ДИСКОВЫЙ ПОВОРОТНЫЙ ЗАТВОР Российский патент 2002 года по МПК F16K1/226 

Предлагаемое техническое решение относится к запорно-регулировочной арматуре трубопроводов и может быть использовано в горно-обогатительной, химической, энергетической, нефтяной и других отраслях промышленности.

Известен дисковый поворотный затвор, включающий корпус с футеровочным слоем из эластичного материала, на котором выполнено кольцевое седло, а также установленный в корпусе на поворотном валу запорный орган в виде диска, футерованного эластичным материалом и снабженного по периметру металлическим уплотнительным кольцом [А.с. 170738 (СССР), кл. F 16 К 1/226].

Недостатком известной конструкции является то, что при транспортировании по трубам высокоабразивной пульпы выступ кольцевого седла и металлическое уплотнительное кольцо подвергаются интенсивному абразивному изнашиванию, что нарушает герметичность уплотнения. Известно, что футерование рабочих органов машин эластичным материалом производится прежде всего с целью повышения из износостойкости. В предлагаемой конструкции затвора не защищенной от износа оказывается наиболее ответственная часть диска - его периметр. Практикой также установлено, что в результате уменьшения живого сечения трубопровода в зоне кольцевого седла происходит нарушение сплошности течения пульпы, что, в свою очередь, приводит к интенсивному износу выступов этого элемента. Низкая эффективность предлагаемого затвора также обусловлена необходимостью приложения к поворотному валу значительного крутящего момента при перекрытии пульпопровода из-за плотного прилегания седла к внутренней поверхности корпуса.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является уплотнительная дроссельная заслонка, в корпусе которой установлены резиновое седло и запорный орган в виде диска, жестко соединенного с поворотным валом, при этом между корпусом и резиновым седлом образована кольцевая полость, сообщающаяся с входным патрубком с помощью канала в резиновом седле [А.с. 376620 (СССР), кл. F 16 К 3/02: F 16 К 1/226].

В предлагаемом изобретении отсутствует кольцевой выступ на резиновом седле и за счет кольцевой полости повышается податливость запорной системы: диск - седло, что позволяет существенно снизить крутящий момент при перекрытии затвора. К недостаткам предлагаемого затвора относится низкая надежность при эксплуатации на трубопроводах, транспортирующих пульпы. В этом случае кольцевая полость и канал в седле быстро "запесочатся", т.е. окажутся забитыми твердыми частицами, и предлагаемая конструкция потеряет свои преимущества. Если "запесочится" только канал, то при перекрытии затвора под действием внутреннего давления жидкости произойдет неконтролируемая деформация материала седла в кольцевую полость и возможна разгерметизация стыка. Кроме того, цилиндрическая форма внутренней поверхности седла создает неоптимальные условия взаимодействия с внешним контуром запорного органа (диска), который при повороте описывает в пространстве фигуру в форме сферы. В результате этого воздействия в зоне контакта диск - седло развиваются высокая сила трения и сложный комплекс напряжений, приводящих к преждевременному разрушению рабочих элементов.

Целью настоящего изобретения является повышение надежности и долговечности дисковых поворотных затворов, а также расширение области их применения.

Для достижения поставленной цели в конструкции дискового поворотного затвора, содержащего установленный в корпусе на поворотном валу запорный орган в виде диска, седло, выполненное из резины с модулем упругости Е_с и установленное в корпусе с образованием кольцевой полости между корпусом и седлом, этот диск выполнен металлическим и гуммирован резиной с модулем упругости E_∂ по всей поверхности, включая периметр, при этом модуль упругости E_∂>E_c, а кольцевая полость образована выполненной на внутренней поверхности корпуса канавкой, имеющей в поперечном сечении форму сегмента с хордой
C≤B, (1)
центральным углом
α = 2•arctg[C/(D_у+2δ)] (2)
и радиусом
R_c= (D_у+2δ)/[2cos(α/2)], (3)
где С - длина хорды канавки,
D_y - диаметр условного прохода затвора,
В - ширина корпуса затвора,
δ - толщина стенки резинового седла, при этом в корпусе выполнено сквозное отверстие для сообщения кольцевой полости с внешней средой.

Анализ признаков, отличающих заявляемое техническое решение от существующих признаков известных технических решений (патент Великобритании 1301311, кл. F 16 К 1/226, МКИ F 2 V, 1972 г.; патент ФРГ 2907294, кл. F 16 К 1/226, 1980 г.; патент США 2939674, кл. F 16 К 1/22, НКИ 251-173, 1960 г.; заявка Японии 58-25911, кл. F 16 К 1/226, 1983 г.), сходства не обнаружил и позволяет сделать вывод, что заявляемое техническое решение обладает существенными отличиями.

Гуммирование диска резиной по всей поверхности, включая периметр, позволит надежно защитить его от износа, а применение более высокомодульной резины (E_∂>E_c) позволит обеспечить оптимальное деформирование мягкого материала седла более жестким индентором (внешним контуром диска) и создание требуемого прожима Δ. Образование кольцевой полости между корпусом и седлом при помощи канавки, выполненной на внутренней поверхности корпуса и имеющей в поперечном сечении форму сегмента с геометрическими параметрами, определяемыми выражениями (1), (2) и (3), позволит обеспечить нормальные условия взаимодействия диска и седла и снизить напряжения в зоне контакта. Отсутствие сквозного канала в резиновом седле позволит избежать "запесочивания" кольцевой полости и применять предлагаемый затвор при транспортировании пульпы. Таким образом, в совокупности с известными новые признаки придают заявляемому объекту новый, не суммарный положительный эффект, т.е. позволяют повысить его надежность и долговечность, а также расширить область применения.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид дискового поворотного затвора, на фиг.2 -его сечение по А-А в ненагруженном состоянии, а на фиг.3 - его сечение по А-А в нагруженном состоянии.

Дисковый поворотный затвор состоит из металлического корпуса 1, снабженного нижним 2 и верхним 3 опорными узлами. В опорных узлах на поворотном валу 4 установлен запорный орган 5, выполненный в виде металлического диска 6, гуммированного по всей поверхности, включая периметр 7, резиной с модулем упругости E_∂. В корпусе также размещено резиновое седло 8, выполненное из резины с модулем упругости Е_с.

На внутренней поверхности корпуса выполнена канавка 9, имеющая в поперечном сечении форму сегмента и образующая между корпусом 1 и седлом 8 кольцевую полость 10, которая сообщается с внешней средой при помощи сквозного отверстия 11.

При подаче внутрь затвора жидкой среды с давлением р происходит вытеснение воздуха из кольцевой полости 10 через сквозное отверстие 11, вследствие чего седло принимает форму, показанную на фиг.3. В этом случае при перекрытии затвора все точки внешнего контура диска описывают в пространстве кривые, эквидистантные внутреннему контуру седла, что обеспечивает одинаковый прожим Δ в любой точке контакта, независимо от положения запорного органа. Это позволяет эффективно контролировать и при необходимости регулировать величину деформации поверхности седла и задавать оптимальные значения возникающим при этом напряжениям.

В предлагаемом затворе за счет прожима Δ и давления жидкости обеспечивается плотное прилегание внешней поверхности седла к внутренней поверхности корпуса (фиг.3). При этом между упомянутыми поверхностями развивается сухое трение, препятствующее возникновению значительных деформаций сдвига в материале седла при перемещении диска. Этому также способствует снижение силы трения между диском и седлом за счет смазочного действия жидкости. Снижение силы трения в этой зоне также достигается за счет гуммирования диска более высокомодульным материалом чем материал седла (E_∂>E_c). В этом случае повышается изгибная жесткость периметра диска и в процессе его внедрения в материал седла уменьшается площадь фактического контакта, что, как известно, приводит к снижению коэффициента трения. Кроме того, согласно теории Герца само по себе это внедрение возможно только при выполнении условия E_∂>E_c, т.е. при сочетании высокомодульного и низкомодульного одноименного материала (в данном случае резины).

Для обеспечения надежного перекрытия затвора ширина канавки на внутренней поверхности корпуса на должна превышать его ширину (фиг.2):
C≤B, (4)
где В - ширина корпуса затвора,
С - длина хорды канавки.

При этом ширина корпуса затвора зависит от размеров опорных узлов 2 и 3 и может быть определена с учетом их конструктивных особенностей.

С учетом неравенства (4) параметры канавки 9 могут быть определены при помощи расчетной схемы, показанной на фиг 2. Согласно этой схеме центральный угол сегмента

и радиус

где D_y - диаметр условного прохода затвора,
δ - толщина стенки резинового седла.

При помощи расчетной схемы, показанной на фиг.3, можно определить диаметр запорного органа 5:

где Δ - прожим.

Величина прожима принимается из конструктивных соображений.

Таким образом, используя выражения (4-7), можно определить оптимальные размеры кольцевой полости и запорного органа.

Гуммирование диска по всей поверхности, включая периметр, позволит надежно защитить его от износа и тем самым повысить долговечность затвора.

Этому также способствует полная защита всех металлических частей дискового затвора от воздействия гидроабразивной пульпы. При этом значительно расширяется область применения поворотных затворов.

Изобретение относится к запорно-регулировочной арматуре трубопроводов и может быть использовано в горно-обогатительной, химической, энергетической, нефтяной и других отраслях промышленности. Дисковый поворотный затвор состоит из металлического корпуса, установленного в корпусе на поворотном валу запорного органа в виде металлического диска, гуммированного по всей поверхности, включая периметр, резиной с модулем упругости E_∂. В корпусе размещено седло, выполненное из резины с модулем упругости Е_c. Модуль упругости диска больше модуля упругости седла. Седло установлено в корпусе с образованием кольцевой полости между корпусом и седлом. Кольцевая полость образована выполненной на внутренней поверхности корпуса канавкой, имеющей в поперечном сечении форму сегмента с длиной хорды С больше или равной ширине корпуса затвора В, С≤В, радиусом сегмента R_с, равным R_c= (D_у+2δ)/[2cos(α/2)], и центральным углом α, равным α = 2•arctg[C/(D_у+2δ)], где В - ширина корпуса затвора, С - длина хорды, D_y - диаметр условного прохода затвора, δ - толщина стенки резинового седла, α - центральный угол сегмента, R_c - радиус сегмента, позволит оптимизировать параметры канавки и кольцевой полости. В корпусе выполнено сквозное отверстие для сообщения кольцевой полости с внешней средой. Изобретение позволяет повысить надежность и долговечность дисковых поворотных затворов, а также расширить области их применения. 3 ил.

Дисковый поворотный затвор, содержащий корпус, установленный в корпусе на поворотном валу запорный орган в виде диска, седло, выполненное из резины с модулем упругости Е_с и установленное в корпусе с образованием кольцевой полости между корпусом и седлом, отличающийся тем, что диск выполнен металлическим и гуммирован резиной с модулем упругости E_∂ по всей поверхности, включая периметр, при этом модуль упругости E_∂>E_c, а кольцевая полость образована выполненной на внутренней поверхности корпуса канавкой, имеющей в поперечном сечении форму сегмента с хордой
С ≤ В
радиусом

и центральным углом

где С - длина хорды;
D_у - диаметр условного прохода затвора;
В - ширина корпуса затвора;
δ - толщина стенки резинового седла, при этом в корпусе выполнено сквозное отверстие для сообщения кольцевой полости с внешней средой.