RU2061917C1

RU2061917C1 - Sealing unit for rod

Info

Publication number: RU2061917C1
Authority: RU
Inventors: А.П. Епишов; В.А. Максимов; В.Н. Шеляпин; Л.И. Щуров; А.Г. Шелгунов
Original assignee: Центральное конструкторское бюро машиностроения
Priority date: 1992-06-16
Filing date: 1992-06-16
Publication date: 1996-06-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: V-shaped sealing rings and flexible members interposed between the rings are received in the bore provided in the housing between the support and pressure members. The flexible members are in contact with the jaws of the sealing rings. The rings are strips made of a carbon content material. The strips are corrugated and wound around the ring axis to form a spiral. EFFECT: enhanced reliability. 3 dwg

Description

Изобретение относится к области уплотнительной техники и может быть использовано в арматуростроении. The invention relates to the field of sealing technology and can be used in valve manufacturing.

Известна конструкция узла уплотнения штока запорной задвижки по патенту США N 4516752, кл. F 16 К 31/44, 1954. Уплотнение штока обеспечивается пакетом колец, изготовленных из синтетического материала и зажатых между металлическими кольцами. Нижнее металлическое кольцо контактирует с корпусной деталью задвижки, а верхнее со вторым пакетом уплотнительных колец. На верхнее кольцо пакета уплотнительных колец опирается расточенная на конус шайба. На шайбу устанавливается пакет конических тарельчатых пружин, обеспечивающих постоянный поджим уплотнительных пакетов к уплотняемым поверхностям. К недостаткам этого уплотнительного узла следует отнести значительные габариты, а также большое усилие затяжки, которое следует приложить для деформации конических тарельчатых пружин. The known design of the seal assembly of the stem of the gate valve according to US patent N 4516752, class. F 16 K 31/44, 1954. The stem seal is provided by a package of rings made of synthetic material and sandwiched between metal rings. The lower metal ring is in contact with the body part of the valve, and the upper with the second package of o-rings. A washer wasted on a cone rests on the upper ring of the o-ring package. A set of conical Belleville springs is installed on the washer, providing constant pressing of the sealing bags to the sealing surfaces. The disadvantages of this sealing unit include significant dimensions, as well as a large tightening force, which should be applied to deform the conical cup springs.

Наиболее близким по своей технической сущности к предложенному изобретению является уплотнение плунжера насоса (по заявке Франции N 2623871, кл. F 16 J 7 15/24, 1986). Известный уплотнительный узел состоит из чередующихся V-образного профиля уплотнительных колец, разделенных упругими элементами, взаимодействующими с лопастями уплотнительных колец. Следует отметить, что известный уплотнительный узел предназначен для работы при низком давлении. Кроме того, в этом узле наблюдается возникновение протечек в силу образования зазора между кромками лопастей и уплотняемыми поверхностями, и невозможностью обеспечения длительного прижима лопастей к уплотняемым поверхностям только с помощью одного упругого элемента, а также известный уплотнительный узел не предназначен для работы при повышенных температурах и при условии воздействия радиационного излучения. The closest in technical essence to the proposed invention is the seal of the pump plunger (according to the application of France N 2623871, CL F 16 J 7 15/24, 1986). Known sealing unit consists of alternating V-shaped profile of the sealing rings, separated by elastic elements interacting with the blades of the sealing rings. It should be noted that the known sealing unit is designed to operate at low pressure. In addition, leaks occur in this assembly due to the formation of a gap between the edges of the blades and the surfaces being sealed, and the impossibility of providing a long pressure of the blades to the surfaces to be sealed using only one elastic element, and the known sealing assembly is not designed to operate at elevated temperatures and at exposure to radiation.

Техническим эффектом изобретения является повышение надежности уплотнения при повышенном давлении и увеличение продолжительности его работы. The technical effect of the invention is to increase the reliability of the seal at high pressure and increase the duration of its operation.

Технический эффект изобретения достигается тем, в уплотнительном узле для штока запорно-регулирующей арматуры, содержащем установленные в расточке корпуса между опорным и нажимными элементами, уплотнительные кольца V-образного профиля и размещенные между ними упругие элементы, контактирующие с губками уплотнительных колец, уплотнительные кольца выполнены из полос углеродосодержащего материала гофрообразного профиля, навитых по спирали вокруг оси кольца. Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан разрез запорно-регулирующей арматуры, фиг. 2 вид А фиг. 1, фиг. 3 вид Б фиг. 2. The technical effect of the invention is achieved by the fact that in the sealing assembly for the rod of shut-off and control valves containing the housing bore between the support and pressure elements, the V-shaped sealing rings and the elastic elements placed between them, in contact with the lips of the sealing rings, the sealing rings are made of strips of carbon-containing material with a corrugated profile, wound in a spiral around the axis of the ring. The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a section of shutoff and control valves, FIG. 2 view A of FIG. 1, FIG. 3 view B of FIG. 2.

Конструкция уплотнительного узла запорно-регулирующей арматуры, предназначенной для работы с жидкими и газовыми средами при высоком давлении и высокой температуре, содержит литой или кованый корпус 1, в котором имеется седло 2 клапанам, перекрываем клапанной тарелкой 3, размещенной на штоке 4, соединенным с приводом, осуществляющим возвратно-поступательные перемещения штока 4. Уплотнение штока 4 обеспечивается уплотнительным узлом 5, расположенным в кольцевой камере 6, выполненной в крышке 7 арматуры. Уплотнительный узел 5 размещен между кольцом 8 и нажимным 9, поверхности которых, контактирующие с элементами уплотнительного узла, выполнены в поперечном сечении V-образного профиля. Сжатие уплотнительного узла 5 осуществляется фланцем, воздействующим на опорное кольцо 8. The design of the sealing assembly of shut-off and control valves, designed to work with liquid and gas environments at high pressure and high temperature, contains a cast or forged body 1, in which there is a seat 2 for valves, we cover with a valve plate 3, located on the stem 4, connected to the actuator performing reciprocating movements of the rod 4. The seal of the rod 4 is provided by a sealing unit 5 located in the annular chamber 6, made in the cover 7 of the valve. The sealing unit 5 is placed between the ring 8 and the pressure 9, the surfaces of which are in contact with the elements of the sealing unit, made in cross section of a V-shaped profile. The compression of the sealing unit 5 is carried out by a flange acting on the support ring 8.

Уплотнительный узел 5 состоит из чередующихся V-образного профиля уплотнительных колец 11, разделенных упругими элементами 12, которые выполнены в виде колец V-образного профиля. Угол при вершине V-образного профиля упругого элемента 12 больше аналогичного угла уплотнительного кольца 11. Лопасти 13 упругого элемента 12 взаимодействуют с губками 14 уплотнительного кольца 11, при этом длина первых лопастей 13 несколько меньше длины вторых лопастей, что исключает при деформации всего уплотнительного узла 5 контакт упругих элементов 12 с уплотняемыми поверхностями и не приводит к повреждению уплотняемых поверхностей. The sealing unit 5 consists of alternating V-shaped profile of the sealing rings 11, separated by elastic elements 12, which are made in the form of rings of a V-shaped profile. The angle at the apex of the V-shaped profile of the elastic element 12 is greater than the similar angle of the sealing ring 11. The blades 13 of the elastic element 12 interact with the lips 14 of the sealing ring 11, while the length of the first blades 13 is slightly less than the length of the second blades, which eliminates the deformation of the entire sealing assembly 5 the contact of the elastic elements 12 with the sealing surfaces and does not damage the sealing surfaces.

Уплотнительные кольца 11 выполнены из полос слоистого материала, навитых по спирали с осью, совпадающих с осью уплотняемых поверхностей, при этом образующие спирали 15 выполнены гофрообразными. Для работы со средами с температурой до 240^o целесообразно в качестве материала уплотнительных колец использовать углеродный волокнистый материал, пропитанный суспензией фторопласта. В силу этого удается значительно снизить силы трения, возникающие при перемещении штока 4 относительно уплотнительных колец 11, т.е. уменьшить их износ, с одновременным обеспечением требуемого удельного бокового давления и непроницаемости в месте контакта штока с уплотнительными кольцами. При работе со средами с температурой выше 240^oС и в условиях жесткого радиационного излучения целесообразно использовать в качестве материала уплотнительных колец расширенный графит.The sealing rings 11 are made of strips of layered material, helically wound with an axis coinciding with the axis of the sealing surfaces, while the forming spirals 15 are made corrugated. To work with environments with temperatures up to 240 ^o it is advisable to use carbon fiber material impregnated with a suspension of fluoropolymer as the material of the sealing rings. Due to this, it is possible to significantly reduce the friction forces arising from the movement of the rod 4 relative to the sealing rings 11, i.e. reduce their wear, while ensuring the required specific lateral pressure and impermeability at the point of contact of the stem with the o-rings. When working with media with temperatures above 240 ^o C and in conditions of hard radiation, it is advisable to use expanded graphite as the material of the sealing rings.

При сжатии уплотнительного узла 5 в кольцевой камере 6 до заданного значения осевого усилия происходит упругая деформация упругих элементов 12 и уплотнительных колец 11 в осевом и радиальном направлениях. Поскольку угол при вершине V-образного про филя упругого элемента 12 больше аналогичного угла уплотнительного кольца 11, то при осевой деформации наблюдается упругое смещение губок 14 уплотнительного кольца 11 к уплотняемым поверхностям штока 4 и кольцевой камеры 6. При сближении губок 14 с уплотняемыми поверхностями происходит упругое взаимодействие уплотнителя с микро- и макронеровностями уплотняемых поверхностей. Материал уплотнителя внедряется во впадины неровностей неподвижной уплотняемой поверхности кольцевой камеры 6, чем и обеспечивается герметичность соединения в месте контакта уплотнительных колец с корпусом арматуры. При взаимодействии губок 14 уплотнительного кольца 11 с поверхностью перемещающегося штока 4 в области контакта происходит процесс трения, который характеризуется в основном наличием полусухого и сухого трения, обусловленного сопротивлением скольжения, возникающим в результате межмолекулярных и межатомных взаимодействий, а также деформирования поверхностного слоя уплотнителя внедрившимися микронеровностями штока. Таким образом при движении штока в области контактов возникают упругие деформации уплотнения. When compressing the sealing unit 5 in the annular chamber 6 to a predetermined value of the axial force, elastic deformation of the elastic elements 12 and the sealing rings 11 in the axial and radial directions occurs. Since the angle at the apex of the V-shaped profile of the elastic element 12 is larger than the similar angle of the sealing ring 11, then with axial deformation an elastic displacement of the jaws 14 of the sealing ring 11 to the sealing surfaces of the rod 4 and the annular chamber 6 is observed. When the jaws 14 approach the sealing surfaces, the elastic interaction of the sealant with micro- and macro-irregularities of the sealing surfaces. The sealant material is introduced into the troughs of the irregularities of the stationary sealing surface of the annular chamber 6, which ensures the tightness of the connection at the point of contact of the sealing rings with the valve body. During the interaction of the jaws 14 of the sealing ring 11 with the surface of the moving rod 4 in the contact area, a friction process occurs, which is characterized mainly by the presence of semi-dry and dry friction due to sliding resistance resulting from intermolecular and interatomic interactions, as well as deformation of the surface layer of the sealant by the introduced microroughnesses of the rod . Thus, when the rod moves in the contact area, elastic deformations of the seal arise.

Известно, что при длительных силовых воздействиях, а также при циклическом характере этих воздействий (характерных для запорно-регулирующей арматуры), наблюдается переход деформации из упругой области в пластическую область. Результатом этого перехода является увеличение высоты условного зазора в месте контакта уплотнителя со штоком, появление прогрессирующих утечек и необходимость дополнительного поджатия уплотнительного узла. It is known that with prolonged force impacts, as well as with the cyclical nature of these effects (characteristic of shut-off and control valves), a transition of deformation from the elastic region to the plastic region is observed. The result of this transition is an increase in the height of the conditional gap at the point of contact of the sealant with the rod, the appearance of progressive leaks and the need for additional compression of the sealing assembly.

Конструкция заявляемого уплотнительного узла в силу его отличительных особенностей, обладает большим запасом внутренних сил упругости, и, как следствие, пониженной сопротивляемостью к формоизменению поверхностного слоя уплотнителя, т.е. повышенной способностью отслеживать изменение рельефа поверхности штока. В силу этого заявляемый уплотнительный узел может длительное время упруго контактировать с уплотняемой поверхностью штока, а уплотнитель следовать за неровностями поверхности штоков, при этом процесс напоминает бегущую волну. В результате этого сохраняется длительное время требуемое боковое контактное давление уплотнителя на уплотняемую подвижную поверхность без износа уплотнительных колец. The design of the inventive sealing assembly, by virtue of its distinctive features, has a large margin of internal elastic forces, and, as a result, reduced resistance to forming of the surface layer of the sealant, i.e. increased ability to track the change in the relief of the surface of the rod. Because of this, the inventive sealing assembly can elastically contact the sealing surface of the rod for a long time, and the seal follows the surface irregularities of the rods, while the process resembles a traveling wave. As a result of this, the required lateral contact pressure of the sealant on the sealing movable surface is maintained for a long time without wear of the sealing rings.

Пропитка уплотнителя суспензией фторопласта повышает антифрикционные свойства (происходит снижение потерь на трение) уплотнительных колец и уменьшается его пористость, что повышает сопротивляемость процессу фильтрации. Impregnation of the sealant with a fluoroplastic suspension increases the antifriction properties (there is a reduction in friction losses) of the seal rings and its porosity decreases, which increases the resistance to the filtration process.

Наличие в уплотнительном узле упругих элементов помимо повышения прочности уплотнительного узла, повышает гидравлическое сопротивление уплотнения. ЫЫЫ2 The presence of elastic elements in the sealing assembly, in addition to increasing the strength of the sealing assembly, increases the hydraulic resistance of the seal. YYY2

Claims

A sealing assembly for a rod of shut-off and control valves, comprising V-shaped O-rings installed in the housing bore between the support and pressure elements and elastic elements placed between them in contact with the lips of the O-rings, characterized in that the O-rings are made of strips of carbon-containing corrugated material profile, spiral wound around the axis of the ring.