ЗАТВОР Российский патент 2009 года по МПК F16K1/226 

Изобретение относится к трубопроводной арматуре, в частности к регулирующей арматуре, а именно к затворам с дисковым запорным органом и сферическими уплотнительными поверхностями, и может быть использовано для регулирования и перекрытия потоков рабочей среды, транспортируемой по трубопроводу.

Известны дисковые затворы, содержащие корпус с входным и выходным патрубками, поворотный дисковый запорный орган с приводным валом и седла с уплотнениями. В процессе работы затворов в средах с большим перепадом давлений во входном и выходном патрубках, а также при работе в агрессивных средах с абразивными включениями и при высокой температуре рабочей среды происходит быстрое изнашивание уплотнительных элементов, что влечет за собой нарушение герметичности затвора, уменьшение ресурса и надежности.

Герметичности затворов в этих условиях достигают либо сопряжением формы ответных частей пары седло - корпус (RU, 2146783, F16K 1/226, 2000 г.; WO 2002/075185, F16K 1/226, 2002 г.), либо используя полимерные, металлические и полимерные армированные седловые уплотнения, устойчивые к вышеупомянутым воздействиям (ЕР, 1207325, F16K 1/226, 2002 г.; 2224157, F16K 1/226 г.).

Известен дисковый затвор по патенту RU, 2224157, F16K 1226, 2004 г., наиболее близкий к заявляемому по числу совпадающих признаков, содержащий корпус, установленный в корпусе на полуосях поворотный диск и уплотнительный элемент в виде резинометаллического кольца. Повышение степени герметичности в затворе носит локальный характер и неизбежен эрозийный и кавитационный износ уплотнительных поверхностей при длительной работе в условиях больших перепадов давления рабочей среды во входном и выходном патрубках. Дальнейшее повышение герметичности требует дополнительной обработки уплотнительных поверхностей седла и диска, что является трудоемкой технологической операцией.

Настоящее изобретение решает задачу улучшения технических характеристик затвора, в том числе герметичности и износостойкости, путем совершенствования конструкции уплотнительного узла с целью уменьшения кавитационных и турбулентных явлений в области контактных поверхностей. В качестве дополнительного эффекта достигается снижение трудоемкости изготовления затвора и облегчается унификация изделий.

Задача решается тем, что в затворе, содержащем корпус, запорный орган в форме поворотного диска, седло и уплотнительный элемент, последний выполнен в виде многослойного пакета, содержащего чередующиеся металлические кольца и кольца из терморасширенного графита, при этом соотношение толщин металлических и графитовых колец выполнено не менее 1:1,5 соответственно. Уплотнительный элемент установлен либо на запорном органе либо на седле, при этом ответные поверхности контактирующих элементов выполнены сферическими.

Сущность изобретения заключается в том, что в уплотнении реализуются достоинства как металлических, так и неметаллических материалов, в частности упругость и сжимаемость терморасширенного графита, а различная реакция металлических колец и колец из терморасширенного графита на воздействие давления рабочей среды в начальных фазах открытия и закрытия затвора обеспечивает постепенность снижения перепада давления в области контактных поверхностей, что предотвращает возникновение кавитационных процессов в потоке рабочей среды.

На фиг.1 представлен продольный разрез затвора с размещением уплотнений на запорном органе; на фиг.2 - разрез по А-А фиг.1; на фиг.3 - вид В на фиг.1 в увеличенном масштабе; на фиг.4 приведен продольный разрез затвора с размещением уплотнений в корпусе; на фиг.5 - вид С на фиг.4 в увеличенном масштабе.

Затвор состоит из корпуса 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками, выполненными заодно с корпусом с возможностью подсоединения к участкам трубопровода, запорного органа в виде диска 4, установленного в корпусе с возможностью поворота посредством цапф 5 и 6, закрепленных в корпусе эксцентрично оси последнего, седла 7 и уплотнительного пакета 8, выполненного в виде чередующихся металлических колец 9 и колец из терморасширенного графита 10. Соотношение толщин колец 9 и 10 составляет не менее 1:1.5 соответственно. Уплотнительный пакет может быть установлен как на запорном органе, так и в проточке корпуса на седле. В первом случае контактная поверхность уплотнительного пакета выполнена сферической выпуклой, а ответная ей поверхность седла - сферической вогнутой. В случае установки уплотнительного пакета в проточке корпуса контактная поверхность уплотнения выполнена сферической вогнутой, а ответная ей поверхность диска - сферической выпуклой. С цапфой 6 кинематически связан привод затвора 11.

Затвор функционирует следующим образом.

В закрытом положении контактные поверхности запорного органа и седла прижаты друг к другу. Уплотнительный пакет обеспечивает герметичность пары седло - запорный орган и рабочая среда не проходит через затвор. Открытие затвора происходит под действием привода. Рабочий орган, поворачиваясь, открывает путь рабочей среде из входного патрубка в выходной. Объем потока рабочей среды, проходящего через затвор, определяется площадью поперечного сечения открытого отверстия в корпусе. В начальной фазе открытия и закрытия затвора (при малых размерах щели между седлом и запорным органом) под влиянием большого перепада давления во входном и выходном патрубках рабочая среда проходит через затвор с высокой скоростью. При этом происходит деформация колец из терморасширенного графита и в этой области давление несколько снижается из-за частичного расширения прохода, в то время как в области металлических колец этого не происходит. Вследствие этого в пограничном слое потока возникает пульсация давления и происходит постепенное снижение его перепада, в результате чего создаются благоприятные условия для движущегося потока, исключающие «вскипание» жидкости и кавитационные явления. Экспериментальным путем установлено, что оптимальным соотношением между толщинами металлических и терморасширенных колец является 1 : 1,5. Материал колец, составляющих уплотнительный пакет, не подвержен коррозии и затвор может использоваться в достаточно агрессивных средах. Помимо этого, под влиянием пульсаций давления происходит самоочистка уплотнительных поверхностей от отложений, наносимых рабочей средой.

Изобретение улучшает технологические и эксплуатационные характеристики затвора, который может быть использован для перекрытия и регулирования потока рабочей среды высокого давления в магистральных трубопроводах

Затвор предназначен для перекрытия и регулирования потока рабочей среды, транспортируемой по трубопроводу. Затвор содержит корпус, дисковый поворотный запорный орган, седло и уплотнительный элемент. Последний выполнен в виде многослойного пакета из чередующихся металлических колец и колец из терморасширенного графита, при этом соотношение их толщин составляет не менее 1:1,5 соответственно. Технический результат - повышение надежности. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Затвор, содержащий корпус, поворотный дисковый запорный орган, седло и уплотнительный элемент, отличающийся тем, что уплотнительный элемент выполнен в виде многослойного пакета, состоящего из чередующихся колец, металлических и из терморасширенного графита, при этом соотношение толщин металлических и колец из терморасширенного графита составляет не менее 1:1,5.

2. Затвор по п.1, отличающийся тем, что уплотнительный элемент размещен на запорном органе, при этом контактные поверхности пары уплотнение-седло выполнены сферическими.

3. Затвор по п.1, отличающийся тем, что уплотнительный элемент размещен на седле, а контактные поверхности пары уплотнение-запорный орган выполнены сферическими.