ЗАПОРНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1998 года по МПК F16K3/03 

Изобретение относится к трубопроводной запорной арматуре и может быть использовано при производстве затворов для регулирования потоков жидкости и газа в системах транспортировки, применяемых в химической, металлургической, строительной и других отраслях промышленности.

Из предшествующего уровня техники известно запорное устройство, выполненное в виде ирисовой диафрагмы (см. патент США N 3787022, кл. 251-212, 1974).

Недостатки известного устройства заключаются в том, что оно не обеспечивает полного перекрытия проточного канала, поскольку элементы ирисовой диафрагмы расположены внахлест.

Известно также запорное устройство (см. патент США N 2307273, кл. 251-212, 1943), выбранное авторами в качестве прототипа, которое содержит корпус с проточным каналом, привод и кинематически связанную с ним группу перекрывающих проточный канал элементов, установленных с возможностью синхронного поворота в плоскости, перпендикулярной оси проточного канала и вокруг соответствующих осей, параллельных оси проточного канала и расположенных в вершинах правильного многоугольника. Контур каждого перекрывающего проточный канал элемента включает первый и второй выпуклые дугообразные участки, центр кривизны которых совпадает с осью вращения соответствующего элемента, а также вогнутый дугообразный участок, пересекающийся с одной стороны с первым выпуклым дугообразным участком под углом и сопряженный с другой стороны с вторым выпуклым дугообразным участком, и замыкающий участок, выполненный также дугообразной формы.

Недостаток этого устройства заключается в том, что оно не обеспечивает полного и надежного перекрытия проточного канала вследствие неплотного прилегания торцовых поверхностей смежных элементов, особенно вблизи оси проточного канала.

Задачей изобретения является разработка надежного и конструктивно простого устройства, позволяющего обеспечить в трубопроводах плавное регулирование расходов (в том числе и полное перекрытие) любых потоков текучих сред (гидропульпы, назовые суспензии, жидкие шламы и т.д.).

Технический результат достигается тем, что в запорном устройстве, содержащем корпус с проточным каналом, привод и кинематически связанную с ним группу перекрывающих проточный канал фигурных элементов, установленных с возможностью синхронного поворота в одной плоскости, перпендикулярной оси проточного канала вокруг соответствующих осей, причем контур каждого перекрывающего проточный канал элемента выполнен из первого и второго выпуклых дугообразных участков, центр кривизны которых совпадает с осью вращения соответствующего элемента, вогнутого дугообразного участка, пересекающегося с одной стороны с первым выпуклым дугообразным участком под углом и сопряженного с другой стороны с вторым выпуклым дугообразным участком, и замыкающего участка, согласно изобретению, оно дополнительно снабжено второй группой перекрывающих проточный канал элементов, идентичной первой и кинематически связанной с приводом, при этом перекрывающие проточный канал элементы первой и второй групп подпружинены в осевом направлении относительно корпуса и относительно друг друга, а проекции их осей вращения на плоскость, перпендикулярную оси проточного канала, смещены в угловом направлении относительно друг друга. Кроме того, оси вращения первой и второй групп перекрывающих проточный канал элементов расположены в вершинах правильных многоугольников, причем центры плоскостей симметрии многоугольников смещены относительно оси проточного канала.

Такое выполнение запорного устройства позволяет осуществить, даже при значительных перепадах давления, полное и надежное перекрытие проточного канала за счет повышенной прочности и жесткости рабочего органа, обеспеченных несовпадением стыков первой и второй групп перекрывающих элементов, а также осуществить тонкое регулирование расхода текучих сред на начальной стадии открытия затвора.

Кроме того, изготовление запорного устройства упрощено, поскольку не требуется высокая точность, а взаимное перекрытие групп перекрывающих элементов также положительно влияет на герметичность закрытого запорного устройства.

На фиг. 1 изображено запорное устройство, продольный разрез;
на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1;
на фиг. 3 - отдельный перекрывающий проточный канал элемент;
на фиг. 4 - вариант выполнения запорного устройства, продольный разрез;
на фиг. 5 - сечение Б-Б на фиг. 4.

Запорное устройство содержит корпус 1 с проточным каналом 2, первую и вторую группы элементов соответственно 3 и 4, перекрывающих проточный канал 2, первую шестерню 5 с внутренним зубчатым венцом, вторую зубчатую шестерню 6 с внутренним зубчатым венцом, которые кинематически связаны с приводом (на чертеже условно не показано). Элементы 3 и 4 снабжены соответственно зубчатыми сегментами 7 и 8, которые находятся в зацеплении соответственно с шестернями 5 и 6. Элементы 3 и 4 установлены с возможностью поворота вокруг соответствующих осей 9 и 10. Оси 9 и 10 расположены в вершинах правильных n-сторонних многоугольников, лежащих в плоскостях симметрии, при этом центры симметрии 11 и 12 этих плоскостей в варианте выполнения расположены на прямой, проходящей через ось 13 проточного канала 2, и смещены относительно этой прямой на одну и ту же величину, а биссектрисы углов правильных многоугольников попарно параллельны между собой; величина смещения Δ составляет:
,
где
R₀ - максимально допустимый радиус проточного канала 2.

В предпочтительном варианте выполнения центры симметрии обеих групп элементов лежат на одной оси, расположенной асимметрично и параллельно оси проточного канала, при этом проекции осей вращения обеих групп элементов на плоскость, перпендикулярную оси проточного канала, не совпадают, т.е. обе группы элементов смещены относительно друг друга в угловом направлении. Элементы 3 и 4 расположены вплотную друг к другу и подпружинены относительно корпуса 1 с помощью кольцевых элементов 14, в которых выполнены гофрообразующие кольцевые проточки 15 и 16. Кольцевые элементы 14 отделены от полости прототочного канала посредством кольцевых защитных втулок 17, а от элементов 3 и 4 - уплотнительными кольцами. Обе группы перекрывающих элементов 3 и 4 могут быть расположены с угловым смещением по отношению друг к другу. Контур элементов 3 и 4 (фиг. 3) включает первый 18 и второй 19 выпуклые дугообразные участки, центры кривизны которых совпадают с осями вращения соответственно 9 и 10, вогнутый дугообразный участок 20, который пересекается с первым 18 выпуклым дугообразным участком в точке 21 и под углом (где n - число элементов в группе) сопряжен в точке 22 с вторым выпуклым дугообразным участком 19 и замыкающий участок 23, форма которого зависит только от размеров полости в корпусе 1.

Радиусы дугообразных участков контура элемента 3 и 4 и их длина должны удовлетворять следующим соотношениям:
,
где
R'₁ - радиус кривизны первого выпуклого дугообразного участка 18;
R''₁ - радиус кривизны второго выпуклого дугообразного участка 20;
R₂ - радиус кривизны второго выпуклого дугообразного участка 19;
R₃ - длина хорды первого 18 выпуклого и вогнутого 20 дугообразных участков;
n - число сторон многоугольников.

Запорное устройство работает следующим образом.

При возникновении необходимости в уменьшении проточного канала 2 с помощью привода (ручного, электромеханического и т.п.) осуществляется поворот шестерен 5 и 6. При повороте шестерен 5 и 6 происходит одновременный и идентичный поворот соответственно элементов 3 и 4 вокруг соответствующих им осей 9 и 10, поскольку зубчатые сегменты 7 и 8 находятся в зацеплении соответственно с зубцами шестерен 5 и 6. В процессе поворота элементов 3 и 4 происходит их плавное одновременное сближение, при этом не происходит касание торцевых поверхностей смежных элементов каждой группы вплоть до момента смыкания элементов. Вследствие этого даже при наличии в потоке твердых частиц не происходит заклинивание элементов 3 и 4. Полное перекрытие проточного канала 2 обеспечивается за счет того, что стыки между элементами 3 смещены относительно стыков элементов 4. Практически число элементов 3 и 4 ограничено с одной стороны минимально возможным числом сторон многоугольника, а именно n 3, при этом верхним пределом для n является число 5, поскольку при n = 6 сторона многоугольника равна R₁; практически сторона многоугольника должна равняться R₁ + R₂, так как при n 6 R₂ = 0.

Запорное устройство может быть применено для работы с текучими средами с механическими включениями, при этом с его помощью можно осуществить тонкое регулирование расхода текучих сред на начальной стадии открытия запорного устройства. Кроме того, не требуется высокая точность изготовления, поскольку в закрытом состоянии его герметичность дополнительно обеспечивается взаимным перекрытием стыков обеих групп перекрывающих элементов.

Запорное устройство относится к трубопроводной запорной арматуре и предназначено для использования в производстве затворов для регулирования потоков жидкости и газа в системах транспортировки, применяемых в химической, металлургической, строительной и других отраслях промышленности. Запорное устройство содержит корпус с проточным каналом, привод и кинематически связанную с ним группу перекрывающих проточный канал фигурных элементов. Последние установлены с возможностью синхронного поворота в одной плоскости, перпендикулярной оси проточного канала вокруг соответствующих осей. Контур каждого перекрывающего проточный канал элемента включает первый и второй выпуклые дугообразные участки, центр кривизны которых совпадает с осью вращения соответствующего элемента, вогнутый дугообразный участок, пересекающийся с одной стороны с первым выпуклым дугообразным участком под углом и сопряженный с другой стороны вторым выпуклым дугообразным участком, а также замыкающий участок. В корпусе дополнительно установлена вторая группа перекрывающих проточный канал элементов, идентична первой и кинематически связанная с приводом. Перекрывающие проточный канал элементы первой и второй групп подпружинены в осевом направлении относительно корпуса и относительно друг друга. Проекции их осей вращения на плоскость, перпендикулярную оси проточного канала, смещены в угловом направлении относительно друг друга. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Запорное устройство, содержащее корпус с проточным каналом, привод и кинематически связанную с ним группу перекрывающих проточный канал фигурных элементов, установленных с возможностью синхронного поворота в одной плоскости, перпендикулярной оси проточного канала вокруг соответствующих осей, причем контур каждого перекрывающего проточный канал элемента выполнен из первого и второго выпуклых дугообразных участков, центр кривизны которых совпадает с осью вращения соответствующего элемента, вогнутого дугообразного участка, пересекающегося с одной стороны с первым выпуклым дугообразным участком под углом и сопряженного с другой стороны вторым выпуклым дугообразным участком, и замыкающего участка, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено второй группой перекрывающих проточный канал элементов, идентичной первой и кинематически связанной с приводом, при этом перекрывающие проточный канал элементы первой и второй групп подпружинены в осевом направлении относительно корпуса и относительно друг друга, а проекции их осей вращения на плоскость, перпендикулярную оси проточного канала, смещены в угловом направлении относительно друг друга. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оси вращения первой и второй групп перекрывающих проточный канал элементов расположены в вершинах правильных многоугольников, причем центры плоскостей симметрии многоугольников смещены относительно оси проточного канала.