Дисковый поворотный затвор

 

Изобретение относится к запорно-регулировочной арматуре трубопроводов и может быть использовано в горно-обогатительной, химической, энергетической, нефтяной и других отраслях промышленности. Дисковый поворотный затвор состоит из металлического корпуса, установленного в корпусе на поворотном валу запорного органа в виде металлического диска, гуммированного по всей поверхности, включая периметр, резиной с модулем упругости E_∂. В корпусе размещено седло, выполненное из резины с модулем упругости Е_c. Модуль упругости диска больше модуля упругости седла. Седло установлено в корпусе с образованием кольцевой полости между корпусом и седлом. Кольцевая полость образована выполненной на внутренней поверхности корпуса канавкой, имеющей в поперечном сечении форму сегмента с длиной хорды С больше или равной ширине корпуса затвора В, ≤В, радиусом сегмента R_с, равным R_c= (D_у+2δ)/[2cos(α/2)], и центральным углом α, равным α = 2•arctg[C/(D_у+2δ)], где В - ширина корпуса затвора, С - длина хорды, D_y - диаметр условного прохода затвора, δ - толщина стенки резинового седла, α - центральный угол сегмента, R_c - радиус сегмента, позволит оптимизировать параметры канавки и кольцевой полости. В корпусе выполнено сквозное отверстие для сообщения кольцевой полости с внешней средой. Изобретение позволяет повысить надежность и долговечность дисковых поворотных затворов, а также расширить области их применения. 3 ил.

Предлагаемое техническое решение относится к запорно-регулировочной арматуре трубопроводов и может быть использовано в горно-обогатительной, химической, энергетической, нефтяной и других отраслях промышленности.

Известен дисковый поворотный затвор, включающий корпус с футеровочным слоем из эластичного материала, на котором выполнено кольцевое седло, а также установленный в корпусе на поворотном валу запорный орган в виде диска, футерованного эластичным материалом и снабженного по периметру металлическим уплотнительным кольцом [А.с. 170738 (СССР), кл. F 16 К 1/226].

Недостатком известной конструкции является то, что при транспортировании по трубам высокоабразивной пульпы выступ кольцевого седла и металлическое уплотнительное кольцо подвергаются интенсивному абразивному изнашиванию, что нарушает герметичность уплотнения. Известно, что футерование рабочих органов машин эластичным материалом производится прежде всего с целью повышения из износостойкости. В предлагаемой конструкции затвора не защищенной от износа оказывается наиболее ответственная часть диска - его периметр. Практикой также установлено, что в результате уменьшения живого сечения трубопровода в зоне кольцевого седла происходит нарушение сплошности течения пульпы, что, в свою очередь, приводит к интенсивному износу выступов этого элемента. Низкая эффективность предлагаемого затвора также обусловлена необходимостью приложения к поворотному валу значительного крутящего момента при перекрытии пульпопровода из-за плотного прилегания седла к внутренней поверхности корпуса.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является уплотнительная дроссельная заслонка, в корпусе которой установлены резиновое седло и запорный орган в виде диска, жестко соединенного с поворотным валом, при этом между корпусом и резиновым седлом образована кольцевая полость, сообщающаяся с входным патрубком с помощью канала в резиновом седле [А.с. 376620 (СССР), кл. F 16 К 3/02: F 16 К 1/226].

В предлагаемом изобретении отсутствует кольцевой выступ на резиновом седле и за счет кольцевой полости повышается податливость запорной системы: диск - седло, что позволяет существенно снизить крутящий момент при перекрытии затвора. К недостаткам предлагаемого затвора относится низкая надежность при эксплуатации на трубопроводах, транспортирующих пульпы. В этом случае кольцевая полость и канал в седле быстро "запесочатся", т.е. окажутся забитыми твердыми частицами, и предлагаемая конструкция потеряет свои преимущества. Если "запесочится" только канал, то при перекрытии затвора под действием внутреннего давления жидкости произойдет неконтролируемая деформация материала седла в кольцевую полость и возможна разгерметизация стыка. Кроме того, цилиндрическая форма внутренней поверхности седла создает неоптимальные условия взаимодействия с внешним контуром запорного органа (диска), который при повороте описывает в пространстве фигуру в форме сферы. В результате этого воздействия в зоне контакта диск - седло развиваются высокая сила трения и сложный комплекс напряжений, приводящих к преждевременному разрушению рабочих элементов.

Целью настоящего изобретения является повышение надежности и долговечности дисковых поворотных затворов, а также расширение области их применения.

Для достижения поставленной цели в конструкции дискового поворотного затвора, содержащего установленный в корпусе на поворотном валу запорный орган в виде диска, седло, выполненное из резины с модулем упругости Е_с и установленное в корпусе с образованием кольцевой полости между корпусом и седлом, этот диск выполнен металлическим и гуммирован резиной с модулем упругости E_∂ по всей поверхности, включая периметр, при этом модуль упругости E_∂>E_c, а кольцевая полость образована выполненной на внутренней поверхности корпуса канавкой, имеющей в поперечном сечении форму сегмента с хордой C≤B, (1) центральным углом α = 2•arctg[C/(D_у+2δ)] (2) и радиусом R_c= (D_у+2δ)/[2cos(α/2)], (3) где С - длина хорды канавки, D_y - диаметр условного прохода затвора, В - ширина корпуса затвора, δ - толщина стенки резинового седла, при этом в корпусе выполнено сквозное отверстие для сообщения кольцевой полости с внешней средой.

Анализ признаков, отличающих заявляемое техническое решение от существующих признаков известных технических решений (патент Великобритании 1301311, кл. F 16 К 1/226, МКИ F 2 V, 1972 г.; патент ФРГ 2907294, кл. F 16 К 1/226, 1980 г.; патент США 2939674, кл. F 16 К 1/22, НКИ 251-173, 1960 г.; заявка Японии 58-25911, кл. F 16 К 1/226, 1983 г.), сходства не обнаружил и позволяет сделать вывод, что заявляемое техническое решение обладает существенными отличиями.

Гуммирование диска резиной по всей поверхности, включая периметр, позволит надежно защитить его от износа, а применение более высокомодульной резины (E_∂>E_c) позволит обеспечить оптимальное деформирование мягкого материала седла более жестким индентором (внешним контуром диска) и создание требуемого прожима Δ. Образование кольцевой полости между корпусом и седлом при помощи канавки, выполненной на внутренней поверхности корпуса и имеющей в поперечном сечении форму сегмента с геометрическими параметрами, определяемыми выражениями (1), (2) и (3), позволит обеспечить нормальные условия взаимодействия диска и седла и снизить напряжения в зоне контакта. Отсутствие сквозного канала в резиновом седле позволит избежать "запесочивания" кольцевой полости и применять предлагаемый затвор при транспортировании пульпы. Таким образом, в совокупности с известными новые признаки придают заявляемому объекту новый, не суммарный положительный эффект, т.е. позволяют повысить его надежность и долговечность, а также расширить область применения.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид дискового поворотного затвора, на фиг.2 -его сечение по А-А в ненагруженном состоянии, а на фиг.3 - его сечение по А-А в нагруженном состоянии.

Дисковый поворотный затвор состоит из металлического корпуса 1, снабженного нижним 2 и верхним 3 опорными узлами. В опорных узлах на поворотном валу 4 установлен запорный орган 5, выполненный в виде металлического диска 6, гуммированного по всей поверхности, включая периметр 7, резиной с модулем упругости E_∂. В корпусе также размещено резиновое седло 8, выполненное из резины с модулем упругости Е_с.

На внутренней поверхности корпуса выполнена канавка 9, имеющая в поперечном сечении форму сегмента и образующая между корпусом 1 и седлом 8 кольцевую полость 10, которая сообщается с внешней средой при помощи сквозного отверстия 11.

При подаче внутрь затвора жидкой среды с давлением р происходит вытеснение воздуха из кольцевой полости 10 через сквозное отверстие 11, вследствие чего седло принимает форму, показанную на фиг.3. В этом случае при перекрытии затвора все точки внешнего контура диска описывают в пространстве кривые, эквидистантные внутреннему контуру седла, что обеспечивает одинаковый прожим Δ в любой точке контакта, независимо от положения запорного органа. Это позволяет эффективно контролировать и при необходимости регулировать величину деформации поверхности седла и задавать оптимальные значения возникающим при этом напряжениям.

В предлагаемом затворе за счет прожима Δ и давления жидкости обеспечивается плотное прилегание внешней поверхности седла к внутренней поверхности корпуса (фиг.3). При этом между упомянутыми поверхностями развивается сухое трение, препятствующее возникновению значительных деформаций сдвига в материале седла при перемещении диска. Этому также способствует снижение силы трения между диском и седлом за счет смазочного действия жидкости. Снижение силы трения в этой зоне также достигается за счет гуммирования диска более высокомодульным материалом чем материал седла (E_∂>E_c). В этом случае повышается изгибная жесткость периметра диска и в процессе его внедрения в материал седла уменьшается площадь фактического контакта, что, как известно, приводит к снижению коэффициента трения. Кроме того, согласно теории Герца само по себе это внедрение возможно только при выполнении условия E_∂>E_c, т.е. при сочетании высокомодульного и низкомодульного одноименного материала (в данном случае резины).

Для обеспечения надежного перекрытия затвора ширина канавки на внутренней поверхности корпуса на должна превышать его ширину (фиг.2):
C≤B, (4)
где В - ширина корпуса затвора,
С - длина хорды канавки.

При этом ширина корпуса затвора зависит от размеров опорных узлов 2 и 3 и может быть определена с учетом их конструктивных особенностей.

С учетом неравенства (4) параметры канавки 9 могут быть определены при помощи расчетной схемы, показанной на фиг 2. Согласно этой схеме центральный угол сегмента

и радиус

где D_y - диаметр условного прохода затвора,
δ - толщина стенки резинового седла.

При помощи расчетной схемы, показанной на фиг.3, можно определить диаметр запорного органа 5:

где Δ - прожим.

Величина прожима принимается из конструктивных соображений.

Таким образом, используя выражения (4-7), можно определить оптимальные размеры кольцевой полости и запорного органа.

Гуммирование диска по всей поверхности, включая периметр, позволит надежно защитить его от износа и тем самым повысить долговечность затвора.

Этому также способствует полная защита всех металлических частей дискового затвора от воздействия гидроабразивной пульпы. При этом значительно расширяется область применения поворотных затворов.

Формула изобретения

Дисковый поворотный затвор, содержащий корпус, установленный в корпусе на поворотном валу запорный орган в виде диска, седло, выполненное из резины с модулем упругости Е_с и установленное в корпусе с образованием кольцевой полости между корпусом и седлом, отличающийся тем, что диск выполнен металлическим и гуммирован резиной с модулем упругости E_∂ по всей поверхности, включая периметр, при этом модуль упругости E_∂>E_c, а кольцевая полость образована выполненной на внутренней поверхности корпуса канавкой, имеющей в поперечном сечении форму сегмента с хордой
С ≤ В
радиусом

и центральным углом

где С - длина хорды;
D_у - диаметр условного прохода затвора;
В - ширина корпуса затвора;
δ - толщина стенки резинового седла, при этом в корпусе выполнено сквозное отверстие для сообщения кольцевой полости с внешней средой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3