RU2065109C1 - Sealing assembly of multipurpose valve rod - Google Patents

Abstract

FIELD: sealing accessories; can be used in valve building. SUBSTANCE: sealing assembly uses sealing rings positioned between the supporting and pressure members. The rings are made of a helically wound band, whose axis coincides with the axis of the surfaces to be sealed. The band is cut out of foil of expanded graphite in the direction perpendicular to the direction of foil rolling. The pressure member is made of material with a high thermal conductivity. EFFECT: enhanced reliability. 2 dwg

Description

Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано в арматуростроении. The invention relates to a sealing technique and can be used in valve manufacturing.

Одной из проблем в данной области является создание надежной конструкции уплотнительного узла. Сальниковые уплотнения штоков арматуры характеризуется повышенными требованиями к их герметичности. Кроме того, они должны иметь низкий коэффициент трения, т.е. смазываться и они должны противостоять высокой температуре. Пропитка сальникового уплотнения смазочным материалом имеет значение лишь в начальный период приработки уплотнения исключает трение без смазочного материала и пригорание набивки. В процессе эксплуатации смазочный материал из набивки постепенно вымывается и выгорает, поэтому свойства набивки изменяются. В результате набивка теряет эластичность и дальнейшая подтяжка и герметизация сальника становится невозможной. One of the problems in this area is the creation of a reliable design of the sealing assembly. Gland packing of valve rods is characterized by increased requirements for their tightness. In addition, they must have a low coefficient of friction, i.e. lubricated and they must withstand high temperatures. Impregnation of the stuffing box packing with lubricant matters only in the initial period of running-in of the packing, it eliminates friction without lubricant and sticking of the packing. During operation, the lubricant from the packing is gradually washed out and burns out, therefore, the properties of the packing change. As a result, the packing loses its elasticity and further tightening and sealing of the gland becomes impossible.

Известна конструкция уплотнительного узла штока запорной арматуры (см. патент US N 4475712, кл. F 16 K 31/44), cодержащего два набора эластичных колец V-образной формы. Под воздействием высоких температур происходит изменение состояния материала эластичных колец, в результате чего возможно адгезионное пригорание (прилипание) материала уплотнительных колец на штоке арматуры. Вероятность пригорания (прилипания) увеличивается, если наблюдается длительное отсутствие перемещения штока. The known design of the sealing assembly of the stem of the stop valve (see patent US N 4475712, CL F 16 K 31/44), containing two sets of elastic rings of a V-shape. Under the influence of high temperatures, the state of the material of the elastic rings changes, as a result of which sticking (sticking) of the material of the sealing rings on the valve stem is possible. The likelihood of sticking (sticking) increases if there is a prolonged absence of rod movement.

Известна конструкция уплотнительного узла, устанавливаемого между двух цилиндрических деталей (см.патент US N 4160651, кл. F 16 j). Этот уплотнительный узел содержит чередующиеся U-образные слои из графита и металлических пружинок. Слои устанавливаются один в другой и имеют внутренний и наружный диаметры, примерно соответствующие наружному и внутреннему диаметрам цилиндрических деталей. Слои уплотнения являются достаточно тонкими, чтобы позволить им изгибаться относительно их вершин под действием усилия, прикладываемого к одному концу сборного уплотнения. При этом металлические пружины деформируют графитовые слои так, что внутренние и наружные кромки последних плотно взаимодействуют с цилиндрическими поверхностями. A known design of the sealing unit, installed between two cylindrical parts (see patent US N 4160651, CL F 16 j). This sealing assembly contains alternating U-shaped layers of graphite and metal springs. The layers are set one into another and have inner and outer diameters approximately corresponding to the outer and inner diameters of the cylindrical parts. The seal layers are thin enough to allow them to bend relative to their vertices under the force exerted on one end of the assembly seal. In this case, metal springs deform the graphite layers so that the inner and outer edges of the latter tightly interact with cylindrical surfaces.

Конструкция по патенту США в силу наличия пружинок, которые необходимо устанавливать в графитовые кольца, является сложной и не совсем удобной в эксплуатации. Кроме того, при реверсивном трении, которое всегда наблюдается в запорно-регулирующей арматуре, снижается прочность кромок в силу циклических нагрузок, что может привести к их разрушению. The design of the US patent due to the presence of springs that must be installed in graphite rings, is complex and not very convenient to use. In addition, with reverse friction, which is always observed in shut-off and control valves, the strength of the edges decreases due to cyclic loads, which can lead to their destruction.

Известно сальниковое уплотнение (см. патент СССР N 1720503, кл. F 16 j 15/18), используемое для уплотнения штоков клапанов высокого давления в энергетических установках. Указанное сальниковое уплотнение содержит уплотнительные элементы в виде нажимного и уплотнительного колец с размещенной между ними набивкой, герметично охватывающей уплотняемую поверхность. Набивка выполнена из расширенного графита, а по крайней мере одно из колец выполнено в виде слоистого кольца из чередующихся дисков из графитовой фольги и металлической фольги. A stuffing box seal is known (see USSR patent N 1720503, class F 16 j 15/18) used for sealing the rods of high pressure valves in power plants. The specified stuffing box seal contains sealing elements in the form of pressure and sealing rings with a gasket placed between them, hermetically covering the sealing surface. The packing is made of expanded graphite, and at least one of the rings is made in the form of a layered ring of alternating disks of graphite foil and metal foil.

Известно также уплотнительное кольцо для сальника (см. заявку DE N 3839792 кл. F 16 j 15/26), предназначенное для уплотнения перемещающегося в осевом направлении штока. Кольцо состоит из наложенных попеременно одна на другую шайб из фольги, изготовленных из расширенного графита и из металла. При этом штабель шайб спрессован в направлении оси уплотнительного кольца. An o-ring for a stuffing box is also known (see application DE N 3839792 class F 16 j 15/26), designed to seal the axially moving rod. The ring consists of foil washers alternately stacked on top of one another, made of expanded graphite and metal. In this case, the stack of washers is compressed in the direction of the axis of the sealing ring.

Оба вышерассмотренные технические решения имеют слоистую структуру, образованную чередующимися слоями фольги из расширенного графита и металла, а поэтому отвод тепла от сальника в рассмотренных решениях затруднен, так как коэффициент теплопроводности в направлении толщины слоя фольги на два порядка ниже, чем в плоскости слоя фольги. Both of the above technical solutions have a layered structure formed by alternating layers of expanded graphite and metal foil, and therefore heat removal from the gland in the solutions considered is difficult, since the thermal conductivity in the direction of the thickness of the foil layer is two orders of magnitude lower than in the plane of the foil layer.

Наиболее близким по своей технической сущности по отношению к заявляемому является сальниковое уплотнение (см.патент US N 4826181, кл. F 16 j 15/30), состоящее из установленных в расточке корпуса арматуры между опорным и нажимным элементами уплотнительных колец, выполненных из графито-содержащего анизотропного уплотнительного материала. The closest in technical essence to the claimed one is the stuffing box seal (see patent US N 4826181, class F 16 j 15/30), consisting of fittings installed in the bore of the valve body between the support and pressure elements of the sealing rings made of graphite containing anisotropic sealing material.

Коэффициент теплопроводности такого уплотнительного кольца в радиальном направлении значительно больше коэффициента теплопроводности в осевом направлении. Таким образом перенос тепла от нижнего кольца, наиболее нагруженного в тепловом отношении к вышерасположенным уплотнительным кольцам, незначителен, что приводит к тому, что материал уплотнительных колец пригорает к штоку запорно-регулирующей арматуры. Таким образом снижается надежность уплотнения. The coefficient of thermal conductivity of such a sealing ring in the radial direction is much greater than the coefficient of thermal conductivity in the axial direction. Thus, the heat transfer from the lower ring, which is the most thermally loaded to the upstream sealing rings, is insignificant, which leads to the fact that the material of the sealing rings burns to the stem of the shut-off and control valves. Thus, the reliability of the seal is reduced.

Целью изобретения является повышение теплоотвода от уплотнительных колец. The aim of the invention is to increase the heat sink from the sealing rings.

В основу изобретения была положена задача разработать конструкцию уплотнительного узла штока запорно-регулирующей арматуры, которая позволила бы осуществить его надежную герметизацию. The basis of the invention was the task of developing the design of the sealing assembly of the rod of the shut-off and control valves, which would allow for its reliable sealing.

Эта задача решается тем, что в уплотнительном узле штока запорно-регулирующей арматуры, состоящем из установленных в расточке корпуса арматуры между опорным и нажимным элементами уплотнительных колец, выполненных из графитосодержащего материала, согласно изобретению каждое уплотнительное кольцо выполнено из ленты, навитой по спирали с осью, совпадающей с осью уплотняемых поверхностей, при этом лента вырезана из фольги расширенного графита в направлении, перпендикулярном направлению прокатки, а нажимной элемент выполнен из материала с высоким коэффициентом теплопроводности. This problem is solved in that in the sealing assembly of the rod of shut-off and control valves, consisting of graphite-containing material installed in the bore of the valve body between the support and pressure elements of the sealing rings, according to the invention, each sealing ring is made of a tape wound in a spiral with an axis, coinciding with the axis of the sealing surfaces, while the tape is cut from expanded graphite foil in the direction perpendicular to the rolling direction, and the pressure member is made of material with a high coefficient of thermal conductivity.

Такое конструктивное выполнение уплотнительного узла позволяет обеспечить эффективный отвод тепла в осевом направлении от уплотнительных колец к нажимному элементу, который рассеивает тепло в окружающую среду. В силу того, что осуществляется эффективный отвод тепла, исключается адгезионное пригорание материала уплотнительных колец к штоку запорно-регулирующей арматуры и повышается его релаксационная стойкость, т.е. повышается надежность уплотнения. Such a design of the sealing assembly allows for efficient heat removal in the axial direction from the sealing rings to the pressure element, which dissipates heat into the environment. Due to the fact that efficient heat removal is carried out, the adhesive sticking of the material of the sealing rings to the stem of the shut-off and control valves is eliminated and its relaxation resistance is increased, i.e. reliability of consolidation increases.

Другие особенности и преимущества изобретения будут выявлены ниже при рассмотрении конкретного примера его выполнения и прилегаемых чертежей, на которых изображены:
на фиг. 1 узел уплотнения; на фиг. 2 схема вырезки ленты из прокатанной фольги.Other features and advantages of the invention will be identified below when considering a specific example of its implementation and the adjacent drawings, which depict:
in FIG. 1 seal assembly; in FIG. 2 scheme for cutting tape from laminated foil.

Патентуемый уплотнительный узел для штока 1 запорно-регулирующей арматуры состоит из установленных в расточке корпуса 2 между опорным 3 и нажимным 4 элементами уплотнительных колец 5. Каждое уплотнительное кольцо 5 выполнено из ленты, навитой по спирали с осью, совпадающей с осью уплотняемых поверхностей 6 и 7. При этом лента вырезана из фольги расширенного графита 8 в направлении, перпендикулярном направлению прокатки, т.е. поперек прокатанного материала. Нажимной элемент 4 выполнен из материала с высоким коэффициентом теплопроводности. Patented sealing assembly for rod 1 of shut-off and control valves consists of a housing 2 installed in a bore of the housing 2 between the supporting 3 and the pressure elements 4 of the sealing rings 5. Each sealing ring 5 is made of tape wound in a spiral with an axis coinciding with the axis of the sealing surfaces 6 and 7 In this case, the tape is cut from expanded graphite foil 8 in a direction perpendicular to the rolling direction, i.e. across the rolled material. The pressing element 4 is made of a material with a high coefficient of thermal conductivity.

Принцип работы заявляемого уплотнительного узла заключается в следующем. В процессе герметизации нажимной элемент 4 воздействует на уплотнительные кольца 5. При этом между корпусом 2, опорным элементом 3, уплотнительными кольцами 5 и нажимным элементом 3 обеспечивается плотный контакт. Поскольку каждое уплотнительное кольцо выполнено из ленты, вырезанной из фольги расширенного графита в направлении, перпендикулярном направлению прокатки фольги, то максимальный тепловой поток имеет место в осевом направлении, так как для расширенного графита коэффициенты теплопроводности в направлении прокатки и в поперечном направлении различаются примерно на два порядка. Таким образом в предложенном уплотнительном узле наблюдается эффективный перенос теплоты от штока и корпуса через опорный элемент и уплотнительные кольца к нажимному элементу, который рассеивает тепло в окружающую среду. Поскольку нажимной элемент выполнен из материала с высоким коэффициентом теплопроводности, то осуществляется интенсивный отвод тепла от уплотнительных колец и как следствие отсутствие пригорания уплотнительных колец к штоку. The principle of operation of the inventive sealing unit is as follows. In the sealing process, the pressure element 4 acts on the sealing rings 5. In this case, tight contact is provided between the housing 2, the support element 3, the sealing rings 5 and the pressure element 3. Since each o-ring is made of tape cut from expanded graphite foil in a direction perpendicular to the direction of rolling of the foil, the maximum heat flux occurs in the axial direction, since for expanded graphite, the thermal conductivity coefficients in the rolling direction and in the transverse direction differ by about two orders of magnitude . Thus, in the proposed sealing unit there is an effective transfer of heat from the rod and the housing through the support element and the sealing rings to the pressure element, which dissipates heat into the environment. Since the pressure element is made of a material with a high coefficient of thermal conductivity, intensive heat is removed from the o-rings and, as a result, there is no burning of the o-rings to the stem.

Claims (1)

Уплотнительный узел штока запорно-регулирующей арматуры, состоящий из установленных в расточке корпуса арматуры между опорным и нажимным элементами уплотнительных колец, выполненных из графитосодержащего материала, отличающийся тем, что каждое уплотнительное кольцо выполнено из ленты, навитой по спирали с осью, совпадающей с осью уплотняемых поверхностей, при этом лента вырезана из фольги расширенного графита в направлении, перпендикулярном направлению прокатки, а нажимной элемент выполнен из материала с высоким коэффициентом теплопроводности. Sealing rod assembly of shut-off and control valves, consisting of fittings installed in the bore of the valve body between the support and pressure elements of the sealing rings made of graphite-containing material, characterized in that each sealing ring is made of a tape wound in a spiral with an axis coinciding with the axis of the sealing surfaces wherein the tape is cut from expanded graphite foil in a direction perpendicular to the rolling direction, and the pressure member is made of a material with a high heat coefficient conductivity.

Images