Корпус дисковой задвижки

Полезная модель относится к трубопроводной арматуре и может быть использована в качестве запирающего устройства устьевой фонтанной арматуры и на трубопроводах.
Известен корпус дисковой задвижки, состоящий из двух соединенных друг с другом по дискам полукорпусов, фланец каждого полукорпуса установлен на переходный патрубок посредством резьбового соединения (патент на полезную модель РФ №176075, опубл. 27.12.2017 г.).
Наиболее близким техническим решением, выбранным заявителем в качестве прототипа, является корпус дисковой задвижки, состоящий из двух металлических полукорпусов, разъемно соединенных друг с другом по дискам, при этом каждый полукорпус содержит диск, переходный патрубок и фланец, выполнены за одно целое из монолитной металлической заготовки, каждый полукорпус дополнительно имеет технологические расточки (патент на изобретение РФ №2547200, опубл.10.04.2015 г.).
Достоинством известной конструкции является прочность и механическая надежность эксплуатации, т.к. составные элементы задвижки выполнены за одно целое, а следовательно, в самих полукорпусах отсутствуют соединения, которые могут привести к нарушению их целостности в процессе эксплуатации в результате воздействия механических нагрузок. Недостатком данной конструкции является то, что при изготовлении известной задвижки имеют место значительные технологические затраты, в частности при токарной обработке монолитной заготовки более половины металла уходит в стружку, поэтому коэффициент использования металла низкий. В случае изготовления заготовки методом литья требуется значительное время на подготовку оснастки. При формировании полукорпусов ударным способом поковки в форму заданного изделия, внутри металла образуются скрытые дефекты в виде микротрещин, волосин и пустот, что происходит по причине деформации металла разрушающим методом удара. После штамповки (ковки) все изделие проходит ультразвуковой контроль, где и выявляется от 15 до 25% брака в виде скрытых дефектов. Кроме того, конструкции полукорпусов известной дисковой задвижки требуют дополнительного конструктивного решения, обеспечивающего возможность отвода тепла (температурных компенсаторов), которые обычно изготавливаются из другого металла, имеющего другой коэффициент температурного расширения. Изготовление температурного компенсатора за одно целое в известной задвижке невозможно, т.к. полукорпуса изготавливаются из одной монолитной металлической заготовки. Отсутствие температурного компенсатора в известной задвижке неизбежно приведет к сокращению срока службы дисковой задвижки в результате температурного воздействия. Также конструкция полукорпусов известной дисковой задвижки требуют дополнительных конструктивных элементов, которые обеспечивают улавливание и удержание ферросодержащих микрочастиц, поступающих в задвижку, и создают риск повреждения поверхности основных узлов задвижки. Изготовление корпуса задвижки осуществляют, как правило, из конструкционной стали, которая имеет магнитные свойства и при эксплуатации возникает статическое электричество (статическое напряжение), которое снимается контуром заземления. Однако, остаточное статическое напряжение, возникающее на элементах задвижки, в основном на рабочих поверхностях дисков, влечет риск появления искры и, как следствие, при контакте с нефтепродуктами или газами, создается риск взрыва или воспламенения.
Технической задачей заявляемой полезной модели является сокращение технологических затрат на изготовление корпуса дисковой задвижки при одновременном обеспечении ее надежной эксплуатации в течение длительного времени.
Технический результат - сокращение технологических затрат на изготовление корпуса дисковой задвижки за счет сокращения количества технологических операций и сокращения расхода металла с одновременным достижением высокой эксплуатационной надежности за счет устойчивости к механическим и температурным воздействиям, уменьшением взрывоопасности за счет устранения риска возникновения остаточного статического напряжения на рабочих поверхностях.
Техническая задача достигается тем, что заявляется корпус дисковой задвижки, состоящий из двух металлических полукорпусов, соединяемых друг с другом разъемно, каждый полукорпус содержит основание в виде диска, переходный патрубок и фланец, выполненных за одно целое, отличающийся тем, что в каждом полукорпусе основание в виде диска соединено с переходным патрубком, выполненным в виде втулки, последняя в свою очередь соединена с фланцем, причем каждое соединение представляет собой сварной шов, выполненный сваркой трением, а основание в виде диска выполнено из немагнитной стали.
В заявляемом корпусе дисковой задвижки разъемное соединение полукорпусов по основаниям в виде дисков выполнено болтовым соединением.
Сами полукорпуса дисковой задвижки являются составными, но выполнены за одно целое за счет соединения трех составных частей - основания в виде диска, переходного патрубка в виде втулки и фланца, каждый из которых могут быть выполнены из нержавеющей немагнитной стали, посредством их соединения сваркой трением. Переходный патрубок в виде втулки и фланец могут быть выполнены из конструкционной стали марки 40Х или из марок высоколегированных сталей, таких как 40ХНА, а основание в виде диска может быть выполнено из нержавеющей стали, например марки 40Х13, не обладающей магнитными свойствами. Причем заготовки, изготовленные из нержавеющей стали или из разных марок сталей, соединяются друг с другом посредством сварки трением с образованием корпуса дисковой задвижки, выполненного за единое целое. При соединении сталей разных марок, имеющих разные коэффициенты температурного расширения, не требуется дополнительной нормализации с применением токов низкой частоты или иных известных приемов нормализации. Сварка трением известна в науке и технике, но не применялась для изготовления корпусов дисковых задвижек.
Сравнение заявляемого решения с прототипом показывает, что оно отличается следующими признаками:
в каждом полукорпусе основание в виде диска соединено с переходным патрубком;
переходной патрубок выполнен в виде втулки,
втулка соединена с фланцем;
каждое соединение представляет собой сварной шов, выполненный сваркой трением,
основание в виде диска выполнено из немагнитной стали.
Поэтому можно сделать вывод, что заявляемое техническое решение соответствует критерию «новизна».
Полезная модель может быть выполнена на известном оборудовании, поэтому она соответствует критерию «промышленная применимость».
На фиг. 1 показана дисковая задвижка в сборе с установленными полукорпусами с образованием заявляемого корпуса;
на фиг. 2 показан полукорпус дисковой задвижки в разрезе;
на фиг. 3 показан фланец полукорпуса дисковой задвижки в разрезе;
на фиг. 4 показан переходной патрубок в виде втулки полукорпуса дисковой задвижки в разрезе,
на фиг. 5 показано основание в виде диска полукорпуса дисковой задвижки в разрезе.
Заявляемый корпус дисковой задвижки содержит два металлических полукорпуса 1 и 2, соединенных друг с другом болтовым соединением 3 (фиг. 1). Каждый полукорпус 1 (2) содержит переходный патрубок в виде втулки 4, фланец 5 и основание 6 в виде диска с выборкой 7 (фиг. 2) Выборка 7 выполнена путем механической обработки для размещения и установки в нее основного механизма дисковой задвижки. Составляющие металлического полукорпуса дисковой задвижки изготавливают из марок сталей 40Х и 40Х13 методом механической (токарной) обработки, распиловки в размер на лентопильном станке и сборки полукорпусов методом сварки трением. Фланец 5 и основание 6 в виде диска присоединены к переходному патрубку в виде втулки 4 сварными швами 8,9, которые выполнены сваркой трением. Переходной патрубок в виде втулки 4 и фланец 5 могут быть выполнены из конструкционной высоколегированной стали, например марки 40Х. Переходной патрубок в виде втулки 4 и фланец 5 могут быть выполнены из нержавеющей стали, например марки 40X13, которая уменьшает тепловую нагрузку на рабочие узлы корпуса дисковой задвижки. Основание 6 в виде диска выполнено из нержавеющей стали, не обладающей магнитными свойствами, например из нержавеющей стали марки 40X13.
Технологическая операция сварки трением фланца 5 с одним концом переходного патрубка в виде втулки 4 и сварка трением второго конца переходного патрубка в виде втулки 4 с основанием 6 осуществляется известным способом, например, на машине МСТ 160 при температуре разогрева до пластичности металла для фланца 5 и втулки 4, выполненных из марки стали 40Х - 1250°С в течение 3 мин (один цикл), и при температуре разогрева до пластичности металла для основания 6, выполненного из марки стали 40Х13 - 1550°С в течение 5 минут (один цикл) с усилием проковки 140 т. Сварка осуществляется в любой последовательности с последующей обработкой града в линии стана МСТ160 (снимается ножами). Дополнительной обработки не требуется. В результате сварки трением в местах контакта соединяемых частей образуется прочное соединение, представляющее собой монолитный диффузный слой, обеспечивающей структуру полукорпуса как выполненное за одно целое.
После изготовления полукорпусов, они соединяются друг с другом разъемно, например, болтовым соединением 3 и посредством известных сборочных операций устанавливаются в дисковую задвижку, как показано на фиг. 1.
С дисковыми задвижками, собранными из заявляемого корпуса, были проведены гидроиспытания. При установленном рабочем давлении в 350 Атм или 34.32 Мпа (испытания проводятся при подаче двойной нагрузки от рабочего давления до 700 Атм или 68.64 Мпа) дисковой задвижки, изготовленные методом сварки трением, при испытании выдерживают нагрузку давлением свыше 1000 Атм или 98.06 Мпа. Испытания проводились на гидропрессе с мощностью до 1000 Атм или 98.06 Мпа.
Таким образом, заявляемая полезная модель по сравнению с прототипом за счет использование сварных соединений, выполненных сваркой трением, обеспечивает сокращение технологических затрат на изготовление корпуса дисковой задвижки за счет сокращения количества технологических операций и сокращения расхода металла, что повышает коэффициент использования металла и сокращает трудо- и энергозатраты на изготовление корпусов дисковых задвижек. Сварка трением обеспечивает возможность изготовления корпуса дисковой задвижки из заготовок, выполненных из разных марок сталей. При этом, получаемый корпус дисковой задвижки характеризуется высокой эксплуатационной надежностью за счет высокой устойчивости к механическим и температурным воздействиям без дополнительной нормализации токами низкой частоты. Кроме того, изготовление основания из немагнитнойстали, обеспечивает отсутствие остаточного статического напряжения на узле, который подвергается трению. Это приводит к тому, что эксплуатационная надежность заявляемого корпуса дисковой задвижки обеспечивается также тем, что исключается возможность появления искры в процессе эксплуатации, которая при контакте с взрывоопасными жидкостями и газами могла бы привести к взрыву. Кроме того, изготовление основания из немагнитной стали приводит к тому, что исключается попадание железосодержащих частиц, обладающих магнитными свойствами, и их оседание в основном механизме дисковой задвижки, нарушая нормальную эксплуатацию дисковой задвижки.