Клапан-заслонка

 

Изобретение относится к арматуростроению, в частности к уплотнительной технике, предназначено для герметичного разделения полостей повышенного и пониженного давления в пневмогидравлических системах, работающих в широком температурном диапазоне. Клапан-заслонка содержит корпус с полимерным уплотнителем. Корпус разделен на полости повышенного и пониженного давления диском запорного органа. Запорный орган связан с приводом. Корпус выполнен в виде двух полукорпусов с размещенным между ними уплотнителем. Уплотнитель выполнен в виде спирального кольца с внутренней сферической поверхностью. Указанная сферическая поверхность уплотнителя взаимодействует с наружной сферической поверхностью диска запорного органа и поджата к одному из полукорпусов в осевом направлении эластичным герметизирующим кольцом. Относительно второго полукорпуса спиральное кольцо установлено с зазором. Ось вращения диска смещена относительно спирального кольца на расстояние, при котором тангенс угла наклона образующей дуги окружности касания диска и спирального кольца больше или, по крайней мере, равен коэффициенту трения материала спирального кольца по материалу диска запорного органа. Изобретение позволяет упростить конструкцию, повысить надежность и расширить функциональные возможности клапана с полимерным уплотнителем. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области уплотнительной техники и может найти применение в газовой, нефтяной, химической и других отраслях промышленности.

В агрегатах пневмо- и гидросистем широкое применение находят полимерные уплотнения, обеспечивающие достаточную надежность и эффективность работы запорных устройств. Однако из-за высокого коэффициента трения полимерных материалов по металлу, большого различия коэффициентов температурного расширения полимерных материалов и металла при изменении температурного режима работы часто происходит или нарушение герметичности уплотнения, или недопустимое повышение сопротивления вращению поворотного исполнительного органа относительно уплотнителя, что приводит к отказам.

Известно устройство с дисковым поворотным запорным органом, содержащее корпус, разделенный на полости повышенного и пониженного давления с размещенной по его периферийной поверхности эластичной манжетой, где уплотнение происходит за счет прижатия манжеты к уплотняемой поверхности корпуса при воздействии на манжету перепада давления между полостями повышенного и пониженного давления (авторское свидетельство N 1024632, F 16 K 1/22, 1982).

Известно запорное устройство с установленным в корпусе полым поворотным сферическим запорным органом и уплотнительным элементом в виде Y-образного эластичного кольца с упругими стенками, соединенными мембраной, где уплотнение происходит за счет деформации эластичного кольца при воздействии перепада рабочего и атмосферного давления на мембрану (авторское свидетельство N 655863, М.кл. F 16 K 5/20, 1977 - прототип).

Основными недостатками известного устройства является сложность конструкции и недостаточная надежность из-за наличия системы сообщения полостей с различными уровнями давления между собой и с атмосферой, а также системы управления давлением в уплотнительном элементе, обеспечивающей снижение момента трения в контактной паре при повороте запорного органа.

Задачей изобретения является устранение вышеперечисленных недостатков, а также повышение работоспособности уплотнения за счет упрощения конструкции, исключения дополнительной системы управления давлением в уплотнительном элементе, уменьшения момента трения в паре уплотнитель - поворотный запорный орган (заслонка).

Поставленная задача достигается за счет того, что клапан-заслонка, содержащий корпус с полимерным уплотнителем, разделенный на полости повышенного и пониженного давления диском запорного органа, связанным с приводом, согласно изобретению выполнен в виде двух полукорпусов с размещенным между ними уплотнителем в виде спирального кольца с внутренней сферической поверхностью, взаимодействующего с наружной сферической поверхностью диска запорного органа и поджатого к одному из полукорпусов в осевом направлении эластичным герметизирующим кольцом, а относительно второго полукорпуса спиральное кольцо установлено с зазором, при этом ось вращения диска смещена относительно спирального кольца на расстояние, при котором тангенс угла наклона образующей дуги окружности касания диска запорного органа и спирального кольца больше или, по крайней мере, равен коэффициенту трения материала спирального кольца по материалу диска запорного органа.

Для сохранения непрерывного контакта спирального кольца по поверхностям взаимодействия с полукорпусом и поворотным диском при возможном осевом перемещении спирального кольца, связанным с изменением температуры конструкции, рабочей и окружающей среды, наружные поверхности взаимодействия полукорпуса и спирального кольца выполнены коническими.

Для создания дополнительного усилия поджатия спирального кольца в осевом направлении полость с размещенным в ней эластичным герметизирующим кольцом соединена дополнительными каналами с полостью повышенного давления.

На фиг. 1 изображен клапан-заслонка; на фиг. 2 - уплотнительный элемент, где 1 - полукорпус входа, 2 - полукорпус выхода, 3 - спиральное кольцо, 4 - эластичное герметизирующее кольцо, 5 - диск запорного органа, 6 - полость повышенного давления, 7 - полость пониженного давления, 8 - конические поверхности взаимодействия спирального кольца и полукорпуса 2, 9 - сферические поверхности взаимодействия спирального кольца и диска,
10 - дополнительные каналы в полукорпусе 1,
δ- осевой зазор спирального кольца с полукорпусом,
α- угол наклона образующей дуги окружности касания диска и спирального кольца.

В клапане между полукорпусами 1 и 2 установлено спиральное кольцо 3, поджатое в осевом направлении к полукорпусу 2 эластичным герметизирующим кольцом 4 и имеющее с полукорпусом 1 в осевом направлении зазор δ. Параллельность торцев спирального кольца 3 обеспечена подрезкой их перед сборкой клапана-заслонки.

В полукорпусе 2 со смещением относительно спирального кольца 3 установлен диск запорного органа 5 со сферической поверхностью, взаимодействующей со сферической поверхностью спирального кольца 3, и разделяющий клапан на полости повышенного 6 и пониженного 7 давления. Образующая дуги окружности касания диска запорного органа 5 со спиральным кольцом 3 наклонена к продольной оси клапана в направлении полости 6 под углом α, причем тангенс α больше или, по крайней мере, равен коэффициенту трения материала спирального кольца 3 по материалу диска запорного органа 5.

При сборке клапана-заслонки спиральное кольцо 3 устанавливается в посадочное гнездо между полукорпусами 1 и 2 с минимальным натягом по наружным коническим 8 и внутренним сферическим 9 поверхностям контакта с полукорпусом 1 и диском запорного органа 5. Эластичное герметизирующее кольцо 4 предварительно поджимает спиральное кольцо 3 в осевом направлении, при этом выбираются зазоры между витками спирального кольца 3. Под действием рабочего давления, поступающего через зазор δ и каналы 10, эластичным герметизирующим кольцом 4 создается дополнительное поджимающее усилие на спиральное кольцо 3. Таким образом осуществляется непрерывный контакт по всем уплотняемым поверхностям, и диск запорного органа 5 (заслонка) герметично разделяет полости повышенного 6 и пониженного 7 давления.

При работе клапана-заслонки при отрицательной температуре вследствие температурной усадки спиральное кольцо "скручивается", уменьшаясь в осевом и диаметральном направлении, образуя зазор между поверхностями 8 и относительно торца полукорпуса 2 за счет разницы коэффициентов температурного расширения материала спирального кольца и материала полукорпусов и диска. Эластичное кольцо 4 за счет упругих сил и давления рабочей среды сжимает спиральное кольцо и устраняет зазоры в осевом направлении, "раскручивает" спиральное кольцо, стремясь поднять каждый элемент спирали на больший диаметр диска, и устраняет зазор между поверхностями 8. Таким образом, контакт по уплотняемым поверхностям не нарушается и заслонка герметично разделяет полости повышенного и пониженного давления.

При повышенной температуре вследствие температурного расширения спиральное кольцо раскручивается, увеличиваясь в осевом и радиальном направлении, уменьшая зазор δ и сжимая эластичное уплотнительное кольцо. Для исключения "расклинивания" диска спиральным кольцом в радиальном направлении тангенс угла наклона образующей дуги окружности касания диска и спирального кольца задан не менее коэффициента трения материалов спирального кольца и диска, что при повышении температуры обеспечивает перемещение каждого витка спирального кольца на меньший диаметр диска. Таким образом, контакт по уплотнительным поверхностям не нарушается и заслонка герметично разделяет полости повышенного и пониженного давления. Контактное усилие прижатия спирального кольца к диску увеличится незначительно по сравнению с конструктивно заданным при сборке клапана-заслонки усилием прижатия при нормальной температуре.

Эффект "раскручивания" и "скручивания" спирального кольца и перемещения зоны контакта по сферической поверхности диска в зависимости от температуры позволяет получать стабильную и более низкую по сравнению с любой формы кольцевым неразрезным уплотнителем величину момента сопротивления в контактной паре при повороте дискового запорного органа за счет исключения воздействия на заслонку сжимающей силы от внутренних напряжений в уплотнителе, возникающих в любом материале при изменении температуры.

Таким образом, предлагаемый клапан-заслонка позволит упростить конструкцию, повысить ее надежность и расширить функциональные возможности устройств с полимерными уплотнителями, особенно в крупногабаритных агрегатах, где на функционирование агрегата оказывают значительное влияние температурные деформации элементов конструкции.

Данное изобретение может быть использовано в агрегатах систем подачи газов или жидкостей, работающих в широком температурном диапазоне.

Формула изобретения

1. Клапан-заслонка, содержащий корпус с полимерным уплотнителем, разделенный на полости повышенного и пониженного давления диском запорного органа, связанным с приводом, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде двух полукорпусов с размещенным между ними уплотнителем, выполненным в виде спирального кольца с внутренней сферической поверхностью, взаимодействующего с наружной сферической поверхностью диска запорного органа и поджатого к одному из полукорпусов в осевом направлении эластичным герметизирующим кольцом, а относительно второго полукорпуса спиральное кольцо установлено с зазором, при этом ось вращения диска смещена относительно спирального кольца на расстояние, при котором тангенс угла наклона образующей дуги окружности касания диска и спирального кольца больше или, по крайней мере, равен коэффициенту трения материала спирального кольца по материалу диска запорного органа.

2. Клапан-заслонка по п.1, отличающийся тем, что наружная поверхность взаимодействия спирального кольца с полукорпусом выполнена конической.

3. Клапан-заслонка по п.1, отличающийся тем, что полость с размещенным в ней эластичным герметизирующим кольцом соединена дополнительными каналами с полостью повышенного давления.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2