Уплотнительная прокладка для кольцевого зазора в клапане

007193 Предпосылки изобретения Изобретение относится к уплотнительной прокладке для кольцевого зазора в клапане, с помощью которой запирается в положении запирания поток текучей среды между стороной клапана с высоким давлением и стороной клапана с низким давлением, причем клапан представляет собой цилиндр, через который проходит поток текучей среды и в котором находится поршень с возможностью аксиального перемещения, и причем в запирающем положении уплотнительная прокладка для кольцевого зазора входит в канавку, выполненную во внутренней стенке цилиндра, и запирает кольцевой зазор между поршнем и цилиндром. Такого рода уплотнительные прокладки для кольцевых зазоров в клапанах общеизвестны. Например, в DE 3731349 A1 описана трапециевидная прокладка для кольцевого зазора, которая входит в также трапециевидную канавку и может быть прижата кольцевой пружиной. Регулирующий клапан, в котором обычно применяется такого рода уплотнительная прокладка для кольцевой зазора, описан, например, вDE 2929389 A1. Известные уплотнительные прокладки для кольцевого зазора в запорном положении обнаруживают утечку потока среды и все менее приемлемы в процессах производства и управления из-за невозможности обеспечения требуемого качества процесса. Причины таких утечек потоков, наряду с явлениями истирания и старения уплотнительных элементов, состоят в недостаточно полном радиальном заполнении известными прокладками кольцевых зазоров и ограниченной устойчивости свойств материала прокладок и недостаточном постоянстве их материальных свойств при изменении рабочей температуры. К этому можно прибавить, что известные уплотнительные прокладки для кольцевых зазоров именно в связи с утечками потоков среды - только ограниченно пригодны для защиты деталей установки от ударов обратных потоков. Цель изобретения состоит в создании уплотнительной прокладки для кольцевого зазора, которая гарантирует герметичность как в предусмотренном направлении потока, так и в противоположном направлении, и также, в частности, минимизирует утечку потоков среды при различных рабочих температурах. Сущность изобретения Исходя из известной уплотнительной прокладки для кольцевого зазора эта задача решается согласно данному изобретению с помощью двух зеркально-симметрично расположенных в канавке рядом одно с другим уплотнительных колец, причем в запирающем положении под воздействием текучей среды со стороны высокого давления уплотнительная манжета одного из расположенных на стороне с низким давлением первого уплотнительного кольца герметично для текучей среды прижата к поршню и уплотнительная поверхность первого уплотнительного кольца герметично для текучей среды прижата к стенке канавки. Разделение уплотнительной прокладки для кольцевого зазора на два уплотнительных кольца позволяет оптимизировать форму для самоусиления эффекта непроницаемости при растущем дифференциальном давлении между стороной с высоким давлением и стороной с низким давлением. В результате симметричного построения уплотнительная прокладка для кольцевого зазора согласно данному изобретению действует одинаково эффективно как при предусмотренном направлении потока, так и при направлении потока, противоположном предусмотренному. Предпочтительно уплотнительная прокладка для кольцевого зазора согласно данному изобретению построена таким образом, что в запирающем положении текучая среда со стороны высокого давления прижимает герметично для текучей среды уплотнительное плечо расположенного со стороны низкого давления первого уплотнительного кольца к аксиально выступающему, прилегающему к канавке выступу. Спаривание уплотнительного плеча с выступом, прилегающим к канавке, гарантирует повышенную герметичность между уплотнительным кольцом и стенкой канавки в корпусе клапана. Уплотнительные кольца уплотнительной прокладки для кольцевого зазора согласно данному изобретению особенно предпочтительно обладают С-профилем и в запирающем положении под воздействием текучей среды со стороны высокого давления С-профиль расположенного на стороне низкого давления первого уплотнительного кольца расширяется. В результате расширения уплотнительное кольцо уплотнительной прокладки для кольцевого зазора согласно данному изобретению дополнительно зажимается между основанием канавки и боковой поверхностью поршня, в результате чего повышается герметичность между уплотнительным кольцом и основанием канавки, то есть корпусом и боковой поверхностью поршня. Увеличению непроницаемости элементарно служит превышение размера уплотнительной прокладки для кольцевого зазора над расстоянием между поршнем и основанием канавки, так что уплотнительная прокладка для кольцевого зазора вдавливается в канавку с предварительным напряжением. В особенно предпочтительном варианте уплотнительная прокладка для кольцевого зазора согласно данному изобретению содержит стабилизирующий элемент, который вкладывается вдоль канавки вместе с уплотнительными кольцами. Такой стабилизирующий элемент состоит предпочтительно из такого материала, свойства которого испытывают при рабочих температурах только слабые колебания. В большинстве случаев применения оправдала себя в качестве такого материала сталь, стойкость которой про-1 007193 тив старения и воздействия разных сред можно увеличить c помощью легирования различными известными способами и приспосабливания к предъявляемым требованиям. Особенно предпочтителен стабилизирующий элемент в виде винтовой пружины, вкладываемой тороидально. Винтовая пружина создает в частности возможность для того, чтобы уплотнительные манжеты уплотнительных колец были вытянуты радиально в направлении поршня. Пример воплощения Изобретение поясняется ниже с помощью одного из примеров воплощения. На фигурах показаны: фиг. 1a - разрез клапана с уплотнительной прокладкой для кольцевого зазора согласно данному изобретению; фиг. 1b - местный вид уплотнительной прокладки для кольцевого зазора; фиг. 1c - увеличенный местный вид уплотнительной прокладки для кольцевого зазора; фиг. 2 - раздвинутый разрез уплотнительной прокладки для кольцевого зазора; фиг. 3 а - стабилизирующий элемент уплотнительной прокладки для кольцевого зазора; фиг. 3b - главный вид стабилизирующего элемента; фиг. 4 а - детальный вид уплотнительной прокладки для кольцевого зазора при открытом клапане. фиг. 4b - этот же детальный вид в запертом положении при нормальных условиях давления; фиг. 4 с - этот же детальный вид в запертом положении, когда поток направлен противоположно предусмотренному направлению потока. На фиг. 1a показан клапан 1, с помощью которого можно регулировать поток текучей среды, не показанной на фигуре, между входом 2 клапана и выходом 3 клапана. Обозначения входа 2 клапана и выхода 3 клапана соотносятся с предусмотренным направлением 4 потока жидкости через клапан 1, при котором представленное здесь открытое положение клапана 1 реализует максимальные скорости пропускания и минимальный износ клапана 1. Показанный в качестве примера клапан 1 имеет номинальный диаметр 5 в 609,6 мм (24 дюйма), на входе 2 клапана и выходе 3 клапана плоскости 6 фланцев согласноANSI 900 RTJ для номинального давления 63,279 кг/см 2 (900 фунтов/квадратный дюйм) и общее расстояние 7 между плоскостями 6 фланцев составляет 1568 мм. Клапаны с принципиально таким же устройством находят применение с номинальными диаметрами от 50,8 мм (2 дюйма) до 1219,2 мм (48 дюймов) для номинальных давлений от 10,55 кг/см 2 (150 фунтов/квадратный дюйм) до 175,78 кг/см 2 (2500 фунтов/квадратный дюйм) для регулирования протекающего через них потока, например, нефти, газа или воды или многофазных смесей. Альтернативно, клапан может быть выполнен согласно стандартамAPI. Клапан 1 имеет литой корпус 8 цилиндра 9, через который протекает текучая среда. Текучая среда проникает через часть выполненную в виде сепаратора 10 аксиально в цилиндр 9 и покидает его - клапан 1 - в предусмотренном направлении 4 потока. Сепаратор 10 закреплен в корпусе 8 клапана 1 с помощью выходной буксы 11 цилиндра 9, вкрученной в виде контргайки в корпус 8. В цилиндре 9 находится поршень 12 с возможностью аксиального перемещения. Поршень 12 не имеет торцевой плоскости и жестко связан с помощью радиально проходящих спиц 13 с аксиально направленной штоком 14 поршня. Шток 14 поршня имеет поверхность 15 с косыми зубьями под углом 45,которая находится в зацеплении с плоской поверхностью 16 с такими же косыми зубьями под углом 45 радиально расположенной и радиально перемещаемой штанги переключения 17. Радиальное перемещение штанги переключения 17 воздействует, таким образом, непосредственно гистерезисно и без люфта на аксиальное перемещение штока 14 поршня и позволяет таким образом поршню 12 занять определенное положение в цилиндре 9. Поршень 12, шток 14 поршня и штанга переключения 17 в любом рабочем положении находятся в состоянии равновесия сил. Независимо от прилагаемого давления клапан 1 может быть включен без ограничений. Скорость процесса переключения ограничена со стороны клапана инерцией массы поршня 12, штока 14 поршня и штанги переключения 17. При перемещении поршня 12 в цилиндре 9 его боковая поверхность 18 закрывает не показанные отверстия в сепараторе 10 и запирает, таким образом, в запирающем положении поток жидкости через клапан 1. Остающийся в запирающем положении кольцевой зазор 19 между боковой поверхностью 18 поршня 12 и цилиндром 9 герметически закрывается уплотнительной прокладкой 20 для кольцевого зазора. Цилиндр 9 в запирающем положении и образующийся в этом положении кольцевое зазор 19 по отношению к цилиндру 9 представлены только на детальных видах фиг. 4b и 4 с. Уплотнительная прокладка 20 для кольцевого зазора - как видно из детальных видов фиг. 1b и 1c находится в канавке 21, которая выполнена по окружности на внутренней стенке цилиндра 9 и которая расположена между сепаратором 10 и выходной буксой 11. С помощью манжетного уплотнения 23, установленного во второй канавке 22 между сепаратором 10 и выходной буксой 11, создается непроницаемость по отношению к корпусу 8. Уплотнительная прокладка 20 для кольцевого зазора, которая представлена на фиг. 2 в профильном разрезе, наподобие раздвинутого рисунка, состоит из одного - по отношению к клапану 1 - внутреннего уплотнительного кольца 24 и одного установленного по отношению к нему зеркально-симметрично-2 007193 внешнего уплотнительного кольца 25, которые, например, состоят из полипропилена, и их форма стабилизируется с помощью стабилизирующего элемента 26. Каждое уплотнительное кольцо 24, 25 имеет уплотнительную манжету 27, которая в положении запирания прижимается к боковой поверхности 18 поршня 12 непроницаемо для текучей среды. К уплотнительной манжете 27 примыкает С-профиль 28,наружная уплотнительная поверхность 29 которого согласуется по форме с боковой стенкой 30 канавки и может быть прижата к ней непроницаемо для текучей среды. C-профиль 28 образует ниже уплотнительной манжеты 27 плечо уплотнения 31, которое подогнано к форме выступа 32, аксиально выступающего из канавки 21 и выполненного по ее краю, и может быть непроницаемо для текучей среды прижато к нему. С-профиль 28 заканчивается нижней уплотнительной кромкой 33, которая может быть прижата к основанию 34 канавки 21. Стабилизирующий элемент 26 в виде тороидообразной изогнутой винтовой пружины заложен между С-профилями 28 уплотнительных колец 24, 25. Циклы винтовой пружины - как показано на фиг. 3 а и 3b - наклонены на угол 35, составляющий примерно 10 по отношению к продольной оси 36 винтовой пружины. Поэтому винтовую пружину можно радиально (по отношению к поршню 12) осадить между уплотнительными кольцами 24, 25, что приводит к предварительному напряжению уплотнительных колец 24, 25 в радиальном направлении. Внутрь винтовой пружины для монтажных целей вложено опорное кольцо S, показанное только на фиг. 1c и 2. Как показано на фиг. 4 а уплотнительные манжеты 27 при открытом клапане 1 слегка выступают из канавки 21 - как раз настолько, что они приходят в контакт с боковой поверхностью 18 поршня 12 в запирающем положении и запирают кольцевой зазор 19 между боковой поверхностью 18 поршня 12 и цилиндром 9. В запирающем положении представлено на фиг. 4b и 4 с - всякое повышение разности давлений между входом 2 клапана 1 и выходом 3 клапана 1 вызывает самоусиление действия герметизации кольцевой уплотнительной прокладки 20 согласно данному изобретению. В приведенном на фиг. 4b рабочем случае в положении запирания давление на входе 2 в клапан выше, чем давление на выходе 3 из клапана. Это соответствует - при предусмотренном направлении 4 потока - нормальному случаю: при учете всех возможных давлений на входе 2 в клапан находится сторона с высоким давлением 37, а на выходе 3 из клапана находится сторона с низким давлением 38. Между уплотнительными кольцами 24, 25 происходит падение давления: в промежуточном объеме 39 между С-профилями 28 возникает затем давление, среднее между давлением на стороне с высоким давлением 37 и давлением на стороне с низким давлением 38. Под влиянием в каждом случае разницы прилагаемого давления деформируются уплотнительные кольца 24, 25: внутреннее уплотнительное кольцо 24 радиально сплющивается в связи с тем, что давление со стороны высокого давления 37 выше среднего давления, проходя прислоняется к стабилизирующему элементу 26 и облегчает в связи с увеличением кольцевого зазора 19 выравнивание давления между стороной с высоким давлением 37 и промежуточным объемом 39 между С-профилями 28. Внешнее уплотнительное кольцо 25 под воздействием среднего давления, более высокого, чем давление со стороны низкого давления 38, соответственно, среднее давление позднее становится равным высокому давлению 37 - расширяется и ложится своей наружной уплотнительной поверхностью 29 на стенку 30 канавки,в частности, уплотнительным плечом 31 на выступ 32 сформированный по краю канавки 21. Кроме того,внешнее уплотнительное кольцо 25 под воздействием все более возрастающей разности давлений прижимается своей кромкой 33 к основанию 34 канавки. Дополнительно в результате радиального расширения повышается давление уплотнительной манжеты 27 внешнего уплотнительного кольца 25 на боковую поверхность 18 поршня 12. В результате возрастает эффект непроницаемости уплотнительной прокладки 20 кольцевого зазора. Представленный на фиг. 4 с производственный случай - как правило, нежелательный случай, но как раз при быстрых процессах переключения обычно встречающийся - поток при обратном переключении,направленный противоположно предусмотренному направлению 4 потока. По отношению к представленному на фиг. 4b нормальному случаю теперь сторона с высоким давлением 37 оказывается у выхода 3 клапана, а сторона с низким давлением 38 оказывается у входа 2 клапана. В связи с зеркальносимметричным построением уплотнительной прокладки 20 для кольцевого зазора в этом случае радиально сплющивается наружное уплотнительное кольцо 25, а внутреннее уплотнительное кольцо 24 радиально расширяется. И в случае потока, направленного противоположно предусмотренному направлению 4 потока с помощью уплотнительной прокладки 20 для кольцевого зазора согласно данному изобретению также повышается непроницаемость. Цифры на фигурах означают: 1 - клапан,2 - вход клапана,3 - выход клапана,4 - предусмотренное направление потока,5 - номинальный диаметр,6 - поверхность фланца,7 - общая длина,-3 007193 8 - корпус,9 - цилиндр,10 - сепаратор,11 - выходная букса,12 - поршень,13 - спица,14 - шток поршня,15 - поверхность,16 - поверхность,17 - штанга переключения,18 - боковая поверхность поршня,19 - кольцевой зазор,20 - прокладка кольцевого зазора,21 - канавка,22 - канавка,23 - манжетное уплотнение,24 - внутреннее уплотнительное кольцо,25 - внешнее уплотнительное кольцо,26 - стабилизующий элемент,27 - уплотнительная манжета,28 - С-профиль,29 - уплотнительная поверхность,30 - боковая стенка канавки,31 - плечо уплотнения,32 - выступ,33 - нижняя уплотнительная кромка,34 - основание канавки,35 - угол,36 - продольная ось,37 - сторона высокого давления,38 - сторона низкого давления,39 - промежуточный объем,S - опорное кольцо. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Уплотнительная прокладка (20) для кольцевого зазора в клапане (1), с помощью которой запирается поток текучей среды между стороной с высоким давлением (37) и стороной с низким давлением (38) клапана (1) в запирающем положении, причем, клапан (1) включает цилиндр (9), через который проходит поток текучей среды, и поршень (12), который перемещается аксиально внутри цилиндра (9), причем, в запирающем положении кольцевой зазор (19) между поршнем (12) и цилиндром (9) герметично закрывается уплотнительной прокладкой (20) для кольцевого зазора, которая размещена в кольцевой канавке(21), выполненной по внутренней поверхности цилиндра (9), причем, канавка (21) имеет на обеих сторонах аксиально выступающий, выполненный по ее краю выступ (32), в канавке (21) размещены рядом зеркально-симметрично аксиально два уплотнительных кольца (24, 25), и в запирающем положении под воздействием текучей среды со стороны высокого давления (37) уплотняющая поверхность (29) одного из расположенных на стороне с низким давлением (38) первого уплотнительного кольца (24, 25) герметично для текучей среды прижата к стенке (30) канавки, отличающаяся тем, что в запирающем положении под воздействием текучей среды со стороны высокого давления (37) уплотнительное плечо (31) расположенного на стороне с низким давлением (38) первого уплотнительного кольца (24, 25) герметично для текучей среды прижато к выступу (32), аксиально выступающему у канавки (21) и выполненному по ее краю, и уплотнительная манжета (27) расположенного на стороне с низким давлением (38) первого уплотнительного кольца (24, 25) герметично для текучей среды прижата к поршню (12). 2. Уплотнительная прокладка (20) для кольцевого зазора по предыдущему пункту, отличающаяся тем, что уплотнительные кольца (24, 25) имеют С-профиль (28) и что в запирающем положении под воздействием текучей среды со стороны с высоким давлением (37) С-профиль (28) первого уплотнительного кольца (24, 25), расположенного на стороне с низким давлением (38), может расширяться. 3. Уплотнительная прокладка (20) для кольцевого зазора по одному из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что она имеет размер, превышающий расстояние между поршнем (12) и основанием (34) канавки, так что уплотнительная прокладка (20) для кольцевого зазора вдавливается в канавку (21) с предварительным напряжением. 4. Уплотнительная прокладка (20) для кольцевого зазора по одному из предыдущих пунктов, отли-4 007193 чающаяся тем, что включает стабилизирующий элемент (26), который размещают вдоль канавки (21) вместе с уплотнительными кольцами (24, 25). 5. Уплотнительная прокладка (20) для кольцевого зазора по одному из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что стабилизирующий элемент (26) представляет собой в тороидальном виде размещаемую винтовую пружину. 6. Уплотнительная прокладка (20) для кольцевого зазора по п.4, отличающаяся тем, что уплотнительные кольца (24, 25) с помощью стабилизирующего элемента (26) могут быть напряжены радиально в направлении поршня (12).