КЛАПАННЫЙ ЗАТВОР Российский патент 1997 года по МПК F16K1/34 

Изобретение относится к запорным устройствам для перекрытия трубопровода, герметизации сосудов с агрессивными жидкостями и может быть использовано как комплектующая часть для реактора, заполненного агрессивной жидкостью, при транспортировке и при работе реактора.

Известен клапанный затвор, содержащей седловую коническую поверхность и цилиндрический запорный орган с кольцевым деформируемым пояском [1]
Деформируемый поясок уменьшает зазоры между уплотняемыми поверхностями, однако, работая на изгиб, как консольная балка, он не гарантирует надежной работы при многократном использовании, кроме того, при контакте цилиндрической поверхности с конической не обеспечивается полный контакт по замкнутой линии. При перекосах и несоосностях возможна реализация контакта по точкам или прерывистой линии, что снижает надежность герметизации.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой конструкции клапанного затвора является конструкция, используемая в [2] и выбранная в качестве прототипа.

Клапанный затвор представляет собой сферический запорный орган, размещенный с возможностью уплотнения на коническом седле. Выполнение запорное органа со сферической поверхностью в месте контакта с коническим седлом позволяет обеспечить надежный контакт по замкнутой линии даже в случае перекосов и несоосностей. Однако такое соединение не исключает нарушения герметичности из-за микронеровностей поверхности и отклонения от формы, что особенно недопустимо при работе с агрессивными химическими веществами.

Целью изобретения является повышение герметичности и надежности работы клапанного затвора.

Поставленная цель достигается тем, что в клапанном затворе, содержащем шток со сферическим запорным органом, контактирующим с седлом конической формы, согласно изобретению в сферическом запорном органе выполнена полость, образующая кольцевой поясок с положительным градиентом толщины в направлении к центру сферы, при этом линия касания с седлом находится в плоскости пояска, а толщина пояска в плоскости касания удовлетворяет соотношению:
t > t_кр
где t толщина пояска;
t_кр толщина пояска в плоскости сечения, деформация которого под действием усилия запирания клапана имеет пластическую составляющую.

Достижимость поставленной цели обусловлена тем, что реализуемое на сферическом запорном органе упругое деформирование разнотолщинного пояска обеспечивает надежный контакт по замкнутой линии с выборкой зазоров, которые обусловлены отклонениями поверхности и формы, при этом исключается возможность поломки пояска в месте его закрепления за счет плавности нарастания его толщины.

В процессе поиска не выявлено технических решений, содержащих признаки, сходные с отличительными признаками, сходные с отличительными признаками заявляемого решения, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "изобретательский уровень".

Наличие отличительных признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "новизна".

Решение находится в стадии изготовления опытного образца, проведена лабораторная отработка конструкции затвора, подтвердившая наличие положительного эффекта при работе с агрессивными жидкостями, что может служить доказательством соответствия критерию "промышленная применимость".

На чертеже изображен клапанный затвор (справа в момент касания, слева в закрытом положении, общий вид.

Клапанный затвор содержит шток 1 на конце которого закреплен сферический запорный орган 2. В запорном органе 2 выполнена полость 3 в части, взаимодействующей с коническим седлом 4. При создании полости 3 образуется кольцевой поясок 5, форма которого такова, что он имеет положительный градиент толщины вдоль оси 6 клапана от края запорного органа 2 к его центру. Плоскость сечения, проходящая через кольцевую линию 7, первоначального касания запорным органом 2 седловой поверхности 8 конического седла 4 рассекает поясок 5. Толщина пояска 5 в этом сечении должна удовлетворять соотношению:
t > t_кр
где t толщина пояска в плоскости сечения проходящей через линию первоначального касания.

t_кр толщина пояска в плоскости сечения, деформация которого под действием усилия запирания клапана имеет пластическую составляющую.

Клапан работает следующим образом.

Запорный орган касается клапанного седла по кольцевой линии 7. На шток 1 подается давление. Кольцевой поясок 5 в сечении 9 деформируется, однако толщина пояска в сечении 9 такова, что усилия, передаваемые со штока, вызывают деформирование его только в упругой области. Под действием упругих деформаций происходит проскальзывание запорного органа по седловой поверхности, при этом толщина пояска в плоскости сечения линии 7 t' >t. Усилие запирания клапана, передаваемое на шток 1, становится недостаточным, чтобы обеспечить деформацию пояска в плоскости, где толщина его t' Однако хода h запорного органа 2 достаточно для того, чтобы можно было бы за счет деформации пояска исключить негерметичность посадки запорного органа за счет несоосности сборки несферичности изготовления запорного органа, исключить влияние микронеровностей на контактирующих поверхностях.

Плавное нарастание работающей толщины пояска в процессе запирания клапана обеспечивает и пропорциональное плавное снижение его деформационной способности.

Проведена отработка конструкции клапана, запорный орган которого выполненный из никеля диаметром 11 мм, устанавливали в коническое седло из ниобия, с углом конуса 60^o. Поясок имеет длину 2,3 мм, образован наружной сферической поверхностью запорного органа и конической поверхностью с углом конуса 24^o. Линия первоначального касания проходит через сечение пояска, толщина которого в сечении составляет t 0,45 мм. При этом толщина критического сечения для данного материала, где при деформации имеется пластическая составляющая, составляет t_кр 0,35 мм. Ход запорного органа при запирающем усилии 10 кГ (98H) составил 0,2 мм при толщине пояска в сечении линии касания при закрытом клапане равной t' 0,49 мм.

Клапан обеспечил герметичное перекрытие сосуда с внутренним давлением в сосуде до 0,2 МПа, внешнем давлении 1 атм. Уровень натекания по гелию составил10^-5 м³Па/с.

Использование: в области арматуростроения для перекрытия трубопроводов, герметизации сосудов с агрессивными жидкостями. Сущность изобретения: клапанный затвор содержит шток со сферическим запорным органом, контактирующим с седлом контактирующим с седлом конической формы. В запорном органе выполнена полость, образующая кольцевую стенку с положительным градиентом толщины в направлении к центру сферы. При этом линия касания с седлом находится в плоскости, пересекающей кольцевую стенку, а толщина кольцевой стенки в плоскости сечения, проходящей через линию первоначального касания больше толщины стенки в плоскости сечения, деформация в котором под действием усилия запирания имеет пластическую составляющую. 1 ил.

Клапанный затвор, содержащий шток со сферическим запорным органом, контактирующим с седлом конической формы, отличающийся тем, что в запорном органе выполнена полость, образующая кольцевую стенку с положительным градиентом толщины в направлении к центру сферы, при этом линия касания с седлом находится в плоскости, пересекающей кольцевую стенку, а толщина кольцевой стенки в плоскости линии начального касания удовлетворяет соотношению t > t_кр, где t толщина кольцевой стенки в плоскости сечения, проходящей через линию первоначального касания, t_кр толщина кольцевой стенки в плоскости сечения, деформация в котором под действием усилия запирания имеет пластическую составляющую.