Патент на изобретение №2296256

(54) ГЕРМЕТИЗИРУЮЩИЙ КОМПЛЕКТ ДЛЯ САЛЬНИКОВЫХ УПЛОТНЕНИЙ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области создания герметизаторов для применения в конструкции специальных устройств, предотвращающих несанкционированную утечку рабочей среды через зазоры в подвижных и статических сопряжениях и используется в запорной аппаратуре ТЭЦ и химических производств. Герметизирующий комплект для сальниковых уплотнений включает наружные и внутренние кольца. Наружные кольца выполнены из политетрафторэтилена или композиционного материала на его основе методом холодного прессования, а внутренние – из гидрофобизированного графита. Изобретение повышает технические характеристики герметизирующих комплектов сальниковых уплотнений при снижении их стоимости и увеличении технологичности. 3 з.п. ф-лы, 1 табл., 6 ил.

Изобретение относится к области создания герметизаторов для применения в конструкции специальных устройств, предотвращающих несанкционированную утечку рабочей среды (перегретого пара, воды, водных растворов кислот, щелочей, солей и т.п.) через зазоры в подвижных и статических сопряжениях.

Для обеспечения надежной герметизации сопряжений в течение заданного технического ресурса используют изделия из различных материалов: резины, органических волокон природного и искусственного происхождения (льна, хлопка, конопли, полиамида, политетрафторэтилена и т.п.), асбестовые материалы, углеграфитовые материалы и т.п. (Уплотнения и уплотнительная техника: Справочник. / Л.А.Кондаков, А.И.Голубев, В.В.Гордеев и др. Под общ. Ред. А.И.Голубева, Л.А.Кондакова – Изд. 2-ое, перераб и дополн. М.: Машиностроение, 1994. – С.448; Сиренко Г.А. Антифрикционные карбопластики. Киев: Техника, 1985. – С.196; Пинчук Л.С. Герметология. Мн.: Навука i тэхнiка, 1992. – С.215). Такие материалы, объединенные термином «герметизаторы», распространены в современной технике (Пинчук Л.С. Герметология. Мн.: Навука i тэхнiка, 1992. – С.215). Опыт эксплуатации герметизаторов различного типа свидетельствует о существенном влиянии на ресурс устройства не только состава материала, но и конструкции уплотнительного элемента. Типовыми конструкциями уплотнительных элементов являются прокладки, манжеты различного профиля, сальниковые набивки и шнуры круглого и квадратного сечения (Пинчук Л.С. Герметология. Мн.: Навука i тэхнiка, 1992. – С.215). Для изготовления уплотнений используют специальные набивки и шнуры. Существенным недостатком традиционных герметизаторов является относительно низкая стойкость к воздействию термоокислительных сред и агрессивных жидкостей. Для обеспечения технического ресурса герметизирующих устройств, применяемых на предприятиях химической промышленности и теплоэнергетики, эксплуатируемых при повышенных температурах, давлениях и воздействии агрессивных сред, широко применяют герметизаторы из фторопласта (Сиренко Г.А. Антифрикционные карбопластики. Киев: Техника, 1985. – С.196) и углеродных материалов (Графит как высокотемпературный материал. Сб. статей, пер. с англ. Под ред. К.П. Власова, М.: Мир, 1964. – С.423). Однако стоимость таких материалов высока и не позволяет их использовать в промышленных масштабах. Кроме того, для изготовления герметизирующих изделий из материалов подобного строения требуется специальное технологическое оборудование, например вязальные автоматы типа «August Gerzog», стоимостью от 100 тыс.долл. США.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является уплотнительный комплект для сальниковых уплотнений, выпускаемый по ТУ 5728-009-13267785-99 в Российской Федерации концерном «Унихимтек» (Высоконадежные сальниковые кольца серии «Графлекс». Проспект фирмы «Унихимтек». М. 2003).

Данный комплект уплотнений представляет собой набор из 6-ти или 4-х колец, выполненных из различных герметизирующих материалов. При этом внутренние кольца (2, 4 или более) изготавливают из композиционного материала на основе термически расщепленного графита «Графлекс», а наружные – из плетеных уплотнительных набивок. Такая конструкция уплотнения позволяет обеспечивать герметизацию подвижных и неподвижных соединений паро-, водяной запорной арматуры высокого давления тепловых станций.

Существенным недостатком подобной конструкции, взятой за прототип, является высокая стоимость, обусловленная наличием в составе комплекта наружных колец из плетеных уплотнительных набивок, а также их недостаточная герметичность, обусловленная пористой структурой набивки. Кроме того, для получения всех элементов комплекта используют термически расщепленный графит (ТРГ), который имеет сложную и экологически опасную технологию получения, включающую операции окисления полуфабриката в сильном окислителе, промывки окислителя, нейтрализации остатков окислителя, термической обработки (расщепления) и прессования.

Задача изобретения – повышение технических характеристик герметизирующих комплектов сальниковых уплотнений при снижении их стоимости и увеличении технологичности.

Поставленная задача решается применением в конструкции герметизирующего комплекта для сальниковых уплотнений внутренних колец из гидрофобизированного графита, а наружных – из политетрафторэтилена или композиционного материала на его основе, полученных холодным прессованием. Причем кольца из политетрафторэтилена или композиционного материала на его основе чередуются с кольцами из гидрофобизированного графита и выполнены с выступом по контактной поверхности. Кроме того, наружные и внутренние кольца покрыты фторсодержащим олигомером «Фолеокс» или «Эпилам».

На фиг.1, 2, 3, 4, 5, 6 представлена конструкция герметизирующего комплекта для сальниковых уплотнений. Герметизирующий комплект состоит из колец 1 из политетрафторэтилена или композиционного материала на его основе, покрытых слоем фторсодержащего олигомера 4, колец 2 из гидрофобизированного графита, штока 3.

Сущность изобретения состоит в следующем. При использовании колец из политетрафторэтилена (ПТФЭ) или композиции на его основе в составе комплекта обеспечивается высокая степень уплотнения за счет разницы в показателях прочности, деформативности и износостойкости гидрофобизированного графита и политетрафторэтилена. Поэтому при затяжке грундбуксы кольца 1 из ПТФЭ передают усилия на кольца 2 из графита, вызывая их деформирование и заполнение объема камеры. При вращении штока 3 кольца из ПТФЭ предотвращают износ уплотнительных колец из графита и препятствуют уносу частиц графита из сопряжения.

Кольца из политетрафторэтилена могут чередоваться с кольцами из графита (фиг.2, 3, 5), что обеспечивает дополнительное увеличение износостойкости уплотнительного комплекта. Кроме того, кольца из политетрафторэтилена могут иметь выступ на контактной поверхности (фиг.3, 4, 5), что приводит к дополнительному уплотнению границы раздела при затягивании грундбуксы.

Выступ на кольце имеет форму конуса, расположенного по диаметру, с высотой 0,1-0,5 h₁, где h₁ – толщина кольца. Конусообразный выступ получают при прессовании кольца в металлической оснастке соответствующей конфигурации.

Выступ на кольце из политетрафторэтилена внедряется в сопряженное графитовое кольцо, вызывая его деформирование и формирование плотного сопряжения непосредственно в процессе установки комплекта в рабочую камеру запорной арматуры. Важной особенностью заявляемой конструкции является изготовление колец из частиц политетрафторэтилена (или композита на его основе) методом холодного прессования при давлениях, превышающих предел текучести. В этом случае формируется кольцо с достаточной для осуществления монтажа прочностью, существенно превышающей прочность графитовых колец. Такие кольца также будут увеличивать герметичность и износостойкость комплекта при температурах эксплуатации до 300°С, а при превышении этой температуры будет происходить спекание частиц политетрафторэтилена и образование монолитной структуры материала непосредственно в процессе эксплуатации уплотнительного комплекта.

Гидрофобизированный графит получают смешиванием графита с 1-3 мас.% гидрофобной добавки – парафинов природного или синтетического происхождения. Гидрофобизированный графит обладает более высокой стойкостью к воздействию перегретого пара и водных растворов агрессивных жидкостей (кислот, щелочей, солей) по сравнению с термически расщепленным графитом. Кроме того, он не оказывает коррозионного действия на сопряженные металлические поверхности, т.к. не содержит адсорбированных остатков окислителя и активных, т.н. «кислотных центров», которые свойственны ТРГ. Использование при получении гидрофобизированного графита в качестве функционального компонента фторсодержащих олигомеров типа «Фолеокс», «Эпилам» и др. с молекулярной массой до 5000 ед. позволяет придать кольцам из такого графита ингибирующее и противоизносное действие на сопряженное контртело. Фторсодержащие олигомеры «Фолеокс» и «Эпилам» выпускаются Научно-исследовательским институтом синтетического каучука им. Лебедева и Научно-исследовательским институтом прикладной химии (С.-Петербург, РФ).

Важным отличием заявленного технического решения от прототипа является наличие на кольцах, входящих в состав комплекта, тонкого слоя (1-5 мкм), формируемого из фторсодержащего олигомера (фиг.6). Такой слой получают окунанием готовых колец в раствор олигомера. Наличие подобного слоя обеспечивает более прочное адгезионное взаимодействие на границе раздела колец и увеличивает их механическую прочность при монтаже. Кроме того, олигомер увеличивает устойчивость поверхностного слоя к воздействию водных сред и повышенных температур. Для формирования комплекта возможно применение как сплошных, так и разрезных колец, что обеспечивает возможность ремонта запорной арматуры без разборки и остановки технологического процесса на длительное время. Соотношение геометрических размеров колец, прежде всего толщины, выбираются в зависимости от конструкции уплотнительной камеры и условий эксплуатации. Традиционным соотношением толщин h₁ и h₂ является 1:1÷0,1:1. Количество колец в комплекте подбирается исходя из условий эксплуатации и конструкции запорной арматуры, однако, в любом случае наружные кольца комплекта выполняются из ПТФЭ или композиции на его основе. В некоторых конструкциях необходимо использовать разнотолщинные кольца. При этом соотношение толщины наружного кольца h₁ и внутреннего кольца h₂ должно находиться в пределах 0,75:1÷0,1:1.

Для изготовления наружного кольца могут быть использованы композиционные материалы на основе ПТФЭ типа «Флубон», «Флувис». Кроме того, могут быть использованы отходы в виде стружки, которые образуются при механической обработке заготовок точением. Прессование отходов в форме заданного профиля позволяет получить наружное или промежуточное кольцо заданных размеров и прочности.

Таким образом, предложенная конструкция герметизирующего комплекта для сальниковых уплотнений обеспечивает высокие технико-экономические показатели при использовании в запорной арматуре ТЭЦ и химических производств.

Сравнительные характеристики предлагаемой конструкции и прототипа приведены в таблице 1.

Таблица. Характеристики герметизирующих комплектов для сальниковых уплотнений

Как следует из представленных в таблица данных, разработанная конструкция герметизирующего комплекта для сальниковых уплотнений существенно превосходит прототип по ресурсу, имеет более низкую стоимость, более простую технологию изготовления и способность к регенерации.

Разработанные комплекты прошли испытания в запорной арматуре теплоцентралей при рабочих давления до 50 МПа (500 атм) и показали высокую надежность эксплуатации без дополнительного обслуживания.

Формула изобретения

1. Герметизирующий комплект для сальниковых уплотнений, включающий наружные и внутренние кольца, отличающийся тем, что наружные кольца выполнены из политетрафторэтилена или композиционного материала на его основе методом холодного прессования, а внутренние – из гидрофобизированного графита.

2. Герметизирующий комплект по п.1, отличающийся тем, что кольца из политетрафторэтилена или композиционного материала на его основе чередуются с кольцами из гидрофобизированного графита.

3. Герметизирующий комплект по п.1, отличающийся тем, что кольца из политетрафторэтилена или композиционного материала на его основе выполнены с выступом по контактной поверхности.

4. Герметизирующий комплект по п.1, отличающийся тем, что наружные и внутренние кольца покрыты фторсодержащим олигомером “Фолеокс” или “Эпилам”.

РИСУНКИ