Затвор

Изобретение относится к запорной и регулирующей арматуре, в частности к затворам, и предназначено для использования в системах гидравлики, пневматики, в различных отраслях промышленности, энергетике, военных устройствах, медицине. Затвор содержит корпус с входным и выходным отверстиями, поворотный диск со сквозным отверстием для установленного в него штока, уплотнительные элементы штока и поворотного диска. На поворотном диске симметрично и с противоположных сторон, образуя Z-образное расположение, закреплены профильные элементы. Профильные элементы выполнены из объемного проницаемого пористого изделия с чередованием тонкостенных перегородок по форме, например, полумесяца или С-образной формы в плане, с наружной сферической поверхностью и радиусом, равным радиусу поворотного диска. Изобретение направлено на расширение функциональных возможностей за счет обеспечения более широкого диапазона регулирования, плавности регулирования, снижение уровня шума и эрозионного износа элементов затвора потоком среды в момент открытия и закрытия его. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к запорной и регулирующей арматуре, в частности к затворам.

Известен затвор дисковый (заслонка), содержащий корпус, поворотный диск со сквозным отверстием для установленного в него штока, уплотнительные элементы штока и поворотного диска (см. кн. Гуревич Д.Ф. Трубопроводная арматура. Справочное пособие. - Л.: Машиностроение, 1981, с.97-101).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является затвор, содержащий корпус с входным и выходным отверстиями, поворотный диск со сквозным отверстием для установленного в него штока, уплотнительные элементы штока и поворотного диска, причем на поворотном диске симметрично и с противоположных сторон, образуя Z-образное расположение, закреплены профильные элементы (US 3960177 А).

Основным недостатком известных конструкций является то, что при использовании для регулирования расхода рабочей среды не обеспечивается равномерность или заданная расходная характеристика, особенно в момент открытия, закрытия затвора (нелинейность первые 15-20° поворота диска).

Задачами изобретения являются: расширение функциональных возможностей за счет обеспечения более широкого диапазона, заданного закона регулирования, плавности регулирования, снижение уровня шума и эрозионного износа элементов затвора потоком среды в момент открытия и закрытия его, упрощение технологии изготовления.

Технический результат изобретения достигается тем, в затворе, содержащем корпус с входным и выходным отверстиями, поворотный диск со сквозным отверстием для установленного в него штока, уплотнительные элементы штока и поворотного диска, на поворотном диске симметрично и с противоположных сторон, образуя Z-образное расположение, закреплены профильные элементы, выполненные из объемного проницаемого пористого изделия с чередованием тонкостенных перегородок по форме, например, полумесяца или С-образной формы в плане, с наружной сферической поверхностью и радиусом, равным радиусу поворотного диска, кроме того:

- перегородки частично или полностью выполнены непроницаемыми или ограничено проницаемыми для рабочей среды, например с перфорацией;

- элементы из профильного объемного проницаемого пористого изделия выполнены, например, из проволоки в виде "металлорезины".

Главная особенность изобретения заключается в том, что применение профильных элементов из объемного проницаемого пористого изделия позволяет перейти к дросселированию при регулировании способом вязкостного сопротивления (потеря давления связана с вязкостным трением) вместо способа инерционного сопротивления, что позволяет значительно снизить шум и эрозионный износ деталей затвора, упростить технологию изготовления и улучшить работоспособность клапана в средах с небольшой концентрацией твердых частиц, т.к. элементы из объемного проницаемого пористого изделия выполняют функцию фильтра этих частиц.

На фиг.1 показан разрез затвора, на фиг.2 - вид А в плане, на фиг.3а, б - вид в плане выполнения профильных элементов из объемно-проницаемого изделия.

Затвор содержит корпус 1, с входным 2 и выходным 3 отверстиями, поворотный диск 4 (ПД) со сквозным отверстием 5 для установленного в него штока 6 (прикреплен неподвижно к ПД4), уплотнительные элементы 7, 8 штока 6 и ПД4. На ПД4 симметрично и с противоположных сторон, образуя Z-образное расположение, прикреплены (сваркой, пайкой, приклеиванием, механически винтами и т.д.) элементы из объемного проницаемого пористого изделия 9 (ЭОППИ) с чередованием тонкостенных перегородок 10 (ТП) по форме полумесяца или С-образной формы в плане. ЭОППИ 9 и ТП10 выполнены с наружной сферической формой и радиусом равным радиусу ПД4.

ЭОППИ 9 или ТЛЮ выполнены из объемно-проницаемого материала (открытоячеистой структуры), например из проволоки, в виде сетки или "металлорезины", с различными длиной, толщиной, размерами пор, пористостью, для обеспечения возможности получения различных типов гидравлических характеристик затвора. Возможно применение ВПЯМ - высокопористых ячеистых материалов на основе дублирования структуры открытоячеистого пенополиуретана.

Для ЭОППИ 9 используют: коррозионностойкий материал, например, нержавеющая сталь (заготовки в виде проволоки, шариков, порошков для последующего прессования или спекания); износостойкий материал, например минералокерамика (полученная методом порошковой металлургии, минеральные волокна); антифрикционный материал (с низким коэффициентом трения и износа), например медесодержащие сплавы (латунь, бронза); эррозионностойкий материал (в среде пара, газа, агрессивных сред), например стеллит, простые материалы, но с коррозионностойким, эррозионностойким покрытиями по всему объему материала, например, гальваническим способом.

ТП 10 выполняют полностью непроницаемыми, ограниченно-проницаемыми с перфорированными отверстиями или полностью проницаемыми из проволоки, сетки, объемного проницаемого пористого изделия "металлорезины". В ТП 10 перфорированные отверстия могут быть выполнены с различными размерами, профилями, количеством, расстояниями по длине и высоте между собой, с различными размерами пор, пористостью.

ЭОППИ 9 и ТП 10 (фиг.3а, б) могут быть выполнены криволинейными, например, С-образного профиля плане или по форме полумесяца. На фиг.1, 2 затвор в закрытом положении.

Работа затвора.

Поворотом ПД4 вокруг оси штока 6 приоткрывают затвор. Поток среды от входного отверстия 2 проходит через один, затем два и более ЭОППИ 9, дросселируется, проходя через сеть многочисленных каналов перового пространства ЭОППИ 9, при этом срабатывается определенная часть входного рабочего давления. При дальнейшем повороте ПД4 рабочая среда поступает к другим ЭОППИ 9. Чем больше повернут ПД4, тем большее ЭОППИ 9 участвует в процессе дросселирования потока, сопротивление прохождению рабочей среды уменьшается, перепад на клапане при одинаковом расходе уменьшается или при постоянном перепаде давления увеличивается расход среды, проходящей через клапан. При обратном движении ШПЗ 4 процесс регулирования идет в обратном направлении. Изменяя размер пор, пористость, длину ЭОППИ 9, возможно изменять гидравлическое сопротивление в различные фазы открытия, закрытия ПД4 в соответствии с требуемой гидравлической характеристикой. Выполнение ЭОППИ 9 из проволоки, "металлорезины" упрощает их технологию изготовления и в процессе работы не приводит к нарушению целостности, т.к. каждый ЭОППИ 9 выполнен из цельного куска проволоки. Выполнение ТП 10 непроницаемыми обеспечивает протекание потока среды только через ЭОППИ 9 в момент открытия, а выполнение ТП 10 ограниченно-проницаемыми с перфорированными отверстиями или полностью проницаемыми из проволоки, сетки, объемного проницаемого пористого изделия "металлорезины" обеспечивает переток потока среды между ними. При этом создаются сложные криволинейные потоки, приводящие к взаимному гашению скоростей потока среды, что снижает шум и выравнивает гидравлическую характеристику при повороте ПД4. Выполнением ТП 10 с перфорированными отверстиями с различными размерами, профилями, количеством, расстояниями между собой, с различными размерами пор, пористостью, можно регулировать характер, количество, скорость микропотоков, перетекающих через ТП 10 от ЭОППИ 9. Подбор пористости, размера пор, толщины, длины, количества ЭОППИ 9, отверстий, их расположения, формы отверстий в ТП 10 в соответствие с требуемой гидравлической характеристикой, коэффициентом пульсации давления, расхода, уровня шума на каждом участке регулирования осуществляют путем компьютерного моделирования (программа "Star-CD"), а затем уточняют при изготовлении опытных образцов. При дальнейшем повороте ПД4 образуется щель между уплотнением 8 и ЭОППИ 9, ТП10, поток среды проходит через нее и частично через ЭОППИ 9 (поворот более 20°). В этой области уже возможна линейная, пропорциональная характеристика. Щели может и не быть, если количество ЭОППИ 9, ТП10 таково, что диск и ЭОППИ 9, ТП10 образуют сферу (шар) полую или полную. Это дополнительно ужесточает конструкцию ЭОППИ 9, ТП10, исключает абразивное повреждение уплотнения 8 затвора. Причем при любом угле открытия будет иметь место процесс дросселирования через ЭОППИ 9, ТП10.

Основная особенность затвора - применение принципа вязкостного трения и гидродинамического гашения скорости потока, при которых сводятся к минимуму износ элементов затвора, в первом случае из-за низких скоростей потока (ламиниризация) и во втором случае из-за удаления от поверхности уплотнения 8 процесса столкновения и турбулизации. Затвор обладает чрезвычайно низким уровнем шума и может быть использован на кораблях, подводных лодках, химических производствах, устройствах с регламентированным низким уровнем шума. Затвор стабилизирует поток среды на выходе за счет интенсивного дробления потока в моменты открытия и закрытия, когда имеют место наибольшие скорости потока среды.

Затвор обладает расширенными функциональными возможностями за счет обеспечения широкого диапазона, разнообразия возможных характеристик регулирования в областях малых и сверхмалых расходов среды. Изменением конструктивных элементов затвора можно достичь любой гидравлической характеристики и заданного уровня шума.

Конструкция затвора обладает простотой, т.к. использованы готовые пористые материалы открытоячеистой структуры, которые обычно применяют в области фильтрации, поэтому нет необходимости в технологических операциях сверления, прошивки отверстий (упрощена технология изготовления).

Обычно в области малых расходов размеры деталей затвора - небольшие, попадание нескольких абразивных частиц в зону регулирования или запирания затвора приводит к выходу его из строя. В данном случае затвор имеет преимущество, т.к. проницаемые элементы дросселирования одновременно являются и фильтрующими элементами (особенно крупных частиц) при небольших уровнях загрязнения рабочей среды в момент открытия и закрытия ПД4, при этом абразивные частицы поглощаются ЭОППИ 9 и не повреждают детали затвора.

Данный затвор может быть использован в гидравлических, пневматических устройствах различных отраслей промышленности, в военных целях, медицине.

1. Затвор, содержащий корпус с входным и выходным отверстиями, поворотный диск со сквозным отверстием для установленного в него штока, уплотнительные элементы штока и поворотного диска, причем на поворотном диске симметрично и с противоположных сторон, образуя Z-образное расположение, закреплены профильные элементы, отличающийся тем, что профильные элементы выполнены из объемного проницаемого пористого изделия с чередованием тонкостенных перегородок по форме, например, полумесяца или С-образной формы в плане, с наружной сферической поверхностью и радиусом, равным радиусу поворотного диска.

2. Затвор по п.1, отличающийся тем, что тонкостенные перегородки частично или полностью выполнены непроницаемыми или ограничено проницаемыми для рабочей среды, например, с перфорацией.

3. Затвор по п.1, отличающийся тем, что профильные элементы из объемного проницаемого пористого изделия выполнены из "металлорезины".