Запорное устройство с бинарными уплотнениями

Изобретение относится к устройствам, обеспечивающим уплотнение рабочих органов запорной арматуры, и предназначено для коммунального и сельского хозяйства, гидроэнергетики, гидромелиорации и других отраслей народного хозяйства. Запорное устройство содержит корпус, рабочий гидростатически разгруженный орган. Он состоит из цилиндрического корпуса, верхней и нижней втулок, соединенных шпинделем, верхнего и нижнего эластичного уплотнения. При помощи шпинделя рабочий гидростатически разгруженный орган перемещается в осевом направлении. Верхняя и нижняя втулки выполнены подвижными со сквозными отверстиями и кольцевыми полками. Между кольцевыми полками и торцами цилиндрического корпуса свободно расположены эластичные уплотнения. Эластичные уплотнения можно выполнить пустотелыми. Изобретение повышает надежность эксплуатации, долговечность и экономичность. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к устройствам, обеспечивающим уплотнение рабочих органов запорной арматуры, и может быть использовано в коммунальном и сельском хозяйстве, гидроэнергетике, гидромелиорации и других отраслях народного хозяйства.

Известно устройство для уплотнения рабочего органа гидрозадвижек с помощью эластичных уплотнений, включающее шток, заканчивающийся запорным органом, состоящим из нажимного кольца, конической головки, входящей в коническое седло перекрываемого отверстия. Между нажимным кольцом и конической головкой размещается в свободном состоянии коническое уплотнение из эластичного материала. При давлении на эластичное уплотнение нажимным кольцом оно подвергается осевому сжатию и выпирается в зазор между седлом и нажимным кольцом, производя уплотнение. Это устройство, как и все им подобные, имеет главный недостаток - материал эластичного уплотнения в процессе открывания и закрывания рабочего органа подвергается действию сил трения о боковые поверхности седла (или цилиндров в других устройствах), что приводит к их истиранию и выходу из строя.

Известен запорный и регулировочный вентиль (прототип), имеющий цилиндрический корпус, верхнюю и нижнюю втулки со сквозными отверстиями, соединенные шпинделем, а также верхнее и нижнее эластичные уплотнения (патент DE 1267046, F16K 1/34, 25.04.1968 г.), который обладает следующими недостатками.

1. При передаче сжимающих усилий от штока нажимным кольцом на эластичное коническое уплотнение оно в процессе сжатия подвергается по боковой (конической) поверхности действию сил трения и истирается.

2. Для достижения достаточного сжатия нажимное кольцо по необходимости должно иметь диаметр, меньший диаметра верха конического уплотнения. Это приводит к выпиранию материала уплотнения через щель между нажимным кольцом и седлом и «скусыванию» уплотнения.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении экономичности, надежности эксплуатации запорной арматуры и расширении области его применения на гидрозадвижки, гидрозадвижки с разгруженным рабочим органом, косые задвижки, угловые задвижки, вентили и т.п.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в предлагаемом запорном устройстве с бинарными уплотнениями, включающем корпус камеры и рабочий орган, имеющий цилиндрический корпус и соединенные шпинделем втулки, новым является то, что верхняя и нижняя втулки выполнены подвижными с кольцевыми полками, между которыми и торцами цилиндрического корпуса расположены эластичные уплотнения, не соприкасающиеся с корпусом. Эластичные уплотнения могут быть выполнены разделенными жесткими прокладками или пустотелыми. Отсутствие трения между рабочим органом и корпусом камеры во время их движения относительно друг друга повышает срок эксплуатации устройства и повышает его надежность.

На фиг.1 изображено запорное устройство в открытом (справа от вертикальной оси) и закрытом (сечение слева от оси) положении. На фиг.2 изображен вариант выполнения эластичного устройства.

Предлагаемое запорное устройство с бинарными уплотнениями включает гидростатически разгруженный запорный орган, содержащий цилиндрический корпус 1, верхнюю 2 и нижнюю 3 втулки, свободно перемещающиеся в выточках цилиндрического корпуса 1. Цилиндрический корпус 1, втулки 2 и 3 соединены шпинделем 7, причем втулка 2 соединена с ним жестко, а втулка 3 может перемещаться вдоль него свободно. На шпинделе 7 имеется также диск 6, служащий цели подъема цилиндрического корпуса 1 при открывании рабочего органа. Верхняя втулка 2 и диск 6 фиксируются гайками 15 жестко, а нижняя втулка 3 нижней гайкой 15 ограничивается в перемещении в осевом направлении. Верхняя втулка 2, нижняя втулка 3 и диск 6 имеют сквозные отверстия 11 для прохода жидкости. Эластичное уплотнение 4 размещено между плечиками 13 и 14 верхней 2 и нижней 3 втулок и торцами цилиндрического корпуса 1. Эластичное уплотнение 4 может состоять из одиночного или составных кольцевых элементов, разделенных жесткими прокладками 12 (фиг.2), а также может быть полым (не показано).

Устройство работает следующим образом. При закрывании запорного органа через плечики шпинделя 7 на верхнюю втулку 2 воздействует небольшое усилие, необходимое для преодоления сопротивления проходу жидкости через отверстия 11 в корпус 5, где размещается запорный орган при открытом его положении. Усилие через втулку 2 и верхнее уплотнение 4 передается корпусу 1. В результате рабочий орган перемещается вниз. Этому же способствует и вес описанного устройства. Поскольку усилия при закрывании рабочего органа незначительны, то верхнее уплотнение при этом сохраняется в недеформированном состоянии. При этом они имеют такие размеры, что целиком находятся внутри пространства между плечиками втулок 13 и 14 и торцами цилиндра 1 и не вступают в соприкосновение с боковой поверхностью корпуса 5, в котором размещается все запорное устройство. Между цилиндром 1 и корпусом 5 имеется небольшой зазор.

После перекрытия отверстия для пропуска жидкости запорный орган втулкой 3 упирается в ограничитель хода 10. При дальнейшем увеличении усилий, прикладываемых шпинделем 7 к верхней втулке 2, они начинают передаваться через уплотнение 4 на корпус 1, а через его нижний торец на нижнее уплотнение 4 и на плечико 14 нижней втулки 3. При этом диск 6 имеет возможность свободно опускаться вниз в зазоре 8 между корпусом 1 и нижней втулкой 3. Нижний конец шпинделя 7 с ограничивающей гайкой 15 свободно проходит через осевое отверстие в нижней втулке 3.

Дальнейшее приложение усилия через шпиндель 7 приводит к сжатию эластичных уплотнений 4 в осевом направлении. При достаточно больших давлениях происходит упругая деформация уплотнений 4 и их выпирание в щелевое пространство между корпусом 5 и цилиндром 1 и уплотнение его. Если колец 4 несколько, то есть уплотнение разделено жесткими прокладками 12, то качество уплотнения повышается. При перемещении рабочего органа вниз при закрывании уплотнения 4 все время находятся в пазах, не соприкасаются с боковыми стенками и потому не истираются.

При открывании рабочего органа последовательность изменения состояний происходит в обратном порядке. Сначала при ходе шпинделя 7 вверх нижний его конец с гайкой 15 входит в осевое отверстие втулки 3 до соприкосновения гайки с втулкой. Одновременно происходит подъем верхней втулки 2 и снятие нагрузки со всех уплотнений 4 и цилиндра 1. Под действием упругих сил уплотнения 4 принимают первоначальную форму и «уходят» в пазы между торцами цилиндра 1 и плечиками 13 и 14 втулок 2 и 3. После этого усилие шпинделя 7 через диск 11 и уступ 8 передается на цилиндр 1 и происходит открывание отверстия для пропуска жидкости. Жидкость из камеры для размещения рабочего органа легко удаляется через отверстия 11.

При перемещении рабочего органа при открывании отверстия уплотнения 4 опять не вступают в контакт с боковой поверхностью корпуса 5 и, следовательно, не могут подвергнуться истиранию.

Заявителям не удалось обнаружить других технических решений, известных из уровня техники, имеющих совокупность признаков, тождественных или эквивалентных заявляемому, следовательно, предлагаемое запорное устройство с бинарными уплотнениями соответствует критерию «запорное устройство с бинарными уплотнениями соответствует критерию «новизна». Использование его отличительных признаков, как показано выше, приводит к повышению экономичности, надежности функционирования устройства, повышает эксплуатационные характеристики и расширяет область его применения. Следовательно, можно сделать вывод, что заявляемое устройство имеет изобретательский уровень.

1. Запорное устройство, содержащее корпус, рабочий гидростатически разгруженный орган, состоящий из цилиндрического корпуса и верхней и нижней втулок со сквозными отверстиями, соединенных шпинделем, с помощью которого он может перемещаться в осевом направлении и имеющего верхнее и нижнее эластичные уплотнения, отличающееся тем, что верхняя и нижняя втулки выполнены подвижными с кольцевыми полками, между которыми и торцами цилиндрического корпуса свободно расположены эластичные уплотнения, не соприкасающиеся с корпусом и не подверженные истиранию.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что эластичные уплотнения выполнены пустотелыми.