СЕДЛО ШАРОВОГО КЛАПАНА Российский патент 2004 года по МПК F16K5/06 

Изобретение относится к запорной арматуре, в частности к седлам шаровых кранов.

Известно седло шарового клапана, выполненное в виде отформованного кольцевого блока из упругодеформируемого уплотнительного материала, одна часть которого установлена в кольцевую канавку корпуса клапана, а другая выполнена с возможностью контакта по боковой поверхности сферического запорного элемента (см. патент США №5904337А от 18.05.99, № з-ки 0352888, 05.03.98, МКИ F 16 K 5/06, ИСМ в.70, №10, 2000).

Недостатком данной конструкции является то, что при больших давлениях рабочей среды эластомерный материал седла "течет", что приводит к его повреждению и разгерметизации. Применение более твердых и прочных материалов не обеспечивает герметичность узла из-за их малой упругости и эластичности. Кроме этого, седло не защищено от попадания твердых частиц загрязнений в зону трения со сферической поверхностью запорного элемента.

Известно седло шарового клапана, состоящее из двух уплотнительных деталей, установленных в выемку на внутренней поверхности корпуса, одна из которых является несущей и осуществляет удаление загрязняющих веществ с поверхности сферического запорного элемента перед соприкосновением его со второй уплотнительной деталью, отформованной из мягкого эластомерного материала (см. см. патент США №6047952А от 11.04.00, № з-ки 115049, 14.07.98, МКИ F 16 K 5/06, ИСМ в.70, №7, 2001). Может быть принято за прототип.

Данная конструкция частично устраняет недостатки в вышеописанном аналоге. В данной конструкции использовано два уплотнительных элемента разной жесткости, один из которых работает как грязесъемник и опорный элемент, что снижает доступ загрязнений в зону трения седла со сферической поверхностью запорного элемента.

Недостатком данной конструкции является то, что при больших давлениях и повышенных температурах рабочей среды эластомерный материал седла "течет", что приводит к его повреждению и разгерметизации. При работе с рабочей средой в виде нефти, насыщенных высокомолекулярных соединений на рабочей поверхности сферического запорного элемента образуются очень прочно (явление адгезии) прикрепленные наросты из смолоподобных соединений, которые эластичному материалу удалить затруднительно. Особенно, когда работе шарового клапана предшествовал длительный период бездействия и в условии работы при пониженных температурах.

Задача изобретения - повышение надежности и долговечности работы седла в сложных условиях эксплуатации.

Поставленная задача достигается тем, что в седле шарового клапана, выполненном в виде кольцевого блока, одна часть которого установлена в кольцевую канавку корпуса клапана, а другая выполнена с возможностью контакта по боковой поверхности сферического запорного элемента, кольцевой блок выполнен в виде армирующего элемента из объемного проницаемого материала и пронизывающего его эластичного материала, причем показатели прочности и твердости объемного проницаемого материала армирующего элемента более высокие, чем показатели прочности и твердости его эластичного материала, кроме того;

армирующий элемент выполнен из проволоки с упругодемпфирующими свойствами, например из металлорезины,

проволока выполнена из высокопрочного материал, например из стали.

проволока выполнена из антифрикционного материала, например из бронзы,

проволока выполнена из высокопрочного материал с антифрикционным покрытием,

армирующий элемент выполнен с покрытием, повышающим адгезионные свойства по отношению к эластичному материалу,

в радиальном направлении от крайних частей к средней части седла жесткость армирующего элемента уменьшается,

в качестве эластичного материала использован фторопласт.

Суть изобретения заключается в том, что используется армирующая объемная проницаемая конструкция, монолитно связанная с более мягким эластичным уплотнительным материалом. Регулируя жесткость, проницаемость, тип армирующей объемной проницаемой конструкции, возможно изменять уплотняющие, грязезащитные, прочностные свойства седла.

На фиг.1, 2 показана конструкция выполнения седла.

Седло шарового клапана выполнено в виде отформованного кольцевого блока 1. Часть 2 кольцевого блока 1 установлена в кольцевую канавку 3 корпуса 4 клапана, а часть 5 выполнена с возможностью контакта по боковой поверхности 6 сферического запорного элемента 7. Кольцевой блок 1 выполнен в виде армирующего элемента из объемного проницаемого материала (АЭОПК) 8 и пронизывающего его эластичного материала, причем показатели прочности и твердости объемного проницаемого материала армирующего элемента более высокие, чем показатели прочности и твердости его эластичного материала. АЭОПК 8 может быть выполнен проволочным и упругодемпфирующим из металлорезины. В качестве материала проволоки может быть использован высокопрочный материал, например сталь, антифрикционный материал, например бронза, высокопрочный материал с антифрикционным покрытием. Алюминиевые, медные сплавы обладают хорошей адгезией к резине. Это свойство можно усилить, если обработать проволоку АЭОПК 8 веществом, повышающим адгезионные свойства по отношению к применяемому эластичному материалу, например Хемасилом. В радиальном направлении от крайних частей 9, 10 к средней части 11 седла жесткость АЭОПК 8 может уменьшаться, а его проницаемость эластичным материалом увеличиваться.

Работа устройства.

Кольцевой блок 1 воспринимает значительные радиальные усилия, связанные с давлением рабочей среды и усилием прижима седла, тангенциальные усилия, связанные с силами трения по поверхности 6 сферического запорного элемента 7. АЭОПК 8, монолитно связанная с уплотнительным материалом, обеспечивает жесткость, необходимую для восприятия усилий прижима седла к боковой поверхности 6 сферического запорного элемента 7, с другой стороны, "чистящий" эффект за счет более жесткого и твердого материала АЭОПК 8 (сталь, бронза и т. д.), что позволяет счищать с поверхности 6 сферического запорного элемента 7 хорошо прикрепленные к нему смолоподобные отложения. Наличие в порах, каналах, неровностях АЭОПК 8 уплотнительного материала обеспечивает хороший уплотняющий эффект и низкую проницаемость для рабочей среды. Уплотнительный материал может удерживаться механически за счет разветвленной системы связанных между собой каналов и полостей и за счет адгезионных связей. Использование проволочного АЭОПК 8 с упруго-демпфирующими свойствами из металлорезины, позволяет обеспечить достаточную для восприятия перепадов давления среды податливость, упругость. При этом седло 1 может одинаково хорошо работать и при низких, и при высоких давлениях рабочей среды. Эластичный материал, равномерно распределенный в АЭОПК 8, обеспечивает при этом герметичность узла. "Текучесть" эластичного материала ограничена каркасом АЭОПК 8. Относительно твердый уплотнительный материал - фторопласт, распределенный в матрице АЭОПК 8 из металлорезины, приобретает лучшие демпфирующие и уплотняющие свойства по сравнению со случаем без армирования, что связано с изменением формы уплотнительного материала, отдельные частички которого связаны нитевидными связующими элементами (по форме каналов и пустот) в матрице АЭОПК 8 и с упругими свойствами АЭОПК 8. АЭОПК 8 обеспечивает интенсивный отвод тепла из зоны трения к корпусу 4, что не допускает перегрева уплотнительного материала и снижения его прочностных свойств, износа и разрушения. На этот процесс можно влиять, например, применяя материал армирующего элемента с высоким коэффициентом теплопроводности (медь, алюминий и их сплавы).

Выполнение в радиальном направлении крайних частей 9, 10 АЭОПК 8 более жесткими и с меньшей проницаемостью, чем средняя часть 11 кольцевого блока 1, позволяет усилить грязезащитные (грязеочищающие) и "антитекучие" свойства (функция опорного кольца уплотнительного элемента), т.к. крайние части 9, 10 более наполнены АЭОПК 8, более жесткие, твердые, прочные. Это очень важно, так как в момент пересечения переходной кромки отверстия и наружной сферы сферического элемента 7 с уплотняемой поверхностью 6 кольцевого блока 1 возникают значительные сминающие и касательные напряжения в поверхности трения части 5 кольцевого блока 1, что обычно является причиной его выдавливания, вытекания. В данном случае это не происходит, т.к. армирующий элемент воспринимает основную часть нагрузки, является "направляющим" элементом и предохраняет эластичный материал и все седло в целом от деформации и выдавливания. Выполнение средней части 11 АЭОПК 8 менее жесткой и с большей проницаемостью (больше % порового пространства) позволяет сконцентрировать в этой части большее количество уплотнительного материала по сравнению с материалом АЭОПК 8 для обеспечения высокой герметизирующей способности кольцевого блока 1.

Выполнение седел с проницаемым для уплотнительного материала АЭОПК 8 обеспечивает их улучшенные эксплуатационные характеристики: неподверженность выдавливанию и вытеканию уплотнительного материала, высокие грязезащитные и грязеочищающие способности, возможность применения уплотнительного материала при высоких давлениях рабочей среды, высокие антифрикционные свойства, которые обеспечиваются и материалом армирующего элемента, высокие теплоотводящие способности из зоны трения седла с запорным элементом. Это повышает надежность и долговечность работы седла.

Данная конструкция седла может быть использована в запорной, регулирующей, предохранительной арматуре в различных отраслях промышленности.

Изобретение относится к запорной арматуре, в частности к седлам шаровых кранов, и предназначено для использования в запорной, регулирующей, предохранительной арматуре в различных отраслях промышленности. Седло шарового клапана выполнено в виде кольцевого блока. Одна часть кольцевого блока установлена в кольцевую канавку корпуса клапана. Другая его часть выполнена с возможностью контакта по боковой поверхности сферического запорного элемента. Кольцевой блок выполнен в виде армирующего элемента из объемного проницаемого материала и пронизывающего его эластичного материала. Показатели прочности и твердости объемного проницаемого материала армирующего элемента более высокие, чем показатели прочности и твердости его эластичного материала. Изобретение направлено на повышение надежности и долговечности работы седла в сложных условиях эксплуатации за счет улучшения его эксплуатационных характеристик: неподверженность выдавливанию и вытеканию” эластичного материала, высокие грязезащитные и грязеочищающие способности, возможность применения более эластичного материала при высоких давлениях рабочей среды, высокие антифрикционные свойства, которые обеспечиваются и материалом армирующего элемента. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Седло шарового клапана, выполненное в виде кольцевого блока, одна часть которого установлена в кольцевую канавку корпуса клапана, а другая выполнена с возможностью контакта по боковой поверхности сферического запорного элемента, отличающееся тем, что кольцевой блок выполнен в виде армирующего элемента из объемного проницаемого материала и пронизывающего его эластичного материала, причем показатели прочности и твердости объемного проницаемого материала армирующего элемента более высокие, чем показатели прочности и твердости его эластичного материала.2. Седло по п.1, отличающееся тем, что армирующий элемент выполнен из проволоки с упругодеформирующими свойствами, например металлорезины.3. Седло по п.2, отличающееся тем, что проволока выполнена из высокопрочного материала, например из стали.4. Седло по п.2, отличающееся тем, что проволока выполнена из антифрикционного материала, например из бронзы.5. Седло по п.2, отличающееся тем, что проволока выполнена из высокопрочного материала с антифрикционным покрытием.6. Седло по п.1, отличающееся тем, что армирующий элемент выполнен с покрытием, повышающим адгезионные свойства по отношению к эластичному материалу.7. Седло по п.1, отличающееся тем, что в радиальном направлении от крайних частей к средней части седла жесткость армирующего элемента уменьшается.8. Седло по п.1, отличающееся тем, что в качестве эластичного материала использован фторопласт.