Сейсмостойкая шиберная задвижка
EARTHQUAKE-RESISTANT GATE VALVE

Изобретение относится к области машиностроения, а именно - к запорно-регулирующей арматуре, используемой преимущественно в районах с высокой сейсмичностью.
Известна сейсмостойкая шиберная задвижка, содержащая сварной корпус прямоугольного поперечного сечения, крышку и стойку, при этом в корпусе размещен шибер между двумя подпружиненными седлами с уплотнениями, размещенными в входном и выходном патрубках, в зоне которых снизу и сверху на обеих широких стенках корпуса расположены по два ребра жесткости, а в верхней части корпуса установлен шпиндель, один конец которого соединен с шибером, а другим концом, проходящим через крышку и стойку с сальниковым узлом, шпиндель соединен со средством управления шиберной задвижкой а другим, проходящим через крышку и стойку с сальниковым узлом, концом шпиндель соединен со средством управления шиберной задвижкой, (патент RU139071, МПК F16K 3/00 (2006.01). Опубликовано: 10.04.2014г. Бюл. № 10).
Недостатком известного соединения является недостаточная надежность при сейсмическом воздействии.
Задача изобретения - создать надежное сейсмостойкое запорно-регулирующее средство в соответствии с ГОСТ 30546.1-98 «Общие требования к машинам, приборам и другим техническим изделиям и методы расчета их сложных конструкций в части п.3.1.35 Сейсмостойкость, как «Способность задвижки сохранять прочность, герметичность относительно внешней среды и затвора и работоспособность во время и после сейсмических воздействий». Следовательно, изобретение должно соответствовать трем составным по ГОСТ частям параметра «сейсмостойкость», а именно: прочность, герметичность и работоспособность.
Технический результат от использования изобретения заключается в повышении сейсмостойкости шиберной задвижки путем увеличения прочности, обеспечения герметичности и работоспособности задвижки при сейсмических воздействиях.
Ниже раскрыты все общие и частные существенные признаки изобретения, характеризующие их причинно-следственную связь с указанным техническим результатом, достаточные для осуществления специалистом в данной области техники.
Сейсмостойкая шиберная задвижка содержит сварной корпус прямоугольного поперечного сечения, крышку и стойку. В корпусе размещен шибер между двумя подпружиненными седлами с уплотнениями, размещенными в входном и выходном патрубках, в зоне которых снизу и сверху на обеих широких стенках корпуса расположены по два ребра жесткости. В верхней части корпуса установлен шпиндель, один конец которого соединен с шибером, а другим концом, проходящим через крышку и стойку с сальниковым узлом, шпиндель соединен со средством управления шиберной задвижкой. Корпус выполнен штампосварным, полнопроходным и состоит из двух, выполненных из неразъемно соединенных продольным сварным швом корытообразных частей из листового материала, в форме открытого сверху параллепипеда с приваренным к срезу фланцем крышки из стального листа с отверстиями для крепления стойки, которая выполнена из двух швеллеров с нижним фланцем, соединенным с крышкой и верхним фланцем, на котором установлен бугельный узел. Указанные уплотнения размещены на внутренних частях ступиц седел, размещенных в патрубках, вваренных в соосные отверстия, выполненные в широких стенках корпуса соосных отверстиях. Внутренние торцы седел выполнены в виде фланцев, образующих сейсмозащитный узел герметизации затвора, включающий в себя вмонтированные в рабочую фланцевую поверхность каждого седла периферийный и центральный упорные уплотнительные кольца прямоугольного поперечного сечения и, размещенное между ними отбойное герметизирующее полиуретановое кольцо, ложе которого сообщено посредством равномерно распределенных по кругу наклонных отверстий с внутришиберной полостью на взаимноперпендикулярных осях каждого седла, повернутых на угол 45° относительно их соответственно горизонтального и вертикального расположения. С боков и сверху на фланце каждого седла выполнены касательные срезы срезы, в зонах между которыми размещены в соответствующих углублениях в седлах группы пружин поджатия седел. Торцевая плоскость фланцев седел выполнена со скосом, закругленным на участках между касательными срезами фланца с возможностью исключения контактного подклинивания шибера седлами при их угловых вибрациях от сейсмического ударного воздействия. Указанные ребра жесткости выполнены в виде сварных прямоугольных колец, выполненных из продольных пластин, зафиксированных с торцов закладками в разрезах в них типа «ласточкин хвост». Верхние закладки выполнены шестигранными, а нижняя закладка выполнена в виде портальной опоры.
Изобретение иллюстрируется чертежами, где: на фиг.1 - вид спереди, продольное сечение шиберной задвижки; на фиг.2 - вид задвижки сбоку, частичный разрез; на фиг.3 - вид I на фиг.1; на фиг.4 - вид II на фиг.1; на фиг.5 - вид III на фиг.2; на фиг.6 - вид спереди, общий вид; на фиг.7 - вид сбоку, общий вид; на фиг.8 - продольная пластина, вид сверху; на фиг.9 - разрез А-А на фиг.7; на фиг.10 - закладка ребра жесткости, вид сбоку; на фиг.11 - продольный разрез Б-Б корпуса на фиг.6; на фиг.12 разрез В-В на фиг.11; на фиг.13 - вид IY на фиг.1; на фиг.14 - разрез Д-Д на фиг.13; на фиг.15 - разрез Г-Г на фиг.13.
Сейсмостойкая шиберная задвижка содержит сварной корпус 1 прямоугольного поперечного сечения, крышку 2 и стойку 3.
В корпусе 1 размещен шибер 4 между двумя подпружиненными седлами 5 и 6 с уплотнениями 7, размещенными в входном 8 и выходном 9 патрубках, в зоне которых снизу и сверху на обеих широких стенках корпуса расположены по два ребра жесткости 10.
В верхней части корпуса 1 установлен шпиндель 11, один конец которого соединен с шибером 4, а другим концом, проходящим через крышку 2 и стойку 3 с сальниковым узлом (не показано), шпиндель 11 соединен со средством управления шиберной задвижкой.
Корпус выполнен штампосварным, полнопроходным и состоит из двух, выполненных из неразъемно соединенных продольным сварным швом корытообразных частей 12 и 13 из листового материала, в форме открытого сверху параллелепипеда с приваренным к срезу фланцем 14 крышки 2 из стального листа с отверстиями для крепления стойки 3, которая выполнена из двух швеллеров с нижним фланцем 15, соединенным с крышкой 2 и верхним фланцем 16, на котором установлен бугельный узел 17.
Указанные уплотнения 7 размещены на внутренних частях ступиц 18 седел 5 и 6, размещенных в патрубках 8 и 9, вваренных в соосные отверстия, выполненные в широких стенках корпуса 1 соосных отверстиях.
1
1
1
1
Внутренние торцы седел 5 и 6 выполнены в виде фланцев 19 и 20, образующих сейсмозащитный узел герметизации затвора, включающий в себя вмонтированные в рабочую поверхность фланцев 19 и 20, каждого седла 5 и 6 периферийное 21 и центральное 22 опорные уплотнительные кольца прямоугольного поперечного сечения и, размещенное между ними отбойное герметизирующее полиуретановое кольцо 23, ложе которого сообщено посредством равномерно распределенных по кругу наклонных отверстий 24 с внутришиберной полостью на взаимноперпендикулярных осях Х-Х и Y-Y каждого седла, повернутых на угол 45° относительно их соответственно горизонтального X-X и вертикального Y-Y расположения.
С боков и сверху на фланцах 19 и 20 каждого седла 5 и 6 выполнены касательные срезы S, в зонах между которыми размещены в соответствующих углублениях в седлах группы пружин 25 поджатия седел 5 и 6.
Торцевая плоскость фланцев 19 и 20 седел 5 и 6 выполнена со скосом углом α (фиг.14), закругленным на участках между касательными срезами S фланцев 19 и 20 с возможностью исключения контактного подклинивания шибера 4 седлами 5 и 6 при их угловых вибрациях от сейсмического ударного воздействия.
Указанные ребра жесткости 10 выполнены в виде сварных прямоугольных колец, выполненных из продольных пластин 26, зафиксированных с торцов закладками 27 в разрезах в них типа «ласточкин хвост».
Верхние закладки 27 выполнены шестигранными, а нижняя закладка 28 выполнена в виде портальной опоры.
Сравнение заявленного технического решения с уровнем техники, известным из научно-технической и патентной документации на дату приоритета, в основной и смежной рубриках не выявило средство, которому присущи признаки, идентичные всем признакам, содержащимся в предложенной заявителем формуле изобретения, включая характеристику назначения.
Т.е, совокупность существенных признаков заявленного решения ранее не была известна и не тождественна каким-либо известным техническим решениям, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности "новизна".
Техническое решение работоспособности осуществимо и воспроизводимо, а отличительные признаки изобретения позволяют получить заданный технический результат по созданию надежного сейсмостойкого запорно-регулирующего средства способное сохранять прочность, герметичность относительно внешней среды и работоспособность во время и после сейсмических воздействий.
Данное техническое решение промышленно применимо, поскольку в описании изобретения и названии указано его назначение, оно может осуществлено промышленным способом и использовано в запорно-регулирующей арматуре, используемой преимущественно в районах с высокой сейсмичностью.
Изобретение в том виде, как оно охарактеризовано в каждом из пунктов формулы, может быть осуществлено с помощью средств и методов, описанных в прототипе - патенте RU139071, ставшим общедоступным до даты приоритета изобретения.
Изобретение осуществимо и воспроизводимо, а отличительные признаки, приведенные в формуле изобретения относятся к существенным, поскольку они влияют на возможность решения указанной в заявке технической проблемы и получение обеспечиваемого изобретением технического результата, то есть находятся в причинно-следственной связи с указанным результатом и, поэтому являются существенными.
Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость".
Анализ известных технических решений в данной области техники показал, что предложенное техническое решение не следует для специалиста явным образом из уровня техники, поскольку не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с его отличительными признаками, а в выявленных таких решениях не подтверждена известность влияния отличительных признаков на указанный в материалах заявки технический результат.
Т.е., заявленное решение имеет признаки, которые отсутствуют в известных технических решениях, а использование этих признаков в заявленной совокупности существенных признаков дает возможность получить новый технический результат - повышение сейсмостойкости шиберной задвижки путем увеличения прочности, обеспечения герметичности и работоспособности задвижки при сейсмических воздействиях.
Следовательно, предложенное техническое решение может быть получено только путем творческого подхода и неочевидно для среднего специалиста в этой области, т.е, имеет изобретательский уровень по сравнению с существующим уровнем техники.
Осуществление заявленного изобретения достигается реализацией указанного назначения.
Для подтверждения возможности осуществления изобретения ниже приводятся сведения о работе устройства, раскрывающие, как может быть осуществлено изобретение с реализацией указанного заявителем назначения и с подтверждением возможности достижения технического результата при осуществлении изобретения.
Работа сейсмостойкой шиберной задвижки.
При передаче вращательного движения выходного вала электропривода на шпиндель 11 через кулачковую 29 и резьбовую втулки (не показано), оно преобразуется в поступательное движение шпинделя 11 и, находящегося в зацеплении с ним шибера 4.
Шибер 4 поднимается или опускается, соответственно закрывая или открывая проходное сечение задвижки.
Положение задвижки при поставке - «ОТКРЫТО», при этом шибер 4 и шпиндель 11 находятся в нижнем крайнем положении, а проходное отверстие шибера 4 совмещено с проходным и отверстиями патрубков 8 и 9 задвижки.
При включении электропривода на закрытие, кулачковая втулка 29 бугельного узла вращается по часовой стрелке и поднимает шпиндель 11 и шибер 4 вверх.
В крайнем верхнем положении «ЗАКРЫТО» шибер 4 полностью перекрывает  проходное отверстие патрубков 8 и 9 задвижки.
В крайних положениях отключение электропривода производится при срабатывании путевых выключателей.
В случае их отказа отключение электропривода произойдет от срабатывания выключателей муфты ограничения крутящего момента:
- при ходе вниз (на открытие)
- при упоре ограничителя хода шпинделя 11 во втулку кулачковую 29;
- при ходе вверх (на закрытие) - при упоре бурта шпинделя 11 в конус наплавки кольца верхнего уплотнения в крышке (при этом обеспечивается «верхнее уплотнение» шпинделя 11, позволяющее проведение замены колец сальникового уплотнения при наличии давления среды в полости корпуса задвижки).
Герметичность по затвору обеспечивается двумя узлами уплотнений, постоянно поджатыми к шиберу:
- «входной» узел (со стороны подачи давления) - герметичен за счет поджатия к шиберу 4 узла уплотнения усилием пружин 25 и за счет разницы усилий, создаваемой давлением рабочей среды между радиальным уплотнительным кольцом 7 седла 5 и 6 и торцевым уплотнительным кольцом 22 седла 5 и 6 в контакте с шибером 4;
- «выходной» узел - герметичен за счет поджатия шибера 4 к узлу уплотнения перепадом давления между входным и выходным патрубками.
Узел обеспечивает надежную герметичность задвижки в случае нарушения плотности «входного» узла.
Реализация назначения изобретения осуществляется достижением обозначенного технического результата - повышение сейсмостойкости шиберной задвижки путем увеличения прочности, обеспечения герметичности и работоспособности задвижки при сейсмических воздействиях.
Известно, что показатель «сейсмостойкость» является стандартизованным параметром, определенным ГОСТ 30546.1-98 Межгосударственный стандарт. «Общие требования к машинам, приборам и другим техническим изделиям и методы расчета их сложных конструкций в части сейсмостойкости».
ГОСТом установлены три параметра сейсмостойкости: прочность, герметичность и работоспособность в п.3.1.35 «Сейсмостойкость», в котором определено: «Способность задвижки сохранять прочность, герметичность относительно внешней среды и затвора и работоспособность во время и после сейсмических воздействий».
Повышение сейсмостойкости в заявленном техническом результате от использования изобретения в части увеличения прочности достигается тем, что ребра жесткости 10 выполнены в виде сварных прямоугольных колец, выполненных из продольных пластин 26, зафиксированных с торцов закладками 27 в разрезах в них типа «ласточкин хвост». Верхние закладки 27 выполнены шестигранными, а нижняя закладка 28 выполнена в виде портальной опоры. За счет такой конструкции изгибающие нагрузки перераспределяются по всей поверхности корпуса, повышая его прочность.
В части реализации второго параметра сейсмостойкости - обеспечение герметичности достигается за счет того, что указанные уплотнения 7 размещены на внутренних частях ступиц 18 седел 5 и 6, размещенных в патрубках 8 и 9, вваренных в соосные отверстия, выполненные в широких стенках корпуса 1.
Внутренние торцы седел 5 и 6 выполнены в виде фланцев 19т и 20, образующих сейсмозащитный узел герметизации затвора, включающий в себя вмонтированные в рабочую фланцевую поверхность каждого седла 5 и 6 периферийный 21 и центральный 22 упорные уплотнительные кольца прямоугольного поперечного сечения и, размещенное между ними отбойное герметизирующее полиуретановое кольцо 23, ложе которого сообщено посредством равномерно распределенных по кругу наклонных отверстий 24 с внутришиберной полостью на взаимноперпендикулярных осях Х1-Х1 и Y1-Y1 каждого седла, повернутых на угол 45°относительно их соответственно горизонтального X-X и вертикального Y-Y расположения. С боков и сверху на фланце каждого седла 19 и 20 выполнены касательные срезы S, в зонах между которыми размещены в соответствующих углублениях в седлах группы пружин 25 поджатия седел 5 и 6.
Достижение третьего параметра сейсмостойкости шиберной задвижки достигается тем, что торцевая плоскость фланцев седел 5 и 6 выполнена со скосом углом α, закругленным на участках между касательными срезами S фланца с возможностью исключения контактного подклинивания шибера 4 седлами 5 и 6 при их угловых вибрациях от сейсмического ударного воздействия. При сейсмических импульсных вибрациях, благодаря указанному скосу под углом α, при угловых колебаниях седла перемещаются в пределах упругости периферийного 21 и центрального 22 упорных уплотнительных колец прямоугольного поперечного сечения и, размещенного между ними отбойного герметизирующего полиуретанового кольца 23 не касаясь металлической поверхности шибера 4.
В случае ударных сейсмических воздействий импульсами большой силы возможны эпизодические касания скошенной поверхностью седла поверхности шибера 4, но это не нарушит работоспособность задвижки, т.к., за счет скругления фланца седла не произойдет подклинивание шибера 4 вследствие отсутствия врезания седла в шибер4 путем перекатывания по криволинейном срезу фланца 19 или 20 седла 5 или 6.
Таким образом, использование данного изобретения позволяет решить задачу и создать надежное сейсмостойкое запорно-регулирующее средство.
Использование изобретения позволяет повысить сейсмостойкость шиберной задвижки путем увеличения прочности, обеспечения герметичности и работоспособности задвижки при сейсмических воздействиях.