Сальниковий вузол

Изобретение относится к области трубопроводной арматуры и может быть использовано во многих отраслях народного хозяйства. Задачей изобретения является упрощение конструкции, уменьшение металлоемкости и трудоемкости изготовления, повышение надежности в работе и применение экологически чистого набивочного (уплотнительного) материала в сальниковом узле. Технический результат, который получен при осуществлении изобретения: - упрощена конструкция за счет отказа от планки сальника, подтягиваемой к крышке трубопроводной арматуры с помощью откидных шарнирных болтов, т.е. исключены из конструкции сальникового узла фланец,, нажимная втулка, оси, шплинты, гайки с шайбами и т.д., что уменьшает металлоемкость конструкции; - подобран экологически чистый набивочный (уплотнительный) материал, обладающий свойствами упругости, малой остаточной деформацией, т.е. отвечающий требованиям закона Паскаля с несжимаемости среды, низким коэффициентом трения, высокой податливостью, что обеспечивает заполняемость сальникового колодца в крышке и способность передавать усилия поджатий регулировочным винтом во всех направлениях равномерно, т.е. усилие, создаваемое при поджатий регулировочным винтом, передается равномерно по всей уплотняемой поверхности сальника и шпинделя (штока), что позволяет осуществить наработку не менее 12 тыс. циклов без замены предлагаемой сальниковой набивки, равномерно создаваемое усилие поджатия распространяется по всей поверхности сальникового колодца, создавая необходимое контактное давление по всем уплотняемым поверхностям сальника и шпинделя (штока); - предлагаемый уплотнительный материал (сальниковая набивка) выдерживает рабочую температуру о т -50°C до +240°C; - предлагаемый уплотнительный материал химически стоек к нефтепродуктам, слабым растворам кислот и щелочей, т.е. не изменяет своих свойств при контакте с этими средами, что позволяет использовать его в качестве уплотнительной набивки в трубопроводной арматуре, транспортирующей выше указанные среды; - исключены протечки рабочей текучей среды, т.к. увеличена площадь точек касания, т.е. уплотнительный материал заполняет и охва тывает всю полость сальникового колодца за счет выполнения верхней и нижней частей сальникового колодца в виде усеченного конуса; обеспечивается полимеризация уплотнительного материала после заполнения им полости сальникового колодца, что гарантирует работу, например, вентиля на 20 лет, т.е. уплотнительный материал сохраняет вышеуказанные свойства не менее 20 лет; - достигнута герметизация в подвижном соединении шпинделя с крышкой сальникового узла. Известный сальниковый узел (А.с. СССР №815406, кл. F16K41/02, заявл. 05.09.78, опубл. 23.03.81) содержит крышку, в которой установлена подвижная втулка, в полости которой размещена набивка для уплотнения штока [1]. Снизу подвижная втулка фиксируется упорной гайкой, уплотненной мембраной, которая защищает щель между втулкой и крышкой от протечки среды. Сверху набивка обжимается нажимным устройством до образования в верхнем слое удельного давления, необходимого для начальной герметизации уплотнения. Причины, препятствующие получению требуемого технического результата: - сложность конструкции сальникового узла; большая металлоемкость (наличие подвижной втулки, регулировочной гайки, мембраны и т.д.); - не экологически чистая набивка; - тр удоемкость изготовления дополнительных деталей; - ненадежность конструкции (износ, исключена герметизация). Известный сальниковый узел (Гуревич Д.Ф., Шпаков О.H. Справочник конструктора трубопроводной арматуры. - Л.: Ма шиностроение, 1987. - С.344, рис.4.27, тип I и II), взятый за прототип, состоит из корпуса с камерой, которую во многих случаях создают в крышке арматуры, сальниковой набивки, нажимной втулки, нажимной крышки сальника, поднабивочной втулки и натяжных болтов или шпилек с гайками [2]. Несмотря на тщательный подбор материала набивки во многих случаях при работе трубопроводной арматуры (в результате перемещений шпинделя) имеют место протечки рабочей среды через сальниковый узел. Причины, препятствующие получению требуемого технического результата: - сложность конструкции сальникового узла; металлоемкость конструкции (наличие крышки сальника или нажимного фланца сальника и нажимной втулки, откидного шарнирного болта, оси и шплинка, гайки и шайбы); - не экологически чистая сальниковая набивка (асбестовая набивка вносит концерагентные вещества в рабочую текучую среды); - трудоемкость изготовления сальникового узла за счет наличия дополнительных деталей; - неравномерность удельных давлений по высоте сальникового узла, вызывает увеличение габаритов сальникового колодца и достаточно больших усилий для достаточного уплотнения (многократно осуществляется давление с большим усилием); - в процессе эксплуатации требуется замена сальниковой набивки или поднабивка сальника, что влечет за собой разборку (демонтаж) сальникового узла и отключение участка трубопровода, на котором установлена та или иная арматура. В основу изобретения поставлена задача создания (или усовершенствования) сальникового узла, в котором новое выполнение конструкции крышки, выполненной с сальниковым колодцем, который соединен со вспомогательным боковым отверстием, в котором выполняется резьба для ввинчивания регулировочного винта, при этом сальниковая набивка представляет собой экологически чистый уплотнительный материал, выполненный в виде силиконового компаунда с наполнителями, что обеспечивает высокую упругость, низкий коэффициент трения, высокую податливость и за счет этого сальниковый узел выдерживает не менее 12тыс. циклов работы, рабочую температуру от -50° до +240°C, стоек к нефтепродуктам и соляным средам, при этом используемый уплотнительный материал не имеет остаточной деформации, что повышает потребительский спрос. Перечисляем конструктивные элементы (детали, узлы), которые являются общими с аналогом (или прототипом). Сальниковый узел содержит металлическую крышку, в котором выполнены сальниковый колодец для размещения в нем сальниковой набивки от текучей среды и отверстие для прохождения шпинделя. Перечисляем конструктивные элементы (детали, узлы), которые впервые выполнены в заявляемом объекте: Сальниковый узел дополнительно имеет вспомогательное боковое отверстие, которое соединено с сальниковым колодцем и их оси между собой расположены взаимно перпендикулярно; сальниковая набивка представляет собой уплотнительный материал, который по своим свойствам экологически чистый и полностью нейтральный к текучей среде. Сальниковый узел снабжен регулировочным винтом, который установлен в вспомогательном боковом отверстии с возможностью перемещения по направлению к сальниковому колодцу и постоянного оптимального нажатия на уплотнительный материал. Верхняя и нижняя части сальникового колодца выполнены в виде усеченного конуса, заполненного уплотнительным материалом, при этом угол конусности выбран так, что векторное разложение усилия поджатия с помощью регулировочного винта разно трем составляющим силам, направленным к шпинделю. Вспомогательное боковое отверстие имеет резьбу. Ось отверстия расположена на расстоянии, равном половине высоты сальникового колодца и определяется по следующей формуле где - расстояние, на котором расположена ось вспомогательного бокового отверстия, - высота сальникового колодца. Средняя часть сальникового колодца выполнена в виде цилиндра. Угол конусности равен, например, 2,5°. Уплотнительный материал выполнен с возможностью заполнения сальникового колодца через вспомогательное боковое отверстие. Уплотнительный материал после заполнения сальникового колодца имеет свойство полимеризации. Уплотнительный материал представляет собой экологически чистый силиконовый компаунд с наполнителями. Наполнители выполнены в виде черной или белой сажи, графита или графитовой пыли и т.д. Причинно-следственная связь заключается в том, что вся выше указанная совокупность существенных признаков, как каждый в отдельности, так и вместе, обеспечивает выполнение поставленной задачи изобретения упрощение конструкции, уменьшение металлоемкости и трудоемкости изготовления, повышение надежности в работе и применение экологически чистого уплотнительного материала в сальниковом узле. Характер проявления новых свойств изобретения: - упрощение конструкции за счет выполнения общей металлической крышки, в которой выполнены сальниковый колодец и соединенное с ним вспомогательное боковое отверстие, при этом оси колодца и отверстия взаимно перпендикулярны; уменьшена металлоемкость за счет исключения из конструкции сальникового узла планки (фланца) нажимной втулки, осей, шплинтов, гаек с шайбами, откидных шарнирных болтов и т.п.; - уменьшена трудоемкость изготовления за счет упрощения сборки и исключается изготовление дополнительных деталей; подобран экологически чистый уплотнительный материал, который полностью снижает экологические потери у потребителя и отвечает требованиям закона Паскаляо несжимаемости среды; - повышена надежность в работе за счет способности уплотнительного материала передавать усилия поджатия во всех направлениях с помощью регулировочного винта равномерно, т.е. конусность верхней и нижней частей сальникового колодца позволяет векторно разложить силы поджатия на три составляющих, направленных к шпинделю; - угол конусности равен, например 2,5°, что обеспечивает разложение усилия поджатия регулировочным винтом по направлению к шпинделю. На фиг.1 показан сальниковый узел, общий вид; на фиг.2 - вид A на фиг.1 (общий вид сальникового узла); на фиг.3 - общий вид крышки сальникового узла; на фиг.4 - вид B на фиг.3; на фиг.5 - сечение C - C на фиг.3; на фиг.6 - сечение Д - Д на фиг.4; на фиг.7 - геометрические размеры сальникового колодца и вспомогательного бокового отверстия; на фиг.8 - векторное разложение усилия нажатия на уплотнительный материал. Сальниковый узел содержит металлическую крышку 1, в нижней части которой выполнены сальниковый колодец 2 и вспомогательное боковое отверстие 3. Отверстие 3 имеет резьбу 4 для установки регулировочного винта 5 (фиг.1, 2, 3, 6). Сальниковый колодец 2 соединен с вспомогательным боковым отверстием 3, т.е. сальниковый колодец 2 и вспомогательное боковое отверстие 3 представляют собой цилиндрические сообщающиеся полости со взаимно перпендикулярными осями. Расстояние, на котором расположена ось отверстия 3 равно половине высоты сальникового колодца 2, например, (фиг.2, 3, 5, 7). Вспомогательное боковое отверстие 3 служит для вспрыскивания через него уплотнительного материала 6 (сальниковой набивки) в сальниковый колодец 2 (фиг.2, 3, 6). Таким образом, участок шпинделя 7, проходящий через отверстие 8 в крышке 1 сальникового узла, охватывается уплотнительным материалом 6 (фиг.1). Верхняя и нижняя части сальникового колодца 2 представляют собой усеченный конус 9, что облегчает размещение уплотнительного материала 6 в пределах сальникового колодца 2 (фиг.1, 2, 3, 8), Угол конусности сальникового колодца 2 влияет на нажатие контактной поверхности уплотнительного материала 6 на шпиндель 7, т.е. выбор угла позволяет перераспределить усилие нажатия, исходящее из вспомогательного бокового отверстия 3 в крышке 1, с помощью регулировочного винта 5, на уплотнительный материал 6, охватывающий шпиндель 7, т.е. осуществляется векторное разложение усилия во время поджатия регулировочным винтом 5 (см. фиг.1, фиг.2, фиг.3, фиг.7, фиг.8). Например, угол конусности равен 2,5° (фиг.3). Уплотнительный материал 6, т.е. сальниковая набивка может представлять собой силиконовый компаунд с наполнителями (черная или белая сажа, графит или графитовая пыль, окислы кварцевого песка и т.д.). Подобранный материал - экологически чистый, так как он нейтрален полностью к транспортируемой среде, идущей по трубопроводной арматуре. Крышка 1 сальникового узла установлена на корпус 10 трубопроводной арматуры (например, вентиля), т.е. нижний фланец 11 крышки 1 закреплен к корпусу 10с помощью крепежных элементов 12 (фиг.1, 2). В верхней части крышки 1 сальникового узла, в отверстии 8 под шпиндель 7, выполняемое большего диаметра, установлена направляющая втулка 13 из антифрикционного материала (фиг.1, 3). Вверху шпиндель 7, выходящий из камеры 1, заканчивается рукояткой 14 (или маховиком) (фиг.1, 2). Через вспомогательное боковое отверстие 3 в крышке 1 сальникового узла осуществляется заполнение сальникового колодца 2 уплотнительным материалом 6, который вводится в жидком состоянии. После полимеризации материала в сальниковом колодце 2, осуществляется его поджатие регулировочным винтом 5 для создания герметизации в подвижном соединении шпинделя 7 с крышкой 1. Заявляемый сальниковый узел работает следующим образом: Во время работы участок шпинделя 7, охватываемый уплотнительным материалом 6, создает герметизацию в подвижном соединении шпинделя 7 с крышкой 1. Необходимое поджатие уплотнительного материала 6 с помощью регулировочного винта 5 создает равномерное давление между поверхностями. Усилия поджатия регулировочным винтом 5 раскладываются на три составляющие силы, направленными к шпинделю 7. Заявляемый сальниковый узел позволяет: полностью исключить попадание транспортируемой жидкости в окружающую среду, что также создает экологическую безопасность; - обеспечивается более надежная защита от попадания токсичной жидкости в окружающую среду; - простота в обращении за счет исключения поднажатия с помощью гайки и шплинта, или с помощью откидных шарнирных болтов: - простота в обслуживании за счет исключения замены сальниковой набивки и, следовательно, разборки сальникового узла при отключении части трубопровода; - предлагаемая конструкция не вызывает экологических потерь у потребителя; - технически безопасна для обслуживающего персонала; - нет высоких требований по точности, так и по шероховатости поверхностей.