задвижка с поворотным запорным узлом

Формула изобретения

1. Задвижка с поворотным запорным узлом, содержащая сборный корпус из двух крышек, скрепленных крепежными элементами, в полости которых установлены три запорных элемента из керамического или другого материала, контактирующие между собой торцевыми прецизионными поверхностями, и проходные окна, крайние из запорных элементов установлены в полости неподвижно в тангенциальном направлении относительно корпуса, а средний - с возможностью поворота относительно корпуса приводом, отличающаяся тем, что крайние из запорных элементов выполнены, например, в виде усеченных конусов, большими основаниями обращенными к среднему запорному элементу, а от малых оснований сформированы участки, на которых установлены мембраны с упругими звеньями, закрепленные одним концом на указанных участках, а другим - в гнездах крышек корпуса.

2. Задвижка по п. 1, отличающаяся тем, что проходные окна в крайних запорных элементах в направлении к поворотному элементу изменяют свою форму поперечного сечения и перемещаются от центра к периферии запорного элемента.

3. Задвижка по п. 1, отличающаяся тем, что часть большего основания усеченного конуса неподвижного запорного элемента, находящаяся в контакте с поворотным запорным элементом, выполнена в виде наделки из керамического материала, скрепленной с неподвижным запорным элементом.

4. Задвижка по п. 1, отличающаяся тем, что привод поворота поворотного запорного элемента вынесен в отдельный съемный корпус, смонтированный на площадке, выполненной на сборном из крышек корпусе, и прикрепленный к нему крепежными элементами, привод имеет червяк, установленный в полости съемного корпуса и зацепленный с червячным венцом, надетым на периферийную поверхность поворотного запорного элемента с выступами и впадинами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к арматуростроению и может быть использовано для регулирования и перекрытия движения жидкости или газа по трубопроводу технических систем.

Известна задвижка с поворотным запорным узлом, см. патент США 4674537, кл. F 16 К 3/08 НКИ 137/625.31; 251/180; 251/208. Она содержит сборный корпус с цилиндрической полостью, последовательно установленные в ней три диска из керамического материала, контактирующие между собой торцевыми поверхностями, имеющими проходные окна. Внешние диски установлены в полости неподвижно, а средний - с возможностью поворота относительно корпуса и крайних дисков. Этот диск имеет надетую на его периферийную поверхность ступицу, имеющую выступы и приводной элемент - рычаг. Максимальное открытие проходных окон обеспечивается поворотом поворотного диска на 60^o.

Недостатком этой задвижки является ограниченность ее пропускной способности, объясняемой наличием в корпусе бокового выреза для приводного элемента - рычага. Этот вырез нарушает целостность корпуса, создает в трубопроводе опасное сечение, которое следует учитывать при нагружении трубопровода (снижать нагрузку на 1/3 от возможной).

Известна также другая задвижка с поворотным запорным узлом ("Шиберный затвор", см. патент РФ 2106558, зарег. в Госреестре 10.03.98 г., заявка 96100807/06 от 15.01.96 г. МКИ F 16 K 3/08).

Задвижка содержит корпус сборный, в полости которого установлены три запорных элемента из керамического или другого материала, контактирующие между собой торцевыми прецизионными поверхностями и имеющие проходные окна, причем внешние из запорных элементов установлены в полости неподвижно в тангенциальном направлении относительно корпуса, а средний - с возможностью поворота относительно корпуса, имеет надетую на него обойму - червячный венец, взаимозацепленный с периферийной поверхностью среднего поворотного запорного элемента, и с приводным червяком.

При совмещении контура проходных окон происходит открытие задвижки, при перекрытии окон происходит закрытие задвижки.

Наличие сборного корпуса, трех запорных элементов, средний из которых подвижен, а два других - крайних - неподвижные в тангенциальном направлении, а также проходных окон, позволяет сделать вывод о том, что шиберный затвор по пат. РФ 2106558 МКИ F 16 K 3/08 является наиболее близким аналогом по технической сущности и может быть принятым в качестве прототипа заявляемому устройству для сравнения.

Недостатком описанного выше шиберного затвора является то, что он не может быть использован на трубопроводах технических систем, работающих с повышенными температурными режимами рабочих сред, например газа или перегретого пара (с температурами 400-500^oС), так как уплотняющие элементы, применяемые в них, при таких температурах отвердевают, теряют свою упругость, а в стыках образуется течь, нарушая экологическую безопасность природы.

Задачей настоящего изобретения является разработка задвижки с поворотным запорным узлом такой, чтобы она обеспечивала нормальную эксплуатацию задвижки при температурах 400-500^oС, сохраняя плотность в стыках и экологическую безопасность окружающей природы.

Такая задача решается тем, что в известной задвижке с поворотным запорным узлом, содержащей сборный корпус из двух крышек, скрепленных крепежными элементами, в полости которого установлены три запорных элемента из керамического или другого материала, контактирующие между собой торцевыми прецизионными поверхностями и проходные окна, крайние из запорных элементов установлены в полости неподвижно в тангенциальном направлении относительно корпуса, а средний - с возможностью поворота относительно корпуса приводом. Крайние из запорных элементов выполнены, например, в виде усеченных конусов, большими основаниями обращенными к среднему запорному элементу, а от малых оснований сформированы участки, на которых установлены мембраны с упругими звеньями, закрепленные одним концом на указанных участках, а другим - в гнездах крышек корпуса.

Эта задача решается также тем, что проходные окна в крайних запорных элементах в направлении к поворотному элементу изменяют свою форму поперечного сечения, перемещаются от центра к периферии запорного элемента.

Эта задача решается также тем, что часть неподвижного запорного элемента, находящаяся в контакте с поворотным запорным элементом, выполнена в виде наделки из керамического материала, скрепленной с неподвижным запорным элементом.

Выполнение крайних из запорных элементов в виде усеченных конусов, большими основаниями, обращенными к среднему запорному элементу, а на малых основаниях усеченных конусов сформированных участков, обращенных к крышкам корпуса, позволяет унифицировать форму литейных заготовок крышек корпуса и, следовательно, упростить технологию изготовления корпусных деталей.

Снабжение задвижки мембранами с упругими звеньями, закрепленными одним концом неподвижно на указанных участках крайних запорных элементов, а другим - в гнездах крышек корпуса, позволяет осуществить, во-первых, фиксацию запорных элементов от проворота относительно корпуса в тангенциальном направлении, во-вторых, использовать мембраны в качестве уплотнительных элементов со значительным диапазоном температурного применения, в-третьих, наличие упругого звена у мембраны позволяет осуществить упругие осевые перемещения всего запорного узла относительно корпуса, что полезно, в особенности при пиковых нагрузках, возникаемых при открытии-закрытии задвижки, выполняя мембраной в данном случае функцию демпфера (гасителя динамических нагрузок).

Выполнение проходных окон в крайних запорных элементах с изменяющейся формой поперечного сечения в направлении к поворотному элементу и перемещающимися к периферии запорного элемента позволяет уменьшить осевое давление на поворотный запорный элемент или оставить его таким же, как на входе, так как площадь поперечного сечения проходного окна практически не изменяется, благодаря чему обеспечивается снижение усилия, необходимое для осуществления поворота поворотного запорного элемента при открытии, закрытии задвижки.

Выполнение части большего основания усеченного конуса неподвижного запорного элемента, находящейся в контакте с поворотным запорным элементом, в виде наделки из керамического материала, скрепленной с неподвижным запорным элементом, способствует, во-первых, упрощению технологии изготовления неподвижного запорного элемента, во-вторых, использованию металлической части в качестве подушки для гашения вибраций, возникаемых в запорном узле при переводе его из закрытого состояния в открытое и наоборот.

Вынесение привода поворота поворотного запорного элемента в отдельный корпус, смонтированный на площадке, выполненной на сборном из крышек корпусе с другими существенными признаками, указанными в п.4 формулы изобретения, позволяет упростить сборку и обслуживание поворотного запорного узла задвижки.

Использование в заявляемой задвижке всех существенных отличительных признаков способствует решению поставленной задачи.

Ниже, со ссылкой на представленные чертежи, поясняется сущность заявляемой задвижки с поворотным запорным узлом.

На фиг.1 показан общий вид задвижки в положении "Открыто".

На фиг. 2 - проекция фиг.1 (вид по стрелке А), на которой показано, как контур проходного окна из круглого переходит в сегментообразную форму, располагаясь между центром и периферией запорного элемента.

Согласно изобретению задвижка с поворотным запорным узлом содержит сборный корпус из двух крышек 1 и 2, скрепленных крепежными элементами 3 через прокладку 3а, в полости 4 корпуса сборного установлены три запорных элемента 5, 6 и 7 из керамического или другого материала, контактирующие между собой торцевыми прецизионными поверхностями и проходные окна 8, 9 и 10, крайние 5 и 7 из запорных элементов установлены в полости 4 неподвижно в тангенциальном направлении относительно корпуса, а средний запорный элемент 6 - с возможностью поворота относительно корпуса приводом.

В описываемом варианте исполнения на среднем запорном элементе 6 надета обойма - червячный венец 11, взаимозацепленный с периферийной поверхностью среднего запорного элемента 6 и с приводным червяком 12 привода.

Крайние из запорных элементов 5 и 7 выполнены, например, в виде усеченных конусов 13 и 14 большими основаниями 15 и 16, обращенными к среднему запорному элементу 6. От малых оснований 17 и 18 сформированы участки 19 и 20, например, с заточками 21 и 22 на концах, обращенных к крышкам 1 и 2 корпуса. Задвижка снабжена мембранами с упругими звеньями 23 и 24. Мембраны концами 25 и 26 закреплены неподвижно на заточках 21 и 22 запорных элементов 5 и 7, а концами 27 и 28 в гнездах 29 и 30 крышек 1 и 2 корпуса. Гнезда 29 и 30 имеют внутренние кольцевые выступы 31 и 32, в которые, например, гайки 33 и 34, упираясь буртиками 35 и 36 при завинчивании в резьбы 37 и 38 концов 27 и 28, подтягивают мембраны до упора их концов 27 и 28 с уплотнениями 31а и 32а в выступы 31 и 32 гнезд 29 и 30 с внутренней стороны.

В описываемом варианте исполнения задвижки часть большего основания 15 и 16 усеченных конусов 13 и 14 неподвижных запорных элементов 5 и 7, находящаяся в контакте с поворотным запорным элементом 6, выполнена в виде наделок 15а и 16а из керамического материала, скрепленных с неподвижным запорным элементом 5 и 7, например, клеевым соединением. Толщина наделок 15а и 16а может колебаться в пределах 0,5 - 0,75 толщины поворотного запорного элемента 6.

При сборке задвижки следует обращать внимание на то, чтобы размер между торцами концов 27 и 28 мембран с учетом толщин уплотнений 31а и 32а был несколько большим, чем размер между внутренними торцами выступов 31 и 32, это необходимо для создания усилия сжатия (прижима) упругими звеньями 23 и 24 мембран крайних запорных элементов 5 и 7 к среднему 6 для обеспечения постоянного контакта их рабочих поверхностей, как в неустановившемся режиме работы, так и при пиковых нагрузках.

В описываемом варианте исполнения каждый из запорных элементов 5, 6 и 7 имеет по одному проходному окну. Окно 8 на входе, а окно 10 на выходе имеют контур сечения - круг, а по мере приближения этих окон 8 и 10 к среднему поворотному запорному элементу 6 форма сечений проходного окна 8 и 10 видоизменяется и перемещается в промежуток между линией центра и периферией запорного элемента 5 и 7. При этом на границе совмещения запорных элементов 5 и 7 с поворотным элементом 6 в нем определяется расположение и форма проходного окна 9.

При совмещении контуров проходных окон 8, 9 и 10 обеспечивается положение "Открыто".

Площади сечений проходных окон 8, 9 и 10 при изменении их формы практически не изменяются.

В описываемом варианте исполнения узел привода частично вынесен в отдельный съемный корпус 39, смонтированный на площадке 40, выполненной на сборном из крышек 1 и 2 корпусе и прикрепленный к нему крепежными элементами 41. Между площадкой 40 и съемным корпусом 39 установлена уплотнительная прокладка 42. Червяк 12 установлен в полости 43 корпуса 39 посредством втулок 44 и 45 с торцевой крышкой 46. Между крышкой 46 и торцом корпуса 39 установлено уплотнение 47. Под торцом втулки 44 размещено сальниковое уплотнение 48.

В описываемом варианте исполнения задвижка на свободном конце вала 49 червяка 12 имеет указатель открытого состояния запорного узла (см.фиг.2).

Указатель состоит из корпуса 50, прикрепленного к корпусу 39. В корпусе 50 размещена гайка 51, навинченная на резьбу 52 вала 49. В стенке корпуса 50 прорезано окно 53, по которому скользит выступ 54 гайки 51.

Между стенками 4 полости крышек 1 и 2 корпуса и поверхностями усеченных конусов 13 и 14 в заявляемой задвижке имеется зазор б=1-1,5 мм, а сформированные участки 19 и 20 установлены в корпусных крышках 1 и 2 по подвижной посадке. Это необходимо для обеспечения упругого осевого перемещения запорных элементов 5, 6 и 7 в прижатом друг к другу положении в пределах этого зазора "б" при возникновении пиковых нагрузок (в момент открытия - закрытия задвижки), иными словами, для обеспечения возможности гашения динамических нагрузок мембранами.

При повороте вала 49 маховиком, на чертеже не показанном, вращается червяк 12, который поворачивает червячный венец 11 и зацепленный с ним поворотный запорный элемент 6. Гайка 51 указателя поворота запорного элемента 6 при этом перемещается по резьбе 52 вала 49 и занимает выступом 54 другое крайнее в окне 53 положение, показывая состояние задвижки "Закрыто".

При перекрытии проходного окна 9 рабочая среда, проходя по трубопроводу с установившимся давлением и скоростью, резко останавливается поворотным запорным элементом 6, создавая при этом силовой удар, но так как запорный узел имеет упругие звенья 23 и 24, которые в этот момент деформируются, обеспечивая возможность осевого перемещения концам 25 и 26 мембран на величину зазора б=1-1,5 мм запорного узла в направлении удара, чем сглаживают его резкость, уменьшая воздействие силового удара на элементы конструкции задвижки, сохраняя их работоспособность.

Динамические нагрузки, возникающие при открытии-закрытии задвижки, передаются и наделкам 15а и 16а. Последние опираются на металлическую основу неподвижных запорных элементов 5 и 7, имеющую значительную массу. Эта металлическая масса, как подушка, способствует рассеиванию и гашению динамических нагрузок.

Неподвижное закрепление концов 25 и 26 мембран на заточках 21 и 22 запорных элементов 5 и 7, а также неподвижное закрепление в гнездах 29 и 30 концов 27 и 28 мембран обеспечивает фиксацию от проворота крайних неподвижных запорных элементов 5 и 7 относительно корпуса, обеспечивая одновременно возможность их осевого перемещения в пределах упругости упругих звеньев 23 и 24 мембран.

Возможность упругого осевого перемещения запорного узла на величину осевого зазора б=1-1,5 мм устраняет влияние различия коэффициентов линейного расширения в системе керамические диски - металлический корпус.

Наличие в мембранах упругих звеньев 23, 24, обеспечивающих упругую деформацию при повышенных температурных режимах, позволяет им играть роль не только демпферов, но и роль уплотнений.

Сохранение звеньями мембран упругости при критических температурных режимах, возможности уплотнительной способности стыковочных соединений, выполнения мембранами функции демпфирования динамических нагрузок за счет осевого подрессоривания, возможности рассеивания и гашения динамических нагрузок, воспринимаемых керамическими наделками, металлической массой неподвижных запорных элементов, а также обеспечения фиксации крайних запорных элементов от проворота относительно корпуса, позволяет заявляемой задвижке решить поставленную задачу.

На заявляемую конструкцию задвижки с поворотным запорным узлом разработан эскизный проект.

Рабочие чертежи предполагается разработать в течение третьего и четвертого кварталов 1999 года.

Изготовление опытного образца и испытание предполагается осуществить в 1 и 2 кварталах 2000 года.