Шиберная задвижка поворотного типа

Изобретение относится к области трубопроводной арматуры и предназначено для перекрытия и регулирования расхода потоков жидких и газообразных сред, в том числе абразивных, агрессивных и взрывоопасных в газовой, нефтяной, химической, энергетической, угольной, нефтехимической, нефтеперерабатывающей и металлургической промышленности. Шиберная задвижка поворотного типа содержит разъемный корпус и запорный орган в виде трех соосных металлических дисков. Эти диски контактируют друг с другом прецизионными торцевыми поверхностями, снабжены проходными отверстиями и защитными керамическими торцевыми кольцами. Крайние диски неподвижны. Центральный диск тангенциально подвижен от привода. Проходные отверстия образуют в открытом положении задвижки сплошные проходные каналы с равномерным угловым смещением друг относительно друга в поперечном сечении задвижки. Внутренняя поверхность проходных отверстий в дисках защищена керамическими втулками. Защитные торцевые керамические кольца смещены по отношению к проходным отверстиям на центральный угол, равный рабочему углу поворота подвижного диска. Изобретение направлено на повышение эксплуатационной стойкости шиберной задвижки поворотного типа при сохранении умеренной трудоемкости изготовления и низкой стоимости задвижки. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области трубопроводной арматуры, предназначено для перекрытия и регулирования расхода потоков жидких и газообразных сред, в том числе абразивных, агрессивных и взрывоопасных, и может быть использовано в газовой, нефтяной, химической, энергетической, угольной, нефтехимической, нефтеперерабатывающей и металлургической промышленности.

Известна износостойкая задвижка с поворотным запорным узлом, содержащая сборный корпус из двух крышек, соединенных крепежными элементами, в полости которых установлены три запорных диска из керамического материала, контактирующие между собой торцевыми прецизионными поверхностями (патент RU 2135867, МПК7 F 16 K 3/08, опубл. 27.08.99). Крайние запорные диски установлены в корпусе неподвижно, а средний - с возможностью тангенциального поворота. Подвижный и неподвижные запорные диски имеют проходные окна, расположенные равномерно по окружности. Окна неподвижных дисков расположены друг против друга. Привод подвижного диска выполнен в виде червяка и зацепленного с ним червячного венца, надетого на периферийную поверхность подвижного диска. Ось вращения червяка расположена поперек оси поворота подвижного диска. В открытом положении шиберной задвижки окна в подвижном диске расположены напротив окон в неподвижных дисках и проходные каналы в затворе открыты. При закрытии задвижки подвижный диск тангенциально смещается и проходы в затворе задвижки перекрываются.

Недостатками аналога являются дороговизна керамических дисков при их низкой эксплуатационной стойкости к напряженному состоянию; усилия изгиба и сдвига, передаваемые на керамические диски в процессе эксплуатации, приводят к их скалыванию.

Задача повышения надежности работы износостойкой шиберной задвижки решена в задвижке с поворотным запорным узлом, защищенной патентом RU 2189513, МПК7 F 16 K 3/08, опубликованным 20.09.2002. Эта задвижка также содержит сборный корпус из двух, соединенных крепежными элементами, крышек. В корпусе установлены два неподвижных диска и расположенный между ними керамический поворотный диск. Запорные диски контактируют между собой торцевыми прецизионными поверхностями и снабжены проходными окнами. Поворотный диск выполнен керамическим, а неподвижные диски - металлическими с наделками из керамического материала в зоне контакта с подвижным диском. При открытии-закрытии шиберной задвижки динамические нагрузки передаются наделкам из керамического материала, которые опираются на массивную металлическую основу неподвижных дисков. Эта металлическая масса, как подушка, способствует рассеиванию и гашению динамических нагрузок на диски.

Недостатком аналога является то, что значительная поверхность проходных каналов в неподвижных дисках шиберной задвижки не защищена от эрозионного износа.

Прототипом заявляемого изобретения является износостойкая поворотная задвижка, описанная в RU 2206006 МПК7 F 16 K 3/08, опубликованной 10.06.2003.

Задвижка-прототип содержит корпус с проходным отверстием, входным и выходным патрубками, установленными в корпусе металлическими неподвижными дисками и расположенным между ними металлическим подвижным диском. В дисках выполнены одинаковые круглые, равномерно распределенные по окружности проходные отверстия и запорные части. Проходные отверстия дисков на входе оснащены концентрично расположенными керамическими кольцами, при этом запорные части подвижного диска оснащены идентичными керамическими кольцами.

Недостатком прототипа является то, что сквозные отверстия в подвижном и неподвижных дисках защищены от эрозионного износа только на части поверхности - в местах установки керамических колец, при этом основной металл дисков в проточной части задвижки подвергается эрозионному износу.

Другим недостатком поворотной задвижки является высокий коэффициент гидравлического сопротивления проточной части.

Изобретение решает задачу повышения эксплуатационной стойкости шиберной задвижки поворотного типа для абразивных, агрессивных и взрывоопасных сред при сохранении умеренной трудоемкости изготовления и низкой стоимости задвижки.

Технический результат достигается в шиберной задвижке поворотного типа, содержащей разъемный корпус и запорный орган в виде трех соосных металлических дисков. Диски контактируют друг с другом прецизионными торцевыми поверхностями, снабжены проходными отверстиями и защитными керамическими торцевыми кольцами. Крайние диски неподвижны, а центральный - тангенциально подвижен от привода. Проходные отверстия в дисках образуют в открытом положении задвижки сплошные проходные каналы с равномерным угловым смещением друг относительно друга в поперечном сечении задвижки. Внутренняя поверхность проходных отверстий дисков защищена керамическими втулками. Защитные торцевые керамические кольца смещены по отношению к проходным отверстиям на угол, равный рабочему углу поворота подвижного диска.

Цилиндрические поверхности контакта основного металла дисков с керамическими втулками защищены торцевыми буртами, выполненными на защитных керамических втулках со стороны подвижного диска.

Внутренний диаметр защитных керамических колец равен внутреннему диаметру защитных керамических втулок.

Наружный диаметр защитных керамических колец равен наружному диаметру буртов защитных керамических втулок.

Обращенная к потоку среды поверхность неподвижного диска выполнена обтекаемой и снабжена центральным обтекателем, формирующим внутреннюю поверхность проходных отверстий в диске на входе либо на выходе.

Известна поворотная шиберная задвижка, защищенная патентом GB 1083846. Для предотвращения поперечных протечек в шиберном затворе проходное отверстие и запорная часть шибера снабжены съемными уплотнительными узлами, каждый из которых содержит эластичное кольцо и металлические втулки с буртами для крепления резинового кольца на шибере с помощью резьбовых крепежных деталей. В проходном отверстии корпуса шиберной задвижки установлены седла для уплотнений шибера в виде втулок с буртами.

Однако известные втулки не выполняют защитной функции по отношению к шиберу и корпусу задвижки, их назначение в затворе ограничено уплотнительной функцией. Работоспособность шиберной задвижки по патенту GB 1083846 ограничена низким ресурсом эластичных колец и других элементов уплотнительных узлов. Для обеспечения ремонтопригодности шиберной задвижки в корпусе и в шибере предусмотрены разъемы, позволяющие извлекать и заменять изношенные элементы затвора.

Существо изобретения поясняется чертежом, на фиг.1 которого изображена заявляемая задвижка в продольном разрезе, на фиг.2 - то же, поперечный разрез.

Заявляемая шиберная задвижка поворотного типа содержит сборный корпус из двух крышек-патрубков 1 и 2, соединенных крепежными элементами 3. В полости корпуса установлены соосные металлические запорные диски 4, 5 и 6, контактирующие друг с другом прецизионными торцевыми поверхностями. Крайние диски 4 и 6 неподвижны, центральный диск 5 тангенциально подвижен от червячного привода 7. Запорные диски снабжены проходными отверстиями, соответственно 8, 9 и 10, образующими в открытом положении задвижки сплошные проходные каналы с равномерным угловым смещением друг относительно друга в поперечнике проточной части задвижки. Внутренняя поверхность проходных отверстий дисков защищена керамическими втулками, соответственно 11, 12 и 13. Запорные диски снабжены также защитными торцевыми керамическими кольцами 14, 15 и 16, которые смещены по отношению к проходным отверстиям в дисках 4, 5 и 6 на центральный угол α, равный рабочему углу поворота подвижного диска 5.

Цилиндрические поверхности контакта основного металла дисков 4, 5 и 6 с керамическими втулками 11, 12 и 13 защищены торцевыми буртами 17, 18 и 19, выполненными на защитных керамических втулках со стороны подвижного диска 5.

Внутренний диаметр защитных керамических колец 14, 15 и 16 равен внутреннему диаметру защитных керамических втулок 11, 12 и 13.

Наружный диаметр защитных керамических колец 14, 15 и 16 равен наружному диаметру торцевых буртов 17, 18 и 19 защитных керамических втулок 11, 12 и 13.

Обращенные к потоку среды поверхности неподвижных дисков 4 и 6 выполнены обтекаемыми и снабжены центральными обтекателями 20 и 21, формирующими внутреннюю поверхность проходных отверстий в диске 6 на входе, а в диске 4 - на выходе.

Привод 7 поворотного диска выполнен в виде червяка 22 и зацепленного с ним червячного венца 23, надетого на периферийную поверхность поворотного диска 5. Ось вращения червяка 22 расположена поперек оси поворота подвижного диска 5.

Уплотнение между крышками-патрубками 1 и 2 и неподвижными запорными дисками 4 и 6 осуществляется манжетой 24, между крышками-патрубками 1 и 2 и корпусом 25 привода 7 установлены резиновые кольца 26 круглого сечения для герметизации внутренней полости корпуса задвижки относительно внешней среды.

Заявляемая задвижка поворотного типа работает следующим образом.

При вращении червяка 22 от привода 7 вращательное движение от червяка передается на червячный венец 23 и на тангенциально подвижный диск 5. Диск 5 поворачивается вокруг своей оси из положения «закрыто», совершая рабочий поворот на угол α. При этом в открытом положении шиберной задвижки проходные отверстия 9 в поворотном диске 5 устанавливаются напротив проходных отверстий 8 и 10 в неподвижных дисках 4 и 6 и открывают проходные каналы в затворе. При закрытии задвижки подвижный диск 5 поворачивается на угол α в обратном направлении, проходы в затворе задвижки перекрываются. При этом сквозные проходные отверстия 9 подвижного диска 5 устанавливаются на керамические кольца 14 и 16 в неподвижных дисках 4 и 6, а керамические кольца 15 подвижного диска 5 встают на сквозные проходные отверстия 8 и 10 неподвижных дисков 4 и 6.

При работе шиберной задвижки поворотного типа керамические втулки 11, 12 и 13 устраняют эрозионный износ цилиндрических поверхностей сквозных проходных отверстий 8, 9 и 10 в подвижном 5 и неподвижных 4 и 6 дисках. Торцевые бурты 17, 18 и 19 на керамических втулках 11, 12 и 13 защищают цилиндрические поверхности контакта основного металла запорных дисков с керамическими втулками, а также предотвращают самопроизвольное выпадение втулок из отверстий. Обтекаемая поверхность неподвижных дисков обеспечивает плавность потока и снижает гидравлическое сопротивление запорного узла рабочему потоку в открытом положении задвижки.

1. Шиберная задвижка поворотного типа, содержащая разъемный корпус и запорный орган в виде трех соосных металлических дисков, контактирующих друг с другом прецизионными торцевыми поверхностями, снабженных проходными отверстиями и защитными керамическими торцевыми кольцами, при этом крайние диски неподвижны, а центральный тангенциально подвижен от привода, проходные отверстия образуют в открытом положении задвижки сплошные проходные каналы с равномерным угловым смещением относительно друг друга в поперечном сечении задвижки, отличающаяся тем, что внутренняя поверхность проходных отверстий в дисках защищена керамическими втулками, а защитные торцевые керамические кольца смещены по отношению к проходным отверстиям на центральный угол, равный рабочему углу поворота подвижного диска.

2. Шиберная задвижка поворотного типа по п.1, отличающаяся тем, что керамические втулки, установленные в проходных отверстиях подвижного запорного диска, выполнены разрезными.

3. Шиберная задвижка поворотного типа по п.1 или 2, отличающаяся тем, что цилиндрические поверхности контакта основного металла дисков с керамическими втулками защищены торцевыми буртами, выполненными на защитных керамических втулках со стороны подвижного диска.

4. Шиберная задвижка поворотного типа по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что внутренний диаметр защитных керамических колец равен внутреннему диаметру защитных керамических втулок.

5. Шиберная задвижка поворотного типа по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что наружный диаметр защитных керамических колец равен наружному диаметру буртов защитных керамических втулок.

6. Шиберная задвижка поворотного типа по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что обращенная к потоку среды поверхность неподвижного диска выполнена обтекаемой и снабжена центральным обтекателем, формирующим внутреннюю поверхность проходных отверстий в диске на входе либо на выходе.