Поворотный дисковый затвор с тройным эксцентриситетом Российский патент 2023 года по МПК F16K1/22 F16K1/32 

Изобретение относится к трубопроводной арматуре и может быть использовано в газовой, нефтяной, химической промышленности.

В заявленном техническом решении рассматривается затвор дисковый поворотный с тройным эксцентриситетом с подвижным седлом, уплотнение металл по металлу, присоединение к трубопроводу и тип управления могут быть любыми.

Известен дисковый затвор с тройным эксцентриситетом, содержащий корпус с размещенным в нем седлом и затвор в виде диска, закрепленный на приводном валу через штифты и установленный в корпусе, уплотнительное кольцо, зафиксированное через герметизирующую прокладку и болтовые соединения к диску, отличающийся тем, что уплотнительное кольцо выполнено прижимным и имеет тарельчатую форму с наружным загибом в сторону диска, элементами (МПК RU 205094 U1 публ. 19.03. 2022 г.).

Недостатками данного дискового затвора являются: недостаточная надежность герметичности уплотнения ввиду отсутствия наплавки на уплотнительной части корпуса, недостаточная надежность герметичности тарельчатого уплотнительного кольца, герметизирующей прокладки и диска при направлении потока среды со стороны зазора между уплотнительным тарельчатым кольцом и диском, то есть со стороны приводного вала. Для обеспечения герметичности в данном соединении необходимо обеспечить равномерную затяжку болтов крепления уплотнительного кольца для обеспечения герметичности соединения. Также при работе затвора возможно самоотвинчивание болтов крепления уплотнительного тарельчатого кольца, так как в конструкции не предусмотрены шайбы пружинные (гровер) или другое конструктивное решение.

Известен поворотный дисковый затвор с тройным эксцентриситетом (патент RU 2695551, МПК F16K 1/22, опубл. 24.07.2019, ООО «ИРМАШ»), содержащий корпус, в котором размещено съемное седло с уплотнительной поверхностью, и затвор в виде диска, закрепленный на приводном валу, установленном в корпусе на опорах перпендикулярно оси симметрии его проходного отверстия со смещением относительно указанной оси. Седло установлено с возможностью ограниченного осевого перемещения в пределах зазора δ=S-T, где S - расстояние между внутренним и наружным упорами вдоль оси затвора, Т - толщина седла, на поверхности контакта, с корпусом затвора которого установлены два радиальных упругих кольца и одно торцевое упругое кольцо, которое установлено в зоне сопряжения седла и наружного упора. Все упругие кольца выполнены из полимерных материалов для обеспечения контакта между уплотнением диска и седлом при полном сжатии до предельного состояния торцевого упругого кольца. Профиль сечения упругих колец представляет собой массив с криволинейной наружной поверхностью или массив в границах многоугольника.

Данному техническому решению присуща совокупность признаков, наиболее близкая к совокупности существенных признаков изобретения, оно имеет назначение, совпадающее с назначением изобретения, и является наиболее близким по достигаемому результату, поэтому оно принято за прототип.

Недостатками данного дискового затвора являются: недостаточная надежность за счет потери герметичности в месте уплотнения седла к корпусу при направлении потока среды на диск со стороны уплотнения, работоспособность уплотнительных колец обеспечивается при температуре не ниже минус 60°С, отсутствие ремонтопригодности без демонтажа изделия из-за отсутствия ревизионного окна для замены уплотнений.

Технический результат от использования изобретения - повышение надежности путем обеспечения герметичности уплотнения седла с корпусом при направлении потока среды на диск со стороны уплотнения, сокращение времени обслуживания за счет исключения демонтажа изделия и проведения ремонтных работ на трубопроводе.

Ниже раскрыты общие и частные существенные признаки изобретения, характеризующие их причинно-следственную связь с указанным техническим результатом, достаточные для осуществления специалистом в данной области техники.

Технический результат заявленного изобретения достигается тем, что в поворотном дисковом затворе с тройным эксцентриситетом, содержащим корпус, в котором размещено седло с уплотнительной поверхностью, и затвор в виде диска, закрепленный на приводном валу, установленном в корпусе на подшипниках перпендикулярно оси симметрии его проходного отверстия со смещением относительно указанной оси, при этом седло выполнено съемным в виде металлического кольца и снабжено средством его фиксации от осевого перемещения и упругими элементами, согласно изобретению, корпус выполнен с ревизионным окном, закрывающимся крышкой, приводной вал - с удлиненной крышкой вала, на которой установлена противокапельная пластина, приводной вал установлен в корпусе с подшипниками и с подшипником крышки вала, указанные средства фиксации седла выполнены в виде внутреннего упора в корпусе с одной стороны и кольца, зафиксированного стопорным кольцом, с другой стороны, седло зафиксировано от осевого перемещения путем закручивания винтов, так чтобы кольцо упиралось в стопорное кольцо, а седло упиралось во внутренний упор корпуса, уплотнительная поверхность седла, контактирующая с кольцевым уплотнением имеет повышенную износостойкость за счет нанесенного на нее упрочняющего износостойкого слоя, кольцевое уплотнение выполнено в виде наборного уплотнения, состоящего из стальных нержавеющих колец, между которыми установлены графитовые кольца, и установлено в диске, зафиксированным прижимным кольцом, в отверстия которого установлены винты с пружинными шайбами, в уплотнениях корпус - крышка ревизионного окна, корпус-седло, диск - кольцевое уплотнение, корпус - крышка вала, корпус - нижняя крышка использованы прокладки из графита, в конструкции сальникового узла использованы пружины, положение диска относительно вала зафиксировано от вращения шпонками, от осевого перемещения - установленной осью со стопорной шайбой и гайкой, положение приводного вала относительно корпуса зафиксировано упорной шайбой с винтами, установленными с торца вала, шайбой скольжения и крышкой нижней с прокладкой из графита, в корпус установлена шайба скольжения, изготовленная из нержавеющей стали, покрытой полимертетрафторэтиленом (ПТФЭ), при этом детали поворотного дискового затвора выполнены из материалов, обеспечивающих его работоспособность при эксплуатации в диапазоне температур от минус 200 до 350 градусов по Цельсию.

За счет того, что корпус выполнен с ревизионным окном, закрывающимся крышкой, приводной вал - с удлиненной крышкой вала, на которой установлена противокапельная пластина, приводной вал установлен в корпусе с подшипниками и с подшипником крышки вала, указанные средства фиксации седла выполнены в виде внутреннего упора в корпусе с одной стороны и кольца, зафиксированного стопорным кольцом с другой стороны, седло зафиксировано от осевого перемещения путем закручивания винтов, так чтобы кольцо упиралось в стопорное кольцо, а седло упиралось во внутренний упор корпуса, уплотнительная поверхность седла, контактирующая с кольцевым уплотнением имеет повышенную износостойкость за счет нанесенного на нее упрочняющего износостойкого слоя, кольцевое уплотнение выполнено в виде наборного уплотнения, состоящего из стальных нержавеющих колец, между которыми установлены графитовые кольца, и установлено в диске, зафиксированным прижимным кольцом, в отверстия которого установлены винты с пружинными шайбами, в уплотнениях корпус-крышка ревизионного окна, корпус-седло, диск-кольцевое уплотнение, корпус-крышка вала, корпус-нижняя крышка использованы прокладки из графита, в конструкции сальникового узла использованы пружины, положение диска относительно вала зафиксировано от вращения шпонками, от осевого перемещения - установленной осью со стопорной шайбой и гайкой, положение приводного вала относительно корпуса зафиксировано упорной шайбой с винтами, установленными с торца вала, шайбой скольжения и крышкой нижней с прокладкой из графита, в корпус установлена шайба скольжения, изготовленная из нержавеющей стали, покрытой полимертетрафторэтиленом (ПТФЭ), при этом детали поворотного дискового затвора выполнены из материалов, обеспечивающих его работоспособность при эксплуатации в диапазоне температур от минус 200 до 350 градусов по Цельсию, повышается надежность путем обеспечения герметичности уплотнения седла с корпусом при направлении потока среды на диск со стороны уплотнения, сокращается время обслуживания за счет исключения демонтажа изделия и проведения ремонтных работ на трубопроводе.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где:

на фиг. 1 - поворотный дисковый затвор с тройным эксцентриситетом, принципиальная схема расположения диска с тройным эксцентриситетом;

на фиг. 2 - то же, продольный разрез затвора;

на фиг. 3 - то же, вид сбоку;

на фиг. 4 - то же, выносной элемент А исполнение I на фиг. 2;

на фиг. 5 -то же, выносной элемент А исполнение II на фиг. 2;

на фиг. 6 - то же, выносной элемент Б на фиг. 2;

на фиг. 7 - то же, выносной элемент В исполнение I на фиг. 2;

на фиг. 8 - то же, выносной элемент В исполнение II на фиг. 2.

В примере исполнения в состав затвора дискового с тройным эксцентриситетом (фиг. 2) входят корпус 1 с ревизионным окном, закрывающимся крышкой 2 ревизионного окна с крепежными элементами 3 (фиг. 3), в котором размещено седло 4 с уплотнительной поверхностью, и затвор в виде диска 5, закрепленный на приводном валу 6, установленном в корпусе 1 на подшипниках 7 и на подшипнике 8 крышки вала 9 перпендикулярно оси симметрии его проходного отверстия со смещением относительно указанной оси. Седло 4 выполнено съемным (фиг. 4) в виде металлического кольца и снабжено средством его фиксации от осевого перемещения и упругими элементами. Крышка вала 9 выполнена удлиненной, на которой установлена противокапельная пластина 10 (фиг. 3). Приводной вал 6 установлен в корпусе 1 с подшипниками 7 и крышкой вала 9 с подшипником 8. Указанные средства фиксации (фиг. 4) седла 4 выполнены в виде внутреннего упора 11 в корпусе 1 с одной стороны и кольца 12, зафиксированного стопорным кольцом 13 с другой стороны. Седло 4 зафиксировано от осевого перемещения путем закручивания винтов 14, так чтобы кольцо 12 упиралось в стопорное кольцо 13, а седло 4 упиралось во внутренний упор 11 корпуса 1. Уплотнительная поверхность 15 седла 4, контактирующая с кольцевым уплотнением 16 имела повышенную износостойкость за счет нанесенного на нее слоя стеллита. Кольцевое уплотнение 16 выполнено из закаленной нержавеющей стали (фиг. 4), также возможно исполнение в виде наборного уплотнения (фиг. 5), состоящего из стальных нержавеющих колец, между которыми установлены графитовые кольца. Кольцевое уплотнение 16, установленное в диске 5, зафиксированное прижимным кольцом 17, в отверстия которого установлены винты 18 с пружинными шайбами 19. В уплотнениях корпус 1 - крышка ревизионного окна 2, корпус 1 - седло 4, диск 5 - кольцевое уплотнение 16, корпус 1 - крышка вала 9, корпус 1 - крышка нижняя 20 использовались прокладки из графита 21, 22, 23, 24, 25 соответственно. В конструкции сальникового узла (фиг. 8) использовались пружины 26. Положение диска 4 относительно приводного вала 6 (фиг. 3) фиксировалось от вращения шпонками 27, от осевого перемещения - установленной осью 28 со стопорной шайбой 29 и гайкой 30. Положение приводного вала 6 относительно корпуса (фиг. 6) фиксировалось упорной шайбой 31 с винтами 32, установленными с торца приводного вала 6, шайбой скольжения 33 и крышкой нижней 20 с прокладкой из графита 25. В корпус установлена шайба скольжения 33, изготовленная из нержавеющей стали, покрытой полимертетрафторэтиленом (ПТФЭ), также возможно изготовление шайбы скольжения 33 из нержавеющей стали, или фторопласта, или ПТФЭ. Детали поворотного дискового затвора выполнены из материалов, обеспечивающих его работоспособность при эксплуатации в диапазоне температур от минус 200 до 350 градусов по Цельсию.

На фиг. 1 показаны: смещение см. 1 - вал размещен за уплотнительной поверхностью, чтобы иметь непрерывную траекторию седла, смещение см. 2 - вал расположен с одной стороны осевой линии затвора для вытеснения уплотнения из седла при открытии на 90°, смещение см. 3 - осевые линии седла и уплотнения корпуса наклонены по отношению к осевой линии затвора для исключения трения в уплотнении. Трение уплотнительных поверхностей происходит только в конечном положении закрытии затвора. Это минимизирует их износ и снижает рабочий крутящий момент, а также увеличивает срок службы изделия.

В качестве запорного органа в затворе используется диск 5 (фиг. 4, фиг. 5). В диске 5 по наружному диаметру выполнено углубление для установки в него кольцевого уплотнения 16 из нержавеющей стали с нанесенным покрытием из стеллита или многослойного уплотнения из нержавеющей стали и графита. Данное кольцевое уплотнение 16 поджимается к диску 5 кольцом 12. Данная конструкция обеспечивает двунаправленное герметичное уплотнение.

Герметичность соединения корпус 1 - крышка ревизионного окна 2 обеспечивается прокладкой из графита 21, корпус 1 - седло 4 - прокладкой из графита 22, соединения диск 5 - кольцевое уплотнение 16 - прокладкой из графита 23, корпус 1 - крышка вала 9 - прокладкой из графита 24, корпус-крышка нижняя - прокладкой из графита 25.

Кольцевое уплотнение 16 прикреплено винтами 18 с пружинными шайбами (гроверами) 19 к диску 5 посредством прижимного кольца 17 (фиг. 4, фиг. 5). Кольцевое уплотнение 16 выполнено из закаленной нержавеющей стали (фиг. 4), также возможно исполнение в виде наборного уплотнения, состоящего из стальных нержавеющих колец, между которыми установлены графитовые кольца (фиг. 5).

Герметичность приводного вала 6 обеспечивается сальниковым узлом (фиг. 7 и фиг. 8). Между валом 6 и крышкой вала 9 устанавливаются подшипник 8, затем кольца из графита (набивка сальниковая) 34, которые поджимаются втулкой сальника 35. Втулка сальника 35 поджимается фланцем 36, сопрягаемые поверхности фланца 36 и втулки сальника 35 имеют сферическую форму для обеспечения самоцентрирования. Затяжка осуществляется за счет шпилек 37 с гайками 38 (фиг. 7). Возможен вариант исполнения с пружинами 26 (фиг. 8). Также возможно исполнение с установкой двух подшипников 8, между которыми устанавливается пружина, взамен пружин 26.

Для криогенного и огнестойкого исполнения крышка вала 9 выполняется удлиненной, а также устанавливается противокапельная пластина 10 (фиг. 3) для защиты сальникового уплотнения от охлаждения и перегревания, а также образования конденсата в сальниковом узле. Крышка вала 9 выполняется удлиненной для обеспечения температуры в сальниковом уплотнении не ниже 0 и не выше 45 градусов по Цельсию.

Порядок сборки

Сборка диска 5. В канавку диска 5 устанавливается прокладка из графита 23, затем устанавливается кольцевое уплотнение 16. Для фиксации кольцевого уплотнения 16 устанавливается прижимное кольцо 17, в отверстия которого устанавливаются винты 18 с пружинными шайбами 19. Винты 18 закручивают равномерно по окружности крест на крест для обеспечения равномерного прижатия к диску 5 кольцевого уплотнения 16.

В корпус 1 через ревизионное окно заводят собранный с кольцевым уплотнением 16 диск 5, затем в отверстие корпуса 1 заводится приводной вал 6 с установленными шпонками 27 и устанавливается в отверстиях диска 5. В диск 5 через вал 6 устанавливаются ось 28 со стопорной шайбой 29 и гайкой 30 для фиксации положения вала 6 относительно диска 5.

Со стороны ревизионного окна на вал 6 устанавливается подшипник 7, затем на валу 6 подшипник 7 устанавливается в корпусе 1. Далее в корпус 1 устанавливается прокладка 24. На вал 6 устанавливается крышка вала 9. Крышка вала 9 притягивается к корпусу 1 крепежными элементами 39 с равномерным обжатием прокладки 24.

Через нижнее отверстие корпуса 1 также устанавливается подшипник 7 и затем поджимается упорной шайбой 31, которая крепится винтами 32 к торцу вала 6. Далее устанавливается шайба скольжения 33 (в ней выполнен паз для головок винтов 33). Герметичность обеспечивается установкой нижней крышки 20 с прокладкой из графита 25 и равномерным обжатием крепежных элементов 40.

В торец крышки вала 9 со стороны приводного вала 6 устанавливаются шпильки 37. Со стороны крышки вала 9 на приводной вал 6 устанавливается подшипник 8, который устанавливается в крышке вала 9. Далее устанавливаются кольца из графита (сальниковая набивка) 34, затем - втулка сальника 35. На шпильки 37 устанавливается фланец 36, затем пружины 26 и гайки 38. Втулка сальника 35 поджимается фланцем 36 посредством равномерной затяжки гаек 38.

Диск 5 в корпусе 1 приводится в положение закрыто. Через ревизионное окно корпуса 1 устанавливается седло 4 с прокладкой 22 до внутреннего упора 11 корпуса 1. Далее устанавливается кольцо 12 и стопорное кольцо 13 в канавку корпуса 1. Между седлом 4 и внутренним упором 11 корпуса 1 не должно быть зазора. Для этого необходимо в кольцо 12 равномерно закрутить первый ряд винтов 14. При этом седло 4 прижмется к внутреннему упору 11 корпуса 1, а кольцо 12 упрется в стопорное кольцо 13. Затем в кольцо 12 устанавливается второй ряд винтов 14 для исключения их откручивания при работе затвора. Положение седла 4 относительно корпуса 1 обеспечивается направляющими пазами или штифтами. После этого в корпус 1 устанавливается прокладка 21, затем на корпус 1 устанавливается крышка ревизионного окна 2. Крышка ревизионного окна 2 притягивается к корпусу 1 крепежными элементами 3 с равномерным обжатием прокладки 21. Разборка затвора проводится в обратном порядке.

Заявляемое изобретение повышает надежность путем обеспечения герметичности уплотнения седла с корпусом при направлении потока среды на диск со стороны уплотнения, сокращает время обслуживания путем исключения демонтажа изделия и проведения ремонтных работ на трубопроводе, за счет того, что корпус выполнен с ревизионным окном, закрывающимся крышкой, приводной вал - с удлиненной крышкой вала, на которой установлена противокапельная пластина, приводной вал установлен в корпусе с подшипниками и с подшипником крышки вала, указанные средства фиксации седла выполнены в виде внутреннего упора в корпусе с одной стороны и кольца, зафиксированного стопорным кольцом с другой стороны, седло зафиксировано от осевого перемещения путем закручивания винтов, так чтобы кольцо упиралось в стопорное кольцо, а седло упиралось во внутренний упор корпуса, уплотнительная поверхность седла, контактирующая с кольцевым уплотнением имеет повышенную износостойкость за счет нанесенного на нее упрочняющего износостойкого слоя, кольцевое уплотнение выполнено в виде наборного уплотнения, состоящего из стальных нержавеющих колец, между которыми установлены графитовые кольца, и установлено в диске, зафиксированным прижимным кольцом, в отверстия которого установлены винты с пружинными шайбами, в уплотнениях корпус-крышка ревизионного окна, корпус-седло, диск-кольцевое уплотнение, корпус-крышка вала, корпус-нижняя крышка использованы прокладки из графита, в конструкции сальникового узла использованы пружины, положение диска относительно вала зафиксировано от вращения шпонками, от осевого перемещения - установленной осью со стопорной шайбой и гайкой, положение приводного вала относительно корпуса зафиксировано упорной шайбой с винтами, установленными с торца вала, шайбой скольжения и крышкой нижней с прокладкой из графита, в корпус установлена шайба скольжения, изготовленная из нержавеющей стали, покрытой полимертетрафторэтиленом (ПТФЭ), при этом детали поворотного дискового затвора выполнены из материалов, обеспечивающих его работоспособность при эксплуатации в диапазоне температур от минус 200 до 350 градусов по Цельсию.

Изобретение относится к трубопроводной арматуре. Поворотный дисковый затвор с тройным эксцентриситетом содержит корпус, в котором размещено седло с уплотнительной поверхностью, и затвор в виде диска, закрепленный на приводном валу, установленном в корпусе на подшипниках перпендикулярно оси симметрии его проходного отверстия со смещением относительно указанной оси, при этом седло выполнено съемным в виде металлического кольца и снабжено средством его фиксации от осевого перемещения и упругими элементами. Корпус выполнен с ревизионным окном, закрывающимся крышкой. Приводной вал - с удлиненной крышкой вала, на которой установлена противокапельная пластина. Приводной вал установлен в корпусе с подшипниками и с подшипником крышки вала. Средства фиксации седла выполнены в виде внутреннего упора в корпусе с одной стороны и кольца, зафиксированного стопорным кольцом, с другой стороны. Седло зафиксировано от осевого перемещения путем закручивания винтов, так чтобы кольцо упиралось в стопорное кольцо, а седло упиралось во внутренний упор корпуса. Уплотнительная поверхность седла, контактирующая с кольцевым уплотнением, имеет повышенную износостойкость за счет нанесенного на нее упрочняющего износостойкого слоя. Кольцевое уплотнение выполнено в виде наборного уплотнения, состоящего из стальных нержавеющих колец, между которыми установлены графитовые кольца, и установлено в диске, зафиксированным прижимным кольцом, в отверстия которого установлены винты с пружинными шайбами. В уплотнениях корпус - крышка ревизионного окна, корпус-седло, диск - кольцевое уплотнение, корпус - крышка вала, корпус - нижняя крышка использованы прокладки из графита. В конструкции сальникового узла использованы пружины. Положение диска относительно вала зафиксировано от вращения шпонками, от осевого перемещения - установленной осью со стопорной шайбой и гайкой. Положение приводного вала относительно корпуса зафиксировано упорной шайбой с винтами, установленными с торца вала, шайбой скольжения и крышкой нижней с прокладкой из графита. В корпус установлена шайба скольжения, изготовленная из нержавеющей стали, покрытой полимертетрафторэтиленом (ПТФЭ). Детали поворотного дискового затвора выполнены из материалов, обеспечивающих его работоспособность при эксплуатации в диапазоне температур от минус 200 до 350 градусов по Цельсию. Изобретение направлено на повышение надежности путем обеспечения герметичности уплотнения седла с корпусом при направлении потока среды на диск со стороны уплотнения, сокращение времени обслуживания за счет исключения демонтажа изделия и проведения ремонтных работ на трубопроводе. 8 ил.

Поворотный дисковый затвор с тройным эксцентриситетом, содержащий корпус, в котором размещено седло с уплотнительной поверхностью, и затвор в виде диска, закрепленный на приводном валу, установленном в корпусе на подшипниках перпендикулярно оси симметрии его проходного отверстия со смещением относительно указанной оси, при этом седло выполнено съемным в виде металлического кольца и снабжено средством его фиксации от осевого перемещения и упругими элементами, отличающийся тем, что корпус выполнен с ревизионным окном, закрывающимся крышкой, приводной вал - с удлиненной крышкой вала, на которой установлена противокапельная пластина, приводной вал установлен в корпусе с подшипниками и с подшипником крышки вала, указанные средства фиксации седла выполнены в виде внутреннего упора в корпусе с одной стороны и кольца, зафиксированного стопорным кольцом, с другой стороны, седло зафиксировано от осевого перемещения путем закручивания винтов, так чтобы кольцо упиралось в стопорное кольцо, а седло упиралось во внутренний упор корпуса, уплотнительная поверхность седла, контактирующая с кольцевым уплотнением, имеет повышенную износостойкость за счет нанесенного на нее упрочняющего износостойкого слоя, кольцевое уплотнение выполнено в виде наборного уплотнения, состоящего из стальных нержавеющих колец, между которыми установлены графитовые кольца, и установлено в диске, зафиксированным прижимным кольцом, в отверстия которого установлены винты с пружинными шайбами, в уплотнениях корпус - крышка ревизионного окна, корпус-седло, диск - кольцевое уплотнение, корпус - крышка вала, корпус - нижняя крышка использованы прокладки из графита, в конструкции сальникового узла использованы пружины, положение диска относительно вала зафиксировано от вращения шпонками, от осевого перемещения - установленной осью со стопорной шайбой и гайкой, положение приводного вала относительно корпуса зафиксировано упорной шайбой с винтами, установленными с торца вала, шайбой скольжения и крышкой нижней с прокладкой из графита, в корпус установлена шайба скольжения, изготовленная из нержавеющей стали, покрытой полимертетрафторэтиленом (ПТФЭ), при этом детали поворотного дискового затвора выполнены из материалов, обеспечивающих его работоспособность при эксплуатации в диапазоне температур от минус 200 до 350 градусов по Цельсию.