БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩАЯ ГЕРМЕТИЧНАЯ ЗАСЛОНКА Российский патент 2000 года по МПК F16K1/18 F16K1/226 

Изобретение относится к арматуростроению и может быть использовано в качестве запорной арматуры для газонефтепроводов среднего и большого диаметров, в частности, для быстрого перекрытия трубопроводов в аварийных ситуациях, а также может широко применяться в герметичных отсеках морских и воздушных аппаратов или в герметичных производственных боксах при работе с особо чистыми и экологически вредными веществами.

Известны поворотные заслонки (1, 2), содержащие дисковый запорный орган и V-образную уплотнительную манжету, установленную по периметру запорного диска и образующую с запорным диском и осью вращения полости, сообщающиеся через переключатель с атмосферой или с полостью трубопровода с использованием обратных клапанов.

Эти устройства можно использовать для перекрытия трубопроводов, но их эксплуатация сопряжена со значительными неудобствами, так как их конструкция не обеспечивает надежную работу в процессе эксплуатации. Кроме того, быстро изнашиваются манжеты и другие уплотнительные элементы, устройства достаточно сложны при сборке и управлении.

Наиболее близким по технической сущности является поворотная заслонка (3), содержащая уплотняющий элемент в виде двух трубчатых полуколец из эластичного материала, расположенных по периметру запорного диска, а по периметру седловой поверхности заслонки выполнены отверстия, закрытые кожухом, и трубки с запорными элементами для сообщения полости кожуха с полостями трубопровода.

Это устройство более удобно в использовании, однако, также имеет существенные недостатки. Например, быстро изнашиваются трущиеся уплотнения поворотного вала, недостаточная герметичность в местах соединения вала и кожуха, а также в местах соединения вала и полуколец уплотняющего элемента, ограниченная область применения и т.п.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности заявляемого устройства, увеличение его срока службы, расширение области применения, повышение быстродействия устройства.

Поставленная задача достигается тем, что, по меньшей мере, в одной из двух частей корпуса заслонки, каждая из которых представляет собой отрезок трубопровода с фланцами, на шарнирах, которые являются одновременно ограничителями поворота запорного диска и жестко закреплены на внутренней поверхности трубопровода, установлен имеющий по торцу кольцевую канавку, запорный диск с возможностью поворота относительно шарнирной оси, а уплотняющий элемент в виде трубчатого кольца, выполненного за одно с прокладкой для уплотнения фланцевого соединения, содержит, по меньшей мере, один патрубок-ниппель, запрессованный в уплотняющий элемент и соединяющий его внутреннюю полость с запорно-вращательным устройством для управляющей среды. При этом запорно-вращательное устройство для впуска и выпуска управляющей среды от внешнего источника или от давления потока транспортируемой среды представляет собой герметичный ввод вращения, который закреплен на внешней поверхности одной из частей корпуса и служит одновременно узлом привода запорного диска.

Заявляемое устройство отличается от прототипа устройством корпуса, исполнением уплотняющего элемента, креплением запорного диска, устройством герметичного ввода вращения (ГВВ) для привода запорного диска, а также для впуска и выпуска транспортируемой или другой среды при заполнении полости уплотняющего элемента так, что эти отличия позволяют обеспечить высокую надежность, безопасность в процессе эксплуатации, быстродействие и расширение области применения заявляемого устройства.

Для уменьшения сопротивления транспортируемой среде и снижения последствий гидравлических ударов в узле фланцевого соединения, при необходимости, предусматривают увеличение (расширение) диаметра трубопровода. При этом для защиты уплотняющего элемента от воздействия транспортируемой среды с целью продления его жизни предусмотрен кожух, закрывающий большую часть уплотнительного элемента и составляющий небольшой зазор с ребрами канавки запорного диска, который со стороны напора транспортируемой среды может иметь больший зазор. Для ограничения поворота и фиксации запорного диска в положениях "закрыто" и "открыто" внутри заслонки предусмотрены ограничители поворота. В случае регулирования расхода транспортируемой среды положения запорного диска можно фиксировать под различными углами к направлению потока.

При изготовлении деталей быстродействующей герметичной заслонки кроме металлов могут быть использованы и другие материалы, например керамика, пластмасса, стеклопластик, углепластик и др., в связи с этим заявляемая заслонка может быть использована для работы с агрессивными средами.

По торцу канавки запорного диска со стороны уплотняющего элемента могут быть выполнены непрерывные выступы различной формы для более плотного контакта уплотняющего элемента с поверхностью кольцевой канавки.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид заслонки с одним запорным диском, на фиг. 2 - вид заслонки с двумя запорными дисками, на фиг. 3 - вид заслонки с уплотняющим элементом, перекрывающим зазор путем механического прижатия, на фиг. 4 - рассекатель потока транспортируемой жидкости, на фиг. 5, 6, 7 - уплотняющий элемент, на фиг. 8, 9 - запорные элементы герметичного ввода вращения.

Быстродействующая герметичная заслонка содержит корпус 1, состоящий, как правило, из двух одинаковых частей (отрезков) трубопровода с фланцами на концах. На внутренней поверхности одной из частей корпуса закрепляют запорный диск 2 с помощью шарниров 3. Уплотняющий элемент 4 из эластичного материала закрепляют между фланцами корпуса так, что ниппель 5 выступает на поверхности фланцевого соединения. При этом по периметру фланцевого соединения изнутри корпуса сделана кольцевая канавка для размещения уплотняющего элемента 4. Привод 6 и рукоятка 11 служат для управления диском 2 через ГВВ, а патрубок 7 для заполнения полости уплотняющего элемента 4 управляющей средой. ГВВ, состоящий из керамических шайб 8, 9 и уплотнения 10, служит для передачи вращения диску 2, а также для впуска управляющей среды в полость уплотняющего элемента и ее выпуска в атмосферу.

Для особо ответственных участков на трубопроводе может быть установлена заслонка из 2-х спаренных запорных дисков, при этом управление дисками может быть как от одного привода (фиг. 2), так и от раздельных приводов. Заслонка (фиг. 3) содержит уплотняющий элемент 15, который прижимается по всему периметру кольцом 14, в одной половине корпуса к зазору между запорным диском, расположенным в другой половине, и внутренней поверхностью фланца 16. При этом диаметр трубопровода в месте фланцевого соединения увеличен, поэтому детали перекрытия транспортируемой среды не увеличивают сопротивления потоку. Ось кольцевого прижатия 14 с уплотняющим элементом 15 подвижна в гнездах своего основания вдоль трубопровода на расстояние, достаточное для того, чтобы повернуть запорный диск вокруг своей оси в открытое или закрытое положение, не задевая внешним ребром диска уплотняющего элемента.

Для уменьшения влияния потока на торец запорного диска со стороны напора среды в корпусе заслонки устанавливают "рассекатель" потока (фиг. 4). Уплотняющий элемент (фиг. 5, 6) состоит из трубчатой, кольцевой полости, выполненной за одно с межфланцевой уплотнительной прокладкой 12, имеющей отверстия для соединительных болтов 13. Ниппель 5 запрессовывают в прокладку 11, при этом в местах утолщения прокладки 12 (место заделки ниппеля) между фланцами выполняют канавки с помощью сверления. Уплотняющий элемент 4 может быть изготовлен в виде различных конфигураций, например в виде прямоугольника (фиг. 7).

ГВВ закрепляют на одной из частей корпуса заслонки. Основными деталями ГВВ являются подвижная 8 и неподвижная 9 керамические шайбы (фиг. 8, 9). Подвижная шайба 8 имеет глухие отверстия 18, 19 для установки рычага 6 и рукоятки 11 привода запорного диска, а также коммутирующие каналы 20, 21 для впуска регулирующей среды в полость уплотняющего элемента и соединения его полости с атмосферой. Неподвижная шайба 9 имеет проходное отверстие 22 для рычага 6 привода запорного диска и отверстия 23, 24 для впуска в полость и выпуска управляющей среды из полости уплотняющего элемента.

Шарнирная ось длиной (d) проходит на расстоянии в пределах 0,95 > d/D > 0,75 от диаметра запорного диска (D). Это расстояние является оптимальным как для прижатия запорного диска к ограничителям поворота потоком транспортируемой среды при его закрытии, так и для уменьшения износа нижних шарнирных петель из-за трения. Рычаг привода запорного диска, который закрепляют, как правило, отдельно от шарнирной оси, может быть закреплен как со стороны напора транспортируемой среды, так и с обратной стороны диска.

Сборка быстродействующей герметичной заслонки производится по нижеследующей схеме. В одной из 2-х половинок корпуса 1 заслонки (фиг. 1) закрепляют запорный диск 2 на шарнирах 3. Шарниры смещены относительно диаметра диска с таким расчетом, чтобы большая часть поверхности диска, относительно шарнирной оси при его закрытии, находилась со стороны напора транспортируемой среды, что способствует дополнительному прижатию диска потоком среды к ограничителям поворота запорного диска (ограничители на чертеже не показаны). Затем шарниры закрепляют вместе с диском к внутренней поверхности трубопровода. После этого между фланцами обеих частей корпуса вставляют уплотнительную прокладку 12 вместе с уплотняющим элементом 4 и закрепляют болтовым соединением. Рычаг привода 6 вставляют в отверстие трубопровода и закрепляют на диске 2.

Затем в корпусе герметичного ввода вращения устанавливают герметичное уплотнение 10, неподвижную 9 и подвижную 8 керамические шайбы. При этом конец рычага привода 6 пропускают через отверстие 22 шайбы 9 и устанавливают в гнезде 19 шайбы 8. Гнезда 18 и 19 могут иметь разную форму, например треугольника, прямоугольника и т.п. Прижатие уплотнения и шайб ГВВ может быть осуществлено с помощью пружины или другим способом. После установки рукоятки привода 11 ГВВ закрывают крышкой и с помощью патрубка 7 соединяют входное отверстие 24 шайбы 9 с ниппелем 5 уплотняющего элемента или с внешним источником управляющей среды, например с баллоном сжатого воздуха. Схема сборки заслонки с 2 спаренными запорными дисками (фиг. 2) или заслонки (фиг. 3) аналогична вышеописанной.

Работает быстродействующая герметичная заслонка следующим образом.

При ручном управлении запорный диск 2 приводится в движение с помощью привода. Для этого рукоятку 11 поворачивают на угол 90 градусов до касания запорным диском ограничителей поворота диска (диск устанавливается в положение "закрыто") и в это же время включается управляющая среда, которая заполняет полость уплотняющего элемента. Управляющая среда может поступать как от внешнего источника, например от стационарного компрессора, так и из трубопровода со стороны напора среды. Кроме того, в положении запорного диска "закрыто" полость уплотняющего элемента может быть заполнена с помощью ручного насоса. При открытии заслонки полость уплотняющего элемента путем смещения подвижной керамической шайбы относительно неподвижной сообщается с атмосферой, при этом вход регулирующей среды перекрывается той же шайбой, на чертежах не показано, и рукояткой 11 поворачивают запорный диск в положение "открыто". При закрытии заслонки (фиг. 3) сначала устанавливают запорный диск в положение "закрыто" с помощью первого ГВВ, а затем с помощью второго ГВВ к зазору между ребром корпуса и ребром диска прижимают кольцевое уплотнение. Открытие заслонки производят в обратном порядке. Сначала отжимают уплотнение, а затем открывают запорный диск.

Процесс закрытия и открытия заявляемой заслонки может быть автоматизирован. При этом рукоятку 11 соединяют с исполнительным механизмом, например электромагнитом, который в процессе притяжения якоря открывает запорный диск, а при отпускании якоря запорный диск под действием пружины возвращается в закрытое положение или наоборот.

Конструкция заслонки позволяет использовать ее как отсечной клапан при аварийных ситуациях. Так в случае разрыва трубопровода датчик, реагирующий на понижение давления, приводит в действие исполнительный механизм и заслонка закрывается автоматически. В случае возникновения пожара в газонефтепроводе или рядом с ним датчик из материала с термической памятью формы срабатывает при заданной температуре и приводит исполнительный механизм в действие. Заслонка также закроется автоматически. Закрытие и открытие заслонки можно производить дистанционно с помощью тех же исполнительных механизмов и тех же датчиков.

Таким образом, практическое использование заявляемого устройства позволит в значительной мере уменьшить, а в отдельных случаях и предотвратить экологические бедствия при аварийных ситуациях в процессе эксплуатации газонефтепроводов и других хозяйственных объектов.

Основные преимущества заявляемой заслонки перед существующими следующие: надежная работа в процессе эксплуатации, быстрое перекрытие трубопроводов в аварийных ситуациях, что способствует повышению экологической безопасности эксплуатируемых объектов, а также долгий срок службы, небольшой вес, малое сопротивление потоку жидкости или газа, широкая номенклатура по размерам и областям применения и др.

Источники информации
1. Опубл. заявка ФРГ N 2220419, кл. 47g 1/226, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР N 781472, МКИ F 16 K 1/22, 1979.

3. Патент РФ N 2004871, МКИ F 16K 1/22, 1990.

Заслонка может быть использована в качестве запорной арматуры для газонефтепроводов среднего и большого диаметров, в частности для быстрого перекрытия трубопроводов в аварийных ситуациях, а также может широко применяться в герметичных отсеках морских и воздушных аппаратов или в герметичных производственных боксах при работе с особо чистыми и экологически вредными веществами. Запорный диск установлен в одной из двух частей корпуса. Каждая из двух частей корпуса представляет собой отрезок трубопровода с фланцами. Диск установлен на шарнирах, которые одновременно являются ограничителями поворота диска. Шарниры жестко закреплены на внутренней поверхности корпуса. Запорный диск поворачивается относительно шарнирной оси, смещенной от диаметра запорного диска. По периметру торца диска выполнена кольцевая канавка, в которой размещен эластичный трубчатый уплотняющий элемент. Уплотняющий элемент выполнен за одно с прокладкой для уплотнения фланцевого соединения. Уплотняющий элемент содержит, по меньшей мере, один патрубок-ниппель, соединяющий внутреннюю полость уплотняющего элемента с запорно-вращательным устройством для управляющей среды. Запорно-вращательное устройство представляет собой герметичный ввод вращения, который закреплен на внешней поверхности одной из частей корпуса и служит одновременно узлом привода запорного диска. Такое выполнение повышает надежность устройства, увеличивает срок его службы, расширяет область применения, повышает быстродействие устройства. 4 з.п.ф-лы, 9 ил.

1. Быстродействующая герметичная заслонка, содержащая корпус, запорный диск с кольцевой канавкой по периметру диска и размещенным в ней эластичным трубчатым уплотняющим элементом, привод, кожух и трубки с запорными элементами, сообщающие полость кожуха с входными и выходными патрубками, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, в одной из двух частей корпуса, каждая из которых представляет собой отрезок трубопровода с фланцами, на шарнирах, которые являются одновременно ограничителями поворота запорного диска и жестко закреплены на внутренней поверхности трубопровода, установлен с возможностью поворота относительно шарнирной оси запорный диск с кольцевой канавкой по его торцу, а уплотняющий элемент в виде трубчатого кольца, выполненного за одно с прокладкой для уплотнения фланцевого соединения, содержит, по меньшей мере, один патрубок-ниппель, запрессованный в уплотняющий элемент и соединяющий его внутреннюю полость с запорно-вращательным устройством для управляющей среды, при этом запорно-вращательное устройство для впуска в полость уплотняющего элемента и выпуска из нее управляющей среды от внешнего источника или от давления потока транспортируемой среды представляет собой герметичный ввод вращения, который закреплен на внешней поверхности одной из частей корпуса, и служит одновременно узлом привода запорного диска. 2. Заслонка по п.1, отличающаяся тем, что уплотняющий элемент приводят в действие с помощью привода через отдельный герметичный ввод вращения путем прижатия уплотняющего элемента к зазору между торцом запорного диска и корпусом фланца при закрытии запорного диска и его отжатия при открывании запорного диска. 3. Заслонка по п.1, отличающаяся тем, что конструкция заслонки состоит, по меньшей мере, из двух спаренных запорных дисков, приводимых в действие от одного или нескольких приводов. 4. Заслонка по п.1, отличающаяся тем, что в плоскости установки запорного диска в положении "закрыто" со стороны напора транспортируемой среды в корпусе заслонки предусмотрен рассекатель потока для уменьшения влияния транспортируемой среды на запорный диск в его открытом положении. 5. Заслонка по п.1, отличающаяся тем, что привод запорного диска осуществляют с помощью исполнительного механизма из материалов с термической памятью формы, реагирующих на изменение температуры, а также давления транспортируемой или окружающей среды.