Фторопластовая уплотнительная прокладка

Полезная модель относится деталям машин, точнее, к уплотнениям между неподвижными относительно друг друга поверхностями, и может найти применение при изготовлении прокладок, используемых, предпочтительно, для уплотнения фланцевых соединений. Уплотнительная прокладка, характеризующаяся тем, что имеет форму плоского кольцевого элемента и целиком выполнена рулонной намоткой пористой политетрафторэтиленовой ленты со слоями, имеющими в поперечном сечении U-образную форму, при этом каждый слой образован продольным, по меньшей мере, трехслойным, сложением исходной ленты. Прокладка имеет настолько прочно соединенные между собой слои политетрафторэтилена, что не нуждается в бандажных кольцах. Ее можно изгибать, перекручивать и сгибать пополам, при этом не происходит ее расслоение, она сохраняет целостность. Однако, достаточно легко и без отрывов, можно отматывать наружные или внутренние витки, что позволяет при монтаже точно подгонять габариты прокладки под необходимые размеры.

Полезная модель относится деталям машин, точнее, к уплотнениям между неподвижными относительно друг друга поверхностями, и может найти применение при изготовлении прокладок, используемых, предпочтительно, для уплотнения фланцевых соединений.

Общеизвестны и широко применяются уплотнительные прокладки из фторопласта 4 (политетрафторэтилена) по ГОСТ 15180-86 [Прокладки плоские эластичные. Основные параметры и размеры], которые изготавливаются на вырубных штампах из листовых заготовок [с информацией можно ознакомиться в сети Интернет на сайте http://www.gore.com/sealants/russian/ru_gask_gr_sheet_style_r.html].

Востребованность политетрафторэтиленовых прокладок объясняется уникальным сочетанием свойствами материала, в том числе, низкой влагопроницаемостью, механической прочностью, высокими диэлектрическими свойствами, химической устойчивостью, низким коэффициентом трения, а также широкой областью рабочих температур (от -260 до +260°С). Однако следствием изготовления прокладок вырубным способом является высокий процент отхода материала, а также то, что толщина прокладки определяется толщиной исходного листа. При использовании таких прокладок при уплотнении межфланцевых зазоров достаточно часто приходится набирать толщину несколькими прокладками.

Другим направлением развития уплотнительных изделий являются спирально навитые прокладки (СНП). Как известно концепция спирально-навитых прокладок (СНП) была предложена фирмой Flexitallic в 1912 г [с информацией можно ознакомиться в сети Интернет на сайте http://www.izobretatel.msk.ru/ordered/spiral/]. Спирально навитая прокладка представляет собой кольцо, навитое из чередующихся слоев ленты наполнителя (фторопласта) и профилированной (V- или W-образной) металлической ленты, служащей армирующим элементом, позволяющим удерживать форму изделия.

Спирально навитые прокладки изготавливаются на специализированных станках. Для того, чтобы навивка не раскручивалась, первые и последние металлические витки скрепляют сваркой в процессе намотки. От качества сварки во многом зависит надежность прокладки.

Одним из представителей данного направления может служить уплотнение, полученное путем спиральной навивки V-образной профилированной ленты, витки которой разделены слоями наполнителя - фторопласта [Патент СССР 402705, опубл. 19.10.1973]. При изготовлении такой прокладки минимизирован отход материала, поскольку диаметр прокладки вполне точно определяется числом витков (слоев навивки) и можно получать прокладки различной, в том числе, нестандартной толщины, которая определяется шириной используемых лент. Основным недостатком такой конструкции является чередование металлической армирующей ленты и дополнительной упругой ленты. Это усложняет как процесс изготовления, так и саму конструкцию изделия, и, кроме того, ограничивает сферу применения.

Надежность спирально навитых прокладок повышается с применением внутренних и наружных ограничительных колец. Этот прием использован в конструкции уплотнительного узла неподвижного соединения [АС СССР 1059978, опубл. 10.10.1999]. Уплотнительное средство выполнено в виде спирально навитой прокладки, заключенной между внутренним и внешним ограничительными кольцами, при этом внешнее ограничительное кольцо выполнено конусообразного сечения с эластичным материалом по торцовым поверхностям. Такой прием повышает надежность и термобароциклическую работоспособность уплотнения.

В качестве прототипа полезной модели выбрана фторопластовая прокладка разработанная ООО «Изобретатель» [с информацией можно ознакомиться в сети Интернет на упомянутом выше сайте http://www.izobretatel.msk.ru/ordered/spiral/]. Прокладка изготовлена рулонной намоткой на оправку чередующихся слоев ленты наполнителя (фторопласта) и предварительно профилированной U-образной армирующей металлической ленты (здесь и далее в тексте термин «рулонная» употребляется в значении спиральной намотки при наложении витков строго один на другой, без

перемещения вдоль оси вращения). При этом вершина выгиба ориентирована наружу, а первые и последние витки стальной ленты скрепляют в процессе намотки контактной сваркой. Недостатки конструкции описаны выше и обусловлены введением металлической армирующей ленты и необходимостью сварки бандажных колец.

Таким образом, существует техническое противоречие - одни известные прокладки выполнены целиком из фторопласта, но относительно простое их изготовление вырубным способом приводит к высокому проценту отхода материала. Другие прокладки - спирально навитые, лишены этого недостатка, но для удержания слоев фторопласта между собой (материал, как известно, обладает высоким коэффициентом скольжения и не сваривается плавлением) требуется применение свариваемых бандажных металлических колец, что усложняет технологию изготовления и конструкцию прокладки и не всегда приемлемо.

В основу полезной модели поставлена задача расширения арсенала средств и разрешения указанного противоречия, а именно создание фторопластовой спирально навитой прокладки, обладающей функциональными свойствами, не ниже чем у цельной вырубной, но без применения металлических армирующих слоев и охватывающих колец.

Поставленная задача решается тем, что уплотнительная прокладка имеет форму плоского кольцевого элемента и целиком выполнена рулонной намоткой пористой политетрафторэтиленовой ленты со слоями, имеющими в поперечном сечении U-образную форму, при этом каждый слой образован продольным, по меньшей мере, трехслойным, сложением исходной ленты.

Ниже более подробно описана конструкция прокладки и способ ее изготовления. Полезная модель иллюстрируется Фигурой чертежа, на котором представлено поперечное сечение изделия в процессе намотки на оправку.

В качестве исходной ленты выбирают ленту из пористого политетрафторэтилена (ГОСТ 14906-77. Фторопласт 4D. Технические условия) шириной 10-20 мм или нарезают ее из рулона более широкой ленты до заданной ширины. Толщина ленты от 50 до 150 мкм. Намотку ленты 1 осуществляют на сборную цилиндрическую оправку 2 с фланцами 3. Межфланцевая цилиндрическая поверхность образована двумя конусами 4, встречно

ориентированными меньшими основаниям, между ними могут быть установлены дополнительные дисковые проставки. Таким образом, межфланцевая цилиндрическая поверхность оправки имеет дугообразно вогнутую образующую.

При выборе оправки одним из определяющих параметров является межфланцевое расстояние, оно должно быть существенно меньше (в 3-3,5 раза и более), чем ширина исходной ленты.

В процессе намотки усилие натяжения составляет 1-5 кг. Лента наматывается на оправку, ее края находят на внутреннюю поверхность фланцев, и она за счет упругих свойств и натяжения продольно складывается в 3 раза. Выбором соотношения межфлацевого расстояния и ширины ленты можно получить 4-х и более кратное продольное сложение ленты. Поскольку сложенная лента наматывается на оправку с вогнутой цилиндрической поверхностью, то формируются слои U-образного (криволинейного, вогнутого внутрь) поперечного сечения. Кривизна изгиба определяется в первую очередь кривизной образующей цилиндрической поверхности оправки и может приближаться к V-образной форме сечения. Слои наматываются строго друг на друга (рулонная намотка).

Намотку прокладок можно осуществлять на оборудовании, позволяющем одновременно изготавливать несколько (до 10 и более) изделий (в зависимости от массы оснастки и диаметра прокладок), в том числе разного габарита, что определяется, в основном, количеством витков и внутренним диаметром, и разной толщины, что определяется межфланцевым расстоянием.

После окончания намотки полученную сборку - оправку с лентой - снимают и помещают в печь для нагрева. После остывания оправку разбирают и извлекают готовое к употреблению изделие - уплотнительную прокладку. Она имеет форму плоского кольцевого элемента и целиком выполнена рулонной намоткой пористой политетрафторэтиленовой ленты со слоями, имеющими в поперечном сечении U-образную форму, при этом каждый слой образован продольным, по меньшей мере, трехслойным, сложением исходной ленты.

Прокладка имеет настолько прочно соединенные между собой слои политетрафторэтилена, что не нуждается в бандажных кольцах. Ее можно изгибать, перекручивать и сгибать пополам, при этом не происходит ее расслоение, она сохраняет целостность. Однако, достаточно легко и без отрывов,

можно отматывать наружные или внутренние витки, что позволяет при монтаже точно подгонять габариты прокладки под необходимые размеры.

Полученная спирально-навитая прокладка обладает гидро- и газонепроницаемостью не ниже, чем у вырубленной из фторопластового листа. В качестве примера можно привести результаты испытаний: прокладка внутренним диаметром 32 мм, внешним диаметром 52 мм и толщиной 2,5 мм, выполненная по заявляемой технологии, установленная во фланцевом узле испытательного стенда, выдержала испытание гидравлическим давлением 200 кг/см² в течение 168 час (диапазон рабочих температур - от -50 до +130°С).

Прокладки могут найти применение во фланцевых соединениях металлической арматуры, пластиковых, керамических соединениях и пр.

По своим характеристикам, прокладки можно применять в химической и нефтегазовой промышленности, гидроэнергетических комплексах, водоснабжении, строении и ремонте разного рода плавсредств и др.

Уплотнительная прокладка, характеризующаяся тем, что имеет форму плоского кольцевого элемента и целиком выполнена рулонной намоткой пористой политетрафторэтиленовой ленты со слоями, имеющими в поперечном сечении U-образную форму, при этом каждый слой образован продольным, по меньшей мере, трехслойным сложением исходной ленты.