УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕКРЫТИЯ ПОТОКА АГРЕССИВНЫХ СРЕД Российский патент 2000 года по МПК F16K7/00 

Заявляемое техническое решение относится к области арматуростроения, а более конкретно к кранам для запирания трубопроводов с особо чистыми агрессивными средами.

Известна конструкция устройства, содержащая фторопластовое седло, к которому прижимается мембрана из фторопластовой пленки. Специально выполненное кольцо предохраняет мембрану от разрывов. Устройство защищено а.с. N 374465, F 16 К 7/17, 1973 г.

Недостатком описанного устройства является то, что значительные расстояния между кольцом и седлом клапана при высоких нагрузках на мембрану могут привести к значительному утонению и, как следствие, к нарушению герметичности, что недопустимо при работе с агрессивными и особо чистыми веществами.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому относится устройство клапана для агрессивных сред, защищенное а.с. N 520481, F 16 К 7/00, 1976 г., которое выбрано в качестве прототипа заявляемого устройства.

Клапан содержит седло из фторопласта, запорный орган в виде конической пробки из упругого материала, например резины, на поверхности чехла выполнено лабиринтное уплотнение в виде кольцевых проточек, а коническая пробка снабжена коническим чехлом из фторопласта.

Наличие контакта фторопластового седла, имеющего проточки, с фторопластовым чехлом позволяет герметизировать трубопроводную арматуру, однако время и надежность герметизации не велики, т.к. имеем контакт по двум деформируемым поверхностям. Для повышения надежности необходим привод, обеспечивающий механическое усилие сжатия упругой конической пробки. Устройство сложно конструктивно.

Разработанным устройством решалась задача повышения надежности герметизации агрессивных сред при упрощенной конструкции устройства и увеличении ресурса его работы.

Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве перекрытия потока агрессивных сред, содержащем корпус, запорный элемент, кольцевые проточки лабиринтного уплотнения, выполненные в материале, обладающем свойством текучести, согласно изобретению лабиринтное уплотнение выполнено на рабочей поверхности запорного элемента, в проточках установлены кольца из упругого материала, при этом размеры корпуса, запорного элемента и колец уплотнения выбираются из соотношения
D_у < D_к < D_з,
где
D_у - наружный диаметр кольца уплотнения при установке;
D_к - внутренний диаметр проточки корпуса под запорный элемент;
D_з - наружный диаметр запорного элемента, а сечение кольца соответствует форме полости проточки.

Наличие отличительных признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "новизна".

В процессе поиска не выявлено технических решений, содержащих признаки, сходные с отличительными признаками заявляемого решения, что позволяет сделать вывод о соответствии решения критерию "изобретательский уровень".

Возможность решения поставленной задачи обусловлена тем, что герметизация обеспечивается за счет заполнения полости при течении материала, обладающего свойством текучести, в зазор небольшой величины между материалами достаточно высокой жесткости по сравнению с герметизирующим материалом (например, фторопластом), которые не изменяют своих размеров и, следовательно, сохраняют величину зазора. Наличие зазора конечной величины позволяет говорить о надежности герметизации в продолжении значительного времени.

Предлагаемое устройство иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1 и 2.

На фиг.1 представлен общий вид устройства: справа - до установки запорного элемента, слева - после установки запорного элемента.

На фиг. 2 представлен вид лабиринтного уплотнения, увеличено.

Устройство содержит корпус 1 из кварца с седловой поверхностью 2. Запорный элемент 3 из фторопласта. На цилиндрической поверхности элемента 3 выполнено лабиринтное уплотнение в виде кольцевых канавок 4. В канавки 4 уложены кольца 5, поперечное сечение которых соответствует форме канавки 4. Наружный диаметр кольца 4 (D_у) меньше наружного диаметра запорного элемента 3 (D_з).

Работа устройства для перекрытия потока агрессивных сред осуществляется следующим образом. Запорный элемент 3 с установленным в канавках 4 кольцами 5 устанавливается в полость корпуса 1, при этом торец 6 элемента 3 садится на седловую коническую поверхность 2 и при пластическом деформировании перекрывает поток агрессивной среды. Наружный диаметр запорного элемента 3 (D_з) больше, чем диаметр полости корпуса (D_к).

При запрессовывании запорного элемента 3 из фторопласта в кварцевый корпус фторопласт деформируется, в теле запорного элемента создаются напряжения, которые деформируют кольцо 5. Материал кольца 5 стремится заполнить свободную полость 7 канавки 4. Однако часть этой полости уже занята, а именно фторопласт элемента 3, сминаясь по острой кромке и под действием напряжений, течет в полость 7, образует язычки 8 и способствует целенаправленному деформированию кольца 5 в центральной части. Кольцо 5 изменяет свой размер и, заполняя полость 7, упирается в поверхность 9 корпуса 1, образует цилиндрический поясок 10 в месте контакта кольца с поверхностью 9.

В зависимости от величины полости 7 и усилия запрессовки величина кольцевого пояска 10 может быть больше или меньше. В таком положении устройство перекрывает поток агрессивной особо чистой жидкости. При необходимости открытия запорный элемент 3 при сообщении ему вращательного движения выдвигают из корпуса 1. Наличие кольцевых поясков 10, по которым имеем контакт колец 5 с поверхностью корпуса 1, обеспечивает поступательное движение запорного элемента по винтовой линии вдоль оси устройства под действием осевых и вращающих сил без пробуксовки за счет большого коэффициента трения. Таким образом, даже во время, когда поток не перекрыт, устройство обеспечивает герметичность потока агрессивного вещества и предотвращает их контакт с атмосферой, обеспечивая высокую экологическую чистоту процесса без дополнительных усилий от механических приводов. С другой стороны, предотвращается загрязнение особо чистых веществ потока веществами атмосферы.

Если величина полости 7 мала, то кольцевой поясок 10 будет иметь значительную площадь и может привести к раздавливанию корпуса.

Если величина полости 7 велика, то усилий при запрессовке будет недостаточно для значительной деформации кольца 5 и не будет образован поясок 10, не будет касания кольцом 5 поверхности корпуса 1. Отсутствие пояска приведет к проскальзыванию при движении запорного элемента и проворачиванию его без осевого движения, это приведет к снижению надежности открытия или перекрытия потока. С другой стороны, отсутствие пояска 10 приведет к герметизации только по месту контакта корпуса с фторопластом по цилиндрической поверхности. Фторопласт, обладая свойством текучести под нагрузкой, будет постоянно перемещаться по поверхности контакта с корпусом и не обеспечит надежной герметизации без дополнительных механических усилий поджима. Наличие поясков 10 предотвращает течение фторопласта и позволяет сохранить герметичность при отсутствии дополнительного постоянного усилия поджатия. Наличие язычков 8 предотвращает контакт резиновых колец с агрессивной средой и с особо чистыми веществами. Это позволяет исключить загрязнение особо чистых веществ продуктами разложения резины и удлиняет срок надежной работы устройства, т.к. резина не разлагается, не имея контакта с агрессивной средой. Экспериментально было установлено, что для надежного перекрытия потока должно выполняться соотношение
D_у < D_к < D_з,
где
D_у - наружный диаметр кольца уплотнения при установке;
D_к - внутренний диаметр проточки корпуса под запорный элемент;
D_з - наружный диаметр запорного элемента.

В институте устройство реализовано при перекрытии потоков химически агрессивных и особо чистых веществ - галогенидов. Корпус устройства изготовлен из стекла с внутренним диаметром полости корпуса D_к = 8 мм, диаметр запорного элемента из фторопласта D_з = 8,2 мм, кольцо из резины наружным диаметром D_у = 7,9 мм, поперечное сечение кольца в виде прямоугольника размером 2 х 1,95 укладывали в канавку лабиринтного уплотнения размером 2 х 2, при сборке полость 7 между уплотнением и корпусом, равная 0,05 мм, заполнялась фторопластом. Без применения привода устройство надежно и герметично перекрывало поток агрессивной жидкости в течение нескольких смен, затем запорный элемент был поднят с седловой поверхности, и жидкость перекачивали для использования в технологическом процессе. Это также происходило в течение нескольких смен. Устройство надежно работало в течение значительного количества повторяющихся циклов - "открытие-закрытие" в течение года. При этом не наблюдалось загрязнения перекрываемого вещества продуктами разложения резины и не было необходимости менять кольца в связи с их износом.

Устройство предназначено для запирания трубопроводов с особо чистыми агрессивными средами. Устройство содержит корпус, запорный элемент, лабиринтное уплотнение в виде кольцевых проточек, выполненное в материале, обладающем свойством текучести. Лабиринтное уплотнение выполнено на рабочей поверхности запорного элемента, в проточках лабиринтного уплотнения установлены кольца из упругого материала. Имеется зависимость между конструктивными элементами. Изобретение повышает надежность герметизации агрессивных сред при упрощении конструкции устройства. 2 ил.

Устройство для перекрытия потока агрессивных сред, содержащее корпус, запорный элемент, лабиринтное уплотнение в виде кольцевых проточек, выполненное в материале, обладающем свойством текучести, отличающееся тем, что лабиринтное уплотнение выполнено на рабочей поверхности запорного элемента, в проточках лабиринтного уплотнения установлены кольца из упругого материала, при этом размеры корпуса, запорного элемента и колец уплотнения выбираются из соотношения
D_у < D_к < D_з,
где D_у - наружный диаметр кольца уплотнения при установке;
D_к - внутренний диаметр проточки корпуса под запорный элемент;
D_з - наружный диаметр запорного элемента,
а сечение кольца соответствует форме проточки.