ЗАДВИЖКА Российский патент 2000 года по МПК F16K5/20 

Изобретение относится к арматуростроению и может быть использовано в качестве запорной арматуры для быстрого и герметичного перекрытия трубопровода в системах водо-, тепло- и газоснабжения.

Известна задвижка параллельная из серого чугуна, содержащая корпус, со единенный с входным и выходным патрубками, запорный орган, состоящий из двух щек, между которыми размещен распорный элемент, выполненный в виде клинового тела, опертого на дно корпуса, и механизм перемещения щек запорного органа, выполненный в виде подвижного шпинделя, на одном конце которого установлен маховик, а другой - взаимодействует со щеками запорного органа (см., например, Б.А. Журавлев. "Слесарь-сантехник". Справочник. М., Стройиздат, 1988, с. 107).

Недостатком известной задвижки является низкое быстродействие за счет того, что при открытии или закрытии проходного сечения патрубков задвижки необходимо приложить значительные усилия по преодолению сил трения при перемещении щек по направляющим и сил воздействия потока на плоскость щек, а также за счет многократного вращения маховика, так как при одном обороте маховика перемещение щек происходит только на один шаг резьбы. Другим недостатком задвижки является низкая герметичность перекрытия трубопровода за счет быстрого коррозионного износа распорного элемента запорного органа.

Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является задвижка, содержащая соединенный с входным и выходным патрубками корпус с крышкой, в полости которого установлен запорный орган с подвижными щеками, механизм перемещения щек, выполненный в виде штока с маховиком, свободный конец которого размещен внутри запорного органа и взаимодействует со щеками посредством распорных элементов, и механизм поворота запорного органа. При этом щеки запорного органа задвижки имеют полусферическую форму, а распорные элементы механизма перемещения щек выполнены в виде пружинного кольца (см. авт. св. СССР N 207610, МПК⁴ F 16 K 5/06, F 16 L 55/10).

Недостатком задвижки является невысокое быстродействие за счет приложения больших усилий для преодоления сил трения, возникающих при перемещении как полусферических щек, прижатых пружинным кольцом к скошенным кромкам патрубков, так и самого пружинного кольца по дну корпуса задвижки, а также за счет преодоления сил воздействия потока на поверхность щек. Кроме того, известная задвижка имеет невысокую герметичность перекрытия проходного сечения патрубков из-за быстрого износа участков щек, соприкасающихся со скошенными кромками патрубков, а также вследствие усталостных свойств материала, из которого изготовлены пружинные кольца задвижки.

В основу изобретения положена задача разработать конструкцию задвижки, которая обеспечила бы как в нормальных эксплуатационных условиях, так и в экстремальных случаях, быстродействие за счет приложения незначительных усилий управления запорным органом, а также высокую герметичность перекрытия трубопровода.

Поставленная задача решается тем, что в известной задвижке, содержащей соединенный с входным и выходным патрубками корпус с крышкой, в полости которого установлен запорный орган с подвижными щеками, механизм перемещения щек, выполненный в виде штока с маховиком, свободный конец которого размещен внутри запорного органа и взаимодействует со щеками посредством распорных элементов, и механизм поворота запорного органа согласно изобретению запорный орган выполнен в виде замкнутого полого цилиндра, на образующей поверхности которого во взаимно перпендикулярных плоскостях выполнены две пары соосных отверстий, причем одна пара соосных отверстий выполнена по форме и габаритам проходных отверстий входного и выходного патрубков, а вторая пара отверстий имеет в сечении прямоугольную форму, подвижные щеки запорного органа выполнены в виде изогнутых по образующей цилиндра прямоугольных пластин образного сечения, изогнутая полка каждой из которой размещена с наружной стороны цилиндра и покрыта слоями эбонита и резины, а основание подвижно установлено в прямоугольном отверстии цилиндра, при этом распорные элементы механизма перемещения щек запорного органа выполнены в виде шарнирных Г-образных рычагов, подвижно соединенных одним плечом со штоком, а другим - с основанием щек, механизм поворота запорного органа выполнен в виде жестко соединенной с верхним основанием цилиндра полой трубы с рукояткой, установленной в крышке корпуса задвижки с возможностью осевого поворота, и соосно закрепленной в днище корпуса конической оси, на которую свободно оперто нижнее основание цилиндра запорного органа, причем шток механизма перемещения щек установлен коаксильно полой трубе механизма поворота запорного органа.

Известен запорный орган, выполненный в виде монолитной цилиндрической пробки, в теле которой в уровне входного и выходного патрубков выполнен канал. Известный запорный орган предназначен в положении "открыто" для создания сквозного канала для свободного прохода текучей среды через кран, а в положении "закрыто" - для перекрытия указанного канала путем создания контактного взаимодействия между цилиндрической поверхностью пробки и торцевой поверхностью патрубков (см., например, Б.А. Журавлев. "Слесарь-сантехник". Справочник. М., Стройиздат, 1988, с. 92, табл. 7.1).

В заявляемой задвижке запорный орган также как и в известном кране предназначен для создания сквозного канала между входным и выходным патрубками, обеспечивающего свободный проход текучей среды через задвижку, а также для перекрытия указанного канала.

Однако наравне с известными техническими свойствами конструктивное выполнение запорного органа в заявляемой задвижке позволяет создать новое техническое свойство, заключающееся в обеспечении распорной фиксации подвижных щек на торцевой поверхности патрубков при их перекрытии, а также в обеспечении фиксации подвижных щек от перекоса при их перемещении в направлении патрубков, что позволяет обеспечить высокую степень герметичности перекрытия проходных отверстий входного и выходного патрубков, а также быстродействие задвижки.

Известно использование резины в качестве покрытия элементов машин и механизмов, например корпусов и колес насосов, используемых в горной промышленности, с целью защиты их от износа истиранию твердыми частицами (см. А.П. Юфин. "Гидравлика, гидравлические машины и гидропривод". М., "Высшая школа", 1965, с. 416).

Известно также использование резины в качестве уплотнителя, предотвращающего утечку жидкости, газа или пара через зазоры между деталями машин, например в сальниках (см. "Политехнический словарь". Под ред. А.Ю. Ишменского, М., "Советская энциклопедия", 1989, с. 464).

Известно использование эбонита при гуммировании различных емкостей для агрессивных жидкостей в качестве защитного покрытия (см. БСЭ. М., Издательство Советская энциклопедия, 1978, том 29, с. 548).

В заявляемой задвижке слой эбонита и резины, последовательно закрепленные на изогнутых полках щек запорного органа, предназначены для защиты контактируемых поверхностей щек и патрубков от износа, а также проявляют свойство уплотнения подвижного контакта, обеспечивающего высокую надежность и герметичность перекрытия проходных сечений входного и выходного патрубков задвижки.

Известно использование Г-образных рычагов для перемещения тяг в тормозном устройстве СМЗ (см., например, "Справочник механика горнорудных предприятий". М., 1961, с. 175, рис. 82).

В заявляемой задвижке шарнирные Г-образные рычаги, соединенные со штоком и основанием щек запорного органа, наравне с известным техническим свойством перемещения щек относительно входного и выходного патрубков проявляют новое техническое свойство, заключающееся в обеспечении распорной фиксации щек на торцевой поверхности указанных патрубков при их перекрытии, что обеспечивает высокую герметичность и быстродействие заявляемой задвижки.

На основании изложенного анализа известных источников информации можно сделать вывод, что заявляемая конструкция задвижки не следует явным образом из известного уровня техники, и, следовательно, соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень".

Сущность изобретения поясняется чертежами, где
на фиг. 1 изображена заявляемая задвижка, общий вид;
на фиг. 2 - задвижка в положении "открыто", сечение;
на фиг. 3 - задвижка в положении "закрыто", сечение.

Заявляемая задвижка содержит цилиндрический корпус 1 (фиг. 1-3), соединенный с входным 2 и выходным 3 патрубками, и крышку 4 (фиг. 1) с осевым отверстием 5, установленную на корпусе 1 герметично. В полости корпуса 1 (фиг. 1-3) установлен запорный орган, выполненный в виде замкнутого полого цилиндра 6, на образующей поверхности которого во взаимно перпендикулярных плоскостях выполнены две пары соосных отверстий 7 и 8, причем одна пара соосных отверстий 7 выполнена по форме и габаритам проходных сечений входного 2 и выходного 3 патрубков, а вторая пара соосных отверстий 8 имеет в сечении прямоугольную форму. Подвижные щеки 9 запорного органа выполнены в виде изогнутых по образующей цилиндра 6 прямоугольных пластин образного сечения (фиг. 2, 3), изогнутые полки 10 (фиг. 1-3) которых размещены с наружной стороны цилиндра 6, а основания 11 пластин выполнены по форме и габаритам прямоугольных отверстий 8 и установлены в последних с возможностью перемещения относительно входного 2 и выходного 3 патрубков.

При этом поверхность каждой изогнутой полки 10 щеки 9 (фиг. 1-3) запорного органа покрыта последовательно расположенными слоями эбонита 12 и резины 13 и имеет площадь, превышающую площадь проходного сечения входного 2 или выходного 3 патрубков. Наличие эбонитового слоя 12 между полкой 10 щеки 9 и слоем резины 13 обеспечивает высокопрочное их соединение, а также значительно повышает износостойкость подвижных щек 9.

Такое конструктивное выполнение запорного органа и размещение его в корпусе задвижки позволяет обеспечить быстродействие последней за счет приложения незначительных усилий управления запорным органом, так как перемещение его щек относительно входного и выходного патрубков будет осуществляться на минимально необходимый шаг, обеспечивая при этом высокую степень герметичности перекрытия проходных сечений указанных патрубков, а также надежность работы задвижки за счет исключения возможности прикипания как поверхности цилиндра, так и поверхности щек к поверхности корпуса задвижки.

Кроме того, заявляемая задвижка содержит механизм поворота запорного органа и механизм перемещения щек запорного органа. Механизм поворота запорного органа выполнен в виде установленной с возможностью осевого поворота в отверстии 5 крышки 4 полой трубы 14 (фиг. 1), на одном конце которой размещена рукоятка поворота 15, а другой свободный ее конец жестко соединен с верхним основанием 16 цилиндра 6 запорного органа, и соосно установленной трубе 14 конической оси 17, жестко закрепленной в днище 18 корпуса 1 задвижки. При этом нижнее основание 19 цилиндра 6 запорного органа свободно оперто на коническую ось 17, что позволяет легко осуществлять поворот запорного органа.

Для фиксации полой трубы 14 от осевого смещения, а также для предотвращения утечки текучей среды из трубопровода, на крышке 4 корпуса 1 задвижки установлен сальник 20 (фиг. 1), а в полости, образованной внутренней поверхностью сальника 20 и наружной поверхностью полой трубы 14, размещена кольцевая сальниковая набивка 21, уплотненная прижимной втулкой 22.

Механизм перемещения щек 9 запорного органа выполнен в виде коаксиально установленного в полой трубе 14 штока 23 (фиг. 1) с маховиком 24 на одном его конце и распорными элементами 25 на другом конце, расположенном внутри цилиндра 6 запорного органа. При этом распорные элементы 25 выполнены в виде шарнирных Г-образных рычагов, одно плечо каждого из которых подвижно соединено со штоком 23, а другое - с основанием 11 щеки 9 запорного органа.

Для предотвращения утечек текучей среды из трубопровода на штоке 23 в уровне кольцевой сальниковой набивки 21 установлены резиновые кольца 26.

Заявляемое конструктивное выполнение механизма поворота запорного органа и механизма перемещения щек позволяет обеспечить быстродействие задвижки при открытии и закрытии проходных сечений входного и выходного патрубков за счет приложения незначительных усилий управления как запорным органом, так и перемещением щек относительно указанных патрубков, создавая при этом высокую герметичность перекрытия последних за счет обеспечения распорной фиксации щек на торцевой поверхности патрубков.

Работает задвижка следующим образом.

В рабочем режиме цилиндр 6 запорного органа установлен в цилиндрическом корпусе 1 задвижки таким образом, что два его соосных отверстия 7 (фиг. 3) совмещены с проходными сечениями входного 2 и выходного 3 патрубков. А так как отверстия 7 выполнены по форме и габаритам проходных сечений патрубков 2 и 3, то текучая среда, например вода, свободно проходит через задвижку не испытывая при этом никакого сопротивления со стороны элементов запорного органа. Кроме того, при вышеуказанной установке запорного органа основания 11 щек 9 расположены в отверстиях 8, а изогнутые полки 10 щек 9 плотно прижаты к наружной поверхности цилиндра 6. При этом между внутренней поверхностью корпуса 1 задвижки и слоем резины 13 щек 9 образуется зазор, в результате чего исключается контактирование резины 13 с поверхностью корпуса 1, что предотвращает при осевом повороте запорного органа истирание слоя резины 13, а также исключает прикипание поверхности щек к внутренней поверхности корпуса 1 задвижки.

При возникновении необходимости перекрыть поток текучей среды, например при аварии на трубопроводе, рукояткой 15 (фиг. 1) механизма поворота запорного органа осуществляют поворот на 90^o полой трубы 14. При этом цилиндр 6 запорного органа верхним основанием 16 жестко соединенный с концом трубы 14, а нижним основанием 19, свободно насаженным на коническую ось 17, легко и плавно повернется вокруг своей оси на 90^o и, его щеки 9 (фиг. 1, 3) встанут напротив проходных сечений входного 2 и выходного 3 патрубков. Затем несколькими поворотами маховика 24 (фиг. 1) против часовой стрелки осуществляют перемещение вниз штока 23, который посредством шарнирно установленных рычагов 25 перемещает в отверстиях 8 (фиг. 1, 3) цилиндра 6 основания 11 щек 9 (фиг. 3) до упора последних с внутренней поверхностью цилиндрического корпуса 1 задвижки, обеспечивая тем самым распорную фиксацию щек 9 на торцевой поверхности патрубков 2 и 3, а следовательно, и высокую степень герметичности перекрытия указанных патрубков. Кроме того, герметичность перекрытия патрубков 2 и 3 обеспечивается также и за счет выполнения полок 10 щек 9 в виде изогнутых по образующей цилиндра пластин и покрытия их слоями эбонита 12 и упругой резины 13, что позволяет создать по периметру проходных сечений патрубков 2 и 3 плотное прилегание щек 9. Быстродействие задвижки достигается за счет приложения незначительных усилий, необходимых для поворота запорного органа в корпусе 1 и для перемещения щек 9 относительно патрубков 2 и 3, а также за счет исключения усилий, требуемых на устранение прикипания поверхности запорного органа к поверхности корпуса задвижки.

Для приведения задвижки в положение "открыто" маховик 24 (фиг. 1) поворачивают по часовой стрелке на несколько оборотов. При этом шток 23, перемещаясь вверх, приводит в движение Г-образные рычаги 25, которые втягивают основания 11 подвижных щек 9 в отверстия 8 цилиндра 6 до контакта изогнутых полок 10 щек 9 с поверхностью цилиндра 6. При этом образуется зазор между поверхностью щек 9 и корпусом 1, что позволяет без особых усилий повернуть на 90^o запорный орган посредством рукоятки 15 механизма поворота и совместить отверстия 7 (фиг. 2) цилиндра 6 запорного органа с проходным сечением входного 2 и выходного 3 патрубков, в результате чего поток текучей среды будет свободно проходить через открытую задвижку.

Таким образом, заявляемая конструкция задвижки обеспечивает быстродействие и высокую степень герметичности перекрытия трубопровода с любой однородной текучей средой как в нормальных эксплуатационных условиях, так и при аварийных ситуациях, возникающих на магистрали. При этом заявляемая задвижка проста в изготовлении, так как не требует применения сложного технологического оборудования, например литейных агрегатов и т.п. Заявляемая задвижка может быть изготовлена для любых диаметров труб.

Изобретение относится к арматуростроению и предназначено для перекрытия трубопровода в системах водо-, тепло- и газоснабжения. Задвижка содержит соединенный с входным и выходным патрубками корпус с крышкой. В полости корпуса установлен запорный орган с подвижными щеками. Механизм перемещения щек выполнен в виде штока с маховиком, свободный конец штока размещен внутри запорного органа и взаимодействует с щеками посредством распорных элементов. Задвижка имеет механизм поворота запорного органа. Запорный орган выполнен в виде замкнутого полого цилиндра. На образующей поверхности цилиндра во взаимно перпендикулярных плоскостях выполнены две пары соосных отверстий. Одна пара соосных отверстий выполнена по форме и габаритам проходных отверстий входного и выходного патрубков. Вторая пара отверстий имеет в сечении прямоугольную форму. Подвижные щеки запорного органа выполнены в виде изогнутых по образующей цилиндра прямоугольных пластин образного сечения. Изогнутая полка каждой из пластин размещена с наружной стороны цилиндра и покрыта слоями эбонита и резины, а основание подвижно установлено в прямоугольном отверстии цилиндра. Распорные элементы механизма перемещения щек запорного органа выполнены в виде Г-образных рычагов. Одно плечо каждого из рычагов соединено со штоком. Другое плечо соединено с основанием щек запорного органа. На наружном конце штока установлен маховик. Механизм поворота запорного органа выполнен в виде жестко соединенной трубы с рукояткой и соосно закрепленной в днище корпуса конической оси. На последнюю свободно оперто нижнее основание цилиндра запорного органа. Шток установлен коаксиально полой трубе. Последняя установлена в крышке корпуса с возможностью осевого поворота. Изобретение позволяет обеспечить быстродействие за счет приложения незначительных усилий управления запорным органом и высокую герметичность перекрытия трубопровода. 3 ил.

Задвижка, содержащая соединенный с входным и выходным патрубками корпус с крышкой, в полости которого установлен запорный орган с подвижными щеками, механизм перемещения щек, выполненный в виде штока с маховиком, свободный конец которого размещен внутри запорного органа и взаимодействует с щеками посредством распорных элементов, и механизм поворота запорного органа, отличающаяся тем, что запорный орган выполнен в виде замкнутого полого цилиндра, на образующей поверхности которого во взаимно перпендикулярных плоскостях выполнены две пары соосных отверстий, причем одна пара соосных отверстий выполнена по форме и габаритам проходных сечений входного и выходного патрубков, а вторая пара отверстий имеет в сечении прямоугольную форму, подвижные щеки запорного органа выполнены в виде изогнутых по образующей цилиндра прямоугольных пластин образного сечения, изогнутая полка каждой из которых размещена с наружной стороны цилиндра и покрыта слоями эбонита и резины, а основание подвижно установлено в прямоугольном отверстии цилиндра, при этом распорные элементы механизма перемещения щек запорного органа выполнены в виде шарнирных Г-образных рычагов, соединенных одним плечом со штоком, а другим - с основанием щек, механизм поворота запорного органа выполнен в виде жестко соединенной с верхним основанием цилиндра полой трубы с рукояткой, установленной в крышке корпуса задвижки с возможностью осевого поворота, и соосно закрепленной в днище корпуса конической оси, на которую свободно оперто нижнее основание цилиндра запорного органа, причем шток механизма перемещения щек установлен коаксиально полой трубе механизма поворота запорного органа.