ЗАДВИЖКА Российский патент 2000 года по МПК F16K3/18 F16K3/28 

Изобретение относится к области арматуростроения и может быть использовано в запорных устройствах, устанавливаемых на трубопроводах, транспортирующих жидкие и газообразные среды.

Известна задвижка, включающая в себя корпус с входным и выходным патрубками, запорный элемент, состоящий из двух распорных дисков, связанных со шпинделем и имеющих уплотнительные элементы в виде металлических колец, а также распорный клин (Д.Ф. Гуревич, Трубопроводная арматура. - Л.: Машиностроение, 1975 г., авт. св. СССР N 1298473, F 16 K 47/02, 1985).

Недостатком известных задвижек является то, что для создания герметичности необходима тщательная притирка уплотнительных элементов, а процесс закрывания и открывания связан с необходимостью приложения больших усилий. Это объясняется тем, что запорный орган в момент закрытия задвижки одновременно совершает движение в двух плоскостях - горизонтальной и вертикальной. В результате происходят усиленное трение поверхностей уплотнительных колец между собой и их износ.

Если в момент закрытия между уплотнительными кольцами попадает твердая частица (песок, окалина, накипь и т.п.), то герметичность теряется, задвижка начинает пропускать уплотняемую среду, и со временем на уплотнительных кольцах образуются раковины.

Ремонт и последующая подгонка уплотняемых элементов известной задвижки связаны с большой трудоемкостью и необходимостью применения специализированного оборудования. Применение в этих задвижках мягких или эластичных прокладок (колец) невозможно, т.к. в силу скользяще-распирающего движения, совершающегося в момент закрытия, они будут вывернуты и порваны.

Известны также задвижки, содержащие корпус с входным и выходным патрубками, запорный элемент, снабженный упором и выполненный в виде двух дисков, охватывающих клинообразный хвостовик шпинделя и снабженных уплотнительными металлическими кольцами. При этом хвостовик шпинделя имеет фигурные выступы, взаимодействующие с винтовыми выступами дисков, угол наклона которых меньше угла наклона резьбы шпинделя, причем резьба шпинделя и винтовая линия выступов выполнены взаимно противоположного направления (авт. св. СССР N 1315703, F 16 K 3/18, 1985, и прототип N 1476223, F 16 К 3/18, 1987). Применение шпинделя с клинообразным хвостовиком позволило разделить во времени вертикальное и горизонтальное движения дисков запорного элемента и исключить скользящее движение уплотнительных колец между собой, что повысило долговечность их работы.

Однако эти известные решения значительно усложнили конструкцию запорного элемента задвижки, ее ремонт и эксплуатацию. И, по-прежнему, в случае попадания между уплотнительными кольцами инородных частиц - песка, окалины и т.п. , задвижка будет пропускать уплотняемую среду, что вызовет быстрый кавитационный износ рабочих поверхностей ее уплотнительных колец.

Кроме того, в известной задвижке присутствует увеличенный момент на маховике, необходимый для плотного прижатия распорных дисков запорного элемента к ответным кольцам корпуса, что приводит к быстрому износу резьбы на шпинделе. Износу резьбы будет содействовать и то положение, когда при закрытии задвижки распорный клинообразный хвостовик шпинделя, принимая давление дисков, будет перераспределять его, и значительную часть усилий направит на резьбовое соединение шпинделя с гайкой, что также вызовет их преждевременный износ.

В случае, если шпиндель имеет пневмо -или гидропривод, для удержания задвижки в закрытом положении необходима постоянная подача давления в привод, чтобы нейтрализовать выталкивающее усилие шпинделя. Это положение вызывает нерациональные энергозатраты или требует введения в конструкцию задвижки специальных фиксирующих устройств. Выполнить так, чтобы при закрытой задвижке клинообразный хвостовик ее шпинделя взаимодействовал с дисками только своей цилиндрической частью и тем самым обеспечивал бы условия полной нейтрализации осевых сил, практически невозможно.

Также у известной задвижки отсутствуют какие-либо компенсирующие или амортизирующие способности у дисков запорного элемента, поэтому любой, даже самый минимальный износ их уплотнительных колец приводит к потери герметичности.

Для нормальной работы известная задвижка требует тщательной индивидуальной подгонки уплотнительных колец и по этой причине их запорные элементы не обладают свойством взаимозаменяемости.

В случае замерзания в задвижке транспортируемой жидкости, ее корпус неизбежно разрывается. Это также характеризует известную задвижку как ненадежную в эксплуатации.

Целью изобретения является:
- упрощение конструкции запорного элемента задвижки, но с обеспечением его раздельного перемещения в вертикальной и горизонтальной плоскостях;
- повышение надежности запирания уплотняемой среды;
- сохранение работоспособности при частичном и среднем кавитационном износе уплотнительных колец корпуса задвижки;
- полное устранение осевых нагрузок на шпиндель при закрытой задвижке;
- обеспечение взаимозаменяемости запорных узлов задвижек;
- сохранение корпуса задвижки от разрыва в случае замерзания в ней транспортируемой жидкости.

Указанная цель достигаются тем, что в известной задвижке запорный элемент выполнен в виде полого эластичного диска, внутренняя часть которого снабжена жесткой арматурой, расположенной с возможностью взаимодействия с хвостовиком шпинделя и упором. Причем хвостовик шпинделя имеет антифрикционное покрытие, упор выполнен с возможностью его регулирования по высоте, а арматура может быть выполнена в виде пластины или стержней из твердых материалов.

В известных заявителю конструкциях задвижек, описанных в технической и патентной литературе, отсутствуют запорные элементы, которые были бы выполнены подобным образом, следовательно, можно считать, что заявляемое изобретение соответствует критерию "новизна".

Заявляемые отличительные признаки, состоящие в том, что запорный элемент выполнен в виде полого эластичного диска, внутренняя часть которого снабжена жесткой арматурой, расположенной с возможностью взаимодействия с хвостовиком шпинделя и упором, причем упор выполнен с возможностью регулирования по высоте, хвостовик шпинделя имеет антифрикционное покрытие, а арматура может быть изготовленной в виде пластины или в виде стержней, позволяют упростить конструкцию запорного узла, повысить надежность работы задвижки, а также обеспечить взаимосвязь запорных элементов.

Упрощение конструкции достигается тем, что в известной задвижке исключены сложные по форме винтовые выступы на шпинделе и ответные винтовые пазы в дисках, но при этом сохранено раздельное движение запорного узла в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

Если между запорным элементом и уплотнительными кольцами корпуса задвижки попадают инородные частицы, например, песок, окалина и т.п., то они будут вмяты в эластичный материал запорного элемента и процесс герметизации не нарушится. Этот же эластичный материал будет заполнять впадины и каверны, которые появляются на поверхностях уплотнительных колец корпуса в результате навигационного износа.

Если находящаяся в полости задвижки транспортируемая жидкость замерзнет и увеличится в объеме, то разрыва стенок задвижки не произойдет, так как имеющийся в ней в значительном объеме эластичный материал запорного элемента сожмется и предоставит необходимый объем.

Так как запорный элемент выполнен в виде эластичного диска, а его упор имеет возможность регулирования по высоте, это в известных пределах может компенсировать размерные различия, имеющиеся в полостях задвижек одного типоразмера. Указанное свойство обеспечивает взаимозаменяемость затворов и исключает необходимость их индивидуальной подгонки к каждому корпусу.

Приведенная совокупность существенных признаков и достигаемый ими результат характеризует единство изобретения и в научно-технической, а также в патентной информации не обнаружена, что является доказательством наличия в изобретении критерия "изобретательский уровень".

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежом, где показан общий вид задвижки с запорным элементом.

Задвижка содержит корпус 1, в полости которой расположен шпиндель 2 с клинообразным хвостовиком, со всех сторон охваченным запорным элементом, выполненным в виде полого эластичного диска 3 с упором 4. В качестве материала для диска 3 может быть применена термомаслостойкая резина или иные пластмассы, обладающие достаточными эластичностью (уругостью) и стойкостью по отношению к перекачиваемой среде.

Внутренняя часть эластичного диска 3 снабжена арматурой - жесткими арматурными элементами 5, которые могут быть выполнены в виде пластин или стержней, расположенных с возможностью взаимодействия с хвостовиком шпинделя 2 и с упором 4. При этом хвостовик шпинделя 2 имеет антифрикционное покрытие, а упор 4 выполнен с возможностью его регулирования по высоте, например в виде пары "винт-гайка" (на чертеже не показана).

В корпусе 1 расположены также уплотнительные кольца 6.

Работа задвижки происходит следующим образом.

При опускании шпиндели 2 опускаются все элементы затворного узла: диск 3, упор 4 и арматурные элементы 5. В момент, когда упор 4 упрется в днище корпуса 1 задвижки, диск 3 останавливается и его движение в вертикальной плоскости прекращается.

Под действием продолжающегося вертикального движения клинообразного хвостовика шпинделя 2 арматурные элементы 5, взаимодействуя с ним, приобретают горизонтальное движение в обе стороны и растягивают по ширине эластичный диск 3. Это движение будет продолжаться до тех пор, пока наружные (торцевые) поверхности диска 3 не прижмутся к уплотнительным кольцам 6 и не перекроют все их проходное сечение. Далее, под действием распирающихся усилий мягкий материал диска 3 будет деформироваться и заполнять все имеющиеся на уплотнительном кольце 6 микронеровности и пустоты, которые могут образовываться на его поверхности в результате кавитационных процессов.

Происходит полное закрывание задвижки.

Так как поверхность клинообразного хвостовика шпинделя 3 покрыта антифрикционным слоем, то усилие на преодоление трения при взаимодействии с арматурными элементами 5 будет пониженным, что уменьшит нагрузку на резьбовую пару "шпиндель-гайка" (на чертеже не показана) и благоприятно скажется на повышении долговечности и работоспособности всей задвижки.

Если в момент закрывания между уплотнительными кольцами 6 и торцевыми поверхностями диска 3 попадет инородное тело в виде песчинки, окалины и т.п. , то эластичный материал диска 3 проминается и обволакивает ее со всех сторон, восстанавливая герметичность запирания задвижки.

Описанные свойства затвора повышают класс герметичности задвижки.

При открывании задвижки клинообразный хвостовик шпинделя 2 уходит вверх, распирающие давления на арматурные элементы 5 исчезают и под действием упругих сил эластичный диск 3 уменьшается по толщине, а его стенки отходят от уплотнительных колец 6. По завершении движения в горизонтальной плоскости диск 3, следуя за шпинделем 2, поднимается вверх и освобождает все проходное сечение корпуса 1.

Задвижка открыта.

При необходимости, затвор может быть переставлен из корпуса 1 одной задвижки в корпус 1 другой однотипной задвижки без специальной подгонки и шлифовки имеющихся уплотнительных колец 6.

Если корпус однотипной задвижки имеет модификацию и отличается глубиной днища корпуса 1, то при перестановке затвора необходимо отрегулировать по длине упор 4. Указанные свойства обеспечивают взаимозаменяемость затворов однотипных задвижек.

В случае замерзания в полости задвижки транспортируемой жидкости и увеличении ее объема, эластичный диск 3, обладая значительной массивностью, сжимается и предоставляет жидкости необходимый объем, что исключает разрыв корпуса задвижки.

Использование задвижки данной конструкции позволяет повысить надежность работы всей трубопроводной системы, упростить ее эксплуатацию и ремонт.

Изобретение относится к трубопроводной арматуре и предназначено для надежного перекрытия транспортируемых жидких и газообразных сред трубопроводов. Задвижка содержит корпус с входным и выходным патрубками, шпиндель с клинообразным хвостовиком и охватывающий хвостовик запорный элемент. Последний снабжен упором и выполнен в виде полого эластичного диска. Внутренняя часть эластичного диска снабжена арматурой. Последняя расположена с возможностью взаимодействия с хвостовиком шпинделя и упором. При таком выполнении обеспечиваются надежность и долговечность работы эластичного уплотнительного элемента и всей задвижки в целом. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Задвижка, содержащая корпус с входным и выходным патрубками, запорный элемент, снабженный упором и охватывающий клинообразный хвостовик шпинделя, отличающаяся тем, что запорный элемент выполнен в виде полого эластичного диска, внутренняя часть которого снабжена жесткой арматурой, расположенной с возможностью взаимодействия с хвостовиком шпинделя и упором. 2. Задвижка по п. 1, отличающаяся тем, что арматура выполнена в виде пластины. 3. Задвижка по п. 1, отличающаяся тем, что арматура выполнена в виде стержней. 4. Задвижка по п.1, отличающаяся тем, что упор выполнен с возможностью регулирования по высоте. 5. Задвижка по п.1, отличающаяся тем, что хвостовик шпинделя имеет антифрикционное покрытие.