Герметизирующий комплект для сальниковых уплотнений

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ГЕРМЕТИЗИРУЮЩИЙ КОМПЛЕКТ ДЛЯ САЛЬНИКОВЫХ УПЛОТНЕНИЙ(71) Заявитель Открытое акционерное общество Белкард(72) Авторы Струк Василий Александрович Кравченко Виктор Иванович Костюкович Геннадий Александрович Овчинников Евгений Витальевич Лышов Денис Викторович Авдейчик Сергей Валентинович Рогачев Александр Владимирович(73) Патентообладатель Открытое акционерное общество Белкард(57) 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. Комплект по п. 1, отличающийся тем, что кольца из политетрафторэтилена или композиционного материала на его основе чередуются с кольцами из гидрофобизированного графита. 3. Комплект по п. 1, отличающийся тем, что кольца из политетрафторэтилена или композиционного материала на его основе выполнены с выступом по контактной поверхности. 10047 1 2007.12.30 4. Комплект по п. 1, отличающийся тем, что наружные и внутренние кольца покрыты фторсодержащим олигомером Фолеокс или эпиламом. 5. Комплект по п. 1, отличающийся тем, что наружные и внутренние кольца выполнены разнотолщинными, при этом соотношение их толщин составляет от 0,11 до 11. 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, и используется в запорной аппаратуре ТЭЦ и химических производств. 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. 13. Такие материалы, объединенные термином герметизаторы, распространены в современной технике 3. 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 3. 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 2 и углеродных материалов 4. 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 типастоимостью от 100 тыс. долл. США. Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является графитовое уплотнение, включающее наружные и внутренние кольца, выполненные из различных герметизирующих материалов 5. 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, недостаточная герметичность. 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 из порошкообразных компонентов 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 эпиламом и выполнены разнотолщинными при соотношении толщин от 0,11 до 11. 2 10047 1 2007.12.30 На фиг. 1 представлена конструкция герметизирующего комплекта для сальниковых уплотнений, состоящая из двух наружных колец 1 прямоугольного сечения из политетрафторэтилена или композиционного материала на его основе, трех внутренних колец 2 прямоугольного сечения из гидрофобизированного графита и штока 3. На фиг. 2 представлена конструкция герметизирующего комплекта для сальниковых уплотнений, состоящая из двух наружных и одного промежуточного колец 1 прямоугольного сечения из политетрафторэтилена или композиционного материала на его основе, двух внутренних колец 2 прямоугольного сечения из гидрофобизированного графита и штока 3. На фиг. 3 представлена конструкция герметизирующего комплекта для сальниковых уплотнений,состоящая из двух наружных прямоугольного сечения и двух промежуточных профильного сечения колец 1 из политетрафторэтилена или композиционного материала на его основе, двух внутренних колец 2 профильного сечения из гидрофобизированного графита и штока 3. На фиг. 4 представлена конструкция герметизирующего комплекта для сальниковых уплотнений, состоящая из двух наружных колец 1 профильного сечения из политетрафторэтилена или композиционного материала на его основе, двух внутренних профильного сечения и одного внутреннего промежуточного прямоугольного сечения колец 2 из гидрофобизированного графита и штока 3. На фиг. 5 представлена конструкция герметизирующего комплекта для сальниковых уплотнений, состоящая из двух наружных прямоугольного сечения и одного промежуточного профильного сечения колец 1 из политетрафторэтилена или композиционного материала на его основе, двух внутренних колец 2 профильного сечения из гидрофобизированного графита и штока 3. На фиг. 6 представлена конструкция герметизирующего комплекта для сальниковых уплотнений, состоящая из двух наружных колец 1 прямоугольного сечения из политетрафторэтилена или композиционного материала на его основе, покрытых тонким слоем фторсодержащего олигомера 4, четырех внутренних колец 2 прямоугольного сечения из гидрофобизированного графита, покрытых тонким слоем фторсодержащего олигомера 4, и 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 гидрофобизированного графита (фиг. 2, 3, 4, 5), что обеспечивает дополнительное увеличение износостойкости уплотнительного комплекта. Кроме того, кольца из политетрафторэтилена могут быть профильными (фиг. 3, 4, 5), что приводит к дополнительному уплотнению границы раздела при затягивании грундбуксы. 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 политет 3 10047 1 2007.12.30 рафторэтилена 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. Однако оптимальными соотношениями толщин 1 и 2 являются 110,11. 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. 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. Как следует из представленных в таблице данных, разработанная конструкция герметизирующего комплекта для сальниковых уплотнений существенно превосходит прототип по ресурсу, имеет боле низкую стоимость, более простую технологию изготовления и способность к регенерации. Разработанные комплекты прошли испытания в запорной арматуре теплоцентралей при рабочих давлениях до 50 МПа (500 атм.) и показали высокую надежность эксплуатации без дополнительного обслуживания. 4 10047 1 2007.12.30 Характеристики герметизирующих комплектов для сальниковых уплотнений Характеристика Показатель для уплотнительного комплекта Предлагаемая Прототип конструкция до 550 - пар 550 до 500 - воздух 550 1. Термостойкость внутренних элементов, С 2. Наличие колец из плетеной 2 кольца набивки 3. Ресурс эксплуатации комплекта без дополнительного обслужи 10 000 вания, час, не менее 4. Давление рабочей среды, МПа не более 38 5. Технология изготовления плетение на специальной устакрайних колец новке 6. Стоимость материала крайних 75-80 долл. США за 1 кг колец 7. Герметизируемые среды водяной пар, газы, нефтепродукты, водные растворы солей,кислот, щелочей 8. Технологический цикл изготовления внутренних колец окисление графита, нейтрализация, термообработка (расщепление), дозирование,прессование 9. Материал для внутренних термически расщепленный граколец комплекта фит (ТРГ) 10. Возможность повторного необходим повторный цикл использования регенерированнорегенерации измельчение,го комплекта окисление, расщепление, прессование. Наружные кольца повторно не используются нет 20 000 не более 50 холодное прессование 7-15 долл. США за 1 кг водяной пар, газы,нефтепродукты, водные растворы солей,кислот, щелочей смешивание компонентов, прессование гидрофобизированный графит измельчение и холодное прессование. Наружные кольца повторно используются Источники информации 1. Кондаков Л.А., Голубев А.И., Гордеев В.В. и др.Уплотнения и уплотнительная техника Справочник / Под общ. ред. А.И. Голубева, Л.А. Кондакова. Изд. 2-е, перераб. и доп. М. Машиностроение, 1994. - 448 с. 2. Сиренко Г.А. Антифрикционные карбопластики. - Киев Техника, 1985. - 196 с. 3. Пинчук Л.С. Герметология. - Мн. Навукатэхнка, 1992. - 215 с. 4. Графит как высокотемпературный материал. Сб. статей Пер. с англ. под ред. К.П. Власова. - М. Мир, 1964. - 423 с. 5.5542681 А, 1996. Фиг. 6 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6