ЗАПОРНО-РЕГУЛИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1997 года по МПК F16K3/08 

Изобретение относится к машиностроению, а точнее к запорной трубопроводной арматуре. Существующие в промышленном обиходе запорно-регулирующие устройства, не всегда отвечают предъявленным к ним требованиям, необходимым для различных областей промышленности.

В настоящее время получают распространение краны с дисковыми поворотными затворами как наиболее перспективные, но проблема снятия трения с запорных дисков более простыми способами по-прежнему остается.

Известно устройство в корпусе которого между двумя неподвижными седлами в виде дисков с проходными отверстиями с осевым зазором размещен дисковый поворотный золотник с проходными отверстиями, снабженный выдвижным из него герметизирующим диском с цилиндрическими выступами размещенных в соответствующих гнездах золотника и соответствующими проходными отверстиями. Диски разжаты пружиной, установленной в центральном гнезде золотника, которое связано радиальными и поперечными каналами подвода и вывода среды в полость золотника и на выход в трубопровод через клапан, установленный в рычаг управления золотником, и управляемого кнопкой управления сброса давления с запорного элемента [1]
К недостаткам устройства можно отнести кратковременность действия момента сброса давления с запорного элемента, что не позволяет полностью снять трение с запорного элемента на всех режимах его работы.

Задачей изобретения является улучшение устройства с ликвидацией указанных недостатков и обеспечение долговечности его работы.

Технический результат достигается выполнением устройства, состоящего из корпуса с двумя неподвижными седлами с проходными отверстия, между которыми с щелевыми зазорами установлен поворотный золотник с проходными отверстиями, с выполненной в нем цилиндрической выемкой, с помещением в нем выдвижного дополнительного герметизирующего диска с цилиндрическими выступами, снабженных продольными канавками для прохода среды и размещенные в соответствующих цилиндрических гнездах основного золотника, выполненных по его периферии части в цилиндрической выемке со стороны выходного патрубка с установленными в них пружинами разжатия дисков. Для высоких давлений между периферийной частью основного золотника и седлом по его периферии, в соответствующем кольцевом углублении седла, с несколько выступающим из него поворотным кольцом, установлен серийный опорный подшипник качения, являющийся ограничителем осевого хода основного золотника в моменте сброса давления из его внутренней полости, т.е. образования минимально необходимого щелевого зазора между седлом и золотником на входе среды, дозирующего количество поступления напорной среды во внутреннюю полость золотника, необходимого для нормальной работы системы сброса давления в положении устройства "закрыто".

Для средних давлений, для выполнения указанной функции "ограничителя" (вариант выполнения устройства) достаточно опорного подшипника скольжения, изготовленного в виде стержня цилиндрической формы из твердого сплава, который жестко крепится с выполненном гнезде в центре седла выходного патрубка, а другой его конец сферической формы вводится в выполненное через герметизирующий диск центральное гнездо золотника, дно которого армируется твердым сплавом с возможностью на нем поворота золотника и с выполненной в нем канавкой подвода среды в это гнездо золотника.

Между герметизирующим диском по его периферии и седлом выходного патрубка в кольцевые гнезда, выполненные в этих дисках с таким расчетом, чтобы между ними образовался щелевой зазор в положении "открыто", установлен опорный отжимной подшипник качения с изменяющимся осевым размером за счет прогиба рессор, установленных на посадочных местах рабочего кольца подшипника под каждый шарик в положении устройства "закрыто", количество которых определяется количеством проходных отверстий устройства при трех через 72^o, при двух через 120^o.

Кроме того, для осуществления сброса давления с герметизирующего диска в основном золотнике выполнен канал из щелевого зазора золотника, с короткой канавкой подвода среды на основном золотнике у корпуса и через корпус к микроклапану, управляемого кнопкой, а также канал вывода среды от микроклапана на выход в трубопровод в корпусе.

Устройства могут выполняться с любыми известными элементами управления.

Указанное устройство изображено на фиг. 1, 2, 3 в положении "закрыто", а на фиг. 4, 5, 6 изображен вариант его выполнения. На фиг. 1 в цилиндрическом корпусе 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками установлены неподвижные седла 4, 5 с выполненными в них проходными отверстиями 6, 7, при этом отверстия 6 с конусом на входе среды.

Между седлами 4, 5 с щелевым зазором 8 установлен поворотный золотник 9 с перепускными отверстиями 10, снабженный выдвижным дополнительным герметизирующим диском 11 с перепускными отверстиями 12 и периферийными цилиндрическими выступами 13 с продольными канавками 14 прохода среды, а в золотнике 9 со стороны седла 5 выполнена соответствующая цилиндрическая выемка 15 и периферийные гнезда 16 под выступы 13 герметизирующего диска 11, при этом в гнезде 16 установлены пружины 17 разжатия дисков 9, 11.

Между основным золотником 9 и седлом 5 в выполненном в нем по его периферии кольцевом гнезде 18 установлен серийный опорный подшипник качения с чуть выступающей обоймой из гнезда 18 с возможностью ее вращения и являющийся ограничителем осевого хода золотника 9 (далее ограничитель 19).

Между герметизирующим диском 11 и седлом 5 с образованием щелевого зазора между ними в положениях "открыто" установлен отжимной подшипник качения 20 с подрессоренными посадочными местами под шариками для положения "закрыто", количество шариков которого определяется количеством проходных отверстий устройства при трех через 72^o, при двух через 120^o. Одно кольцо 21 подшипника 20 с горизонтальной береговой дорожкой 22 закреплено в соответствующей выемке 23 по периферии герметизирующего диска, а другое 24 с аналогичной беговой дорожкой 22 с выполненными в ней наклонными углублениями 25, с установленными над ними рессорами 26, с беговыми дорожками 22 установлено в соответствующей выемке 25 в седле 5. Шарики 27 подшипника заключены в сепаратор.

Осевой размер подшипника изменяется за счет прогибания рессор и их обратное действие не превышает уровня общей беговой дорожки, необходимая же плотность контакта в положениях "открыто" дисков запорного элемента (нормальное, уплотненное, легкое скольжение достигается глубиной установки колец подшипника в диски).

Для обеспечения сброса давления из внутренней плоскости золотника 9, 11 в нем выполнен канал 28 с канавкой 29 вывода среды из щелевого зазора 8 через корпус 1 к микроклапану 30 управления, а в корпусе 2 выполнен канал 31 вывода среды от микроклапана 30 на выход в трубопровод.

Микроклапан может быть как с кнопочным управлением, так и поворотным, но гидроударогасящим, быстродействующим.

Управление поворотным золотником 9, 11 осуществляется цельновыполненным с хомутом рычагом 32, в хомуте которого золотник 9 имеет возможность обусловленного конструкцией устройства осевого хода, но зафиксирован от проворота в нем выступом 33 хомута, ход рычага ограничивается выемкой 34, выполненной в корпусе 1 устройства, т.е. на поворот 60^o или 90^o.

Принцип работы устройства заключается в следующем: устройство закрыто. При пуске напорной среды в устройство, напорная среда через проходные отверстия 6 седла 4, воздействуя на золотник 9, преодолевая силу пружин 17 разжатия дисков, отжимает золотник 9 от седла 4 и через образовавшийся щелевой зазор, величина которого ограничивается ограничителем 19, напорная среда через перепускные отверстия 10 золотника 9 заполняет полость золотника, т.е. его внутренний 8 щелевой зазор и канал 28 вывода среды, а по каналам 14 подвода напорной среды и все периферийные 16 гнезда. Давление среды уравновешивается золотником 4 перемещается к седлу 4, ограничитель 19 уже не контактирует с золотником 9, а герметизирующий диск 11, отжимая шариками 27 отжимного подшипника, его рессоры 26 плотно прижимается к седлу 5, обеспечивая надежную герметизацию, т. к. шарики 27, находящиеся на посадочных местах, кроме силы рессор 26, которые не требуются большой силы, нагрузки напорной среды не испытывают.

При необходимости открытия устройства микроклапаном 30 сбрасывается давлением напорной среды с герметизирующего диска 11, в процессе которого по каналам 28, 31 вывода среды в трубопровод на выход, давление на запорном элементе падает до нуля, рессору 26 отжимного подшипника, преодолевая силу пружин 17 разжатия дисков, отжимают герметизирующий диск 11 от седла 5, образуя возможность проникновения разгружающей среды между ними, т.е. в щелевой зазор в положениях "открыто". Одновременно золотник 9 отжимается от седла 4 напорной средой трубопровода, ограничитель 19 вступает в контакт с золотником 9, образуя щелевой зазор для дозирования количества поступления среды в устройство необходимого для нормальной работы системы сброса давления до выхода шариком 27 подшипника на твердую горизонтальную дорожку 22 (или практически до положения "частично открыто" при повороте золотника 9, 11). Золотник 9, рычагом управления 32 поворачивается на заданный угол, микроклапан 30 перекрывает канал 31 вывода среды в трубопровод и среда беспрепятственно проходит через устройство, одновременно, силой пружин 17 разжатия дисков и давлением проходящей среды золотник 9 прижимается к седлу 4, а ограничитель 19 прекращает контакт с золотником 9. При этом находящаяся под давлением проходящей среды, среда в щелевом зазоре между герметизирующим диском 11 и седла 05, разгружает герметизирующий диск 11, а с ним и шарики 27 отжимного подшипника и в положении полного "открыто" полностью вывешивает герметизирующий диск 11, а шарики 27 подшипника будут испытывать лишь силу пружин 17 разжатия дисков.

Закрытие крана осуществляется простым поворотом рычага 32 управления золотником 9, 11 до положения "закрыто", при котором шарики 27 подшипника заходят на рессору 26, сила напорной среды, действующая на герметизирующий диск 11 через шарики 27 подшипника, прогибает рессоры 26, уравновешивающая разгрузочная среда выживается из щелевого зазора между герметизирующего диска 11 и седла 5, и диск 11 плотно прижимается к седлу 5, обеспечивая надежную герметизацию.

Вариант изготовления устройства изображен на фиг. 4, 5, 6 в положении "закрыто".

В цилиндрическом корпусе 1 с выходным 3 и входным 2 патрубками установлены неподвижные седла 4, 5 с выполненными в них проходными отверстиями 6, 7, при этом отверстия 6 с конусом на входе среды.

Между седлами 4, 5 с щелевым зазором 8 установлен поворотный золотник 9 с перепускными отверстиями 10, снабженный выдвижным дополнительным герметизирующим диском 11 с перепускным отверстием 12 и периферийными цилиндрическими выступами 13 с продольными канавками 14 прохода среды, а в золотнике 9 со стороны седла 05 выполнена соответствующая цилиндрическая выемка 15 и периферийные гнезда 16 под выступы 13 герметизирующего диска 11, при этом в гнезде 16 установлены пружины 17 разжатия дисков 9, 11.

В центральной части седла 5, в выполненном гнезде, жестко крепится выполненный из твердого сплава стержень цилиндрической формы с продольной канавкой 14 прохода среды, а другой его конец сферической формы вводится в выполненное через герметизирующий диск 11 центральное гнездо 16 золотника 9, дно которого армируется твердым сплавом с возможностью на нем поворота золотника 9, 11, т.е. образуется упорный подшипник скольжения ограничитель 19 осевого хода золотника 9.

Между герметизирующим диском 11 и седлом 5 с образованием щелевого зазора между ними в положениях "открыто" установлен отжимной подшипник качения 20 с подрессоренными посадочными местами под шарики для положения "закрыто", количество шариков которого определяется количеством проходных отверстий устройства при трех через 72^o, при двух через 120^o. Одно кольцо 21 подшипника 20 с горизонтальной беговой дорожкой 22 закреплено в соответствующей выемке 23 по периферии герметизирующего диска, а другое 24 с аналогичной беговой дорожкой 22 с выполненными в ней наклонными углублениями 25, с установленными над ними рессорами 26, с беговыми дорожками 22 установлено в соответствующей выемке 23, в седле 5. Шарики 27 подшипника заключены в сепаратор.

Осевой размер подшипника изменяется за счет прогибания рессор и их обратное действие не превышает уровня общей беговой дорожки, необходимая же плотность контакта в положениях "открыто" дисков запорного элемента (нормальное, уплотненное, легкое скольжение достигается глубиной установки колец подшипника в диски).

Для обеспечения сброса давления из внутренней полости золотника 9, 11 в нем выполнен канал 28 с канавкой 29 вывода среды из щелевого зазора 8 через корпус 1 к микроклапану 30 управления, а в корпусе 1 выполнен канал 31 вывода среды от микроклапана 30 на выход в трубопровод.

Микроклапан может быть как с кнопочным управлением, так и поворотным, но гидроударогасящим, быстродействующим.

Управление поворотным золотником 9, 11 осуществляется цельно выполненным с хомутом рычагом 32, в хомуте которого золотник 9 имеет возможность обусловленного конструкцией устройства осевого хода, но зафиксирован от проворота в нем выступом 33 хомута, ход рычага ограничивается выемкой 34, выполненной в корпусе 1 устройства, т.е. на поворот 60^o или 90^o.

Принцип работы устройства заключается в следующем. Устройство закрыто. При пуске напорной среды в устройство, напорная среда через проходные отверстия 6 седла 4, воздействуя на золотник 9, преодолевая силу пружин 17 разжатия дисков, отжимается золотник 9 от седла 4 и через образовавшийся щелевой зазор, величина которого ограничивается ограничителем 19, напорная среда через перепускные отверстия 10 золотника 9 заполняет полость золотника, т.е. его внутренний 8 щелевой зазор и канал 28 вывода среды, а по каналам 14 подвода напорной среды и все периферийные 16 гнезда. Давление среды уравновешивается золотник 4 перемещается к седлу 4, ограничитель 19 уже не контактирует с золотником 9, а герметизирующий диск 11, отжимая шариками 27 отжимного подшипника, его рессору 26 плотно прижимается к седлу 5, обеспечивая надежную герметизацию, т. к. шарики 27, находящиеся на посадочных местах, кроме силы рессор 26, которые не требуются большой силы, нагрузки напорной среды не испытывают.

При необходимости открытия устройства микроклапаном 30 сбрасывается давлением напорной среды с герметизирующего диска 11, в процессе которого по кагалам 28, 31 вывода среды в трубопровод на выход, давление на запорном элементе падает до нуля, рессоры 26 отжимного подшипника преодолевая силу пружин разжатия дисков, отжимают герметизирующий диск 11 от седла 5, образуя возможность проникновения разгружающей среды между ними, т.е. в щелевой зазор в положениях "открыто". Одновременно золотник 9 отжимается от седла 4 напорной средой трубопровода, ограничитель 19 вступает в контакт с золотником 9, образуя щелевой зазор для дозированного количества поступления среды в устройство необходимого для нормальной работы системы сброса давления до выхода шариков 27 подшипника на твердую горизонтальную дорожку 22 (или практически до положения "частично открыто" при повороте золотника 9, 11). Золотник 9, рычагом управления 32 поворачивается на заданный угол, микроклапан 30 перекрывает канал 31 вывода среды в трубопровод и среда беспрепятственно проходит через устройство, одновременно, силой пружин 17 разжатия дисков и давлением проходящей среды золотник 9 прижимается к седлу 4, а ограничитель 19 прекращает контакт с золотником 09. При этом находящаяся под давлением проходящей среды, среда в щелевом зазоре между герметизирующим диском 11 и седла 5, разгружает герметизирующий диск 11, а с ним и шарики 27 отжимного подшипника и в положении полного "открыто" полностью вывешивает герметизирующий диск 11, а шарики 27 подшипника будут испытывать лишь силу пружин 17 разжатия дисков.

Закрытие крана осуществляется простым поворотом рычага 32 управления золотником 9, 11 до положения "закрыто", при котором шарики 27 подшипника заходят на рессоры 26, сила напорной среды, действующая на герметизирующий диск 11 через шарики 27 подшипника, прогибает рессоры 26, уравновешивающая разгрузочная среда выжимается из щелевого зазора между герметизирующего диска 11 и седла 5, и диск 11 плотно прижимается к седлу 5, обеспечивая надежную герметизацию.

Использование: в запорном арматуростроении. Сущность изобретения: устройство снабжено ограничителем осевого хода золотника и отжимным подшипником. Пружины отжимают диск от золотника и установлены в периферийные гнезда золотника. Каналы подвода напорной среды в гнезда золотника выполнены на цилиндрических выступах герметизирующего диска. Отжимной подшипник выполнен из двух колец с рессорами, беговыми дорожками и шариками и размещен между подвижным герметизирующим диском золотника и седлом выходного патрубка, образуя щелевой зазор между запорными дисками в положениях устройства "закрыто". Одно из колец отжимного подшипника установлено на подвижном диске и выполнено с горизонтальной беговой дорожкой. Другое кольцо установлено на неподвижном седле выходного патрубка и выполнено с беговой дорожкой, состоящей из длинных горизонтальных и коротких наклонных участков. Рессоры расположены над наклонными участками на уровне длинных дорожек с возможностью взаимодействия с шариками в положении устройства "закрыто". 2 з. п. ф-лы, 6 ил.

1. Запорно-регулирующее устройство, содержащее корпус с входным и выходным патрубками, размещенный с щелевым зазором между двумя неподвижными дисковыми седлами поворотный дисковый золотник, выполненный с перепускными отверстиями и цилиндрической выемкой, в которой выполнены периферийные гнезда и размещен подпружиненный герметизирующий диск с перепускными отверстиями, каналами подвода среды и цилиндрическими выступами, расположенными в периферийных гнездах выемки золотника, при этом дисковый золотник связан с элементом управления и выполнен с каналами вывода среды из полости золотника в выходной патрубок, управляемыми клапаном, отличающееся тем, что оно снабжено ограничителем осевого хода золотника и отжимным подшипником, при этом пружины, отжимающие диск от золотника, установлены в периферийные гнезда золотника, а каналы подвода напорной среды в гнезда золотника выполнены на цилиндрических выступах герметизирующего диска, причем отжимной подшипник выполнен из двух колец с рессорами, беговыми дорожками и шариками, расположенными между ними, и размещен между подвижным герметизирующим диском золотника по его периферии и седлом выходного патрубка и соосно с последним, образующий щелевой зазор между запорными указанными дисками в положениях устройства "Открыто", при этом одно из колец отжимного подшипника установлено на подвижном диске и выполнено с горизонтальной беговой дорожкой, а другое кольцо установлено на неподвижном седле выходного патрубка и выполнено с беговой дорожкой, состоящей из чередующихся длинных горизонтальных и коротких наклонных участков, а упомянутые рессоры расположены над наклонными участками на уровне длинных дорожек с возможностью взаимодействия с шариками в положении устройства "Закрыто". 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что ограничитель осевого хода золотника выполнен в виде упорного подшипника качения, установленного на периферии седла выходного патрубка с возможностью взаимодействия с периферийной частью основного золотника при отжиме от седла на входе среды. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что ограничитель осевого хода золотника выполнен в виде подшипника скольжения, выполненного в форме цилиндрического стержня с продольными каналами подвода среды, жестко закрепленного в центре седла выходного патрубка, другой конец которого, имеющий сферическое окончание и проходящий через отверстие герметизирующего диска, размещен в выполненном центральном гнезде золотника с возможностью поворота на нем золотника и взаимодействия своим сферическим окончанием с золотником при его отжиме от седла на входе среды.