RU2273781C2

RU2273781C2 - Sealing unit for movable connection

Info

Publication number: RU2273781C2
Application number: RU2004118139/06A
Authority: RU
Inventors: Александр Павлович Андреев (RU); Александр Павлович Андреев; Юрий Степанович Панчеха (RU); Юрий Степанович Панчеха; Борис Владимирович Бурмистров (RU); Борис Владимирович Бурмистров; Григорий Юрьевич Панчеха (RU); Григорий Юрьевич Панчеха
Original assignee: Александр Павлович Андреев; Юрий Степанович Панчеха; Борис Владимирович Бурмистров; Григорий Юрьевич Панчеха
Priority date: 2004-06-15
Filing date: 2004-06-15
Publication date: 2006-04-10
Also published as: RU2004118139A

Abstract

FIELD: valving.

SUBSTANCE: sealing unit comprises ring unit. The first member of the ring unit is mounted in the ring groove in the housing. The second member of the ring unit mates with the surface of the counterpart for permitting contact. The ring unit has two sealing ring bodies. The first ring body is made of a material that exhibits heightened hardness and strength. The second ring body is made of more soft and flexible material, e.g. thermo-expandable graphite. The first body is made of three-dimensional reinforcing frame permeable ring whose surface mates with the counterpart for permitting contact and has collars bent outward from its surface. The pore space of the ring is preliminary filled with a heat-resistant material whose strength, density, hardness, and durability are higher than theses of the first sealing heat-resistant member. The first and second sealing bodies are interconnected.

EFFECT: enhanced durability and prolonged service life.

4 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к арматуре, в частности к узлам уплотнения подвижных соединений.The invention relates to valves, in particular to nodes of the seal of movable joints.

Известен узел уплотнения подвижного соединения в виде седла шарового клапана, выполненного в виде отформованного кольцевого блока из упругодеформируемого уплотнительного материала, одна часть которого установлена в кольцевую канавку корпуса клапана, а другая выполнена с возможностью контакта по поверхности контрдетали - сферического запорного элемента (см. патент США № 5904337А от18.05.99, № з-ки 0352888, 05.03.98, МКИ F 16 K 5/06, ИСМ в.70, №10, 2000).A known seal assembly of a movable joint in the form of a ball valve seat made in the form of a molded annular block of elastically deformable sealing material, one part of which is installed in the annular groove of the valve body, and the other is made with the possibility of contact on the surface of the counter-part is a spherical locking element (see US patent No. 5904337A dated 05/18/99, z-ki 0352888, 03/05/98, MKI F 16 K 5/06, ISM v.70, No. 10, 2000).

Недостатком данной конструкции является то, что при больших давлениях рабочей среды эластомерный материал седла " течет", что приводит к его повреждению и разгерметизации. Применение более твердых и прочных материалов не обеспечивает герметичности узла из-за их малой упругости и эластичности. Низкие грязезащитные свойства. При высоких температурах работают только изделия на основе графита, асбеста, базальта, которые имеют слабые эрозионные свойства и прочность отрыва частиц материала.The disadvantage of this design is that at high pressures of the working medium, the elastomeric material of the seat "flows", which leads to damage and depressurization. The use of harder and stronger materials does not ensure the tightness of the node due to their low elasticity. Low antisplash properties. At high temperatures, only products based on graphite, asbestos, and basalt work, which have weak erosion properties and the tearing strength of material particles.

Известно узел уплотнения подвижного соединения в виде седла шарового клапана, состоящего из двух уплотнительньгх деталей, установленных в выемку на внутренней поверхности корпуса, одна из которых является несущей и осуществляет удаление загрязняющих веществ с поверхности контрдетали - сферического запорного элемента перед соприкосновением его со второй уплотнительной деталью, отформованной из мягкого эластомерного материала (см. патент США № 6047952 А от 11.04.00, № з-ки 115049, 14.07.98, МКИ F 16 K 5/06, ИСМ в.70, №7, 2001).It is known that the sealing assembly of the movable joint in the form of a ball valve seat, consisting of two sealing parts installed in a recess on the inner surface of the housing, one of which is a carrier and removes contaminants from the surface of the counter-detail - a spherical locking element before it contacts the second sealing part, molded from soft elastomeric material (see US patent No. 6047952 A of 04/11/00, No. z-ki 115049, 07/14/98, MKI F 16 K 5/06, ISM c. 70, No. 7, 2001).

Данная конструкция частично устраняет недостатки в вышеописанном аналоге. В данной конструкции использовано два уплотнительных элемента разной жесткости, один из которых работает как грязесъемник и опорный элемент, что снижает доступ загрязнений в зону трения седла со сферической поверхностью запорного элемента.This design partially eliminates the disadvantages of the above analogue. In this design, two sealing elements of different stiffness were used, one of which works as a wiper and a supporting element, which reduces the access of contaminants to the friction zone of the saddle with the spherical surface of the locking element.

Недостатком данной конструкции является то, что при высоких температурах работают только изделия на основе графита, асбеста, базальта, которые имеют слабые эрозионные свойства и прочность отрыва частиц материала.The disadvantage of this design is that at high temperatures only products based on graphite, asbestos, and basalt work, which have weak erosion properties and the tearing strength of material particles.

Задача изобретения - повышение износостойкости и эрозионной стойкости при высоких рабочих температурах, повышение надежности и долговечности работы.The objective of the invention is to increase the wear resistance and erosion resistance at high operating temperatures, increasing the reliability and durability.

Техническим результатом является то, что в узле уплотнения подвижного соединения клапана, включающим кольцевой блок, одна часть которого установлена в кольцевую канавку корпуса, а другая выполнена по форме и с возможностью контакта с поверхностью контрдетали, причем кольцевой блок включает в себя два уплотнительных тела, первое из которых выполнено из изделия с более высокими показателями твердости и прочности, а второе - из более мягкого и эластичного первого уплотнительного термостойкого изделия терморасширенного графита, первое тело выполнено в виде объемного армирующего каркасного и проницаемого кольца по форме поверхности контакта контрдетали с отогнутыми в направлении от ее поверхности буртами и связанного с ней, поровое пространство которого предварительно заполнено монолитно связанного с ним вторым уплотнительным термостойким изделием, более плотным, твердым, износостойким, чем первое уплотнительное термостойкое изделие, а первое и второе уплотнительные тела монолитно связаны друг с другом, кроме этого:The technical result is that in the seal assembly of the movable valve joint, including an annular block, one part of which is installed in the annular groove of the housing, and the other is made in shape and with the possibility of contact with the surface of the counter-detail, and the annular block includes two sealing bodies, the first of which is made of a product with higher hardness and strength, and the second is from a softer and more flexible first sealing heat-resistant product of expanded graphite, the first tel o is made in the form of a volume reinforcing frame and permeable ring in the shape of the contact surface of the counterpart with the collars bent in the direction from its surface and connected with it, the pore space of which is previously filled with a second heat-resistant sealing product that is more solid, more solid, wear-resistant than the first sealing heat-resistant product, and the first and second sealing bodies are seamlessly connected to each other, in addition:

- объемное армирующее каркасное и проницаемое кольцо выполнено из проволоки, например из сетки,- volumetric reinforcing frame and permeable ring made of wire, for example of mesh,

- объемное армирующее каркасное и проницаемое кольцо выполнено с упругодемпфирующими свойствами из "металлорезины",- volumetric reinforcing frame and permeable ring is made with elastic-damping properties of "metal rubber",

- объемное армирующее каркасное и проницаемое кольцо выполнено из волокон, например из войлока,- volumetric reinforcing frame and permeable ring made of fibers, for example from felt,

- объемное армирующее каркасное и проницаемое кольцо выполнено с антифрикционными свойствами,- volumetric reinforcing frame and permeable ring is made with antifriction properties,

- втрое уплотнительное термостойкое изделие выполнено с антифрикционными свойствами.- triple sealing heat-resistant product is made with antifriction properties.

На фиг.1, 2, 3 показаны конструкции выполнения узла уплотнения подвижного соединения клапана.Figure 1, 2, 3 shows the design of the implementation of the seal assembly of the movable valve connection.

Узел уплотнения подвижного соединения клапана (УУПСК) включает кольцевой блок (КБ) 1, одна часть 2 которого установлена в кольцевую канавку 3 корпуса 4, а другая часть 5 выполнена по форме и с возможностью контакта с поверхностью 6 контрдетали 7. КБ 1 включает в себя два кольцевых уплотнительных тела (КУТ) 8, 9, первое из которых КУТ 8 выполнено из изделия с более высокими показателями твердости и прочности, а второе КУТ 9 - из более мягкого и эластичного первого уплотнительного термостойкого изделия (ПУТИ) - терморасширенного графита, базальтового волокна, углеродного волокна, ткани из базальта, графита и т.д. КУТ 8 выполнено в виде объемного армирующего каркасного и проницаемого кольца (ОАКПК) по форме поверхности контакта 6 контрдетали 7 с отогнутыми в направлении от ее поверхности 6 буртами 10,11 и связанного с ней. Поровое пространство КУТ 8 предварительно заполнено монолитно связанного с ним с взаимно проникающими связями вторым уплотнительным термостойким изделием(ВУТИ), более плотным, твердым, чем ПУТИ, например тот же терморасширенный графит, но с антифрикционными добавками, добавкой углеродного, стекловолокна и более плотно спрессованный, при этом он более твердый, прочный, износостойкий. КУТ 8, КУТ 9 монолитно связаны друг с другом (совместное прессование). ОАКПК может быть выполнено из проволоки в виде сетки или с упругодемпфирующими свойствами из "металлорезины (МР)", а также из волокон металлических, неметаллических (керамических) спрессованных, спаянных, склеинных (термоклей до 1000°), сваренных, из перфорированного тонколистового материала (микроотверстия, сделанные лазером, электроэрозионным способом и др.). ОАКПК может быть выполнено с антифрикционными свойствами из бронзы, из волокон керамики, сочетания различных проволок и волокон.The sealing assembly of the movable valve joint (UPCS) includes an annular block (KB) 1, one part 2 of which is installed in the annular groove 3 of the housing 4, and the other part 5 is shaped and with the possibility of contact with the surface 6 of the counter-part 7. KB 1 includes two annular sealing bodies (KUT) 8, 9, the first of which KUT 8 is made of a product with higher hardness and strength, and the second KUT 9 is made of a softer and more flexible first sealing heat-resistant product (WAY) - thermally expanded graphite, basalt Loknya, carbon fiber, basalt fabric, graphite etc. KUT 8 is made in the form of a volumetric reinforcing carcass and permeable ring (OAKPK) in the shape of the contact surface 6 of the counter-part 7 with the collars 10.11 bent in the direction from its surface 6 and connected with it. The pore space of KUT 8 is pre-filled with a second sealing heat-resistant product (VUTI) monolithically connected with it with mutually penetrating bonds, denser, harder than WAYs, for example the same thermally expanded graphite, but with antifriction additives, the addition of carbon, fiberglass and more densely pressed, Moreover, it is more solid, durable, wear-resistant. KUT 8, KUT 9 are seamlessly connected to each other (joint pressing). OAKPK can be made of wire in the form of a mesh or with elastic-damping properties of "metal rubber (MR)", as well as of metal, non-metallic (ceramic) fibers pressed, brazed, glued (hot melt up to 1000 °), welded, from perforated sheet material ( micro-holes made by laser, electroerosive method, etc.). OAKPK can be made with antifriction properties of bronze, ceramic fibers, a combination of various wires and fibers.

Узел уплотнения может быть в виде седел шарового (фиг.1), седел дискового (фиг.3) клапанов, сальникового уплотнения (фиг.2) и др. Уплотняемая поверхность может быть плоской, цилиндрической, сферической, тороедальной, конической (седло обычного запорного клапана). КУТ 8, КУТ 9 могут быть и не круглой, а эллиптической, сложной криволинейной, прямолинейной плоской или пространственной формы. Контрдеталь 7 может вращаться, двигаться поступательно или по сложной траектории. КУТ 8 находится в контакте с уплотняемой поверхностью 6 контрдетали 7, которая может быть непрерывной (УУПСК штока фиг.2) или прерывистая с отверстиями для протока рабочей среды (фиг.1, 3).The seal assembly may be in the form of ball seats (Fig. 1), disk seats (Fig. 3), gland packing (Fig. 2), etc. The sealing surface may be flat, cylindrical, spherical, toroidal, conical (a common locking saddle) valve). KUT 8, KUT 9 may not be round, but elliptical, complex curvilinear, rectilinear flat or spatial in shape. The counter-part 7 can rotate, move forward or along a complex path. KUT 8 is in contact with the sealing surface 6 of the counter-part 7, which can be continuous (UUPSK rod of figure 2) or intermittent with holes for the flow of the working medium (figure 1, 3).

Работа УУПСК. При движении контрдетали 7 ее поверхность 6 с трением перемещается по наружной поверхности КУТ 8. ВУТИ обладает повышенной твердостью, прочностью, износостойкостью за счет высокой степени уплотнения (при прессовании, совместной прокатке с ОАКПК) его и всевозможным упрочняющим добавкам (углеродное волокно и др.). Наличие в КУТ 8 ОАКПК придает ему еще большую твердость, прочность, износостойкость. Вместе получается новое композиционное изделие, которое обладает гибкостью, упругостью, которое присущее проницаемым изделиям из сетки, войлока, "МР" и уплотняющей способностью, присущей термостойкому уплотнительному изделию №2. КУТ 9 выполняет функцию уплотнения в кольцевой канавке 3 и упругого поджима КУТ 8. Для обеспечения функции упругого поджима КУТ 9 ПУТИ менее плотное, прочное, твердое, ВУТИ. Упругие свойства легко регулируется с помощью изменения плотности. Сильно уплотненное ВУТИ обладает малой упругостью, что снижает его уплотнительные способности. Наличие буртов 10, 11 отогнутых в направлении от поверхности 6 контрдетали 7 позволяет прочно прикрепить КУТ 8 и КУТ 9, а также исключить задирание КУТ 8 при монтаже, работе с прерывистыми поверхностями, при открытии, закрытии клапана (переход отверстия). Прочностные, антифрикционные, износостойкие характеристики КУТ 8 можно регулировать в широких пределах добавками, технологией прессования, применением основы КУТ 8 ОАКПК (металлические волокна, проволока разного диаметра, волокон неметаллов). Применение "МР" позволяет выполнить ОАКПК из единого куска проволоки с двумя концами, что придает монолитность конструкции ОАКПК, которое трудно разрушить, а также упругие свойства для поджима к поверхности 6 контрдетали 7, которых нет у сетки. КУ7 8 обладает отличными грязезащитными свойствами, т.к. ОАКПК работает как "ерш". Эрозионная стойкость КУТ 8 тоже выше, чем ПУТИ, т.к. часть эрозионной нагрузки падает на ОАКПК, а ВУТИ сильно уплотненное и с упрочняющими добавками. Работоспособность УУПСК отличает повышенная износостойкость и эрозионная стойкость при высоких температурах, что позволяет использовать его в качестве седел клапанов, уплотнений штоков при поступательном, вращательном и сложных движениях. Следует отметить, что конструкции УУПСК можно использовать и на более низкие температуры, для этого применяют вместо ленты терморасширенного графита ленту из фторопласта Ф4 для КУТ 9 или из фторопласта с добавками кокса (Ф4К20), углеродного волокна (флубон), при этом улучшаются уплотнительные свойства УУПСК.Work UUPSK. When counter-part 7 moves, its surface 6 moves with friction along the outer surface of KUT 8. VUTI has increased hardness, strength, and wear resistance due to its high degree of compaction (during pressing, joint rolling with OAKPK) and all kinds of reinforcing additives (carbon fiber, etc.) . The presence of KUT 8 OAKPK gives it even greater hardness, strength, wear resistance. Together, a new composite product is obtained, which has the flexibility, elasticity, which is inherent in permeable products from mesh, felt, "MR" and the sealing ability inherent in heat-resistant sealing product No. 2. KUT 9 performs the function of compaction in the annular groove 3 and the elastic clamp KUT 8. To provide the function of elastic clamp KUT 9 WAY less dense, strong, solid, VUTI. Elastic properties are easily adjusted by changing the density. A highly compacted VUTI has low elasticity, which reduces its sealing ability. The presence of collars 10, 11 bent in the direction from the surface 6 of the counter-part 7 allows you to firmly attach KUT 8 and KUT 9, as well as to prevent tearing of KUT 8 during installation, work with intermittent surfaces, when opening and closing the valve (opening of the valve). The strength, antifriction, and wear-resistant characteristics of KUT 8 can be controlled over a wide range by additives, pressing technology, and the use of KUT 8 OAKPK bases (metal fibers, wires of different diameters, non-metal fibers). The use of "MR" allows you to perform OAKPK from a single piece of wire with two ends, which makes the OAKPK design solid, which is difficult to destroy, as well as the elastic properties for pressing to counter surface 6 of counter-part 7, which the grid does not have. KU7 8 has excellent antisplash properties since OAKPK works like a ruff. The erosion resistance of KUT 8 is also higher than the WAYS, because part of the erosion load falls on OAKPK, and VUTI is highly compacted and with reinforcing additives. The operation of UUPSC is distinguished by increased wear resistance and erosion resistance at high temperatures, which allows it to be used as valve seats, rod seals in translational, rotational and complex movements. It should be noted that UUPSC designs can also be used at lower temperatures; for this, instead of a thermally expanded graphite tape, a tape made of F4 fluoroplastic for KUT 9 or fluoroplastic with coke additives (F4K20), carbon fiber (flubon) is used, while the sealing properties of UUPSC are improved .

Выполнение УУПСК с проницаемым для ВУТИ ОАКПК обеспечивает их улучшенные эксплуатационные характеристики: неподверженность выдавливанию и вытекания уплотнительного материала, высокие грязезащитные и грязеочищающие способности, возможность применения при высоких давлениях и температурах рабочей среды, высокие антифрикционные свойства, которые обеспечиваются и материалом армирующего элемента, высокие теплоотводящие способности из зоны трения КУТ 8 с поверхностью 6 контрдетали 6. Это повышает надежность и долговечность работы УУПСК.The performance of UUPSC with permeable for VUTI OAKPK provides their improved operational characteristics: non-susceptibility to extrusion and leakage of sealing material, high dirt-protecting and dirt-cleaning abilities, the possibility of use at high pressures and temperatures of the working medium, high antifriction properties, which are provided by the material of the reinforcing element, high heat dissipation abilities from the friction zone KUT 8 with the surface 6 of the counter-part 6. This increases the reliability and durability of the UUPS.

Данная конструкция УУПСК может быть использована в запорной, регулирующей, предохранительной арматуре в различных отраслях промышленности.This UUPSK design can be used in shutoff, control, safety valves in various industries.

Claims

1. The seal assembly of the movable connection of the valve, including an annular block, one part of which is installed in the annular groove of the housing, and the other is made in shape and with the possibility of contact with the surface of the counter-detail, and the annular block includes two sealing annular bodies, the first of which is made of products with higher hardness and strength, and the second - from a softer and more flexible sealing heat-resistant product - thermally expanded graphite, characterized in that the first body is made in e of a volume reinforcing carcass and permeable ring in the shape of the contact surface of the counterpart with the collars bent away from its surface and connected with it, the pore space of which is previously filled with a heat-resistant sealing product with mutually penetrating bonds, which is more durable, dense, solid, wear-resistant than the first sealing heat-resistant product, and the first and second sealing bodies are seamlessly connected to each other.

2. The seal assembly of the movable valve joint according to claim 1, characterized in that the volumetric reinforcing carcass and permeable ring is made of wire, for example, of mesh, or of fibers, for example of felt.

3. The seal assembly of the movable valve joint according to claim 1, characterized in that the volumetric reinforcing carcass and permeable ring is made with elastic-damping properties, for example, of "metal rubber".

4. The seal assembly of the movable valve joint according to claim 1, characterized in that the volumetric reinforcing frame and permeable ring is made of a material with antifriction properties.

5. The sealing assembly of the movable valve joint according to claim 1, characterized in that the second sealing heat-resistant product is made of a material with antifriction properties.