Способ уплотнения конического запорного органа и устройство для его осуществления

 

Использование: в пневмосистемах с высокими требованиями к герметичности. Сущность изобретения: величину давления рабочей среды в полости упругого кольцеобразного уплотнения при открывании запорного органа поддерживают равной давлению открытия. При закрытии давление снижают до величины, соответствующей давлению рабочей среды за запорным органом. Канал в запорном органе выполнен сквозным. В канале установлены два подпружиненных между собой перепускных клапана. В корпусе установлены упоры с возможностью регулировки их длины и с возможностью взаимодействия с перепускными клапанами на входе и выходе соответственно. Орган подпружен пружиной в сторону седла. Усилие пружины между перепускными клапанами больше усилия от давления на клапаны в момент открытия органа. 2 с. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к агрегатостроению и может быть использовано в пневмосистемах с высокими требованиями к герметичности, быстродействию и экономичности в авиастроении, химической промышленности и других отраслях народного хозяйства.

Известен способ уплотнения конического запорного органа, при котором запорный орган с эластичным уплотняющим элементом на его поверхности нагружают пружинным задатчиком нагрузки и управляющим пневмодавлением [1] Известен клапан, реализующий способ, содержащий корпус, конический запорный орган с эластичным уплотняющим элементом на поверхности, контактирующей с седлом корпуса, запорный орган поджат к седлу пружинным задатчиком давления, а внутренняя полость запорного органа связана с источником сжатого газа [1] Недостаток способа и устройства в том, что им присущ существенный гистерезис. Медленный набор газодинамической нагрузки в момент открытия запорного органа затягивает время срабатывания устройства и затрудняет обеспечение требований технических заданий к быстродействию агрегатов автоматики. Увеличение времени перекладки запорного органа при закрытии приводит к росту непроизводительных потерь рабочей среды через запорный орган и ухудшает энергетику системы. Кроме того, при входном давлении рабочей среды, близком к давлению открытия запорного органа, происходит значительное снижение герметизирующего усилия в зоне контакта запорного органа с седлом, создаваемого пружинным задатчиком давления, что резко ухудшает герметизирующие способности уплотнения.

Известен способ уплотнения конического запорного органа, включающий пода-чу в полость упругого кольцеобразного уплотнения запорного органа давления рабочей среды на входе [2] Известно устройство для уплотнения конического запорного органа, содержащее корпус, сцентрированное относительно корпуса седло и конический запорный орган с упругим кольцеобразным уплотнением, внутренняя полость которого через канал в запорном органе связана с источником давления [2] Недостатком способа и устройства в том, что они не обеспечивают регулирования результирующей нагрузки на уплотнение для достижения заданного закона движения конического запорного органа, например, предохранительного клапана. Отсутствие коррекции поджатия упругого кольцеобразного уплотнения к седлу не обеспечивает стабильности уровня протечки среды через уплотнение (степень герметичности), снижает быстродействие и время срабатывания.

В основу изобретения положена задача создания способа уплотнения конического запорного органа и устройства для его реализации, которые бы позволили осуществить регулировку степени поджатия уплотнения при перемещении конического запорного органа относительно седла, что позволило бы повысить быстродействие, герметичность и регулировать время срабатывания устройств с таким запорным органом, например, предохранительных клапанов.

Поставленная задача решается тем, что в способе, включающем подачу в полость упругого кольцеобразного уплотнения запорного органа давления рабочей среды на входе, новым является то, что величину давления в полости упругого кольцеобразного уплотнения при открывании запорного органа поддерживают равной давлению открытия, а при закрытии снижают до величины, соответствующей давлению рабочего газа за запорным органом.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве, включающем корпус, сцентрированное относительно корпуса седло и конический запорный орган с упругим кольцеобразным уплотнением, внутренняя полость которого через канал в запорном органе связана с источником давления, новым является то, что канал в запорном органе выполнен сквозным, в канале установлены два подпружиненных между собой перепускных клапана, а в корпусе установлены упоры с возможностью регулировки их длины и взаимодействия с перепускными клапанами на входе и выходе соответственно, при этом конический запорный орган нагружен пружиной в сторону седла, а усилие пружины перепускными клапанами больше усилия от давления на перепускные клапаны в момент открытия конического запорного органа.

На чертеже представлено устройство, общий вид.

Устройство содержит корпус 1 с седлом 2, к которому поджат конический запорный орган 3 при помощи пружины 4. На коническом запорном органе при помощи элементов 5, 6 жестко закреплено упругое кольцеобразное уплотнение 7. Уплотнение 7 образует с расточкой в теле запорного органа камеру 8, которая каналами 9 сообщена с осевым сквозным каналом 10 в запорном органе. С противоположных сторон канала 10 установлены перепускные клапаны 11, 12, поджатые к соответствующим седлам 13 и 14 при помощи размещенной между ними пружины 15. Развиваемое ею усилие превышает усилие на перепускные клапаны 11, 12 от воздействия входного давления среды в момент открытия запорного органа. На центрирующих поверхностях перепускных клапанов выполнены соответственно пазы 16 и 17 для прохода рабочей среды. Перепускной клапан 11 введен в контакт с резьбовым отжимным упором 18, что обеспечивает отжатие клапана от седла 14. В гайке 19 корпуса, служащей для регулирования усилия затяжки пружины 4 и имеющей отверстия 20 для прохода рабочей среды, размещен резьбовой отжимной упор 21 на расстоянии от перепускного клапана 12, соответствующем рабочему ходу запорного органа 3 при открытии. Стопорение упоров 18, 21 в требуемом положении осуществляется при помощи контргаек 22. В корпусе выполнено отверстие 23, сообщающее вход устройства с клапанной парой 14, 11.

Способ уплотнения конического запорного органа осуществляется следующим образом.

При подаче на вход устройства давления рабочей среды оно воздействует на конический запорный орган 3, открытию которого препятствует противодействующее усилие пружины 4. При этом рабочая среда через отверстие 23, седло 14, пазы 17 перепускного клапана 11 поступает в канал 10, а затем через пазы 16 перепускного клапана 12 и каналы 9 в замкнутую герметичную камеру 8. Это обеспечивает создание дополнительного герметизирующего усилия на упругое кольцеобразное уплотнение 7 с ростом давления рабочей среды на входе в устройство. Таким образом, с одной стороны рост давления рабочей среды на входе снижает усилие в контакте уплотнения 7 с седлом 2, создаваемое пружиной 4, а с другой стороны одновременно увеличивает усилие в контакте уплотнение 7 седло 2 за счет роста пневматического усилия при повышении давления в камере 8. Очевидно, что повышение герметизирующего усилия и, следовательно, степени герметичности уплотнения запорного органа при повышении давления рабочей среды на входе происходит до момента, когда давление среды на входе достигнет величины давления открытия запорного органа. По достижении давлением рабочей среды на входе величины давления открытия запорный орган 3, преодолевая усилие пружины 4, отходит от седла 2 и начинает движение вверх. При этом в камере 8 устанавливается давление, соответствующее давлению открытия рабочего органа. В момент отхода запорного органа 3 от седла 2 исчезает контакт между перепускным клапаном 11 и упором 18 и клапан 11 под действием находящегося в камере 8 и канале 10 давления и пружины 15 садится на седло 14. В результате в камере 8 создается и поддерживается на всем ходе запорного органа (до подхода перепускного клапана 12 к отжимному упору 21) давление вреды, при котором происходит открытие запорного органа. При отходе запорного органа 3 от седла 2 упругое кольцеобразное уплотнение 7 под действием давления рабочей среды в камере 8 увеличивает поперечную площадь запорного органа (эффект надувного шара), что приводит к увеличению усилия на подъем запорного органа от воздействия входного давления. В результате запорный орган совершает ход на открытие за более короткий промежуток времени, т.е. резко повышается его быстродействие. В конце хода запорного органа на открытие перепускной клапан 12 вступает в контакт с отжимным упором 21. Это приводит к отжатию клапана 12 от cедла 13, вcледcтвие чего проиcходит cообщение камеры 8 с выходом устройства. В результате уплотнение 7 под действием более высокого (по сравнению с давлением среды на выходе устройства) давления среды перед запорным органом сжимается, уменьшая тем самым площадь поперечного сечения запорного органа.

После сброса избыточного давления на входе устройства и снижения его до расчетного значения запорный орган 3 под действием пружины 4 начинает движение к седлу 2, т.е. осуществляется процесс закрытия запорного органа. Закрытие запорного органа осуществляется при давлении в камере 8, соответствующем величине давления среды за запорным органом, и площади поперечного сечения, уменьшенной по сравнению с ее значением на фазе открытия. Уменьшение площади поперечного сечения запорного органа на фазе его закрытия приводит соответственно к уменьшению усилия от воздействия входного давления среды на запорный орган, вследствие чего пружина 4 посадит его на седло 2 за более короткое время. Этим повышается быстродействие запорного органа при закрытии и снижаются непроизводительные потери рабочей среды при закрытии, связанные с гистерезисом. В момент движения запорного органа 3 к седлу 2 толкатель 21 выходит из контакта с клапаном 12, и он под действием пружины 15 садится на седло 13. В момент движения запорного органа 3 к седлу 2 в контакт с отжимным упором 18 вступает перепускной клапан 11, который при этом отходит от седла 14 и сообщает камеру 8 со входом устройства. Указанное состояние устройства соответствует его исходному положению.

Формула изобретения

1. Способ уплотнения конического запорного органа, включающий подачу в полость упругого кольцеобразного уплотнения запорного органа давления рабочей среды на входе, отличающийся тем, что величину давления в полости упругого кольцеобразного уплотнения при открывании запорного органа поддерживают равной давлению открытия, а при закрытии снижают до величины, соответствующей давлению рабочей среды за запорным органом.

2. Устройство для уплотнения конического запорного органа, содержащее корпус, сцентрированное относительно корпуса седло и конический запорный орган с упругим кольцеобразным уплотнением, внутренняя полость которого через канал в запорном органе связана с источником давления, отличающееся тем, что канал в запорном органе выполнен сквозным, в канале установлены два подпружиненных между собой перепускных клапана, а в корпусе установлены упоры с возможностью регулировки их длины и взаимодействия с перепускными клапанами на входе и выходе соответственно, при этом конический запорный орган подпружинен пружиной в сторону седла, а усилие пружины между перепускными клапанами больше усилия от давления на перепускные клапаны в момент открытия конического запорного органа.

РИСУНКИ

Рисунок 1