Поворотный затвор Советский патент 1981 года по МПК F16K1/20 

1

Изобретение относится к арматуростроению и может быть использовано в качестве газоотсекающего клапана загрузочного устройства доменной печи.

Известна конструкция газоотсекающего клапана загрузочного устройства доменной печи, содержащая корпус, размещенную в нем запорную тарель, шарнирно установленную на рычаге вала клапана и контактирующую с седлом, причем контактные поверхности тарели иседла выполнены по круговой сфере 11

Однако такие основные параметры конструкции клапана, как расположение шарнира тарели относительно вала клапана и контактных поверхностей, а также величина допустимого угла повоорота тарели на шарнире относительно рычага, выбраны не рационально, без учета характера взаимодействия TapejH с седлом при закрывании, что приводит к уменьшению стойкости и нарушению герметичности клапана. При закрывании в звеньях механизма клапана и его кинематических парах возникают нагрузки, приводящие к повышенному износу контактных поверхностей и повреждению шар-нирного соединения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является поворотный затвор для доменной печи,

10 содержащий корпус с седлом и запорную тарель, шарнирно связанную с поворотным рычагом приводного вала. Центр сферы вращения тарели на рычаге находится на. одной горизонтали с уплотня15ющими поверхностями тарели и седла и с центром вращения рычага тарели. Перемещение тарели осуществлжэтся вращением рычага на валу клапана 2.

Однако нерациональное взаиморас20положение центров вращения вала клапана и шарнирного соединения тарели относительно нижней кромки контактной поверхности седла, отсутствие 3 допустимого значения величины угла поворотатарели относительно рычага на шарнирном соединении приводит к тому, что при закрывании клапана этой конструкции, дпя всех значений углов поворота тарели на шарнире, в точке контакта ее с седлом возникает сила трения, препятствующая установке тареля в седле и плотному сопряжению контактных поверхностей. При этом в звеньях механизма клапана и его кинематических парах возникают разрушающие нагрузки, снижающие его стойкость. Определенные значения коэ фидиентов трения между контактными поверхностями перекошенной тарели и.седла вызьтают заклинивание системы и исключают возможность герметичного перекрытия газовой магистрали. Цель изобретения - повьшение герметичности затвора. Поставленная цель достигается тем что шарнирое соединение запорной тар ли с поворотным рычагом установлено по вертикальной оси седла в промежут ке, ограниченном перпендикулярно к н проходящим через центр вращения вала и прямой, соединяющей этот центр с нижней точкой контактной поверхности седла со стороны, противоположной эт му центру, причем центр вращения вала расположен в зоне ограниченной прямой, проходящей через нижнюю кром ку контактной поверхности седла, и прямой, соединяющей центр сферы седл с нижней точкой его контактной повер ности со стороны вала, а допустимый угол поворота запорной тарели на шар нирном соединении определяется выражениемCS 1 90-2oirctgV f П , PCP-t) °° -полупериод треугольника, замыкающего точку контакта тарели на сед ле, с центром шарнирног соединения тарели с ры чагом и центром сферы контактной поверхности тарели; -радиус сферы контактно поверхности тарели; -расстояние центра сфер тарели от шарнира -минимальное расстояние от шарнира до точки контакта тарели с седл со стороны вала; 8 2jjH (3-o( углы, характеризующие положение шарнира тарели в закрытом положении затвора и точки контакта на седле относительно вала; а и Ъ - расстояние точки контакта тарели и седла соответственно до горизонтальной и вертикальной осей вала. На фиг.1 схематично изображен поворотный затвор в закрытом положении; на фиг.2 - то же, в критическом положении системы рычаг-тарель-седло, когда происходит изменение направле ния силы трения в точке контакта тарели с седлом. Поворотный затвор содержит корпус I, седло 2, запорную тарель 3, связанную с поворотным рычагом А вала 5 посредством шарнирного соединения 6. Контактные поверхности тарели и седла выполнены по круговой сфере радиусом R с центром в точке С. Расположение центра вращения Ощ тарели 3 шарнирного соединения 6 и точки контакта А на седле относительно центра сферы С контактной поверхности тарели принято соответственно сип. Центр вращения О вала 5 расположен в зоне, ограниченной прямыми 1, проведенной через нижн1ою кромку контактной поверхности седла 2, и JJ, проведенной через центр С сферической поверхности седла 2 и точку контакта А на седле со стороны вала 5. С целью более рационального использования мощности привода, центр О вращения вала 5 максимально приближен к оси седла на расстояние 1 насколько позволяют конструкции седла 2 и корпуса 1. Для обеспечения беспрепятственного выхода тарели 3 из седла 2 при открывании, с учетом монтажных и технологических отклонений размеров, центр вращения О вала расположен на прямой III, соединяющей центр сферы С седла с точкой, расположенной ниже К01нтактной поверхности седла со стороны этого центра в плоскости чертежа и образующей с ней компенсационный зазор Ф. Практически зазор может приниматься в пределах 10-20 мм в зависимости от размеров элементов затвора и допускаемых Отклонений размеров при монтаже. Центр вращения тарели (шарнирного соединения 6) относительно рычага 4расположен по вертикальной оси сед ла 2 в промежутке, ограниченном перпендикуляром IV к ней, проходящим через центр вращения О вала 5, и пря мой V, соединяющей этот центр с нижней точкой контактной поверхности седла В со стороны противопложной валу. Угол поворота тарели 3 (перекос на шарнирном соединении 6 относитель но рьгаага 4 обозначен Ч , его допус тимое значение С , угол поворота вала 5 , его значение в закрытом положении затвора Q . Закрывание затвора сопровождается процессом установки тарели 3 в седле 2 поворотом ее на шарнире 6 и скольжением контактной поверхности тарели 3 относительно точки контакта на седле 2. Монтажные и технологические отклонения размеров в закрытом положении клапана компенсируются за счет поворота тарели на шарнире. Этим обеспечивается плотное сопряжение контактных поверхностей тарели и седпа. Кинематическое взаимодействие запорной тарели 3 с седлом 2 при закрывании и открывании затвора, а также величины и направления таких кинетостаткческих параметров системы, как усилия в точке контакта тарели 3 с седлом 2 и в шарнирном соедине нии 6, в значительной степени зависят от расположения центра вращения О вала 5и шарнирного соединения 6 относитель но контактных поверхностей седла 2, а также величины допустимого конструк цией угла поворота Г тарели 3 на шарнире 6. Первоначальный контакт тарели 3, перекошенной от сил собственного веса и инерционных нагрузок, с седлом 2 происходит в точках А и В и располагается в плоскости чертежа. Наиболее жесткие условия на систему рычаг-тарель-седло накладываются для случая контакта в точке А, расположенной на нижней кромке седла со стороны вала 5, поэтому величина допустимого угла поворота тарели OTHQсительно рычага определена для этого случая контакта. В точке контакта тарели с седлом, в зависимости от величины конструктив но возможного угла поворота тарели на шарнире и расположения шарнира тарели и вола относительно контактных поверхностей, могут возникать силы трения двух взаимно противоположных направлений. Это объясняется конструктивной особенностью системы рычагтарель-седло, которая заключается в том, что после первоначального контакта перекошенной тарели с седлом, пока условная ось ОС, рычага не переulьсечет точку контакта на седле (фиг.2), уменьшение угла поворота Ф тарели ,(перекос) происходит за счет скольжения вниз ее контактной поверхности (поворот тарели по часовой стрелке на фиг.2) относительно точки контак-. та А на седле. Сила, трения при этом направлена в сторону, противоположную перемещению, и препятствует установке тарели в седле. При определенных величинах коэффициентов трения между контактными поверхностями и в шарнирном соединении может произойти заклинивание системы. Результирующая сила в точке контакта пересекает круг трения в шарнире и дальнейшее закрывание становится невозможным. После пересечения условной осью ООщ рычага 4 точки контакта на седле 2 перемещение контактирующей поверхности тарели относительно седла, а следовательно, и сектор сил трения, меняют направление. Дальнейшая установка тарели в седле происходит при благопрепятствующих условиях. Таким образом, расположение щарни ра тарели в закрытом положении ниже прямой, соединяющей центр вращения О вала с возможной точкой контакта на седле, вызывает при установке тарели в седле Независимо от величины угла ее поворота Ф препятствующие силы, способные привести систему к заклиниванию. Шарнирное соединение следует располагать вьш1е. этой прямой настолько, чтобы система позволила за счет возможного перекоса тарели на йарнире компенсировать монтажные и технологические отклонения размеров без возникновения в точке контакта препятствующих сил трения, способных вызвать заклинивание системы. Располагать шарнирное соединение вьш1е оси вала клапана нецелесообразно, так как в этом случае увеличивается угол поворота вала, достаточный для вывода тарели из зоны действия абразивного потока, а следовательно, увеличивается цикл работы устройства, его габариты и вес. Установка таршш в седле при этом приобретает, сложный характер И .сопровождается изменением места расположения точки контакта на седле. Величина допустимого угла перекоса тарели на шарнире определяется из условия, что вектор силы трения в точке контакта тарели с седлом, при закрывании клапана, принимает трубемое направление после пересечения условной осью 00.,, рычага точки контакта на седпе. Величина допустимого угла поворота тарели на шарнире существенно влияет на характер взаимодействия тарели и седла при закрывании. Даже при рациональном выборе основных конструктивных параметров клапана, но сверхдопустимых величинах угла поворота тарели vp , закрывание сопровождается возникновением в точке контакта перекошенной тарели с седлом сил трения, препятствующих процессу самоустановки тарели и способ-ных вызвать заклинивание системы. Причем силы, возникающие пр закрывании, в точке контакта и в шарнире увеличиваются с увеличением угла поворота тарели. Рациональное расположение центров вращения вала и шарнирного соединения тарели с рычагом, а также ограничение угла поворота тарели на шарнире по допустимому значению, исходя из принятых конструктивных параметров устройства, позволяет обеспечить его надежную работу в эксплуатации при минимальных нагрузках в механизме затвора. Создание конструкции уплотняющего клапана с более благоприятным распределением сил в системе рычагтарель-седло исключает возможность ее заклинивания при закрывании и способствует увеличению его надежности и долговечности. Снижение уров- 45 ня нагрузок, возникающих в зоне контакта тарели с Седлом, обеспечивает длительную эксплуатацию клапана без износа его рабочих поверхностей, что позволяет осуществить высокую герметичность клапана в течение длительного срока службы. Формула изобретения Поворотный затвор, в корпусе которого размещена запорная тарель, шарнирно соединенная с поворотным рычагом приводного вала и контактирующая 848838 со ю ни ни ры ос пе че со ко ст пр же хо но ди то со по со гд пр № № 8 сферическим седлом, отличаийся тем, что, с целью повышегерметичности, шарнирное соединезапорной тарели с поворотным агом установлено по вертикальной седла в промежутке, ограниченном пендикуляром к ней , проходящим ез центр вращения вала, и прямой, диняющей этот центр с нижней точконтактной поверхности седла со роны, противоположной этому центру чем центр вращения вала располов Зоне, ограниченной прямой, проящей через нижнюю кромку контактповерхности седла, и прямой, соеяющей центр сферы седла с нижней кой его контактной поверхности стороны вала, а допустимый угол орота запорной тарели на шарнирном единении определяется выражением 90-aarct tenHP:) 4 п{ Р(Р-Т) п еР полупериметр треугольника, замыкающего точку контакта тарели на седле с центром щарнирноГо соединения тарели с рычагом и центром сферы контактной поверхности тарели; радиус сферы контактной поверхности тарели j расстояние центра сферы тарели от шарнира; минимальное расстояние от шарнира до точки контакта тарели с седлом со стороны вала; и с о1гоГ З углы, характеризующие положение щарнира тарели в закрытом положении затвора и точки контакта на седле относительноа и Ъ - расстояние точки контакта тарели и седла соответственно до Горизонтальной и вертикальной осей вала. Источники информации, инятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 522235, кл. С 21 В 7/18, 1975. 2.Авторское свидетельство СССР 136397, кл. С 21 В 7/18, 1960.