполнения цельными, зажимные кольца предпочтительно крепятся в имеющих форму канавках на торцевых сторонах запорной головки, в которой образовано отверстие для шарнирного соединения.
Предлагаемое согласно изобретению техническое решение представляет собой подвергаемый воздействию давления уплотнительный элемент, отличающийся кроме всего прочего тем, что в нем реализована функция подпора на основе более высокой преобладающей разности давления.
Эта функция подпора может быть реализована, например, с помощью тканевого армирования подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента в виде завулканизированного материала, например ткани из «Номекс» (термостойкое полиамидное волокно), из арамидных волокон, волокон кевлара. Точно также возможна угловая лента из тефлона, угловая лента из полиамида или лента из пружинной стали в форме имеющей прорези опорной угловой втулки.
Это усиление выполняется предпочтительно в месте закрепления предлагаемого согласно изобретению подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента на наружной стороне, на которой преобладает атмосферное давление и которая лежит на стороне, обращенной от направления воздействия на уплотнение давления. Именно в этой области имеет место самая большая разность давлений, которая при всех прежних решениях нужно назвать очень слабым местом и главной причиной выхода из строя оборудования.
В качестве альтернативы описанной выше подпорной функции с помощью интеграции армирующей ткани в материал подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента усиление может быть осуществлено в виде имеющего стабильную форму клапана, причем шарнир, вокруг которого отклоняется выполненная более толстой область боковой поверхности подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента, образуется, например, одним из напусков зажимных колец.
Краткое описание чертежей
С помощью чертежей ниже изобретение описывается подробно, где показывает:
Фигура 1 первую форму осуществления предлагаемого согласно изобретению подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента с областями боковой поверхности различной толщиной стенки,
Фигура 2 вторую форму осуществления предлагаемого согласно изобретению подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента с отклоняемой уплотнительной рабочей кромкой, образованной в области боковой поверхности,
Фигура 3 третий вариант осуществления предлагаемого согласно изобретению подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента с расположенными в форме каскада в осевом направлении лежащими одна за другой рабочими уплотнительными кромками,
Фигура 4 имеющее форму втулки выполнение предлагаемого согласно изобретению подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента,
Фигура 5 другую форму осуществления предлагаемого согласно изобретению подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента с установленным впереди области боковой поверхности в более толстой толщине стенки сильфоном,
Фигура 6 образованный в форме втулки подвергаемый воздействию давления уплотнительный элемент согласно фигуре 4 в смонтированном на запорной головке положении,
Фигура 7 представленные на фигурах 1-3 варианты осуществления предлагаемого согласно изобретению подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента в установленном на запорной головке, однако, еще в положении не под давлением,
Фигура 8 другую форму осуществления предлагаемого согласно изобретению подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента согласно фигурам 1-3 на зажатом запорном элементе предложенного в соответствии с изобретением уплотнительного элемента,
Фигура 9 запорную головку с отверстием для шарнирного соединения и коническим затвором,
Фигура 10 изображение деталей запорной головки, представленной на фигуре 9,
Фигура 11 изображение подвергаемого воздействию давления перекрывающего полость запорной головки уплотнительного элемента,
Фигура 12 первую форму осуществления подвергаемого воздействию давления шарнирно отклоненного уплотнительного элемента и
Фигура 13 форму осуществления предлагаемого согласно изобретению подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента с сопряженным с его поверхностью усилением наружной стенки,
Фигура 14 расширенный, подверженный воздействию давления уплотнительный элемент, опущенный в расширение диаметра трубопровода.
Варианты осуществления
Вариант осуществления, представленный на фигуре 1, следует воспринимать как предлагаемый согласно изобретению подвергаемый воздействию давления уплотнительный элемент в первой форме осуществления.
Как показывает фигура 1, подвергаемый воздействию давления уплотнительный элемент 10 включает первую торцевую сторону 12, а также вторую торцевую сторону 14. Между этими торцевыми сторонами 12, 14 проходит боковая поверхность 16, которая в одной осевой области образована с первой толщиной 18 стенки и в другой примыкающей к названной первой осевой области во второй области со второй толщиной 20 стенки. Вторая толщина 20 стенки превосходит первую толщину 18 стенки. Подвергаемый воздействию давления уплотнительный элемент 10 согласно фигуре 1 включает полость 22, которая частью ограничена простирающимися внутрь в радиальном направлении торцевыми сторонами 12, 14. Подвергаемый воздействию давления уплотнительный элемент 10 выполнен U-образной формы и имеет на направленных радиально внутрь концах первой торцевой стороны 12 соответственно второй торцевой стороны 14 первое имеющее вид ребра утолщение 30, а также другое второе имеющее вид ребра утолщение 32. В изображении согласно фигуре 1 подвергаемый воздействию давления уплотнительный элемент 10 изображен в состоянии, когда он не установлен в магистральном трубопроводе или в трубу, поэтому он показан не с измененной формой. Позицией 38 обозначен осевой размер, на который выступают соответствующие имеющие вид ребер утолщения 30, 32 на лежащих внутри концах торцевой стороны 12 соответственно 14 над их внутренней стороной. Подвергаемый воздействию давления уплотнительный элемент 10 выполнен симметрично относительно оси 36 симметрии. Преобладающее внутри давление для деформирования боковой поверхности 16 обозначено pi, в то время как подлежащее уплотнению давление pa преобладает на наружной стороне 26 подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента 10. В изображении согласно фигуре 1 вторая толщина 20 стенки, а также первая толщина 18 стенки представляют боковые поверхности 16 подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента 10, причем вторая толщина 20 стенки превосходит первую толщину 18 стенки на, по меньшей мере, коэффициент 2.
Фигура 2 показывает другую вторую форму осуществления предлагаемого согласно изобретению подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента.
Согласно изображению на фигуре 2, если смотреть в осевом направлении боковой поверхности 16 подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента 10, на стороне боковой поверхности 16, направленной к воздействующему на уплотнение наружному давлению pa,, находится во второй толщине 20 стенки идущая по кругу рабочая уплотнительная кромка 40. Рабочая уплотнительная кромка 40 перекрывает свободное пространство 42. В нем внешнее (наружное) давление ра, воздействующее снаружи на боковую поверхность 16 подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента 10, вызывает эффект 44 расширения, так что идущая по кругу деформируемая в радиальном направлении рабочая уплотнительная кромка 40 может прижиматься к внутреннему периметру не показанной на фигуре 1 трубы и уплотняет ее.
Кроме того представленный на фигуре 2 подвергаемый воздействию давления уплотнительный элемент 10 включает обе торцевые стороны 12, 14, чьи радиально лежащие внутри концы, оба имеющие вид ребер утолщения 30, 32, служат для фиксации подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента 10 на запорной головке 76 (не изображена). Аналогично изображению согласно фигуре 1 имеющие вид ребер утолщения 30, 32 на торцевых сторонах 12, 14 выступают в осевом направлении внутрь на выступ 38. Боковая поверхность 16 включает аналогично изображению согласно фигуре 1 область боковой поверхности, которая выполнена с первой толщиной 18 стенки, и такую же область со второй толщиной 20 стенки, которая превосходит первую толщину 18 стенки. В отношении области боковой поверхности 16, которая образована со второй толщиной 20 стенки, она имеет первую кромку 50, на которой образована идущая по кругу рабочая уплотнительная кромка 40, а также лежащую на противоположной стороне вторую кромку 52.
Имеющаяся в основном в отношении внутреннего контура подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента 10 U-образная форма обозначена позицией 34.
Фигура 3 представляет другую, третью форму осуществления предлагаемого согласно изобретению подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента 10. Как показывает фигура 3, на боковой поверхности 16, в частности, в области, образованной со второй толщиной 20 стенки, наряду с уже описанной в связи с фигурой 2 идущей по кругу рабочей уплотнительной кромкой 40 находится каскадное уплотнение 46. Каскадное уплотнение 46, если смотреть в осевом направлении, выполнено позади идущей по кругу рабочей уплотнительной кромки 40 боковой поверхности 16 и включает другие рабочие уплотнительные кромки 48, которые, если смотреть в осевом направлении, расположены одна за другой. Идущая по кругу рабочая уплотнительная кромка 40, которая, как представлено выше, перекрывает свободное пространство 42, которое благодаря внешнему давлению ра, как и раньше, возникающему на наружной стороне 26 подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента 10, отклоняется в направлении 44 расширения и благодаря этому идущая по кругу рабочая уплотнительная кромка 40 с внутренней стороны прижимается к внутренней стенке 74 трубы 70 или магистрального трубопровода 70.
Аналогично вариантам осуществления согласно фигурам 1 и 2 на радиально лежащих внутри концах торцевых сторон 12 и 14 находятся имеющие форму ребер утолщения 30, 32, которые по отношению к внутренним сторонам торцевой стороны 12, 14 соответственно с выступом 38 выдаются внутрь. Также представленная на фигуре 3 форма осуществления предлагаемого согласно изобретению подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента 10 выполнена симметрично относительно оси 36 симметрии и имеет по отношению к его внутреннему контуру U-образную форму 34.
Фигура 4 показывает другую, четвертую образованную в форме втулки форму осуществления предлагаемого согласно изобретению подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента. В сравнении с описанными выше в связи с фигурами 1-3 вариантами осуществления подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента 10, изображенная на фигуре 4 форма осуществления не имеет торцевых сторон 12, 14. Поэтому четвертая форма осуществления предлагаемого согласно изобретению подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента 10 имеет образованные на боковой поверхности радиальные бортовые утолщения 58, 60. Боковая поверхность 16 уплотнительного элемента 10, образованного в форме 56 втулки, точно также имеет область, образованную во второй толщине 20 стенки, которая ограничена первой кромкой 50 и второй кромкой 52. Позиция 54 обозначает направление потока среды, подлежащей уплотнению с помощью подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента 10. По отношению к формам осуществления, представленным на фигурах 1-3, подвергаемый воздействию давления уплотнительный элемент 10, изображенный на фигуре 4, если смотреть в осевом направлении, выполнен большей длины.
Фигура 5 показывает пятую форму осуществления подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента 10.
Он аналогично описанным выше в связи с фигурами 1-3 формам осуществления включает первую торцевую сторону 12 и вторую торцевую сторону 14. На их лежащих внутри концах находится первое имеющее форму ребра утолщение 30, а также второе имеющее форму ребра утолщение 32, которые с выступом 38 выступают по оси внутрь по отношению к внутренней стенке торцевой стороны 12, 14. Подвергаемый воздействию давления уплотнительный элемент 10 согласно фигуре 5 образован симметрично относительно оси 36 симметрии и включает полость 22, которая в не изображенном на фигуре 5 смонтированном на распорной головке состоянии нагружена текучей средой. С помощью имеющего форму ребра утолщения 30 соответственно второго имеющего форму ребра утолщения 32 подвергаемый воздействию давления уплотнительный элемент 10 фиксируется на боковой поверхности, не изображенной на фигуре 5 запорной головки 76 с использованием зажимных колец.
Как показывает фигура 5, если смотреть в направлении 54 потока подлежащей уплотнению среды, перед первой кромкой 50 подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента 10 находится сильфон 62, который образован в форме гофр 64. Например, выполненный в форме гофр 64 сильфон 62 при воздействии на полость 22 средой, создающей давления, будь она жидкой или газообразной, действует в качестве исполнительного органа, который при своем деформировании под воздействием давления на часть боковой поверхности, сформированную в большей толщине материала (вторая толщина 20 стенки), благодаря наличию шарнирного соединения направляет радиально наружу. Это вариант осуществления подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента 10 со сформированным на боковой поверхности 16 сильфоном 62 на стороне, обращенной в сторону к давлению, делает возможным многократное применение и таким образом имеет существенное преимущество в части стоимости предлагаемого согласно изобретению подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента 10 в запорных головках 62, в то время как представленные на фигурах 1, 2, 3 и 4 формы осуществления предлагаемого согласно изобретению подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента 10 должны применяться только один раз. Аналогично вариантам осуществления, представленным на фигурах 1-4, боковая поверхность 16 подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента 10 согласно форме осуществления на фигуре 5 выполнена в первой толщине 18, а также во второй толщине 20 стенки, превосходящей эту первую, на, по меньшей мере, коэффициент 2. Под идущей по кругу рабочей уплотнительной кромкой 40, расположенной на первой кромке 50 боковой поверхности 16, находится свободное пространство 42, по которому осуществляется движение текущего в направлении 54 потока подлежащей уплотнению среды с давлением ра, и идущая по кругу рабочая уплотнительная кромка 40 при воздействии на полость 22 подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента 10 внутреннего давления pi, деформируется радиально наружу и прижимается к внутренней стенке 74.
Фигура 6 показывает запорную головку, на которой смонтирован изображенный на фигуре 4 образованный в форме 56 втулки подвергаемый воздействию давления уплотнительный элемент.
Как можно видеть на изображении согласно фигуре 6, запорная головка введена в трубу или магистральный трубопровод 70, наружная стенка которого обозначена позицией 72 и внутренняя стенка которого обозначена позицией 74. Оба радиальных утолщения 58, 60, которые выполнены на концах боковой поверхности 16 подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента 10, перекрываются первым и вторым внутренними кольцами 80, 82, на которых выполнены напуски 88. Напуски 88 имеют предпочтительно скругленный наружный контур. Внутренние кольца 80, 82 со своей стороны в форме осуществления согласно фигуре 6 охвачены наружными кольцами 84, 86. Как внутренние кольца 80, 82, так и охватывающие эти кольца наружные кольца 84, 86 с помощью винтов 90 соединяются с торцевыми сторонами запорной головки 76 и таким образом фиксируются. Разумеется, существует возможность осуществления фиксации радиальных утолщений 58, 60 подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента 10 в форме 56 втулки, выполненной в форме осуществления согласно фигуре 6 и состоящей из несколько частей, с помощью отдельных колец в радиальном направлении на боковой поверхности запорной головки 76.
Как показывает фигура 6, между боковой поверхностью 56 запорной головки 76 и внутренней стенкой 78 подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента 10 находится полость 22. К полости 22 через напорное отверстие 92, например, пневматическим способом подводится давление, так что подвергаемый воздействию давления уплотнительный элемент 10, соответственно его боковая поверхность 16, деформируется. Благодаря деформации его наружная сторона 26 при уплотнении зазора 110 прижимается к внутренней стенке 74 трубы 70 и уплотняет существующее в поперечном сечении потока трубы 70 наружное давление ра. Зазор 110 в не нагруженном давлением состоянии подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента 10 лежит в диапазоне порядка величин между 15 и 35 мм, который благодаря радиальному деформированию, т.е. подводу нагрузки к полости 22 с помощью создающей давление среды, может перекрываться без проблем благодаря упругости эластомера подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента 10. С помощью предлагаемого согласно изобретению решения может уплотняться давление в диапазоне порядка величин от 8 до 80 бар и более. Для демонтажа запорной головки 76 сначала, например, с помощью откачивания выпускается или удаляется воздух из полости 22 между запорной головкой 76 и внутренней стороной подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента 10. Это на фигуре 6 обозначено позицией 94. После этого осуществляется поворачивание запорной головки 76, например, с помощью поворота ее вокруг отверстия 106 для обеспечения шарнирного соединения, которое выполнено в материале запорной головки 76 и не изображено на фигуре 6, так что она может извлекаться из отверстия в стенке трубы или магистрального трубопровода 70, не повреждая при этом подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента 10. Он из соображений безопасности, однако, для каждого случая применения после использования заменяется на новый уплотнительный элемент 10, который представляет собой изнашивающуюся деталь. Напротив, запорная головка 76 может вполне применяться многократно.
Фигура 6 показывает, благодаря существующему в направлении 54 потока давлению pа идущая по кругу рабочая уплотнительная кромка 40, расположенная выше свободного пространства 42, расширяется. Предпочтительно внутренние кольца 80, 82Б соответственно наружные кольца 84, 86, в случае исполнения из нескольких частей или образованных цельными зажимных колец фиксируются с помощью винтов 90, которые, как показано на фигуре 6, для простого монтажа также могут включать байонетный замок.
Фигура 7 показывает другую форму осуществления предлагаемого согласно изобретению подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента в смонтированном на запорной головке состоянии.
На изображении согласно фигуре 7 можно видеть, что по периметру симметрично относительно оси 36 симметрии выполненной запорной головки 76 закреплен предлагаемый согласно изобретению подвергаемый воздействию давления уплотнительный элемент 10. В представленном на фигуре 7 варианте осуществления имеющие вид ребер утолщения 30, 32, образованные на первой и второй торцевых сторонах подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента 10, вставлены в корреспондирующие имеющие форму канавки углубления 100 или 102, которые выполнены в материале запорной головки 76 на ее торцевых сторонах. Фиксация предлагаемого согласно изобретению подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента 10 осуществляется с помощью образованных в этой форме осуществления цельных внутренних колец 80 или 82. Как показывает фигура 7, в частности, второе внутреннее кольцо 82 имеет напуск 88, вокруг которого может шарнирно отклоняться область боковой поверхности 16 подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента 10, выполненная во второй толщине 20 стенки, как только полость 22 через напорное отверстие 72, например, пневматическим способом заполняется средой, создающей давление. Внутреннее давление pi, которое создается в полости 22 при таком воздействии давления, лежит в диапазоне порядка величин от примерно 16 бар, но может лежать существенно выше в зависимости от воздействия на уплотнение давления pа на наружной стороне.
Как дальше показывает фигура 7, запорная головка 36 снабжена отверстием 106 для шарнирного соединения. С помощью этого отверстия 106 запорная головка 76 закреплена в направляющей головке, с которой запорная головка 76 с установленным на ней уплотнительным элементом 10 вводится в поперечное сечение потока магистрального трубопровода 70 или трубопровода 70. Это осуществляется, как правило, с помощью открывания заранее проделанного отверстия с предусмотренными на нем фланцами, к которым с помощью фланцев крепится ремонтное устройство вместе с запорной головкой 76 и гидравлическим цилиндром, чтобы провести ремонт или расширение или нечто подобное.
При ориентировании запорной головки 76 в поперечном сечении потока магистрального трубопровода 70, соответственно трубопровода 70, образуется обозначенный позицией 110 простирающийся в радиальном направлении зазор. Этот радиальный зазор составляет в зависимости от размеров запорной головки 76 порядок величин от 20 до 30 мм. В некоторых случаях кольцевой зазор 110 имеет еще большие размеры. При воздействии на полость 22 внутреннего давления pi, которая с одной стороны ограничивается внутренней стенкой 78 боковой поверхности 16 подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента 10 и с другой стороны боковой поверхностью 96 запорной головки 76, осуществляется радиальное расширение боковой поверхности 16 уплотнительного элемента 10. Благодаря тому обстоятельству, что боковая поверхность 16 образована на стороне в первой толщине 18 стенки, обращенной сторону к воздействующему на уплотнение давлению pa, или в этой области, как показано на фигуре 5, имеется сильфон 62, который служит в качестве исполнительного органа, происходит отклонение боковой поверхности 16 в область, в которой она выполнена во второй толщине 20 стенки. Наружная сторона 26 боковой поверхности 16 прижимается вследствие этого при перекрытии радиального зазора 110 к внутренней стенке магистрального трубопровода 70, соответственно трубопровода 70, и уплотняет его. Кроме того эффект уплотнения поддерживается благодаря тому, что воздействующее на уплотнение давление pа, действующее в направлении 54 потока подлежащей уплотнению среды, воздействует на свободное пространство 42 ниже, по меньшей мере, одной рабочей уплотнительной кромки 40, и идущая по кругу рабочая уплотнительная кромка 40 с поддержанием прижимается к внутренней стенке 74 магистрального трубопровода 70 или трубопровода 70. Благодаря этому эффективное уплотнение за счет воздействия давления pа, которое, например, может достигать порядка величин около 10 бар и существенно выше, будет реализовано в осевом и радиальном направлениях. Шарнирное отклонение боковой поверхности 16 уплотнительного элемента 10 поддерживается благодаря тому, что его наружная сторона 26, располагаясь с прижимом вокруг скругленного напуска 88, с уплотнением вдоль осевой длины прилегает к внутренней стенке 74 магистрального трубопровода или трубопровода 40. Как следует из изображения согласно фигуре 7, опорные выступы 108, образованные на запорной головке, находятся внутри полости 22 и подпирают уплотнительный элемент 10 в не нагруженном состоянии полости 22 к ее внутренней стенке 78.
Кроме того, фигура 7 показывает, что запорная головка 76 на своей обратной, т.е. обращенной в сторону от воздействующего на уплотнение давления pа, включает отверстие 106 для шарнирного соединения и с другой стороны имеет конус 104, который обращен в поперечном сечении потока магистрального трубопровода или трубопровода 70 в сторону к воздействующему на уплотнение давлению pа.
На изображение согласно фигуре 8 можно видеть уплотнительный элемент, смонтированный на запорной головке в другой форме осуществления.
Как показывает фигура 8, аналогично форме осуществления согласно фигуре 7 благодаря соответствующему выполнению боковой поверхности 76 запорной головки 76 внутри полости 22 образованы опорные выступы 108. Опорные выступы 108 в не нагруженном давлением состоянии полости 22 или напорного отверстия 92 поддерживают внутреннюю стенку 78 подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента 10. На его наружной стороне 26 находится идущая по кругу рабочая уплотнительная кромка 40, ниже которой лежит свободное пространство 42. Благодаря воздействию давления pа, господствующего в подлежащем уплотнению магистральном трубопроводе 70, или подлежащем уплотнению трубопроводе 70, происходит расширение 44 по отношению к рабочей уплотнительной кромке 40, которая в состоянии полости 22 под давлением с уплотнением прилегает к внутренней стенке 74 магистрального трубопровода 70 или трубопровода 70. При этом изображенный на фигуре 8 зазор 110 перекрыт, так что поперечное сечение потока магистрального трубопровода 70 или трубопровода (трубы) 70 на конце запорной головки 76, обращенном от конуса 104, уплотнено по оси и радиально. Как дальше можно видеть на изображении согласно фигуре 8, речь идет в случае подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента 10 о таком, который имеет первую торцевую сторону 12 и вторую торцевую сторону 14 (сравните вариант осуществления согласно фигуре 2). На первой торцевой стороне 12 и второй торцевой стороне 14 находятся, проходя в радиальном направлении внутрь в направлении оси 36 симметрии, первое, имеющее вид ребра утолщение 30, соответственно второе, имеющее вид ребра утолщение 32. Они с геометрическим замыканием установлены в приемных канавках 100 или 102, в которых имеющие вид ребра утолщения 30 или 32 зафиксированы с помощью первого и второго зажимных колец 80, 82. Для определенной подачи за счет деформации боковой поверхности 16 подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента напуск 88 на втором внутреннем кольце 88 выполнен закругленным в направлении наружной стороны 26 боковой поверхности 16.
Область боковой поверхности 16 подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента 10, которая образована в первой толщине 18 стенки, может быть снабжена также сильфоном 62, образованным в варианте осуществления согласно фигуре 5 в боковой поверхности 16. С помощью этого действующего в качестве исполнительного органа сильфона 62 при нагружении давлением полости 22 боковая поверхность 16 шарнирно отклоняется вокруг образованной скругленной нижней стороны напуска 88 внутри области, выполненной во второй толщине 20 стенки, т.е. своей наружной стороной прижимается с уплотнением по оси радиально к внутренней стенке 74 магистрального трубопровода 70 соответственно трубопровода 70.
Фигура 9 показывает вариант выполнения запорной головки с отверстием для шарнирного соединения и конусом.
Фигура 9 показывает, что в боковой поверхности 96 полости 22 имеется напорное отверстие 92. Через него в полость 22 подается внутреннее давление pi. Как дальше показывает фигура 9, подвергаемый воздействию давления уплотнительный элемент 10 с двух сторон зафиксирован с помощью зажимных колец 80, 82 на запорной головке 76. Внутренние кольца 80 или 82 закрепляются с помощью винтов 90, при необходимости с помощью байонетного замка 98. Запорная головка выполнена симметрично относительно оси 36 симметрии и имеет радиальный зазор 110, который простирается между наружной стороной 26 подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента 10 и внутренней стенкой 74 магистрального трубопровода 70 или трубопровода 70. Его наружная сторона обозначена позицией 72. Как дальше показывает фигура 9, конус 104 запорной головки 76 обращен в сторону к воздействующему на уплотнение давлению, в то время как отверстие 106, с помощью которого запорная головка 76 ориентируется и направляется соответственно и позиционируется, выполнено на конце запорной головки 76, лежащем против конуса. В исполнении согласно фигуре 9 внутренние кольца 80 или 82 выполнены цельными с напуском 88, в противоположность варианту осуществления согласно фигуре 9, в котором зажимные кольца могут быть выполнены также состоящими из нескольких частей. На фигуре 9 можно видеть дальше, что внутри полости 22, что обусловлено выполнением боковой поверхности 96, в полости образованы опорные выступы 108, которые поддерживают нижнюю сторону 78 подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента 10.
Фигуры 10 и 11 показывают изображение в деталях, соответственно вид в перспективе подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента в увеличенном масштабе.
На фигуре 10 можно видеть, что образованные в форме диска, в данном случае образованные цельными зажимные кольца 80 или 82 с помощью винтов 90 соединяются с соответствующими глухими отверстиями с резьбой, которые выполнены на торцевых сторонах запорной головки 76. Как дальше можно видеть на фигуре 10, где дано изображение в деталях, вдоль наружного периметра внутренних колец 80 или 82 выполнен идущий по кругу простирающийся в радиальном направлении скругленный на нижней стороне напуск 88. Он перекрывает подвергаемый воздействию давления уплотнительный элемент 10 в краевой области. Уплотнительный элемент показан в изображении согласно фигуре 10 в разрезе и включает на своей боковой поверхности образованную идущую по кругу рабочую уплотнительную кромку 40. Подвергаемый воздействию давления уплотнительный элемент 10 согласно изображению на фигурах 10 и 11 включает торцевые стороны 12, 14 соответственно, на чьем лежащем радиально внутри конце соответственно образованы имеющие вид ребер утолщения 30, 32. Они входят в зацепление с приемными канавками 100, 102 соответственно, как следует из фигуры 11, и фиксируют подвергаемый воздействию давления уплотнительный элемент 10, после того как он с геометрическим и силовым замыканием с помощью монтажа внутренних колец 80, 82 соответственно будет установлен на запорной головке 76 в своем смонтированном положении в приемных канавках 100, 102 соответственно. На перспективном изображении в разрезе согласно фигуре 10, кроме этого, можно видеть напорное отверстие 92 для подачи давления к полости 22 посредством гидравлической жидкости или газообразной среды. Как, в частности, показывает перспективное изображение разреза согласно фигуре 10, запорная головка 76 заполняет в основном поперечное сечение потока магистрального трубопровода 70 или трубопровода 70. Только по краю наружной стороны 26 подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента 10 при зажиме между внутренними кольцами 80, 82 соответственно остается зазор, который при подаче давления к полости 22 уплотняется благодаря деформации или отклонению подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента 10 в радиальном и осевом направлениях против воздействующего на уплотнение давления pа.
Фигура 11 показывает, что выполненная идущей по кругу рабочая уплотнительная кромка 40 на стороне уплотнительного элемента 10, обращенной к подлежащему уплотнению давлению, перекрывает свободное пространство 42. Свободное пространство 42 преимущественным образом способствует благодаря воздействию на уплотнение давления pа радиальному расширению, которое действует на идущую по кругу рабочую уплотнительную кромку 40, так что еще раз поддерживается ее прижим и при этом производит уплотнительное действие к внутренней стенке 74 магистрального трубопровода соответственно трубопровода 70.
Фигура 12 показывает предлагаемый согласно изобретению уплотнительный элемент 10 с подвергнутой воздействию внутреннего давления pi полостью. На фигуре 12 можно видеть, что действующее в полости 22 внутреннее давление pi, которое может, например, иметь порядок величин до 16 бар, воздействует на внутреннюю стенку 78 боковой поверхности 16 уплотнительного элемента 10, которая своей наружной стороной 26 вследствие этого прижимается к внутренней стенке 74 магистрального трубопровода 70 или трубопровода 70. При поддержке обеспечивающего уплотнение давления pа, действующего в направлении 74 потока, идущая по кругу рабочая уплотнительная кромка 40 подпирается благодаря приложенному давлению pа, действующему в свободном пространстве 42 на его нижнюю сторону, и прижимается к внутренней стенке 74 магистрального трубопровода 70 или трубопровода 70.
На фигуре 12 видно, что область 16 боковой поверхности, которая выполнена во второй толщине 20 стенки, со своей наружной стороной 26 отклонена вокруг скругленной нижней стороны напуска 88. Поворачивание вверх области боковой поверхности 16 подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента 10, образованной во второй толщине 20 стенки, поддерживается благодаря тому, что боковая поверхность 16, образованная в первой толщине 18 стенки, снабжена сильфоном 62, служащим в качестве исполнительного органа. Он предпочтительно выполнен в форме 64 гофра и действует в качестве исполнительного элемента в отношении шарнирного отгибания, происходящего вокруг скругленного напуска 88 области боковой поверхности 16, которая выполнена во второй толщине 20 стенки. Надежный в части процесса монтаж подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента 10 обеспечен благодаря тому, что статичные имеющие вид ребер утолщения 30 соответственно 32 проходят различными диаметрами и при этом позволяют монтаж подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента 10 всегда в позиции, в которой, по меньшей мере, одна рабочая уплотнительная кромка 40 или каскадное уплотнение 46 на внешней стороне 26 боковой поверхности 16 обращена (обращено) к приложенному для уплотнения давлению pa. В находящейся под давлением полости 22, находящейся под внутренним давлением pi, внутренняя стенка 74 приподнимается от опорных выступов 108, образованных в боковой поверхности 96 запорной головки 76. Уплотнение полости 22 создается с помощью осевого усилия предварительного натяжения внутренних колец 80, соответственно 82 в отношении первой и второй торцевых сторон 12, соответственно 14 подвергнутого воздействию давления уплотнительного элемента 10. Позицией 38 обозначено превышение, на которое имеющие форму ребер утолщения 30, соответственно 32 выступают над внутренней стороной первой и второй торцевой сторон 12, соответственно подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента в соответствующих приемных канавках 100, 102 запорной головки 76.
Наконец, фигура 13 показывает форму осуществления, которая пригодна для самого высокого давления. Если полость 22, которая с одной стороны ограничена боковой поверхностью 96 запорной головки 76 и внутренней стенкой 78 уплотнительного элемента 10, подвергается воздействию высокого давления порядка величин от >80 бар, то нужно усиление шарнирно отклоняющейся области боковой поверхности 16 уплотнительного элемента 10, которая образована во второй увеличенной толщине 20 стенки. Это усиление выполняется предпочтительно в виде тканевого армирования 120. Тканевое армирование 120, как показано на фигуре 13, может быть образовано на наружной стороне 26 боковой поверхности 12. Кроме того, тканевое армирование 120 в графически не изображенном варианте осуществления может быть заделано в пленку или завулканизировано в материал уплотнительного элемента 10, т.е. в его боковой поверхности в деформируемой области. В случае тканевого армирования 120 речь может идти о завулканизированном слое из метаарамидных волокон (Nomex®), об арамиде, об угловой полосе из PTFE (тефлона), далее может применяться также угловая полоса из полиамида и лента рессорной стали или шлицованный крепежный уголок или нечто подобное. С помощью тканевого армирования 120 достигается то, что эластомер или синтетический материал, из которого в ходе литья под давлением или способом экструзии изготавливается подвергаемый воздействию давления уплотнительный элемент 110 механически выдерживает высокое внутреннее давление pi, которое может создаваться в полости 22. Если уплотняющее давление составляет, например, около 80 бар, то нужно радиальное расширение боковой поверхности 16 уплотнительного элемента с внутренним давлением pi, превышающим приложенное снаружи давление pa. После проведенного уплотнения давление на стороне трубопровода 70 или магистрального трубопровода 70, обращенной от направления воздействующего на уплотнение давления, снижается до атмосферного давления. Чтобы обеспечить надежное и долговременное уплотнение при самом высоком перепаде давления Δр порядка 80 бар и выше необходимо усиление 120 в виде тканевого армирования или альтернативных решений.
Представленное на фигуре 13 состояние полости 22 под давлением ведет, как уже пояснялось в связи с фигурой 12, к контакту идущего по кругу уплотнения 40 благодаря уплотняющему давлению, действующему в свободном пространстве 42. Хотя графически не представлено, в области боковой поверхности 16, которая образована в более тонкой первой толщине 18 стенки, может быть образован обозначенный на фигуре 12 сильфон 62, который действует в качестве пружины расширения, при этом в качестве исполнительного органа. Для шарнирного отклонения области боковой поверхности 16, которая образована в увеличенной второй толщине 20 стенки, боковая поверхность 16 может быть выполнена также только в первой более тонкой толщине 18 стенки.
Если выше, в связи с идущей по кругу рабочей уплотнительной кромкой 40, говорится о стороне боковой поверхности 16 во второй толщине 20 стенки, обращенной к воздействующему на уплотнение давлению, то сюда же включается в равном смысле в настоящем контексте представленная на фигурах 3 и 4 форма осуществления предлагаемого согласно изобретению уплотнительного элемента, в котором образовано каскадное уплотнение 46 на наружной стороне 26 боковой поверхности 16 уплотнительного элемента 10, в котором могут быть образованы несколько лежащих одна за другой в осевом направлении рабочих уплотнительных кромок 48.
Фигура 14 показывает, что предлагаемый согласно изобретению подвергаемый воздействию давления уплотнительный элемент 10 может применяться также для уплотнения имеющего вид камеры расширения (сравните позицию 116).
Как показывает фигура 14, в состоянии полости 22 не под давлением запорная головка 76 в направлении спуска, обозначенном позицией 118, например, в вертикальном направлении, вводится в магистральный трубопровод или трубопровод 70. Он включает один участок, который входит в первый диаметр 12. На этом участке, если смотреть в направлении 118 спуска, второй участок, в котором магистральный трубопровод или трубопровод 70 имеет второй диаметр 114, который значительно превосходит первый диаметр 112, по меньшей мере, на радиальный зазор 110.
Если запорная головка 76 вводится в эту область, т.е. область магистрального трубопровода или трубопровода 70, которая выполнена со вторым диаметром 114, также может уплотняться этот второй диаметр 114 благодаря огромной способности к деформации подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента, как показано на фигуре 14. В направлении 118 спуска запорная головка 76 вводится в трубопровод или магистральный трубопровод 70 с полостью 22, находящейся не под давлением. Как только запорная головка 76 достигнет область трубопровода 70 или магистрального трубопровода 70 со вторым диаметром 114 через напорное отверстие 92 в полость 22 может подаваться среда, создающая давление, будь-то жидкая или газообразная, и может фиксироваться боковая поверхность 16 уплотнительного элемента. В зависимости от воздействия давления на полость 22 радиальный зазор 110 внутри камеры может полностью перекрываться, т.е. достигается уплотнение, однако также с помощью направленного воздействия давления на полость 22 возможно допускать остающийся радиальный зазор 110 между наружной стороной 26 деформируемой боковой поверхности 16 и внутренней стенкой 74 магистрального трубопровода или трубопровода 70 внутри камеры 116. С помощью этого определенного воздействия давления на полость 22 может допускаться объемный поток в направлении 54 потока через имеющее вид камеры расширение 116, которое выполнено со вторым диаметром 118. Ширина оставляемого радиального зазора 110 зависит от давления, которое подается в полость 22 запорной головки 76 через напорное отверстие 92, и деформации боковой поверхности 16 уплотнительного элемента 10. Он может иметь, например, изображенный на фигуре 5 функционирующий в качестве исполнительного органа сильфон 62 в форме 64 гофра, кроме этого также возможно предусмотреть в области боковой поверхности 16, направленной в направлении к уплотняющему давлению pa, первую толщину 18 материала, которая по отношению к остающейся второй толщине 20 стенки боковой поверхности 16 функционирует в качестве исполнительного органа и которая шарнирно прижимается радиально наружу к подлежащей уплотнению внутренней стенке 74. Чтобы обеспечить надежное и долговременное уплотнение при самом высоком перепаде давления Δp имеет смысл предусмотреть перед и позади уплотнительного элемента 10 усиление или тканевое армирование 120, которое обеспечит такое уплотнение при возникающем перепаде давления между воздействующим на уплотнение давлением pa величиной порядка 80 бар и атмосферным давлением р.
Предлагаемый согласно изобретению подвергаемый воздействию давления уплотнительный элемент 10 может применяться, например, на запорных головках 76 в ходе реализации способа ремонтных работ под давлением, с помощью которого ремонтируются магистральные трубопроводы 70, транспортирующие нефть или газ. Далее предлагаемый согласно изобретению уплотнительный элемент 10 может применяться на запорных головках 76 или нечто подобном, или применяться для уплотнения водопроводов с диаметром величиной порядка 16 дюймов и более. В зависимости от воздействия давления в полости 22 может полностью перекрываться радиальный зазор 110 между наружной стороной 26 боковой поверхности 16 и внутренней стенкой подлежащего уплотнению трубопровода 70 или магистрального трубопровода 70, или может допускаться остаточный радиальный зазор 110, позволяющий поддержать объемный поток, через который все еще проходит среда. Это может быть желательно, например, в целях дозирования, чтобы иметь возможность пропускать остаточный объемный поток через поперечное сечение для потока.
Далее предлагаемый согласно изобретению подвергаемый воздействию давления уплотнительный элемент 10 может применяться в строительстве резервуаров или котлостроении, при котором наряду с полной герметизацией входящих в резервуар или котел трубопроводов применяется также определенное сужение через поперечное сечение для потока в таком трубопроводе. Благодаря этому может использоваться для дозирования объемного потока остающийся в результате воздействия давления остаточный свободный зазор для потока в поперечном сечении трубы.
Наряду с этим предлагаемый согласно изобретению подвергаемый воздействию давления уплотнительный элемент 10, установленный на запорной головке 26, может применяться также для герметизации буровых скважин или чего-либо подобного при установке выше по течению. Под установкой выше по течению понимается применение, которое при добыче нефти или газа задерживает газ или нефть до достижения земной поверхности, например, как это имеет место при разведочном бурении или при проходке, или работе эксплуатационных скважин. Далее предлагаемый согласно изобретению подвергаемый воздействию давления уплотнительный элемент 10 может применяться в качестве приложения, в котором трубопровод 70 или магистральный трубопровод 70 имеет переход от первого диаметра 112 ко второму диаметру 114, как показано на фигуре 14. В состоянии полости 22 не под давлением запорная головка 76 вместе с установленным на ней уплотнительным элементом 10 вводится через более узкое поперечное сечение и с помощью создания давления в полости 22 соответственно 92 радиально деформируется в образованном в виде камеры расширении 116, так что там может создаваться либо полная герметизация против создаваемого внешнего давления pa, либо определенный остающийся радиальный зазор.
Предлагаемый согласно изобретению подвергаемый воздействию давления уплотнительный элемент 10 при соответственно его более малых размерах может применяться также для уплотнения дверей и окон. Для этого подвергаемый воздействию давления уплотнительный элемент 10 может быть интегрирован либо на наружной стороне профиля поворачиваемого окна либо открываемой двери или в качестве альтернативы в стоящей неподвижно оконной раме или стоящей неподвижно дверной коробке. Преимущественным образом при закрывании двери, при приведении в действие благодаря возникающему давлению закрытия дверного полотна соответственно створки окна, уплотнительный элемент 10 может пневматически загружаться. При открывании дверей полученное при закрывании дверей в полости уплотнительного элемента 10 давление автоматически снова сбрасывается. В равной степени это относится к окнам, которые в полном объеме могут быть снабжены вдоль своих четырех сторон таким уплотнительным элементом, в то время как в дверях подвергаемый воздействию давления элемент 10 предпочтительно вставлен в кромке, расположенной со стороны пола. Воздействие давления на уплотнительный элемент 10 осуществляется при этих вариантах применения предпочтительно с помощью интегрированного в дверную коробку или оконную раму воздушного насоса, который одновременно оказывает демпфирующее действие на воздушный объем, заключенный в выполненный с возможностью циркуляции воздуха уплотнительный элемент 10.
Перечень позиций
| 10 | Подвергаемый воздействию давления уплотнительный элемент |
| 12 | Первая торцевая сторона |
| 14 | Вторая торцевая сторона |
| 16 | Боковая поверхность |
| 18 | Первая толщина стенки |
| 20 | Вторая толщина стенки |
| 22 | Полость |
| 24 | Внутреннее давление pi |
| 26 | Наружная сторона |
| 28 | Давление pa, воздействующее на уплотнение |
| 30 | Первое утолщение в виде ребра |
| 32 | Второе утолщение в виде ребра |
| 34 | U-форма |
| 36 | Ось симметрии |
| 38 | Выступающая часть |
| 40 | Идущая по кругу рабочая уплотнительная кромка |
| 42 | Свободное пространство |
| 44 | Действие расширения |
| 46 | Каскадное уплотнение |
| 48 | Другие рабочие уплотнительные кромки |
| 50 | Первая кромка |
| 52 | Вторая кромка |
| 54 | Направление потока подлежащей уплотнению среды |
| 56 | Форма втулки |
| 58 | Первое радиальное ребро |
| 60 | Второе радиальное ребро |
| 62 | Сильфон |
| 64 | Форма гофра |
| 70 | Магистральный трубопровод, трубопровод |
| 72 | Наружная стенка |
| 74 | Внутренняя стенка |
| 76 | Запорная головка (заглушка) |
| 78 | Внутренняя стенка уплотнительного элемента |
| 80 | Первое внутреннее кольцо |
| 82 | Второе внутреннее кольцо |
| 84 | Первое наружное кольцо |
| 86 | Второе наружное кольцо |
| 88 | Скругленный напуск |
| 90 | Винт |
| 92 | Напорное отверстие |
| 94 | Отверстие для откачки воздуха/создания вакуума |
| 96 | Боковая поверхность запорной головки |
| 98 | Байонетный замок |
| 100 | Первая приемная канавка |
| 102 | Вторая приемная канавка |
| 104 | Конус |
| 106 | Отверстие для шарнирного соединения |
| 108 | Опорный выступ |
| 110 | Радиальный зазор |
| 112 | Первый диаметр магистрального трубопровода, трубопровода |
| 114 | Второй диаметр магистрального трубопровода, трубопровода |
| 116 | Расширение в виде камеры |
| 118 | Направление спуска |
| 120 | Тканевое армирование |
1. Уплотнительный элемент (10) для установки на запорной головке (76) для перекрытия или сужения поперечного сечения для потока магистрального трубопровода (70) или трубопровода (70), причем уплотнительный элемент (10) ограничивает, по меньшей мере, одну подверженную воздействию давления полость (22, 92), отличающийся тем, что уплотнительный элемент (10) имеет выполненный с более толстой толщиной (20) стенки участок на стороне, обращенной от направления воздействующего на уплотнение давления pа, который выполнен с возможностью радиального шарнирного отклонения вокруг места (80, 82) крепления.
2. Уплотнительный элемент (10) по п.1, отличающийся тем, что он в подверженном воздействию давления состоянии, по меньшей мере, одной полости (22, 92) радиально и по оси уплотняет радиальный зазор (110) между боковой поверхностью (16) и внутренней стенкой (74) магистрального трубопровода (70) или трубопровода (70).
3. Уплотнительный элемент (10) по п.1, отличающийся тем, что место (80, 82) крепления, вокруг которого шарнирно с возможностью отклонения расположен уплотнительный элемент (10), лежит на стороне запорной головки (76), обращенной в сторону от направления давления ра, воздействующего на уплотнение в магистральном трубопроводе (70) или трубопроводе (70).
4. Уплотнительный элемент (10) по п.1, отличающийся тем, что он снабжен на своей боковой поверхности (16) сильфоном (62, 64), служащим в качестве исполнительного органа, или участком, выполненным в первой толщине (18) стенки.
5. Уплотнительный элемент (10) по п.4, отличающийся тем, что сильфон (62) расположен на боковой поверхности (16) уплотнительного элемента (10) в области, направленной в сторону давления ра, воздействующего на уплотнение, и служит в качестве исполнительного органа.
6. Уплотнительный элемент (10) по п.1, отличающийся тем, что имеет утолщения (30, 32, 58, 60) в виде ребер для двусторонней осевой фиксации уплотнительного элемента (10) на запорной головке (76).
7. Уплотнительный элемент (10) по п.6, отличающийся тем, что утолщения (30, 32) в виде ребер выполнены на первой торцевой стороне (12) и на второй торцевой стороне (14) уплотнительного элемента (10).
8. Уплотнительный элемент (10) по п.6, отличающийся тем, что утолщения (58, 60) в виде ребер образованы на боковой поверхности (16) образованного в форме (56) втулки уплотнительного элемента (10).
9. Уплотнительный элемент (10) по п.6, отличающийся тем, что утолщения (30, 32, 58, 60) в виде ребер в середине боковой поверхности (16) перекрыты выполненными цельными или состоящими из нескольких частей зажимными кольцами (80, 82, 84, 86, 88).
10. Уплотнительный элемент (10) по п.1, отличающийся тем, что боковая поверхность (16) имеет область с первой толщиной (18) стенки и область со второй толщиной (20) стенки, причем область, которая выполнена во второй толщине (20) стенки, при воздействии давления, по меньшей мере, на одну полость (22, 92) уплотняет внутреннюю стенку (74) магистрального трубопровода (70) или трубопровода (70).
11. Уплотнительный элемент (10) по п.10, отличающийся тем, что область боковой поверхности (16), выполненная во второй толщине (20) стенки, имеет идущую по кругу рабочую уплотнительную кромку (40), которая перекрывает свободное пространство (42).
12. Уплотнительный элемент (10) по п.11, отличающийся тем, что свободное пространство (42) находится под давлением ра, воздействующим на уплотнение, и отклоняет, по меньшей мере, одну окружающую рабочую уплотнительную кромку (40) в радиальном направлении и прилегает к внутренней стенке (74) магистрального трубопровода (70) или трубопровода (70).
13. Уплотнительный элемент (10) по п.1, отличающийся тем, что при демонтаже запорной головки (76), по меньшей мере, из одной полости (22) через отверстие (94) откачан воздух или она находится под пониженным давлением.
14. Уплотнительный элемент (10) по п.9, отличающийся тем, что выполненные цельными или состоящими из нескольких частей зажимные кольца (80, 82, 84, 86) установлены на торцевых сторонах запорной головки (76) с помощью байонетных замков (98, 90).
15. Уплотнительный элемент (10) по п.1, отличающийся тем, что он подперт на своей внутренней стороне (78) с помощью опорных выступов (108), которые образованы на боковой поверхности (96) запорной головки (76).
16. Уплотнительный элемент (10) по п.10, отличающийся тем, что для области боковой поверхности (16), образованной во второй толщине (20) стенки, предусмотрено тканевое армирование (120).
17. Уплотнительный элемент (10) по п.16, отличающийся тем, что тканевое армирование (120) встроено в боковую поверхность (16) или пролегает на внешней стороне (26) боковой поверхности (16) подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента (10) к стороне, обращенной в сторону от направления давления.
18. Уплотнительный элемент (10) по п.16, отличающийся тем, что тканевое армирование (120) выполнено в виде угловой петли из политетрафторэтилена, в виде завулканизированного слоя термостойкого полиамидного волокна, в виде слоя арамида, в виде угловой петли из полиамида, в виде ленты из рессорной стали, в виде слоя из кевлара или в виде снабженного прорезями углового листа.
19. Уплотнительный элемент (10) по п.9, отличающийся тем, что утолщения (30, 32) в виде ребер проходят на торцевых сторонах (12, 14) в отношении оси (36) симметрии подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента (10) на отличающихся друг от друга диаметрах и обеспечивают монтаж подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента (10) таким образом, что его, по меньшей мере, одна окружающая рабочая уплотнительная кромка (40) постоянно направлена в сторону к уплотняющему давлению ра.
20. Применение подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента (10) по одному из пп.1-19 для уплотнения трубопроводов, транспортирующих среды, таких как, например, магистральных нефтепроводов (70) или магистральных газопроводов (70), для уплотнения отверстия, по которому осуществляется транспорт нефти или газа в области против потока транспортирования нефти или газа, для уплотнения транспортирующих Н2О трубопроводов (70), для регулирования остающегося поперечного сечения потока, для уплотнения трубопроводов (70), транспортирующих напитки и жидкие продукты питания, и вентилей для предотвращения образования микроорганизмов в мертвых зонах и углах в соответствии с определениями Администрации по контролю за продуктами питания и лекарствами (FDA), в строительстве резервуаров или котлостроении для уплотнения трубопроводов (70), для регулирования остающегося поперечного сечения внутри трубопроводов (70) в разливочных установках жидкостей всякого рода, в строительстве резервуаров или котлостроении для улучшенного уплотнения сыпучих материалов, жидких кристаллов при изготовлении жидкокристаллических экранов и тому подобного или для регулирования при расфасовке и дозировании объемного количества сыпучих материалов, в частности для регулирования размера транспортного зазора в зависимости от преобладающего давления, для регулирования зазора при дозировании или остающегося поперечного сечения потока в трубопроводе (70) или для уплотнения имеющего вид камеры расширения (114, 116), или для регулирования в нем остающегося зазора в трубопроводе (70) или магистральном трубопроводе (70).
21. Применение подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента (10) согласно одному или нескольким п.п.1-19 для плотного уплотнения дверей и окон, а также для термически изолирующего уплотнения.
22. Применение подвергаемого воздействию давления уплотнительного элемента (10) согласно п.21 для воздействия на него давления с помощью интегрированного в дверной механизм воздушного насоса при открывании и закрывании, который одновременно действует в качестве амортизационного элемента.
