ЗАПОРНЫЙ ОРГАН Российский патент 1999 года по МПК F16K1/34 F16K25/00 

Изобретение относится к запорной арматуре пневмо- и гидросистем.

Известны запорные органы типа "фторопласт-металл", обеспечивающие герметичность путем создания необходимого контактного давления между фторопластовым вкладышем, укрепленным на тарели, и металлическим седлом определенной конфигурации (см., например, "Уплотнения и уплотнительная техника", Справочник под ред. А. И. Голубева стр.232).

Прототипом изобретения является запорной орган, состоящий из входного и выходного каналов, седла, затвора. На затворе закреплен кольцевой уплотнительный элемент в виде шайбы, а на седле выполнен кольцевой выступ (см. Кармугин Б. В., Стратиневский Г. Г., Мендельсон Д. А. Клапанные уплотнения пневмогидроагрегатов, стр. 11, рис.2, схема 16).

Недостатком подобных запорных органов для использования, например, в электроклапанах является то, что при эксплуатации их при достаточно высоких давлениях рабочего тела и большом числе включений клапана происходит промятие фторопласта в зоне контакта с седлом, обусловленное его текучестью, по величине соизмеримое с величиной рабочего магнитного зазора электромагнита, что отрицательно сказывается на стабильности гидродинамических и тяговых характеристик в течение ресурса запорных органов и может привести к отказу клапана из-за уменьшения коэффициента запаса по току (тяге), либо ведет к необходимости увеличения электропотребления клапана. Недостатком является также то, что нестабильность площади контакта запорного органа может привести к потере герметичности вследствие уменьшения контактного давления, необходимого для обеспечения герметичности запорного органа. Дополнительным недостатком является сложность и нетехнологичность известных запорных органов для малых (0,5 и менее) диаметров седла, что затрудняет создание миниатюрных запорных органов.

Целью изобретения является устранение вышеуказанных недостатков, т.е. достижение стабильности гидродинамических характеристик, обеспечение герметичности в широком диапазоне перепадов давления, уменьшение энергопотребления, миниатюризация и технологичность конструкции запорного органа.

Указанная цель достигается тем, что запорный орган наряду с входным и выходным каналами, седлом, затвором, кольцевым уплотнительным элементом содержит зажимную втулку, прижимающую кольцевой уплотнительный элемент к седлу, а кольцевой уплотнительный элемент выполнен из фторопластовой пленки, поджатой к седлу зажимной втулкой, причем зажимная втулка установлена с возможностью образования между зажимной втулкой и затвором в зоне контакта последнего с фторопластовой пленкой минимального кольцевого зазора, не превышающего толщину фторопластовой пленки.

Кроме того, на зажимной втулке или седле со стороны пленки могут быть выполнены кольцевые выступы, высотой менее толщины пленки, а зажимная втулка подпружинена.

На чертеже представлен предлагаемый запорный орган.

Запорный орган состоит из затвора 1, седла 2, пленочного фторопластового уплотнителя 3, входного 4 и выходного 5 каналов, зажимной втулки 6. Герметичность запорного органа обеспечивается созданием необходимого контактного давления в зоне контакта затвора 1 с фторопластовым уплотнителем 3. Зона контакта формируется путем упругого деформирования фторопласта под действием усилия затвора 1 и не превышает толщину пленки. Применение пленки в качестве мягкого уплотнителя позволяет существенно снизить ширину контакта запорных органов, что значительно снижает потребное усилие прижатия затвора для обеспечения герметичности, тем самым уменьшается потребное усилие электромагнита, его энергоемкость и габариты. Уменьшение ширины контакта снижает вероятность появления негерметичности запорного органа вследствие попадания инородных тел из протекающего рабочего тела, повышая его надежность. Фторопластовая пленка имеет более высокие механические свойства и меньшую текучесть по сравнению с фторопластовыми вкладышами, применяемыми в известных запорных органах, тем самым повышается ресурс данного запорного органа и достигается возможность применения данного запорного органа при более высоких входных давлениях и температурах рабочего тела. Практически установлено, что изделия из фторопласта-4, работающие при температурах не выше 80-100^oC, не следует нагружать выше 30 кг/см², т.к. при больших нагрузках становятся заметными остаточные деформации. При давлениях от 100 до 200 кг/см² (в зависимости от температуры) образец фторопласта-4 может быть раскатан с уменьшением толщины и увеличением площади образца в 3 - 3,5 раза без нарушения его целостности, т.е. без трещин и разрывов. Такая раскатка применяется при изготовлении из фторопласта-4 тонких пленок толщиной 0,2 мм и менее (В.И. Анурьев. Справочник конструктора-машиностроителя, т. 1, с. 294). Прочность таких пленок сильно повышается, например предел прочности возрастает в 3,5-4 раза и достигает 1000 кг/см^² (Д.Д. Чегодаев, 3.К. Наумова, Ц.С. Дунаевская "Фторопласты", стр. 39). Если зажать пленку из фторопласта-4 малой толщины, например 0,1 мм, между двумя плоскими фланцами, то она не выдавливается даже при очень больших давлениях. Если на одном из фланцев применить отжимные кромки высотой примерно 2/3 от толщины пленки, то она не выдавливается даже при значительных изменениях температуры (от -50 до +250^oC) (Д. Д. Чегодаев, 3.К. Наумова, Ц.С. Дунаевская. Фторопласты, стр. 53), т.е. текучесть фторопласта через щелевые зазоры практически не наблюдается, фторопластовое уплотнение работает в условиях упругой деформации, что позволяет получить высокий ресурс запорного органа и стабильность характеристик привода и гидравлических характеристик при высоком ресурсе. Зажимная втулка, прижимающая уплотнительный элемент к седлу, обеспечивает объемно-упругое деформирование фторопласта в зоне контакта с затвором и предотвращает его текучесть тем, что ограничивает щелевыми зазорами объем фторопласта в направлении его выдавливания.

На зажимной втулке или седле со стороны уплотнительного элемента выполнены один или несколько кольцевых выступов 7, не превышающих по высоте толщину пленки, которые создают удельное давление в зоне контакта с фторопластом, превышающее значение его предела текучести и вдавливаются в пленку на всю высоту, создавая в уплотнителе коаксиальные кольцевые участки фторопласта с напряжениями, соответствующими максимальному значению упругой деформации, которые препятствуют радиальной текучести фторопласта от сил, приложенных к нему в зоне контакта запорных органов, а также герметизируют зазор между седлом 2 и уплотнительным элементом 3.

Коэффициент линейного расширения фторопласта имеет очень сложную зависимость (Д. Д. Чегодаев, 3.К. Наумова, Ц.С. Дунаевская. Фторопласты, стр. 41, рис. 11), поэтому для обеспечения необходимых удельных давлений на уплотнение, независимо от температурных расширений материалов, зажимная втулка подпружинена упругим элементом (пружиной) 8.

Таким образом, фторопластовое уплотнение работает в условиях упругой деформации и ресурс запорного органа определяется в основном только износом материалов в зоне контакта, что позволяет обеспечить высокую стабильность гидродинамических характеристик по сравнению с известными запорными органами, на ресурс которых оказывает влияние также текучесть уплотнения из зоны контакта.

Изобретение предназначено для обеспечения герметичности путем создания необходимого контактного давления между уплотняемыми элементами. Запорный орган состоит из входного и выходного каналов, седла, кольцевого уплотнительного элемента и затвора. Уплотнительный элемент выполнен из фторопластовой пленки. Последняя поджата к седлу зажимной втулкой. Зажимная втулка установлена с возможностью образования между зажимной втулкой и затвором в зоне контакта последнего с фторопластовой пленкой минимального кольцевого зазора. Кольцевой зазор не превышает толщину фторопластовой пленки. Такое выполнение позволяет обеспечить высокую стабильность гидродинамических характеристик запорного органа. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Запорный орган клапанного устройства, состоящего из входного и выходного каналов, седла, кольцевого уплотнительного элемента и затвора, отличающийся тем, что уплотнительный элемент выполнен из фторопластовой пленки, поджатой к седлу зажимной втулкой, причем зажимная втулка установлена с возможностью образования между зажимной втулкой и затвором в зоне контакта последнего с фторопластовой пленкой минимального кольцевого зазора, не превышающего толщину фторопластовой пленки. 2. Запорный орган по п.1, отличающийся тем, что на зажимной втулке или седле со стороны пленки выполнен по меньшей мере один кольцевой выступ, высота которого меньше толщины пленки. 3. Запорный орган по пп.1 и 2, отличающийся тем, что зажимная втулка подпружинена.