Первоначально применялись соеди­нения с одинаковой конусностью у конуса и гнезда. Однако они не привились из-за ряда недостатков. Главнейшие из них — большая площадь соприкосновения, требующая большого пред­варительного затяга, и необходимость пришлифовки больших уплотняющих поверхностей, что затрудняет изготовление и ре­монт затвора. Этих недостатков удалось избежать в видоизме­ненном соединении (рис. 92, IVa), в котором конус крышки имеет меньший угол, конусности, чем гнездо, и таким образом дости­гается линейный контакт за счет упругой деформации сопрягаю­щихся деталей. Вследствие пришлифовки во время ремонта и имеющихся все же остаточных деформаций, контакт со временем становится все выше и площадь сопряжения расширяется в на­правлении основания конуса. Конусность берется самой различ­ной. Так, например, 16° у конуса и 20° у гнезда в первых колон­нах гидрирования угля; 58 и 60° — в новых коммуникацион­ных частях Института высоких давлений (в старых соединениях конусность была 70 и 90°). Конусное соединение довольно ши­роко распространено в заводской и лабораторной практике.

Соединение, показанное на рис. 91, IX, по существу анало­гично затвору, изображенному на рис. 92, IVa, но сферическая поверхность крышки заменена двойной конусностью, что более просто по условиям механической обработки. При эксплуатации сопряженные части обычно имеют достаточную деформацию, по­этому важно при каждой сборке обеспечить посадку крышки на старое место. Для этого крышка имеет направляющий хвостовик, как это показано на рисунке.

На установках гидрирования угля у колонн синтеза, имевших внутренний диаметр до 1200 мм и высоту до 18 м, крышки вна­чале изготовлялись с коническим затвором. Между крышкой и корпусом колонны, имевшими в месте соединения конусность равную 6°, ставилась тонкая алюминиевая прокладка (рис. 92, Va).

В результате неполадок с коническим затвором при повыше­нии давления гидрирования с 300 до 700 ат было применено со­единение со стальным обтюратором, имеющим двойную конус­ность (рис. 92,Vб и 93).

Конический затвор для обеспечения герметичности требовал довольно большого усилия при предварительном затяге, что при малом угле конусности приводило к заклиниванию крышки в кор­пусе. Заклинивание увеличивалось с ростом давления и после ра­боты при давлении 700 ат снятие крышки являлось тяжелой за­дачей. Соединение с двойным конусом было свободно от этого недостатка, так как принятый угол был много больше (30 вместо 6°). Применение двойного конуса уменьшило также глубину опускания крышки внутрь корпуса, а следовательно, и ее толщину.

Рис. 93. Самоуплотняющееся кольцо с двухсторонней конусностью на рабочее давление 325—700 am.

1 —уплотняющее кольцо (обтюратор); 2—алюми­ниевые прокладки; 3— удерживающая планка; 4 — винт.

Проведенные испытания показали, что двойной конус требует меньшего усилия при затяге болтов, вследствие чего их диа­метр был уменьшен, что, в свою очередь, позволило умень­шить толщину крышки. На рис. 92, Vв показано дальнейшее усовершенствование кон­струкции затвора. Шпильки в нем вворачиваются в гнез­да, расположенные одновре­менно в корпусе и фланце. Вначале было много опасе­ний, что фланец может сме­ститься и это вызовет пере­распределение напряжений в нарезке шпилек. Чтобы из­бежать смещения фланца, он на протяжении 70 мм не имел нарезки и дальше имел уступ. Фланец, нагретый до 200—250°, наворачивался на корпус до упора. При осты­вании во фланце возникали растягивающие напряжения, предотвращающие его сме­щение в рабочих условиях. Нагрузка от шпилек равно­мерно распределяется между фланцем и корпусом колон­ны, так как в этих частях площадь нарезки под шпильки одинакова. Затвор этой кон­струкции имеет меньшие размеры и вес.

Двойной конический обтюратор был спроектирован с целью создать упругое самоуплотняющееся соединение между корпусом и крышкой. Первоначально обтюратор имел вес на 25% больше, чем в современных конструкциях, и не создавал необходимого самоуплотнения из-за излишней жесткости. Размеры обтюратора, изображенного на рис. 93, приведены в табл. 6.

После уменьшения размеров уплотняющие кольца деформи­ровались при уплотнении. Чтобы избежать деформации, величина зазора между внутренней поверхностью обтюратора и крышкой не должна превышать 0,05 мм на каждые 100 мм диаметра со­суда. Вследствие этого уплотняющее кольцо под нагрузкой бол­тов составляет одно целое с крышкой и деформация его не пре­восходит предела упругости. Поверхность крышки, на которую опирается обтюратор, имеет широкие выфрезерованные канавки, благодаря чему внутреннее давление способствует самоуплотне­нию затвора. От дальнейшего уменьшения размеров уплотняю-

щих колец отказались, так как при этом возрастают трудности в процессе изготовления и обращения с ними, кроме того, на­пряжения на уплотняющих по­верхностях становятся слишком высокими.

Затвор этого типа собирают следующим образом. Крыш* ку кладут внутренней сторо­ной вверх и на ее уплотняю­щую поверхность помещают алюминиевую прокладку, по­верх которой устанавливают уплотняющее кольцо, кото­рое закрепляют с помощью трех или четырех планок, при­жимаемых винтами. Вторую алюминиевую прокладку кла­дут в коническое гнездо кор­пуса колонны, после чего крыш­ку поворачивают и устанавли­вают на место. Удерживающие планки предотвращают при этом выпадение стального об­тюратора. Затем закрепляют крышку, навинчивая на шпиль­ки гайки. Опыт работы с затво­рами типа 92, Va показал, что сила затяга шпилек должна составлять по меньшей мере 120% от нагрузки на крышку под действием внутреннего давления.

Двойной конус требовал только 75% от нагрузки на шпильки, необходимой для уплотнения одинарного конуса и меньшего числа оборотов гаек при разборке и сборке соединения. В завод­ских условиях на разборку затвора с двойным конусом у ко­лонны синтеза диаметром 1000 мм требуется только 3/4 часа, при условии, что нарезка шпилек и гаек не заржавела в процессе продолжительной эксплуатации. Сравнительно небольшая на­грузка на шпильки у затвора с двойным конусом и большой угол конусности уменьшили радиальные силы, действующие на концы корпуса, что наряду с ослаблением осевого усилия, приложен­ного к фланцам, позволило сократить их размеры. Соответ­ственно уменьшился диаметр крышки и ее толщина, зависящая, в основном, от усилия затяга шпилек.

Сравнительные данные по крышкам, примененным в этих типах затворов, приведены в табл. 7.

ТАБЛИЦА 6. Размеры уплотняющих колец с двойной конусностью (рис. 93) 

Примечание. Размеры, отмечен­ные звездочкой, приняты в первона­чальных конструкциях и впослед­ствии были изменены.

ТАБЛИЦА 7. Сравнительные данные по затворам с одинарным и двойным конусом на установках гидрирования угля под давлением 300—700 am

Из табл. 7 видно, что вес лучшей крышки, уплотняемой двой­ным конусом, по сравнению с худшей крышкой, имеющей оди­нарный конус, составляет всего 50 %. Значительно уменьшились также веса шпилек и фланцев, не указанные в таблице.

Из приведенных данных следует, что выбор типа уплотнения и правильная его конструкция сильно влияют как на стоимость установки, так и на условия ее эксплуатации.