Патент на изобретение №2279009

(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ УПЛОТНЕНИЯ МЕЖДУ ПОДВИЖНЫМИ ОТНОСИТЕЛЬНО ДРУГ ДРУГА ЭЛЕМЕНТАМИ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО В ФОРМЕ ТРУБ

(57) Реферат:

Изобретение относится к машиностроению и используется при изготовлении уплотнений между подвижными элементами различных устройств. Изготавливают резинокордную оболочку путем формования с последующей вулканизацией. Борта резинокордной оболочки устанавливают между опорным и установочным кольцевыми элементами и нагружают с усилием, соответствующим нагрузке, действующей на борт в рабочем положении резинокордной оболочки. Резинокордную оболочку в сборе с опорными и установочными кольцевыми элементами в нагруженном состоянии выдерживают в течение времени, соответствующего достижению постоянной скорости релаксации резины, снимают нагрузку с бортов резинокордной оболочки и выдерживают ее в течение времени, соответствующего достижению условно равновесного состояния. Борта резинокордной оболочки повторно нагружают усилием, соответствующим нагрузке, действующей на борт в рабочем положении резинокордной оболочки, с обеспечением фиксации взаимного положения опорного и установочного кольцевых элементов каждого борта и сваривают смежные кольцевые элементы кольцевым швом. При производстве сварки одновременно осуществляют отвод тепла от зоны сварного шва для исключения деструкции полимера. Борта резинокордной оболочки через упомянутые опорные кольцевые элементы и герметизирующее уплотнение закрепляют соответственно на фланцах упомянутых подвижных элементов. Изобретение повышает эксплуатационные характеристики уплотнений. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к технологии изготовления уплотнений между подвижными относительно друг друга элементами посредством уплотнения без подвижных относительно друг друга поверхностей, в частности к технологии изготовления уплотнений (узлов уплотнения), включающих резинокордные оболочки, работающие в условиях постоянно действующих нагрузок в качестве упругих элементов пневматических подвесок, различных напорных патрубков, высокоэластичных муфт и других аналогичных устройств. Изобретение может быть использовано в машиностроении при изготовлении узлов уплотнения крупногабаритных взаимоподвижных элементов, преимущественно в форме труб, устанавливаемых в устройствах, доступ к которым в процессе эксплуатации затруднен или невозможен, в частности в газо- и нефтепроводах.

Известны способы изготовления уплотнений, включающих диафрагменные резинокордные оболочки (Научно-исследовательский конструкторско-технологический институт шинной промышленности. Пневматические упругие элементы с резинокордными оболочками. Расчет, конструирование, изготовление и эксплуатация. Сб. научн. трудов. Под редакцией М.Л.Пиновского, Г.А.Колоколова. – М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1977, С.103-113). Технологическому процессу, составляющему способ изготовления подобного уплотнения между подвижными относительно друг друга элементами, всегда присущи операции изготовления резинокордной оболочки путем формования с последующей вулканизацией и закрепления бортов резинокордной оболочки на упомянутых элементах. При этом, как правило, сырую резинокордную оболочку достаточно долго выдерживают в формующем устройстве для придания ей формы, максимально приближенной к вулканизованному состоянию.

Однако с течением времени вязкоупругие характеристики резинокордных оболочек, изготовленных указанным способом, изменяются (жесткость, релаксация напряжений, накопление остаточной деформации), что не позволяет использовать их в течение длительного времени без замены в ответственных узлах и механизмах, где резинокордные оболочки работают в условиях постоянно действующих нагрузок.

Известен способ изготовления уплотнения между подвижными относительно друг друга элементами, который реализован в устройстве по патенту US №6439550 ВА (F 16 F 9/04, 2002). Способ включает изготовление диафрагменной резинокордной оболочки путем формования с последующей вулканизацией и закрепление бортов резинокордной оболочки на упомянутых элементах. Борт резинокордной оболочки закрепляют с помощью клея. При этом на борт резинокордной оболочки и элемент, к которому борт приклеивают, наносят покрытия, которые увеличивают сцепление с клеем, размещенным между ответными поверхностями борта резинокордной оболочки и сопряженного с ним элемента.

Известен способ изготовления уплотнения между подвижными относительно друг друга элементами, который реализован в устройстве по патенту DE №19907656 А1 (F 16 F 9/02, 2000). Способ включает изготовление диафрагменной резинокордной оболочки путем формования с последующей вулканизацией и закрепление концевых участков резинокордной оболочки на круговых поверхностях упомянутых элементов. Концевой участок резинокордной оболочки закрепляют с помощью стяжного кольца, которое фиксирует завернутый радиально внутрь или наружу концевой участок оболочки на круговой поверхности сопряженного с ним элемента.

Известен способ изготовления уплотнения между подвижными относительно друг друга элементами, который реализуется при изготовлении упругодемпферного элемента по патенту RU №2184889 (F 16 F 9/04, 2002). Способ включает изготовление резинокордной оболочки путем формования с последующей вулканизацией и закрепление концевых участков резинокордной оболочки на упомянутых элементах. Концевые участки резинокордной оболочки закрепляют путем зажима с внутренней и внешней сторон. В рабочем положении концевые участки удерживаются благодаря трению.

Последние три технические решения, по существу, касаются изготовления узлов уплотнения упругих пневматических элементов, содержащих резинокордную оболочку. В принципе подобные узлы уплотнения могут быть применены и для уплотнения между подвижными относительно друг друга элементами в форме труб. Однако указанные известные решения касаются узлов уплотнения, имеющих относительно небольшие габариты, т.е. известные технические решения имеют ограниченную область использования.

Также известен способ изготовления уплотнения (узла уплотнения) между подвижными относительно друг друга крупногабаритными элементами в форме труб, который реализуется в устройстве по патенту RU №2150657 (F 41 F 3/04, 3/042, 3/07, 2000). Известный способ предполагает изготовление диафрагменной резинокордной оболочки путем формования с последующей вулканизацией и закрепление бортов резинокордной оболочки на фланцах упомянутых подвижных элементов. Борта резинокордной оболочки закрепляют каждый на соответствующем подвижном элементе посредством соответствующих кольцевых элементов и прижимных болтов.

Однако необходимость герметизации двухконтурного кольцевого периметра достаточно большой протяженности требует большого значения усилия поджатая бортов резинокордной оболочки, которое осуществляют при монтаже посредством относительно большого количества прижимных болтов, что усложняет процесс монтажа и требует значительного времени. Кроме того, изменение с течением времени характеристик резинокордной оболочки, изготовленной указанным способом, при применении резинокордной оболочки в ответственных узлах и механизмах обуславливает необходимость дополнительного обслуживания узла уплотнения с целью поджатия бортов.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ изготовления уплотнения между подвижными относительно друг друга элементами, включающий изготовление диафрагменной резинокордной оболочки клинчерного типа путем формования с последующей вулканизацией, после чего посредством резьбовых соединений борта резинокордной оболочки закрепляют каждый на упомянутых подвижных элементах с помощью соответствующих кольцевых элементов (Пиновский М.Л. Некоторые особенности технологии изготовления резинокордных оболочек пневматических упругих элементов. – В кн.: Пневматические упругие элементы с резинокордными оболочками. Расчет, конструирование, изготовление и эксплуатация. Сб. научн. трудов. Под редакцией М.Л.Пиновского, Г.А.Колоколова. – М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1977, С.103-108).

Однако изменение с течением времени характеристик резинокордной оболочки, изготовленной указанным способом, обуславливает необходимость дополнительного обслуживания узла уплотнения с целью поджатия бортов.

Задачей настоящего изобретения является создание способа изготовления уплотнения (узла уплотнения), обеспечивающего повышение эксплуатационных характеристик уплотнения (узла уплотнения).

Указанная задача решается благодаря тому, что в способе изготовления уплотнения между подвижными относительно друг друга элементами, включающем изготовление резинокордной оболочки путем формования с последующей вулканизацией и закрепление бортов резинокордной оболочки на упомянутых элементах с помощью кольцевых элементов, согласно изобретению, борта резинокордной оболочки закрепляют каждый посредством соответствующих опорного и установочного кольцевых элементов. Причем после изготовления резинокордной оболочки путем формования с последующей вулканизацией борта резинокордной оболочки устанавливают каждый между опорным и установочным кольцевыми элементами и нагружают с усилием, соответствующим нагрузке, действующей на борт в рабочем положении резинокордной оболочки. Затем резинокордную оболочку в сборе с опорными и установочными кольцевыми элементами в нагруженном состоянии выдерживают в течение заданного времени, соответствующего достижению постоянной скорости релаксации резины. После снимают нагрузку с бортов резинокордной оболочки. Последнюю выдерживают в течение заданного времени, соответствующего достижению условно равновесного состояния. Затем борта резинокордной оболочки повторно нагружают с усилием, соответствующим нагрузке, действующей на борт в рабочем положении резинокордной оболочки, с обеспечением фиксации взаимное положение опорного и установочного кольцевых элементов каждого борта и сваривают смежные кольцевые элементы кольцевым швом. Причем при производстве сварки одновременно осуществляют отвод тепла от зоны сварного шва для исключения деструкции полимера. После этого борта резинокордной оболочки через упомянутые опорные кольцевые элементы и герметизирующее уплотнение закрепляют соответственно на фланцах упомянутых подвижных элементов. Благодаря особенности осуществления способа в резинокордной оболочке создается деформационная анизотропия, что обеспечивает повышение стабильности рабочих характеристик резиновой технической детали (резинокордной оболочки) во времени, а также – возможность увеличения гарантийных сроков эксплуатации резиновой технической детали под нагрузкой. При этом благодаря выполнению неразъемного сварного соединения, включающего резинокордную оболочку с опорными и установочными кольцевыми элементами, обеспечивается надежная герметизация стыка, а также – возможность снижения массогабаритных характеристик уплотнения (узла уплотнения), что особенно важно, когда к конструкции предъявляются требования по ограничению массы и габаритов.

Вместе с этим в варианте выполнения способа отвод тепла от зоны сварного шва осуществляют посредством циркуляции хладагента через кольцевой канал образованный на стыке опорного и установочного кольцевых элементов.

Кроме того, в другом варианте выполнения способа отвод тепла от зоны сварного шва осуществляют посредством частичного опускания (т.е. неполного погружения) опорного и установочного кольцевых элементов в ванну с хладагентом.

Технический результат использования изобретения состоит в том, что оно обеспечивает возможность повышения эксплуатационных характеристик уплотнения (узла уплотнения), а также – возможность снижения материалоемкости узла уплотнения между подвижными относительно друг друга трубами достаточно большого диаметра. Вместе с этим снижается трудоемкость работ при установке уплотнения на штатное место и при обслуживании в процессе эксплуатации.

На фиг.1 схематично показано уплотнение между подвижными относительно друг друга элементами, общий вид, продольный разрез; на фиг.2 – то же, элемент А на фиг.1, повернуто.

В варианте осуществления изобретения предлагаемый способ реализуется при изготовлении узла уплотнения между подвижными относительно друг друга крупногабаритными элементами 1 и 2 в форме труб. Узел уплотнения включает диафрагменную резинокордную оболочку 3, внутренний и внешний борта “а” и “b” которой установлены каждый между опорным и установочным кольцевыми элементами соответственно 4, 5 и 6, 7. Опорные кольцевые элементы и соответствующие им (смежные с ними) ответные установочные кольцевые элементы неразъемно соединены посредством кольцевых сварных швов “с” и “d”. Таким образом, резинокордная оболочка 3, опорные кольцевые элементы 4, 5 и установочные кольцевые элементы 6, 7 образуют единое целое. В варианте выполнения сопряженные между собой поверхности опорных и ответных установочных кольцевых элементов (т.е. сопряженные между собой поверхности смежных кольцевых элементов) выполнены с кольцевыми канавками, которые при соединении опорных и установочных кольцевых элементов образуют кольцевые каналы “е” и “f” для циркуляции хладагента (например, аргона и/или воздуха) при сварке опорных и установочных кольцевых элементов в сборе с резинокордной оболочкой 3. Кольцевые каналы “е” и “f” выполнены каждый с возможностью сообщения посредством соответствующих магистралей с системой подачи хладагента (на чертеже не показано). Резинокордная оболочка 3 в сборе с кольцевыми элементами 4-7 закрепляется на фланцах “g” и “h” подвижных элементов 1 и 2 через опорные кольцевые элементы 4, 5 и герметизирующее уплотнение 8 с помощью резьбовых элементов 9. Снаружи резинокордной оболочки предусмотрен опорный фартук 10, который установлен на установочном кольцевом элементе 7 с помощью резьбовых элементов 11.

Предлагаемый способ изготовления уплотнения между подвижными относительно друг друга элементами реализуется следующим образом.

Сначала общепринятым способом (например, см. книгу В.Н.Потураев. Резиновые и резинометаллические детали машин. – М.: Машиностроение, 1966, С.25-30) изготавливают диафрагменную резинокордную оболочку 3 путем формования с последующей вулканизацией. После внутренний и внешний борта “а” и “b” резинокордной оболочки 3 устанавливают каждый между соответствующими опорным и установочным кольцевыми элементами соответственно 4, 6 и 5, 7. Затем борта резинокордной оболочки каждый в сборе с соответствующими упомянутыми кольцевыми элементами нагружают, например, при помощи струбцин, с усилием, соответствующим нагрузке, действующей на борт в рабочем положении резинокордной оболочки. Далее резинокордную оболочку 3 в сборе с опорными и установочными кольцевыми элементами 4-7 в нагруженном состоянии выдерживают в течение заданного времени (например, в течение 70 часов), соответствующего достижению постоянной скорости релаксации резины. В варианте осуществления способа процесс (т.е. выдержку в нагруженном состоянии) осуществляют при нормальной температуре окружающего воздуха. Для ускорения процесса он может осуществляться при другой (заданной) температуре. Параметры, при которых осуществляют процесс (т.е. температуру и время) в зависимости от марки резины определяют в соответствии с ГОСТ 9.713-86 (РЕЗИНЫ. Метод прогнозирования свойств при термическом старении) при испытаниях стандартных образцов.

После этого снимают нагрузку с резинокордной оболочки (по существу – с бортов последней). Резинокордную оболочку выдерживают в течение заданного времени (например, 2 часа), соответствующего достижению условно равновесного состояния. Благодаря такой технологии фиксируются анизотропия и конфигурация резинокордной оболочки (резинотехнической детали), подобные деформированному состоянию последней в рабочем положении при эксплуатации. Поскольку резина относится к материалам с “памятью”, то разгрузка и выдержка резинокордной оболочки в свободном состоянии приводит резину к новому условно равновесному состоянию, отличному от первоначального. В сравнении с известными способами изготовления резинотехнических деталей, где ориентация создается на этапе довулканизации, в предлагаемом способе деформационная анизотропия соответствует сложнонапряженному состоянию детали в условиях эксплуатации. Резиновая техническая деталь (резинокордная оболочка) как бы приспосабливается к внешнему воздействию уже на этапе изготовления.

Затем внутренний и внешний борта “а” и “b” резинокордной оболочки повторно нагружают с усилием, соответствующим нагрузке, действующей на борт в рабочем положении резинокордной оболочки, с обеспечением фиксации взаимного положения опорного и установочного кольцевых элементов каждого борта и сваривают смежные кольцевые элементы кольцевым швом. Причем при производстве сварки одновременно осуществляют отвод тепла от зоны сварного шва для исключения деструкции полимера (эластомерного материала резинокордной оболочки). Для исключения возможности перегрева резины сварку производят с обеспечением контроля температуры в зоне расположения борта резинокордной оболочки с помощью датчиков температуры, которые устанавливают в соответствующих отверстиях, выполненных в упомянутых кольцевых элементах (не показано). После сварки указанные отверстия заглушают (например, заваривают).

В варианте выполнения отвод тепла от зон сварных швов “с” и “d” осуществляют посредством циркуляции (продувки) хладагента (например, аргона и/или воздуха) через образованные на стыках опорных и установочных элементов кольцевые каналы соответственно “е” и “f”, которые перед производством сварки через соответствующие магистрали сообщают с системой подачи хладагента. Отверстия (не показано), через которые упомянутые каналы сообщаются с магистралями подачи хладагента, после производства сварных швов “с” и “d” заглушают (например, заваривают). В другом варианте выполнения отвод тепла от зон сварных швов осуществляют посредством частичного опускания (т.е. неполного погружения) соответствующих опорных и установочных кольцевых элементов в ванну с хладагентом (например, с водой). Последний вариант является предпочтительным, когда упомянутые кольцевые элементы имеют относительно небольшие размеры (например, при диаметре до 1 м).

Таким образом, образуют достаточно простой компактный неразъемный сборочный узел, включающий резинокордную оболочку 3, а также опорные и установочные кольцевые элементы 4-7, обладающий относительно небольшими массогабаритными характеристиками. Благодаря этому достигается снижение материалоемкости узла уплотнения между подвижными относительно друг друга трубами достаточно большого диаметра. Вместе с этим снижается трудоемкость работ при установке уплотнения на штатное место и при обслуживании в процессе эксплуатации.

После производства сварки внутренний и внешний борта резинокордной оболочки 3 через опорные кольцевые элементы 4 и 5 и герметизирующее уплотнение 8 с помощью резьбовых элементов 9 закрепляют соответственно на фланцах “g” и “h” подвижных элементов 1 и 2. Затем на установочном кольцевом элементе 7 с помощью резьбовых элементов 11 устанавливают опорный фартук 10.

Таким образом, благодаря особенности выполнения способа изобретение обеспечивает возможность повышения эксплуатационных характеристик уплотнения (узла уплотнения), а также возможность снижения материалоемкости узла уплотнения между подвижными относительно друг друга трубами достаточно большого диаметра. Вместе с этим изобретение обеспечивает снижение трудоемкости работ при установке уплотнения на штатное место и при обслуживании в процессе эксплуатации.

Формула изобретения

1. Способ изготовления уплотнения между подвижными относительно друг друга элементами, преимущественно в форме труб, включающий изготовление резинокордной оболочки путем формования с последующей вулканизацией и закрепление бортов резинокордной оболочки на упомянутых элементах с помощью кольцевых элементов, отличающийся тем, что борта резинокордной оболочки закрепляют каждый посредством соответствующих опорного и установочного кольцевых элементов, причем после изготовления резинокордной оболочки путем формования с последующей вулканизацией борта резинокордной оболочки устанавливают каждый между опорным и установочным кольцевыми элементами и нагружают с усилием, соответствующим нагрузке, действующей на борт в рабочем положении резинокордной оболочки, затем резинокордную оболочку в сборе с опорными и установочными кольцевыми элементами в нагруженном состоянии выдерживают в течение заданного времени, соответствующего достижению постоянной скорости релаксации резины, после снимают нагрузку с бортов резинокордной оболочки и последнюю выдерживают в течение заданного времени, соответствующего достижению условно равновесного состояния, затем борта резинокордной оболочки повторно нагружают каждый с усилием, соответствующим нагрузке, действующей на борт в рабочем положении резинокордной оболочки, с обеспечением фиксации взаимного положения опорного и установочного кольцевых элементов каждого борта и сваривают смежные кольцевые элементы кольцевым швом, причем при производстве сварки одновременно осуществляют отвод тепла от зоны сварного шва для исключения деструкции полимера, после этого борта резинокордной оболочки через упомянутые опорные кольцевые элементы и герметизирующее уплотнение закрепляют соответственно на фланцах упомянутых подвижных элементов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отвод тепла от зоны сварного шва осуществляют посредством циркуляции хладагента через кольцевой канал, образованный на стыке опорного и установочного кольцевых элементов.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что отвод тепла от зоны сварного шва осуществляют посредством частичного опускания опорного и установочного кольцевых элементов в ванну с хладагентом.

РИСУНКИ