RU2561813C1 - Sealing of main socket of pump unit of power nuclear stations - Google Patents
Sealing of main socket of pump unit of power nuclear stations Download PDFInfo
- Publication number
- RU2561813C1 RU2561813C1 RU2014127633/06A RU2014127633A RU2561813C1 RU 2561813 C1 RU2561813 C1 RU 2561813C1 RU 2014127633/06 A RU2014127633/06 A RU 2014127633/06A RU 2014127633 A RU2014127633 A RU 2014127633A RU 2561813 C1 RU2561813 C1 RU 2561813C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- seal
- graphite
- layers
- sealing
- metal
- Prior art date
Links
Landscapes
- Gasket Seals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к конструкции уплотнений фланцевых соединений большого диаметра и может быть применено в энергетических установках, например в ядерных, а также в аппаратах химических производств, работающих при высоких температурах и давлениях.The invention relates to the construction of seals of large-diameter flange joints and can be used in power plants, for example in nuclear, as well as in chemical production apparatus operating at high temperatures and pressures.
Уплотнение главного разъема насосного агрегата энергетических ядерных установок работает при температурах 270-300°C под давлением порядка 150 кг/см2. Необходимость выдерживать высокое рабочее давление и обеспечивать герметичность разъема требуют сжимающего усилия на фланцах разъема порядка 6000 кг/см2.The seal of the main connector of the pumping unit of nuclear power plants operates at temperatures of 270-300 ° C under a pressure of about 150 kg / cm 2 . The need to withstand high working pressure and ensure the tightness of the connector require compressive forces on the flanges of the connector of the order of 6000 kg / cm 2 .
Конструкция главного разъема включает фланец, находящийся на корпусе насосного агрегата, который частично охватывает фланец выемной части (крышки). Между этими двумя фланцами размещены основное и вторичное уплотнения. Диаметры охватывающей и охватываемой поверхностей фланцев, по крайней мере, дважды ступенчато меняются, образуя кольцевые уступы на разной глубине охвата, а уплотнения расположены на разной высоте и зафиксированы в осевом направлении между плоскими поверхностями соответствующих уступов. Изначально основное уплотнение выполнялось из нержавеющей стали и обеспечивало необходимую плотность разъема при устойчивых рабочих температурах и при высоком качестве поверхности фланцев. Однако поскольку деформация уплотнения из нержавеющей стали не является упругой, его надежность резко снижалась при переменных тепловых режимах работы. Кроме того, вследствие наличия высоких контактных напряжений с течением времени происходил износ привалочных поверхностей фланцев, появлялись дефекты, которые не могли быть заполнены материалом уплотнения, что приводило к разгерметизации разъема.The design of the main connector includes a flange located on the housing of the pump unit, which partially covers the flange of the withdrawal part (cover). Between these two flanges are the primary and secondary seals. The diameters of the female and male surfaces of the flanges change at least twice in steps, forming annular ledges at different depths of coverage, and the seals are located at different heights and are fixed in the axial direction between the flat surfaces of the corresponding ledges. Initially, the main seal was made of stainless steel and provided the necessary connector density at stable operating temperatures and with high surface quality of the flanges. However, since the deformation of the stainless steel seal is not elastic, its reliability sharply decreased under variable thermal operating conditions. In addition, due to the presence of high contact stresses over time, the wear surfaces of the flanges occurred, defects appeared that could not be filled with the seal material, which led to depressurization of the connector.
Вторичное уплотнение, изготовленное из резины, выполняло вспомогательную функцию и не было рассчитано на сколь-нибудь продолжительную работу в случае, если основное уплотнение перестает обеспечивать необходимую плотность соединения.The secondary seal made of rubber performed an auxiliary function and was not designed for any lengthy operation if the main seal ceases to provide the required joint density.
Для увеличения надежности указанного разъемного соединения была предложена конструкция основного уплотнения, выполненного из расширенного графита, завальцованного в металлическую оболочку [патент №2191939 РФ, МПК F16J 15/02, опубл. 27.10.2002].To increase the reliability of this detachable connection, a design of the main seal made of expanded graphite rolled in a metal shell was proposed [RF patent No. 2191939, IPC F16J 15/02, publ. 10.27.2002].
Уплотнение изготовлено из графитового материала, преимущественно путем спиральной намотки ленты из графитовой фольги. Графитовый материал завальцовывают в оболочку из нержавеющей стали толщиной около 0,5 мм. Для снижения нагрузки на уплотнение вместе с ним в разъем дополнительно устанавливают металлическое дистанционное кольцо, изготовленное из обычной мягкой стали.The seal is made of graphite material, mainly by spiral winding of a graphite foil tape. The graphite material is rolled into a stainless steel shell with a thickness of about 0.5 mm. To reduce the load on the seal, a metal spacer ring made of ordinary mild steel is additionally installed in the connector with it.
Оболочка делает уплотнение более прочным и не препятствует упругой деформации графитового материала, обеспечивающей плотность разъема.The shell makes the seal more durable and does not prevent the elastic deformation of the graphite material, which ensures the density of the connector.
Недостатком данного решения является недостаточная упругость уплотнения, ограничивающая его эффективность при перепадах температуры, а также необходимость высокой чистоты обработки привалочных поверхностей фланцев, контактирующих с уплотнением, вследствие невозможности заполнения материалом оболочки глубоких дефектов поверхности фланца, что в свою очередь определяет повышенный прокладочный коэффициент m=3,75-5.The disadvantage of this solution is the insufficient elasticity of the seal, which limits its effectiveness at temperature differences, as well as the need for high purity of machining of the mating surfaces of the flanges in contact with the seal, due to the inability to fill the shell material with deep flange surface defects, which in turn determines an increased gasket coefficient m = 3 75-5.
Наиболее близким аналогом к заявляемому - прототипом - является уплотнение, описанное в патенте №2191940 РФ, МПК F16J 15/02, опубл. 27.10.2002.The closest analogue to the claimed prototype is the seal described in patent No. 2191940 of the Russian Federation, IPC F16J 15/02, publ. 10/27/2002.
Конструктивно уплотнение выполнено из трех неразъемно соединенных кольцевых слоев, вложенных друг в друга, причем средний слой в виде кольца выполнен из расширенного графита, а наружный и внутренний слои представляют собой концентрические металлические кольца-обечайки, ограничивающие графитовое кольцо по наружному и внутреннему диаметрам. Графитовый слой уплотнения преимущественно выполнен путем спиральной намотки ленты из графитовой фольги, причем боковые кромки намотанной ленты выходят на торцевые уплотняемые поверхности конструкции. Таким способом предлагается изготавливать основное и вторичное уплотнения. Описанная конструкция позволяет снизить требования к шероховатости уплотняемых поверхностей и увеличить упругость уплотнения за счет прямого контакта упругого графита и уплотнительных поверхностей (прокладочный коэффициент такого уплотнения m=2) и отсутствия конструктивных элементов, препятствующих упругому расширению уплотнения по оси сжатия-раскрытия фланцев, что существенно увеличивает общую надежность соединения.Structurally, the seal is made of three permanently connected annular layers embedded in each other, the middle layer in the form of a ring made of expanded graphite, and the outer and inner layers are concentric metal shell rings that bound the graphite ring to the outer and inner diameters. The graphite seal layer is advantageously made by spiral winding of a graphite foil tape, the side edges of the tape being wound facing the sealing faces of the structure. In this way, it is proposed to produce primary and secondary seals. The described design allows to reduce the requirements for the roughness of the sealed surfaces and increase the elasticity of the seal due to direct contact of the elastic graphite and the sealing surfaces (gasket coefficient of such a seal m = 2) and the absence of structural elements that prevent the elastic expansion of the seal along the compression-opening axis of the flanges, which significantly increases overall connection reliability.
Существенным недостатком данной конструкции является низкая прочность на сжатие графитового слоя, не превышающая 9-12 МПа, и вследствие этого склонность уплотнения при сжатии увеличиваться по ширине поля за счет увеличения наружного и уменьшения внутреннего диаметров. Таким образом, надежно уплотнение может работать только при условии его плотной посадки в кольцевом канале, когда при сжатии уплотнение имеет возможность опереться на стенки кольцевого канала. Однако поскольку канал для размещения основного уплотнения образован кольцевыми уступами, находящимися на корпусе насосного агрегата и выемной части, при разборке соединения уплотнение, запрессованное между взаимно перемещающимися стенками, разрушается, и графит попадает в полость насоса, что категорически недопустимо. Возможным решением этой проблемы является увеличение жесткости внутреннего металлического кольца за счет увеличения его толщины, но ограничение ширины кольцевого канала не позволяет этого сделать.A significant drawback of this design is the low compressive strength of the graphite layer, not exceeding 9-12 MPa, and as a result, the tendency of compaction to increase in compression along the field width due to an increase in the outer and a decrease in the inner diameters. Thus, the seal can reliably work only if it fits snugly in the annular channel, when the compression has the ability to lean against the walls of the annular channel. However, since the channel for accommodating the main seal is formed by annular ledges located on the housing of the pump unit and the drawout, when the connection is disassembled, the seal pressed between the mutually moving walls is destroyed, and graphite enters the pump cavity, which is strictly unacceptable. A possible solution to this problem is to increase the stiffness of the inner metal ring by increasing its thickness, but limiting the width of the annular channel does not allow this.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является разработка конструкции уплотнения, имеющего достаточную упругость, повышенную прочность на сжатие, работоспособность без опоры на внутреннюю стенку кольцевого канала при отсутствии высокого качества уплотнительных поверхностей.The problem to which the present invention is directed, is to develop a seal design having sufficient elasticity, increased compressive strength, operability without reliance on the inner wall of the annular channel in the absence of high quality sealing surfaces.
Технический результат достигнут за счет применения конструкции уплотнения типа «сэндвич», состоящей из чередующихся, расположенных параллельно уплотняемым поверхностям, слоев гибкого листового графита и листового металла. Каждый слой выполнен в виде плоского кольца, слои соединены между собой любым известным способом. Каждые несколько слоев, из которых хотя бы один - металлический, по внутреннему и/или наружному диаметрам окантованы защитными кольцами U или П-образной формы из тонколистового металла для исключения контакта графита с уплотняемой средой. Таким образом, по высоте уплотнение может иметь от одного до нескольких защитных колец по внутреннему и наружному диаметрам.The technical result is achieved through the use of a sandwich-type seal construction consisting of alternating layers of flexible sheet graphite and sheet metal alternating parallel to the surfaces being sealed. Each layer is made in the form of a flat ring, the layers are interconnected by any known method. Every few layers, of which at least one is metallic, are surrounded by inner and / or outer diameters with U or U-shaped protective rings made of sheet metal to prevent graphite from contacting the medium being sealed. Thus, in height, the seal can have from one to several protective rings along the inner and outer diameters.
Для наиболее плотного прилегания уплотнения к поверхности фланцев и заполнения всех неровностей, что в свою очередь приводит к снижению прокладочного коэффициента, внешние слои уплотнения всегда выполняются из гибкого графита. Прокладочный коэффициент прокладки данной конструкции m=2.For the most tight fit of the seal to the surface of the flanges and to fill all the bumps, which in turn leads to a decrease in the cushioning coefficient, the outer layers of the seal are always made of flexible graphite. The laying coefficient of laying of this design is m = 2.
Расположение графитовых слоев параллельно плоскости фланцев позволяет существенно увеличить прочность уплотнения на сжатие. Требуемая высота уплотнения, которая в свою очередь определяется необходимой величиной упругого восстановления уплотнения, обеспечивается за счет применения множества слоев графита толщиной 0,3-3 мм, перемежаемых слоями металла толщиной 0,05-2 мм. Тем самым нивелируется эффект снижения прочности листового графита в зависимости от увеличения его толщины. В зависимости от количества слоев графита, их толщины и плотности прочность на сжатие уплотнения может варьироваться в пределах 120-250 МПа, а восстанавливаемость в пределах 10-15%.The location of the graphite layers parallel to the plane of the flanges can significantly increase the compressive strength of the seal. The required seal height, which in turn is determined by the required amount of elastic restoration of the seal, is ensured through the use of multiple layers of graphite with a thickness of 0.3-3 mm, alternated with metal layers with a thickness of 0.05-2 mm. Thus, the effect of reducing the strength of sheet graphite, depending on the increase in its thickness, is leveled. Depending on the number of graphite layers, their thickness and density, the compressive strength of the seal can vary between 120-250 MPa, and the recoverability in the range of 10-15%.
Отсутствие эффекта расползания листового графита при нагрузках, меньших допустимых, исключает изменение диаметральных размеров уплотнения и его «распирание» в канале между стенками кольцевых уступов, находящихся на корпусе насосного агрегата и выемной части, что исключает разрушение уплотнения при разборке соединения.The absence of the effect of creep of sheet graphite under loads less than permissible excludes a change in the diametrical dimensions of the seal and its “bursting” in the channel between the walls of the annular ledges located on the housing of the pump unit and the extraction part, which eliminates the destruction of the seal during disassembly of the connection.
Для предотвращения налипания наружных слоев графита на металл фланцев, предпочтительно использовать гибкий графит с прочностью на сжатие не менее 120 МПа и толщиной не более 3 мм, поскольку известно, что процесс налипания графита происходит только при его раздавливании и сопровождающего этот процесс перемещения графита вдоль поверхности металла.To prevent the sticking of the outer layers of graphite to the metal flanges, it is preferable to use flexible graphite with a compressive strength of at least 120 MPa and a thickness of not more than 3 mm, since it is known that the sticking of graphite occurs only when it is crushed and the graphite moves along the metal surface .
Сущность изобретения поясняется чертежом.The invention is illustrated in the drawing.
Уплотнение для главного разъема насосного агрегата энергетических ядерных установок выполнено в виде «сэндвича», состоящего из чередующихся, расположенных параллельно уплотняемым поверхностям металлических 1 и графитовых 2 слоев, соединенных между собой любым известным способом, например склейкой, накаткой, напрессовыванием и т.д. Металлические 1 и графитовые 2 слои выполнены в виде плоских колец с внутренним диаметром D2 и наружным диаметром D3.The seal for the main connector of the pumping unit of nuclear power plants is made in the form of a “sandwich” consisting of alternating layers of metal 1 and graphite 2 layers arranged in parallel to each other and sealed by any known method, such as gluing, knurling, pressing, etc. Metal 1 and graphite 2 layers are made in the form of flat rings with an inner diameter D 2 and an outer diameter D 3 .
Каждые несколько слоев, из которых хотя бы один - металлический, по внутреннему D2 и наружному D3 диаметрам окантованы защитными кольцами 3 П-образной формы из тонколистового металла, например, нержавеющей стали, для исключения контакта графита с уплотняемой средой. Возможен вариант выполнения защитных колец 3 U-образной формы.Every few layers, of which at least one is metal, are surrounded by diameters of the U-shaped sheet metal, for example, stainless steel, along the inner D2 and outer D3 diameters to prevent graphite from contacting the medium being sealed. A possible embodiment of the protective rings 3 U-shaped.
Общая высота уплотнения и плотность его графитовой составляющей подобраны таким образом, что по мере затягивания шпилек и смыкании данного соединения металл по металлу графит в кольцевом канале, упруго сжимаясь, достигает требуемой плотности и обеспечивает надежную герметичность соединения. Повышение напряжения во фланцевом соединении при дальнейшей затяжке шпилек необходимо уже не для уплотнения, а для компенсации рабочих давлений в агрегате и воспринимается конструктивными элементами фланцев.The total height of the seal and the density of its graphite component are selected in such a way that, as the studs are tightened and this compound is closed, the metal on the graphite metal in the annular channel, elastically compressing, reaches the required density and ensures reliable tightness of the connection. The increase in voltage in the flange connection with the further tightening of the studs is no longer necessary for sealing, but to compensate for working pressures in the unit and is perceived by the structural elements of the flanges.
Предлагаемая конструкция обеспечивает уплотнению прочность на сжатие не менее 120 МПа без опоры на стенки канала, восстанавливаемость не менее 10%, способность компенсировать дефекты поверхности фланцев до 0,5 мм, что, в свою очередь, позволяет обеспечить герметичность главного разъема насосного агрегата энергетических ядерных установок при давлении до 25 МПа и температурах 270-300°C. При колебаниях температуры или других негативных факторах, приводящих к ослаблению нагрузки на шпильках, уплотнение за счет упругой деформации увеличивается по высоте и компенсирует раскрытие фланцев, сохраняя герметичность соединения.The proposed design provides compaction compressive strength of at least 120 MPa without support on the channel walls, the recoverability of at least 10%, the ability to compensate for flange surface defects of up to 0.5 mm, which, in turn, ensures the tightness of the main connector of the pumping unit of nuclear power plants at pressures up to 25 MPa and temperatures 270-300 ° C. With temperature fluctuations or other negative factors leading to a weakening of the load on the studs, the seal due to elastic deformation increases in height and compensates for the opening of the flanges, while maintaining the tightness of the connection.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014127633/06A RU2561813C1 (en) | 2014-07-07 | 2014-07-07 | Sealing of main socket of pump unit of power nuclear stations |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014127633/06A RU2561813C1 (en) | 2014-07-07 | 2014-07-07 | Sealing of main socket of pump unit of power nuclear stations |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2561813C1 true RU2561813C1 (en) | 2015-09-10 |
Family
ID=54073399
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014127633/06A RU2561813C1 (en) | 2014-07-07 | 2014-07-07 | Sealing of main socket of pump unit of power nuclear stations |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2561813C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2784591C1 (en) * | 2022-07-05 | 2022-11-28 | Акционерное общество Научно-производственное объединение "УНИХИМТЕК" (АО НПО "УНИХИМТЕК") | Sealing gasket |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3704021A (en) * | 1969-10-17 | 1972-11-28 | France Etat | Seal assembly |
| DE2919958A1 (en) * | 1979-05-17 | 1980-11-20 | Rainer Ing Grad Rimanek | Flange seal made of soft material - has flat portion distorting for limited amount and supporting profiled elastic ring |
| DE3006656A1 (en) * | 1980-02-22 | 1981-09-17 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart | Seal acting simultaneously as pressure monitoring sensor - consists of multilayer annular or coaxial electrodes and of dielectric |
| SU1569462A1 (en) * | 1987-12-11 | 1990-06-07 | Предприятие П/Я В-8339 | Fixed joint packing |
| RU2191940C1 (en) * | 2001-09-17 | 2002-10-27 | Закрытое акционерное общество "УНИХИМТЕК" | Flanged connector |
| RU2191939C1 (en) * | 2001-09-17 | 2002-10-27 | Закрытое акционерное общество "УНИХИМТЕК" | Flanged connector |
-
2014
- 2014-07-07 RU RU2014127633/06A patent/RU2561813C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3704021A (en) * | 1969-10-17 | 1972-11-28 | France Etat | Seal assembly |
| DE2919958A1 (en) * | 1979-05-17 | 1980-11-20 | Rainer Ing Grad Rimanek | Flange seal made of soft material - has flat portion distorting for limited amount and supporting profiled elastic ring |
| DE3006656A1 (en) * | 1980-02-22 | 1981-09-17 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart | Seal acting simultaneously as pressure monitoring sensor - consists of multilayer annular or coaxial electrodes and of dielectric |
| SU1569462A1 (en) * | 1987-12-11 | 1990-06-07 | Предприятие П/Я В-8339 | Fixed joint packing |
| RU2191940C1 (en) * | 2001-09-17 | 2002-10-27 | Закрытое акционерное общество "УНИХИМТЕК" | Flanged connector |
| RU2191939C1 (en) * | 2001-09-17 | 2002-10-27 | Закрытое акционерное общество "УНИХИМТЕК" | Flanged connector |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2784591C1 (en) * | 2022-07-05 | 2022-11-28 | Акционерное общество Научно-производственное объединение "УНИХИМТЕК" (АО НПО "УНИХИМТЕК") | Sealing gasket |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ES2444426T3 (en) | Insulation joint, manufacturing system and procedure | |
| US5316320A (en) | Isolation gasket for critical service flow line applications | |
| RU2482362C2 (en) | Flat serrate sealing gasket with two-sided straps for sealing of detachable flange connections | |
| US8794638B2 (en) | Sealing array for high temperature applications | |
| US10184563B2 (en) | Single seal ring stuffing box | |
| EP1327801B1 (en) | A composite tubular woven seal for an inner compressor discharge case | |
| TWI441993B (en) | High pressure sealing apparatus | |
| US20140125012A1 (en) | Compressable sealing ring assembly | |
| FI3676524T3 (en) | A safety device for passage of pipes on boats | |
| US10907736B2 (en) | Split seal ring | |
| RU2561813C1 (en) | Sealing of main socket of pump unit of power nuclear stations | |
| CN209340496U (en) | Self-sealing gasket | |
| US8210542B1 (en) | Plunger seal ring | |
| RU143449U1 (en) | COMPRESSOR HIGH PRESSURE SEALING DEVICE | |
| RU2489633C1 (en) | Seal of detachable connection | |
| RU161427U1 (en) | MOBILE SEAL OF MOBILE CONNECTIVE CONNECTION | |
| RU2362077C1 (en) | Self-packing stuffing box | |
| RU2529050C1 (en) | Sealing device of low compressor stages | |
| RU161660U1 (en) | FLANGE CONNECTOR | |
| RU2191940C1 (en) | Flanged connector | |
| RU67212U1 (en) | CYLINDER SEAL FOR MOBILE CONNECTIONS | |
| RU2554128C1 (en) | Flange metal gasket | |
| RU2623587C1 (en) | Sealing gasket and method for its manufacturing | |
| CN210661328U (en) | High-pressure Y-shaped combined sealing device with compression resistant ring | |
| RU2128866C1 (en) | Annular seal |