ШИБЕРНЫЙ ЗАТВОР Российский патент 1998 года по МПК F16K3/08 

Изобретение относится к арматуростроению и может быть использовано для регулирования и перекрытия рабочей среды, проходящей по трубопроводам технических и коммунальных сетей.

Известен шиберный затвор для регулирования и перекрытия паровой или водной магистрали (см. например "Задвижка клиновая с выдвижным шпинделем фланцевая стальная с электроприводом", паспорт Внешторгиздат, 1989). Электропривод связан кинематически с выдвижным шпинделем через червячный редуктор имеет электромеханический механизм для автоматического управления регулирующего органа.

Недостаток известного шиберного затвора состоит в значительной его материалоемкости, объясняемой радиальным расположением выдвижного шпинделя, многооборотным приводным механизмом и необходимостью установки массивного редуктора, увеличивающего габариты устройства в целом.

Известен также другой шиберный затвор, содержащий корпус с цилиндрической полостью, последовательно установленные в ней три диска из керамического материала, контактирующие между собой торцевыми поверхностями, имеющими проходные окна, причем внешние из дисков установлены в полости неподвижно, а средний с возможностью поворота относительно корпуса, имеющий на периферийной поверхности выступы, взаимозацепленные с соответствующими впадинами кольцевой ступицы, надетой на периферийную поверхность подвижного диска и приводной элемент для поворота кольцевой ступицы и среднего диска. Корпус имеет боковой вырез, в котором размещен приводной элемент-рычаг (патент США N 4674537, кл. F 16 R 3/08, НКИ 137/625.31; 251/180, 251/208.

Такое запорно-регулировочное устройство является малооборотным (открытие максимальное обеспечивается поворотом подвижного диска на 60^o). Устройство имеет малые габариты и значительно уменьшенную материалоемкость. По технической сущности данное запорно-регулирующее устройство наиболее близко к предлагаемому и может быть принято в качестве прототипа.

Недостаток этого затвора состоит в ограниченности пропускной способности, объясняемой наличием в корпусе бокового выреза для приводного элемента, нарушающего целостность корпуса и ослабляющего его жесткость. Наличие бокового выреза создает в трубопроводе опасное сечение, которое следует учитывать при нагружении трубопроводов (снижать нагрузку на 1/3 от возможной). Кроме того, использование рычага в качестве приводного элемента значительно увеличивает общие габариты конструкции, снижает возможности ее механизации и автоматизации, затрудняет применение шиберного затвора на трубопроводах, имеющих проходное сечение больше 60 мм в диаметре.

Задачей изобретения является разработка такого шиберного затвора, который при таком же диаметре трубопровода, как и в известном, позволил бы иметь в месте установки затвора равнопрочную конструкцию, исключающую возникновение опасного сечения, благодаря чему повысить пропускную способность затвора и трубопровода за счет повышения давления рабочей жидкости; создать возможность применения данного устройства на трубопроводах, имеющих проходное сечение, большее 60 мм в диаметре.

Эта задача решается тем, что в известном шиберном затворе, содержащем корпус с цилиндрической полостью, установленные в ней три диска из керамического материала, контактирующие между собой торцевыми поверхностями и имеющими проходные окна, причем внешние из дисков установлены в полости неподвижно, а средний - с возможностью поворота относительно корпуса и имеет на периферийной поверхности впадины, взаимозацепленные с соответствующими выступами кольцевой ступицы, надетой на периферийную поверхность среднего диска, и приводной элемент для поворота кольцевой ступицы и среднего диска. Кольцевая ступица на внешней поверхности снабжена зубьями, а приводной элемент выполнен в виде зацепленного с зубьями кольцевой ступицы червяка с выходным валом, при этом ось вращения червяка расположена поперек оси поворота среднего диска, а червяк с выходным валом размещен в корпусе затвора.

Эта задача решается также тем, что плоскость разъема корпуса параллельна плоскости торцевых поверхностей дисков и смещена относительно оси червяка на величину, большую полутора радиуса червяка, что шиберный затвор снабжен указателем-ограничителем поворота среднего диска, расположенным на червячном вале, что указатель выполнен в виде винтового стержня с гайкой, грани которой установлены с возможностью скольжения в коробчатом корпусе, имеющем окно с делениями, соответствующими положению среднего диска.

Снабжение кольцевой ступицы на внешней стороне зубьями, а приводного элемента в виде червяка с выходным валом, зацепленного с зубьями кольцевой ступицы, позволяет исключить появление опасного сечения в корпусе затвора, создаваемого в известном техническом решении вырезом (окном) для приводного элемента (рычага), необходимого для поворота среднего диска. В предложенном техническом решении приводной элемент (для осуществления поворота среднего диска) расположен внутри корпуса, благодаря чему не нарушается целостность корпуса.

Расположение оси вращения червяка поперек оси поворота среднего диска, а червяка с выходным валом в корпусе затвора позволяет выполнить конструкцию шиберного затвора компактной и малогабаритной. Такое выполнение шиберного затвора позволяет увеличить пропускную способность трубопровода за счет повышения давления рабочей жидкости на 30%, а также улучшить возможности механизации открытия-закрытия и регулирования степени открытия затвора без значительного увеличения общих габаритов конструкции.

Расположение плоскости разъема корпуса параллельно плоскости рабочих поверхностей дисков и расположение ее со смещением относительно оси вращения червяка на величину, большую полутора его радиуса позволяет разместить основные базовые поверхности и элементы шиберного затвора в одной детали - корпусе, что способствует повышению геометической точности выполнения размеров корпуса затвора при обработке и герметизации стыков при сборке шиберного затвора.

Выполнение указателя-ограничителя в виде гайки на винтовом стержне, являющемся продолжением червячного вала, и установка гайки в коробчатом корпусе, ограничивающем ход гайки и имеющем окно с делениями, соответствующими положению среднего диска, позволяет ограничить угол поворота среднего диска в нужных пределах и визуально наблюдать за положением среднего диска и работой затвора.

Предлагаемая конструкция шиберного затвора допускает возможность механизации открытия, закрытия и регулирования расхода жидкости. Шиберный затвор может быть снабжен, например электродвигателем, ротор которого соединен со свободным концом червячного вала. Кроме того, гайка указателя угла поворота среднего диска может быть соединена с движком потенциометра, включенного в систему управления электродвигателем. Последнее позволяет осуществить управление работой затвора в автоматизированном режиме.

На фиг. 1 показан общий вид шиберного затвора в продольном разрезе по плоскости, перпендикулярной торцевым поверхностям дисков. Шиберный затвор показан в положении ЗАКРЫТО; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1 с частичным вырывом в месте расположения червяка с выходным валом и устройством для визуального наблюдения за положением среднего диска; на фиг. 3 - вид Б на фиг. 2 на указатель-ограничитель поворота среднего диска; на фиг. 4 - фотография опытного образца заявляемого шиберного затвора в ручном варианте исполнения, слева на фотографии отдельно видны керамические диски, вынутые из затвора; на фиг. 5 - шиберный затвор, дополнительно снабженный электродвигателем; на фиг. 6 - вариант размещения потенциометра на корпусе указателя положения среднего диска затвора; на фиг. 7 - разрез указателя положения среднего диска с потенциометром; на фиг. 8 - схема подключения к потенциометру прибора, регистрирующего положение среднего диска для дистанционного управления затвором.

Согласно изобретению шиберный затвор содержит корпус 1 с цилиндрической полостью 2, три керамических диска 3, 4 и 5, контактирующие между собой торцевыми прецизионными поверхностями, исключающими проникновение между ними жидкости. Диски 3, 4 и 5 имеют проходные окна 6, 7 и 8 соответственно. Диск 4 повернут на 60^o относительно дисков 3 и 5. На фиг. 2 штрихпунктирной линией показаны окна 7 среднего диска 4. Видимая часть окон 8 и 6 показана сплошной контурной линией. Как видно из фиг. 2, окна 8 и 6 перекрыты промежутками среднего диска 4, расположенными между окнами 7. Внешние диски 3 и 5 установлены в указанной полости 2 неподвижно, и их окна расположены напротив друг друга, а средний диск 4 с возможностью поворота относительно корпуса 1 и имеет на периферийной поверхности 9 впадины 10, взаимозацепленные с соответствующими выступами 11 кольцевой ступицы 12. Ступицы 12 надета на периферийную поверхность 9 среднего диска 4.

Затвор имеет приводной элемент для поворота кольцевой ступицы 12 и среднего диска 4. Кольцевая ступица 12 на внешней поверхности 13 снабжена зубьями 14. Приводной элемент выполнен в виде червяка 15 с шейками 16 и выходным валом 17. Червяк 15 как приводной элемент зацеплен с зубьями 14 кольцевой ступицы 12. Ось вращения червяка 15 расположена поперек оси поворота среднего диска 4. При этом приводной элемент червяк 15 с шейками 16 выходного вала 17 размещен в корпусе 1 затвора.

Таким образом, конструкция предлагаемого шиберного затвора более компактна по сравнению с прототипом за счет уменьшения радиального габарита.

Шиберный затвор имеет фланцевую крышку 18 с направлением 19 и полостью 20, соответствующей полости 2. Направление 19 размещено в расточке 21 корпуса 1 вместе с кольцевой ступицей 12. Фланцевая крышка 18 торцевой поверхности 22 и прокладкой 23 обеспечивает герметизацию расточки 21, а торцевой поверхностью 24 с прокладками 26 обеспечивает герметизацию полости 2 с дисками 3, 4, 5. Прокладка 23 в описываемом варианте исполнения выполнена из металлизированного паранита, но она может быть выполнена, например из меди, а прокладка 25 выполнена из упругого материала, например, из резины, полиуретана и т.п.

Фланцевая крышка 18 скреплена с корпусом 1 посредством крепежных элементов 26.

Для обеспечения лучшей герметизации цилиндрической полости 2 и расточки 21 поверхности 22 и 24 могут быть выполнены с одной установки и на одном уровне, например, шлифовкой. В этом случае направление 19 может быть выполнено съемным, скрепленным с фланцевой крышкой крепежными элементами на чертеже не показанными.

Плоскость разъема Н корпуса 1 параллельна плоскости торцевых поверхностей дисков 3, 4, 5 и расположена асимметрично оси вращения червяка 15, то есть не проходит через его ось. В описанном варианте исполнения шиберного затвора плоскость разъема Н отнесена от оси червяка 15 на величину, превышающую полтора его радиуса. Это позволило создать достаточно прочную стенку для размещения элемента крепления 26, сосредоточить основные элементы конструкции затвора и базовые поверхности в одной детали - корпусе 1 и повысить таким образом геометрическую точность выполнения размеров обработки. Это также создало возможность надежного присоединения фланцевой крышки 18 по замкнутому контуру корпуса 1 с надежным закрытием стыка при сборке.

В описываемом варианте исполнения шиберный затвор снабжен указателем-ограничителем угла поворота среднего диска 4, расположенным со стороны свободного конца червячного вала 17. В других вариантах указатель-ограничитель может быть расположен и по другую сторону червячного вала, то есть между маховиком 36 и корпусом затвора.

Указатель-ограничитель угла поворота среднего диска 4 выполнен в виде винтового стержня 27 с гайкой 28, грани которой установлены с возможностью скольжения в коробчатом корпусе 29, имеющем окно 30, закрытое стеклом 31 с делениями 32, 32а, 32б, 32в, 32г, соответствующими положениям среднего диска 4. Гайка 28 имеет риску 33.

Совмещение риски 33 гайки 28 с делением 32 соответствует исходному положению среднего диска 4 и его окон 7 относительно окон 8 и 6 (см. фиг. 2) дисков 5 и 3.

Совмещение риски 33 гайки 28 с делением 32а соответствует началу неполного совмещения проходного окна 7 среднего диска 4 с проходными окнами 6 и 8 неподвижных дисков 3 и 5 и, следовательно, началу неполного открытия затвора.

Следующие за делением 32а деления 32б, 32в - показывают промежуточное положение среднего диска 4. Деление 32г - полное открытие затвора.

Шиберный затвор в указателе-ограничителе угла поворота среднего диска может иметь прокладочные установочные шайбы-упоры 34 и 35. Шайба-упор 34 контролирует полное закрытие затвора, соответствующее исходному положению, при котором риска 33 гайки 28 совмещена с делением 32. Шайба-упор 35 контролирует полное открытие затвора, соответствующее другому исходному положению, при котором риска 33 гайки 28 совмещена с делением 32г. Толщина шайб-упоров 34 и 35 определяется при настройке затвора перед работой, замерами зазоров между соответствующим торцем гайки 28 и стенкой корпуса 1 и соответственно стенкой корпуса 29 указателя угла поворота среднего диска 4.

Шиберный затвор имеет маховик 36 для ручного управления, установленный на выходном валу 17. Кроме того, предлагаемая конструкция шиберного затвора предусматривает возможность помимо ручного управления быть переоборудованной на автоматическое регулирование параметров рабочей среды, подающейся по трубопроводу. Для этого коробчатый корпус 29 указателя-ограничителя угла поворота может быть выполнен с фланцем 37 (см. фиг. 5), к которому прикреплен электродвигатель 38. Ротор электродвигателя может быть соединен с червячным валом 17 напрямую, либо через встроенный редуктор 39.

Электропривод может иметь установленный на коробчатый корпус 29 потенциометр 40 (см. фиг. 6, 7, 8 с калиброванным сопротивлением 41, клеммами 42, движком 43, соединенным с гайкой 28 указателя-ограничителя угла поворота среднего диска 4 и прибором 44, регистрирующим положение движка 43, на каком из делений 32, 32а, 32б, 32в или 32г он находится и на какой угол соответственно повернут средний диск 4. Данную информацию этот прибор показывает на своей шкале, на которой также нанесены деления 32, 32а, 32б, 32в и 32г. Прибор 44, установленный на пульте дистанционного управления, на чертеже не показанном, сообщает оператору о состоянии открытия затвора на расстоянии, удаленном от места его установки.

Таким образом, шиберный затвор предлагается как в ручном исполнении (управление с помощью маховика 36), так и в автоматизированном.

В ручном исполнении при повороте маховика 36 выходной вал 17, а с ним и червяк 15, вращаясь, поворачивает кольцевую ступицу 12 и средний диск 4, приближая его окна 7 и окнам 6 и 8 неподвижных дисков 3 и 5. При этом гайка 28 с риской 33 перемещается от деления 32 к делению 32а. Открытие шиберного затвора наступает по мере постепенного совмещения окон 7 среднего диска 4 с окнами 6 и 8 неподвижных дисков 3 и 5 и по мере перемещения гайки 28 с риской 33 через деления 32а, 32б, 32г и прихода в положение, при котором риска 33 гайки 28 остановится на делении 32г и шайбе-упоре 35, контролирующими полное открытие затвора.

В автоматизированном исполнении работа шиберного затвора осуществляется следующим образом. При включении с пульта дистанционного управления, на чертеже не показанном, электродвигатель 38 передает вращение на червяк 15. Последний вращает ступицу 12 и через выступы 11, зацепленные с впадинами 10, поворачивает средний диск 4 на соответствующий угол. За этот же промежуток времени винт 27 перемещает гайку 28 внутри коробчатого корпуса 29 на соответствующее этому углу расстояние, и риска 33 гайки 28 совмещается с делением 32а. Так как выступ гайки 28 соединен с движком 43 потенциометра 40, движок потенциометра также перемещается на соответствующее расстояние, снимая информацию о напряжении на данном участке, передавая эту информацию на пульт дистанционного управления на прибор 44. На шкале этого прибора также нанесена позиция 32а, соответствующая положению риски 32а на коробчатом корпусе 29 затвора. Оператор, наблюдая за прибором 44, имеет возможность отслеживать состояние открытия затвора в процесс управления электродвигателем 38.

В предлагаемом шиберном затворе, в обоих рассмотренных вариантах его исполнения, приводной элемент - червяк 15, размещенный внутри корпуса 1 и зацепленный с зубьями 14, позволяет повернуть на требуемый угол кольцевую ступицу 12 в закрытом объеме полости 2 корпуса 1. Поворот среднего диска 4 осуществляется приводным элементом - червяком 15, находящимся внутри корпуса, присоединительный торец которого не прерван вырезом, как в известном затворе, то есть присоединительный торец корпуса имеет замкнутый контур. В результате этого исключается появление опасного сечения, конструкция становится более прочной и создается возможность повышения давления рабочей жидкости на 30% и, следовательно, повышение пропускной способности затвора.

Кроме того, наличие червячной передачи в механизме открытия затвора, размещенной внутри корпуса, снижает его общие габариты, повышает герметичность, надежность и экологическую безопасность затвора, а также создает возможность механизации и автоматизации управления данным шиберным затвором. Все указанное особенно важно для крупных затворов, имеющих сечение, большее 60 мм в диаметре.

Шиберный затвор предназначен для регулирования и перекрытия рабочей среды, проходящей по трубопроводам технических систем. Шиберный затвор содержит корпус 1 с цилиндрической полостью 2, три керамических диска 3, 4 и 5, контактирующие между собой торцевыми прецизионными поверхностями. Диски 3, 4 и 5 имеют проходные окна 6, 7 и 8. Внешние диски 3 и 5 установлены неподвижно, и их окна расположены напротив друг друга, а средний диск 4 - с возможностью поворота относительно корпуса 1. Затвор имеет приводной элемент в виде червяка 15, зацепленного с кольцевой ступицей 12, через которую вращение передается на средний диск 4. Плоскость разъема H корпуса 1 параллельна плоскости торцевых поверхностей дисков 3, 4, 5 и смещена относительно оси вращения червяка 15 на величину, большую полутора радиуса червяка 15. Шиберный затвор снабжен указателем-ограничителем угла поворота среднего диска 4, расположенным на выходном вале 17 червяка 15. Указатель-ограничитель выполнен в виде винтового стержня 27 с гайкой 28, имеющем риску 33, грани которой установлены с возможностью скольжения в коробчатом корпусе 29, имеющем окно 30, с делениями, соответствующими положениям среднего диска 4. 4 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Шиберный затвор, содержащий разъемный корпус с цилиндрической полостью, три керамических диска, контактирующие между собой торцевыми поверхностями и выполненные с проходными окнами, причем внешние из дисков установлены в указанной полости неподвижно, а средний - с возможностью поворота относительно корпуса приводом, отличающийся тем, что привод выполнен червячным, а плоскость разъема корпуса параллельна плоскости торцевых поверхностей дисков, смещена относительно оси вращения червяка на величину, большую полутора радиуса червяка. 2. Затвор по п.1, отличающийся тем, что он снабжен указателем-ограничителем угла поворота среднего диска. 3. Затвор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что указатель-ограничитель выполнен в виде соединенного с червяком винтового стержня с гайкой, расположенной с возможностью скольжения в коробчатом корпусе, выполненном с окном с нанесенными на нем давлениями, соответствующими положению среднего диска. 4. Затвор по п.1, отличающийся тем, что он снабжен электродвигателем, вал которого соединен со свободным концом червячного вала. 5. Затвор по пп.1 - 3, отличающийся тем, что он снабжен потенциометром, движок которого соединен с гайкой указателя-ограничителя угла поворота среднего диска.