BG67523B1 - Flat annular seal of bi-directionally stretched polytetrafluoroethylene - Google Patents

Abstract

The flat annular seal would be applied in the chemical, petroleum, pharmaceutical and other industries, wherein it will provide for extended service life and increased resilience to radial loads, including at high pressures and cyclically changing temperature modes. The seal is made of bi-directionally stretched polytetrafluoroethylene and consists of two identical overlaid annular layers (1) with a reinforcing annular element (2) in between. The reinforcing element (2) can be metallic or non-metallic and may be perforated. The inner and outer diameters of the reinforcing element (2) can be equal to the inner and outer diameters of the two annular layers (1). The inner diameter of the reinforcing element (2) can be larger than the inner diameter of the annular layers (1), while the outer diameter of the reinforcing element (2) can be smaller than the outer diameter of the layers (1).

Description

(54) ПЛОСКО ПРЪСТЕНОВИДНО УПЛЪТНЕНИЕ ОТ ДВУПОСОЧНО РАЗТЕГЛЕН ПОЛИТЕТРАФЛУОРЕТИЛЕН(54) BI-DIRECTIONAL STRETCHED POLYTETRAFLUOROETHYLENE FLAT O-RING

Област на техникатаField of technique

Изобретението се отнася до армирани плоски пръстеновидни уплътнения от двупосочно разтеглен политетрафлуоретилен (ПТФЕ), заемащи формата на уплътняваното пространство, работещи при повишени налягания, температура и натиск, които намират приложение в химическата, петролната, фармацевтичната и др. индустрии.The invention relates to reinforced flat annular seals of bidirectionally stretched polytetrafluoroethylene (PTFE), occupying the shape of the sealed space, operating at elevated pressures, temperature and pressure, which are used in the chemical, petroleum, pharmaceutical, etc. industries.

Предшестващо състояние на техникатаPrior art

ПТФЕ е материал, който е полезен в много различни области на приложение. Използван като уплътнение, той има отлично поведение в химически агресивна среда в широк температурен диапазон от + 260/280°С до почти - 273 °С.PTFE is a material that is useful in many different application areas. Used as a seal, it has excellent behavior in chemically aggressive environments in a wide temperature range from + 260/280 °C to almost - 273 °C.

Обичайно, плоските уплътнения, произведени от синтеровани ПТФЕ имат много ниски механични показатели на якост, опън и много ниска устойчивост на „студено” изтичане. Изтичането е тежък проблем за стандартните уплътнения от ПТФЕ, защото те са склонни да се разстилат под натиск, което намалява уплътнителната им способност. По тази причина, въпреки добрите му свойства, ПТФЕ листите, като цяло, се използва само в неотговорни съединения, където не се изискват висока якост на опън и устойчивост на „студено” изтичане.Typically, flat gaskets manufactured from sintered PTFE have very low mechanical strength, tensile strength and very low resistance to "cold" leakage. Leakage is a serious problem for standard PTFE gaskets because they tend to spread under pressure, reducing their sealing ability. For this reason, despite its good properties, PTFE sheets, in general, are used only in non-responsible joints where high tensile strength and resistance to "cold" leakage are not required.

Известни са плоски пръстеновидни уплътнения, изработени от двупосочно разпънат ПТФЕ [1], при които проблемът със „студеното” изтичане е решен, но те притежават друг недостатък - не могат да работят при високи налягания и натиск.Flat ring seals made of bidirectionally expanded PTFE [1] are known, where the problem of "cold" leakage is solved, but they have another drawback - they cannot work at high pressures and pressures.

Уплътненията от двупосочно разтеглен ПТФЕ имат еднакви механични показатели в двете взаимноперпендикулярни направления. Еднаквостта на механичните показатели в двете направления обуславя качеството на уплътненията от ПТФЕ. Благодарение на еднаквостта на механичните показатели в двете направления и порестата фибрилна структура „студената течливост” е избегната.Bidirectionally stretched PTFE gaskets have the same mechanical properties in both mutually perpendicular directions. The equality of mechanical indicators in both directions determines the quality of PTFE seals. Thanks to the uniformity of the mechanical indicators in both directions and the porous fibril structure, "cold flow" is avoided.

Плоските уплътнения, изработени от известния двупосочно разтеглен ПТФЕ, на практика, решават проблема със „студеното” изтичане и гарантират надеждна работа на уплътняваните съединения.Flat seals made of the famous bidirectionally stretched PTFE practically solve the problem of "cold" leakage and guarantee reliable operation of the sealed joints.

Въпреки повишената си надеждност, известните плоски пръстеновидни уплътнения от двупосочно разтеглен ПТФЕ имат недостатъка, че нямат радиална устойчивост при работа при високи налягания и са непригодни за експлоатация.Despite their increased reliability, the known flat O-rings made of bidirectionally stretched PTFE have the disadvantage of not having radial resistance when operating at high pressures and being unusable.

Недостатък на плоските пръстеновидни уплътнения, които са изработени от двупосочно разпънат ПТФЕ, и са монтирани между уплътнявани фланци е, че започват да пропускат, когато налягането на флуида е голямо, примерно, над 150 bar.A disadvantage of flat ring seals, which are made of bidirectionally expanded PTFE and are fitted between sealing flanges, is that they begin to leak when the fluid pressure is high, eg above 150 bar.

Друг недостатък на плоските пръстеновидни уплътнения е, че за да се повиши устойчивостта на уплътненията в радиална посока при високи налягания на транспортирания флуид, се прибягва до конструктивни решения на фланците, като увеличаване дебелината им и/или броя на свързващите ги болтове, чрез което да може да се реализира по -високо затягащо усилие. Това, обаче, води до увеличен разход на материал, повишена стойност и усложнена конструкция на фланците.Another disadvantage of flat ring seals is that, in order to increase the resistance of the seals in the radial direction at high pressures of the transported fluid, structural solutions of the flanges are resorted to, such as increasing their thickness and/or the number of bolts connecting them, by which a higher clamping force can be realized. However, this results in increased material consumption, increased cost and complicated flange construction.

Друг недостатък на плоските пръстеновидни уплътнения, изработени двупосочно разтеглени ПТФЕ листи е, че поради високите затягащи усилия при повишаване на температурата, линейните разширения увеличават натиска върху уплътненията, често до граничните им стойности на поносимост. При последващо снижаване на температурата и свиване на материала на фланците, натискът върху плоските пръстеновидни уплътнения намалява. Така, при работа в циклично променящи се температурни режими (висока - ниска температура), плоските пръстеновидни уплътнения имат кратък живот и създават предпоставки за пропускане на транспортирания флуид, което е предпоставка за производствени аварии и злополуки.Another disadvantage of flat O-rings made of bidirectionally stretched PTFE sheets is that, due to the high clamping forces with increasing temperature, linear expansions increase the pressure on the seals, often to their tolerance limits. As the temperature subsequently decreases and the flange material shrinks, the pressure on the flat O-rings decreases. Thus, when working in cyclically changing temperature regimes (high - low temperature), flat ring seals have a short life and create prerequisites for leakage of the transported fluid, which is a prerequisite for production accidents and accidents.

Друг недостатък на плоските пръстеновидни уплътнения, изработени от известните двупосочно разтеглени ПТФЕ листи е, че максималните габарити на предлаганите на пазара листи са 1500 mm х 1500 mm и изработваните от тях плоски уплътнения имат максимален външен диаметър 1500 mm. Уплътненията с размери по-големи от 1500 mm се изработват на сектори, които представляват части от дъга. Недостатък на такова съставно плоско пръстеновидно уплътнение е, че в мястото на съединяване на секторите съществува ниска степен на надеждност за уплътняване. Зоните на съединяване са потенциална опасност за компрометиране на уплътнението и колкото броя на секторите е по -голям, толкова надеждността на уплътнението е по-малка.Another disadvantage of flat ring seals made from the known bidirectionally stretched PTFE sheets is that the maximum dimensions of the sheets available on the market are 1500 mm x 1500 mm and the flat seals made from them have a maximum outer diameter of 1500 mm. Gaskets with dimensions greater than 1500 mm are made in sectors that represent parts of an arc. A disadvantage of such a composite flat ring seal is that there is a low degree of sealing reliability at the point where the sectors join. Joint areas are a potential hazard to compromise the seal, and the greater the number of sectors, the less reliable the seal.

Техническа същност на изобретениетоTechnical essence of the invention

Задачата на изобретението е да се създаде плоско пръстеновидно уплътнение, което да има удължен срок на експлоатация и повишена устойчивост на радиалното натоварване, и да позволява използването му при високи налягания и циклично променящи се температурни режими.The task of the invention is to create a flat annular seal that has an extended service life and increased resistance to radial load, and allows its use at high pressures and cyclically changing temperature regimes.

Тази задача се решава чрез плоско пръстеновидно уплътнение, което е изпълнено от двупосочно разтеглен ПТФЕ. Плоското пръстеновидно уплътнение е изградено от два идентични, разположени един върху друг слоя, между които е разположен армиращ пръстеновиден елемент.This task is solved by a flat ring seal, which is made of bidirectionally stretched PTFE. The flat ring seal is made of two identical layers placed on top of each other, between which a reinforcing ring element is placed.

Възможно е армиращият елемент да е изпълнен от метал или неметал.It is possible that the reinforcing element is made of metal or non-metal.

Възможно е армиращият елемент да бъде перфориран.It is possible for the reinforcing element to be perforated.

Възможно е вътрешният и външният диаметър на армиращия елемент да са равни на вътрешния и външния диаметър на двата слоя.It is possible for the inner and outer diameters of the reinforcing element to be equal to the inner and outer diameters of the two layers.

Възможно е вътрешният диаметър на армиращия елемент да е по-голям от вътрешния диаметър на слоевете, а външният диаметър на армиращия елемент е по-малък от външния диаметър на слоевете.It is possible that the inner diameter of the reinforcing element is greater than the inner diameter of the layers, and the outer diameter of the reinforcing element is smaller than the outer diameter of the layers.

Предимство на плоското пръстеновидно уплътнение, съгласно изобретението, е удълженият срок на експлоатация и повишената устойчивост на радиалното натоварване и работа при високи налягания, циклично променящи се температурни режими, лесен монтаж и прецизно центриране между фланците.An advantage of the flat annular seal, according to the invention, is the extended service life and increased resistance to radial load and operation at high pressures, cyclically changing temperature regimes, easy installation and precise centering between the flanges.

Пояснение на приложените фигуриExplanation of the attached figures

Изобретението се пояснява с помощта на приложените фигури, където:The invention is explained with the help of the attached figures, where:

фигура 1 представлява поглед отгоре на плоското пръстеновидно уплътнение;figure 1 is a top view of the flat ring seal;

фигура 2 представлява напречно сечение на плоското пръстеновидно уплътнение.Figure 2 is a cross-section of the flat ring seal.

Примери за изпълнение на изобретениетоExamples of implementation of the invention

Плоското пръстеновидно уплътнение е изпълнено от двупосочно разтеглен политетрафлуоретилен от два идентични, разположени един върху друг слоя 1. Между слоевете 2 е разположен армиращ пръстеновиден елемент 2.The flat ring-shaped seal is made of bidirectionally stretched polytetrafluoroethylene from two identical layers 1 placed on top of each other. A reinforcing ring-shaped element 2 is placed between the layers 2.

Армиращият елемент 2 може да е метален или неметален.The reinforcing element 2 may be metallic or non-metallic.

Армиращият елемент 2 може да е изграден от тънък метален лист, перфориран с различен брой отвори. Отворите могат да бъдат с различна форма и/или размер.The reinforcing element 2 may be made of a thin metal sheet perforated with a different number of holes. The holes can be of different shapes and/or sizes.

Възможно е вътрешният и външният диаметър на армиращия елемент 2 да са равни на вътрешния и външния диаметър на двата слоя 1.It is possible that the inner and outer diameters of the reinforcing element 2 are equal to the inner and outer diameters of the two layers 1.

Възможно е вътрешният диаметър на армиращия елемент 2 да е по-голям от вътрешния диаметър на слоевете 1, а външният диаметър на армиращия елемент 2 да е по-малък от външния диаметър на слоевете 1. Такава конструкция осигурява армиращия елемент 2 да остане в сърцевината на плоското пръстеновидно уплътнение, защитен от двата слоя 1 двупосочно разпънатия ПТФЕ. По този начин, вътрешния ръб на армираното плоско пръстеновидно уплътнение, който контактува с уплътнявания флуид е от политетрафлуоретилен и осигурява антикорозионната защита на армиращия елемент 2. Разликата между външния диаметър на уплътнението и външния диаметър на армиращия елемент 2, както и разликата между вътрешния диаметър на армиращия елемент 1 и вътрешния диаметър на уплътнението не трябва да бъде по малка от 1 до 10 пъти дебелината на уплътнението. За предпочитане е тази разлика да е в диапазона от 2 до 5 пъти дебелината на уплътнението.It is possible that the inner diameter of the reinforcing element 2 is larger than the inner diameter of the layers 1, and the outer diameter of the reinforcing element 2 is smaller than the outer diameter of the layers 1. Such a construction ensures that the reinforcing element 2 remains in the core of the flat O-ring protected by the two layers of 1 bidirectionally expanded PTFE. Thus, the inner edge of the reinforced flat ring seal that contacts the sealing fluid is made of polytetrafluoroethylene and provides the anti-corrosion protection of the reinforcing element 2. The difference between the outer diameter of the seal and the outer diameter of the reinforcing element 2, as well as the difference between the inner diameter of the reinforcing element 1 and the inner diameter of the seal must not be smaller than 1 to 10 times the thickness of the seal. Preferably, this difference is in the range of 2 to 5 times the gasket thickness.

Използване на изобретениетоUse of the invention

Плоското пръстеновидно уплътнение се монтира между уплътняваните фланци по известните на монтьорите способи. Армиращият елемент 2 вкоравява уплътнението и то значително по-лесно се центрира и монтира между ненапълно разглобени фланци, което е трудно при обикновените неармирани уплътнения, тъй като те са меки и гъвкави. Това предимство е особено изявено при плоските пръстеновидни уплътнения с големи диаметри, например, над 1000 mm, особено, когато фланците не са хоризонтални, а пространствено ориентирани, което е често срещано в техниката. Армиращият елемент 2 осигурява на армираното плоско пръстеновидно уплътнение необходимата здравина и устойчивост на уплътнението срещу изтичане на транспортирания флуид при високо налягане и работа при циклична смяна на температурата му.The flat ring seal is installed between the sealing flanges by methods known to fitters. The reinforcing element 2 stiffens the gasket and it is much easier to center and install between incompletely disassembled flanges, which is difficult with ordinary non-reinforced gaskets, because they are soft and flexible. This advantage is particularly pronounced for flat annular seals with large diameters, for example, over 1000 mm, especially when the flanges are not horizontal, but spatially oriented, which is common in the art. The reinforcing element 2 provides the reinforced flat ring-shaped seal with the necessary strength and resistance of the seal against leakage of the transported fluid at high pressure and operation with a cyclic change of its temperature.

Claims (1)

Плоско пръстеновидно уплътнение от двупосочно разтеглен политетрафлуоретилен, характеризиращо се с това, че плоското пръстеновидно уплътнение е изградено от два идентични, разположени един върху друг пръстеновидни слоя (1), между които е разположен армиращ пръстеновиден елемент (2).A flat ring-shaped seal made of bidirectionally stretched polytetrafluoroethylene, characterized in that the flat ring-shaped seal is made of two identical ring-shaped layers (1) located on top of each other, between which a reinforcing ring-shaped element (2) is located.