КЛАПАН ЗАПОРНЫЙ ПОВОРОТНОГО ТИПА

Полезная модель относится к машиностроению, а именно, к арматуростроению, и может быть использована в различных системах в качестве запорного устройства в обслуживаемом помещении.
Из существующего уровня техники известен Универсальный клапан-затвор, содержащий герметичный корпус с седлом и крышкой, поворотную тарель, ее привод и сильфон, обеспечивающий герметичность привода тарели (см. Россия, патент №2238465, F16К 1/20, 2002 г.).
Известен также Дисковый поворотный клапан, предназначенный для использования в системах регулирования расходов газа или жидкостей в различных типах энергетического оборудования, и содержащий полый корпус с входным и выходным отверстиями, седло, взаимодействующий с седлом запорный орган в форме диска и механизм перемещения запорного органа в виде цилиндропоршневого устройства, связанного шарнирно-рычажной передачей с запорным органом (см. Россия, патент №2182997, F16К 1/20, 1999 г.).
Кроме того, известен Универсальный комбинированный затвор, содержащий герметичные корпус с седлом и крышку, поворотную тарель с приводом, установленную на оси вращения, и перепускной клапан, встроенный в поворотную тарель (см. Россия, патент №2219413, F16К 39/02, 2001 г.).
Наиболее близким техническим решением, выбранным за прототип, является Клапан запорный поворотного типа, содержащий неподвижный корпус со входной и выходной магистралями подвода и отвода рабочего тела, герметизирующее седло, и запирающую тарель поворотного типа,
снабженную приводом, выполненную в виде диска с уплотняющей поверхностью, взаимодействующей в закрытом положении клапана с седлом по его уплотнительному контуру (см. Россия, патент №2283448, F16К 1/22, 2004 г.).
Достижению требуемого технического результата, как в аналогах, так и в прототипе препятствует недостаточная надежность и герметичность клапана из-за конструктивных особенностей уплотнения его проходного сечения, а также отсутствие возможности регулировки уплотнения клапана в процессе его эксплуатации.
Задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является создание поворотного запорного клапана, при простоте своей конструкции, обеспечивающего требуемую надежность и герметичность при одновременном снижении габаритных размеров и увеличении диапазона регулировок клапана.
К техническим результатам, получаемым при реализации заявленной полезной модели, можно отнести повышение надежности и герметичности клапана за счет обеспечения равномерных контактных напряжений по всей длине контура герметизации, обеспечение диапазона регулировок рабочего хода запирающей тарели по мере износа материала уплотняющего контура, обеспечение компенсации погрешности изготовления и монтажа клапана, его элементов и механизма поворота, а также уменьшение габаритных размеров клапана.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в клапане запорном поворотного типа, содержащем неподвижный корпус со входной и выходной магистралями подвода и отвода рабочего тела, герметизирующее седло, и запирающую тарель поворотного типа, снабженную приводом, выполненную в виде диска с уплотняющей поверхностью, взаимодействующей в закрытом положении клапана с седлом по его уплотнительному контуру, согласно полезной модели,
запирающая тарель выполнена в виде поворотного толстостенного диска и установлена на двух валах - опорном ведущем валу и опорном
ведомом валу и жестко соединена с ними, устройство снабжено промежуточным валом, соединяющим ведущий вал с приводом запирающей тарели, опорные ведущий и ведомый валы установлены в корпусе на подшипниках скольжения, по одному на каждый вал, размещенных, в свою очередь, в полостях, отделенных уплотнениями от рабочей и от внешней среды, и заполненных смазкой, ось вращения запирающей тарели конструктивно размещена вне ее пределов и с эксцентриситетом относительно оси седла и оси, проходящей через геометрический центр окружности контакта запирающей тарели, промежуточный вал снабжен поворотным упором, взаимодействующим в открытом положении клапана с неподвижным упором корпуса клапана, а в закрытом положении клапана с ответным ему ограничительным регулировочным болтом, установленным на корпусе, уплотнительный контур седла выполнен кольцевым, упруго деформируемым и состоящим из комбинированной кольцевой уплотняющей манжеты, имеющей внутреннюю и внешнюю поверхности с боковыми выступами на последней, установленной и зафиксированной на седле, и взаимодействующей с запирающей тарелью в закрытом положении клапана, внутри которой размещены, герметизирующее кольцо с боковыми выступами-отбортовками, взаимодействующими с внутренней поверхностью кольцевой уплотняющей манжеты, опорное кольцо с образованием зазора с герметизирующим кольцом, и пластичное деформируемое уплотнение, размещенное между опорным кольцом и внутренней поверхностью кольцевой уплотняющей манжеты, и взаимодействующее с ними, при этом, комбинированная кольцевая уплотняющая манжета зафиксирована на седле, с одной стороны, профилированным буртиком, выполненным на седле и взаимодействующим с кольцевой уплотняющей манжетой с использованием ее боковых выступов на внешней ее поверхности, а с другой стороны, фиксирующим регулировочным кольцом с резьбовыми отверстиями по своему периметру под регулирующие винты, каждый из которых имеет конусную концевую часть, взаимодействующую с ответным ей конусным углублением седла тарели, причем, в ведущем валу выполнены осевые и радиальные проточки,
соединенные с полостью размещения его подшипника скольжения, и заполненные смазкой, а уплотняющая поверхность запирающей тарели выполнена профилированной и образована по сфере.
Промежуточный и ведущий вал могут быть соединены между собой шлицевой муфтой, которая может быть размещена в полости подшипника скольжения ведущего вала, заполненной смазкой, например, жидкой смазкой.
Полости подшипников скольжения ведущего и ведомого валов отделены от рабочей и внешней среды уплотнениями, например, в виде резиновых колец.
Привод запирающей тарели может быть выполнен электромеханическим с блоком управления, а опорный ведущий вал через промежуточный вал может быть соединен с приводом запирающей тарели посредством червячной передачи (пары).
Ограничительный регулировочный болт может быть установлен на корпусе с возможностью обеспечения пошаговой регулировки его хода.
Комбинированная кольцевая уплотняющая манжета может быть выполнена фторопластовой, а герметизирующее кольцо и опорное кольцо уплотнительного контура седла могут быть выполнены металлическими.
Пластичное деформируемое уплотнение уплотнительного контура седла может быть выполнено резиновым.
Регулирующие винты фиксирующего регулировочного кольца могут быть выполнены с потайной головкой, осевые и радиальные проточки, выполненные в ведущем и ведомых валах, могут быть заполнены жидкой смазкой, а привод запирающей тарели может быть дополнительно снабжен маховиком ручного управления.
Полезная модель поясняется чертежами, где:
На Фиг.1 изображен клапан запорный поворотного типа.
На Фиг.2 - вид на поворотный упор во взаимодействии с регулировочным болтом:
На Фиг.3 - запирающая тарель во взаимодействии с уплотнительным контуром;
На Фиг.4 - узел I Фиг.3;
На Фиг.5 - сечение по промежуточному и ведущему валам;
На Фиг.6 - сечение по ведомому валу.
Клапан запорный поворотного типа имеет неподвижный корпус 1 со входной 2 и выходной 3 магистралями подвода и отвода рабочего тела, герметизирующее седло 4 и запирающую тарель 5 поворотного типа, снабженную приводом 6. Запирающая тарель 5 выполнена в виде поворотного толстостенного диска с уплотняющей поверхностью 7, взаимодействующей в закрытом положении клапана с седлом 4 по его уплотнительному контуру 8.
Запирающая тарель 5 установлена на двух валах - опорном ведущем валу 9 и опорном ведомом валу 10 и жестко соединена с ними.
Устройство снабжено промежуточным валом 11, соединяющим ведущий вал 9 с приводом 6 запирающей тарели 5.
Опорные ведущий 9 и ведомый 10 валы установлены в корпусе 1 на подшипниках скольжения 12, по одному на каждый вал, размещенных, в свою очередь, в полостях 13, отделенных уплотнениями 14 от рабочей и от внешней среды, и заполненных смазкой.
Ось О-О вращения запирающей тарели 5 конструктивно размещена вне ее пределов и с эксцентриситетом относительно оси седла 4 и оси, проходящей через геометрический центр окружности контакта запирающей тарели 5.
Промежуточный вал 11 снабжен поворотным упором 15, взаимодействующим в открытом положении клапана с неподвижным упором 16 корпуса клапана, а в закрытом положении клапана с ответным ему ограничительным регулировочным болтом 17, установленным на корпусе 1.
Уплотнительный контур 8 седла 4 выполнен кольцевым, упруго деформируемым, основным элементом которого является комбинированная кольцевая уплотняющая манжета 18, имеющая внутреннюю и внешнюю поверхности с боковыми выступами на последней, установленная и зафиксированная на седле 4, и взаимодействующая с запирающей тарелью 5 в закрытом положении клапана.
Внутри комбинированной кольцевой уплотняющей манжеты 18 размещены герметизирующее кольцо 19 с боковыми выступами-отбортовками, взаимодействующими с внутренней поверхностью уплотняющей манжеты 18, опорное кольцо 20 с образованием зазора с герметизирующим кольцом 19, и пластичное деформируемое уплотнение 21, размещенное между опорным кольцом 20 и внутренней поверхностью комбинированной кольцевой уплотняющей манжеты 18, и взаимодействующее с ними.
Комбинированная кольцевая уплотняющая манжета 18 зафиксирована на седле 4, с одной стороны, профилированным буртиком 22, выполненным на седле 4 и взаимодействующим с комбинированной кольцевой уплотняющей манжетой 18 с использованием ее боковых выступов на внешней ее поверхности, а с другой стороны, фиксирующим регулировочным кольцом 23 с резьбовыми отверстиями по своему периметру под регулирующие винты 24, каждый из которых имеет конусную концевую часть, взаимодействующую с ответным ей конусным углублением 25 седла 4 тарели 5.
В ведущем валу 9 выполнены осевые и радиальные проточки 26, соединенные с полостью 13 размещения его подшипника скольжения 12, и заполненные смазкой, а уплотняющая поверхность 7 запирающей тарели 5 выполнена профилированной и образована по сфере.
Промежуточный 11 и ведущий 9 вал соединены между собой, например, шлицевой муфтой 27, которая размещена в полости 13 подшипника скольжения 12 ведущего вала 9, заполненной смазкой, например, жидкой смазкой.
Полости подшипников скольжения 12 ведущего 9 и ведомого 10 валов отделены от рабочей и внешней среды уплотнениями 14, например, в виде резиновых колец.
Привод 6 запирающей тарели 5 выполнен, например, электромеханическим с блоком управления (не показано), а опорный ведущий
9 вал через промежуточный вал 11 может быть соединен с приводом 6 запирающей тарели 5 посредством червячной передачи (пары) (не показано).
Ограничительный регулировочный болт 17 может быть установлен на корпусе 1 с возможностью обеспечения пошаговой регулировки его хода.
Комбинированная кольцевая уплотняющая манжета 18 может быть выполнена, например, фторопластовой, а герметизирующее кольцо 19 и опорное кольцо 20 уплотнительного контура 8 седла 4 могут быть выполнены металлическими.
Пластичное деформируемое уплотнение 21 уплотнительного контура 8 седла 4 может быть выполнено, например, резиновым.
Регулирующие винты 24 фиксирующего регулировочного кольца 23 могут быть выполнены с потайной головкой, осевые и радиальные проточки 26, выполненные в ведущем 9 и ведомом 10 валах, могут быть заполнены жидкой смазкой, а привод 6 запирающей тарели 5 может быть дополнительно снабжен маховиком 28 ручного управления.
Клапан запорный поворотного типа работает следующим образом.
Клапан представляет собой клапан с безфланцевым корпусом, поворотным запорным органом - тарелью с электромеханическим приводом с ручным дублированием и упруго деформируемой герметизирующей манжетой - седлом.
В открытом положении клапана запирающая тарель 5 расположена под углом в 90° к проходному сечению клапана своим ребром и обеспечивает беспрепятственное прохождение рабочей среды через клапан.
Для закрытия клапана подается команда на блок управления (не показано) электромеханического привода 6 и посредством червячной передачи (пары) (не показано) вращательное движение передается на промежуточный вал 11, а от него через шлицевую муфту 27 - на опорный ведущий вал 9. Опорный ведущий вал 9, как и опорный ведомый вал 10 жестко соединены с запирающей тарелью 5, и за счет того, что последняя выполнена в виде поворотного толстостенного диска, образован жесткий узел
поворота: опорный ведущий вал 9 - запирающая тарель 5 - опорный ведомый вал 10, работающие, как единое целое.
Запирающая тарель 5 под действием вращательного движения опорного ведущего вала 9 начинает вращаться относительно оси своего крепления, которая конструктивно размещена вне пределов запирающей тарели 5 и с эксцентриситетом относительно оси седла 4 и оси, проходящей через геометрический центр окружности контакта запирающей тарели 5.
Исходя из условий работы клапана рассчитана форма уплотняющей поверхности 7 запирающей тарели 5, параметры уплотнительного контура 8 седла 4 и кинематика вращения тарели 5 относительно седла 4, обеспечивающие одновременный начальный контакт всей профилированной уплотняющей поверхности 7 тарели 5 и уплотнительного контура 8 седла 4, одинаковую радиальную деформацию уплотнительного контура 8 при дальнейшем повороте запирающей тарели 5, необходимый угол внедрения тарели 5 в материал комбинированной кольцевой уплотняющей манжеты 18 и угол поворота запирающей тарели 5 с момента начала контакта до момента появления контактных напряжений, необходимых для герметизации.
Эксцентриситет оси установки запирающей тарели 5 выбран так, а уплотняющая поверхность 7 запирающей тарели 5 спрофилирована по сфере таким образом, что во время закрытия клапана при подходе тарели 5 к комбинированной кольцевой уплотняющей манжете 18 уплотнительного контура 8 седла 4 происходит одновременное по всей уплотняющей поверхности 7 взаимодействие тарели 5 с уплотнительным контуром 8. По мере дальнейшего поворота тарели 5 на закрытие происходит упругая деформация комбинированной кольцевой уплотняющей манжеты 18, а вслед за ней, упругая деформация пластичного деформируемого уплотнения 21, выполненного, например, резиновым.
По достижении заданной расчетной герметизации клапана, движение тарели 5 прекращается с одновременным взаимодействием поворотного упора 15 с ответным ему ограничительным регулировочным болтом 17, установленным на корпусе 1.
Заданная расчетная герметизация клапана обеспечивается, в том числе, и регулировкой посредством регулировочного болта 17, который может ввинчиваться и вывинчиваться, т.к. установлен в корпусе 1 с возможностью обеспечения пошаговой регулировки его хода.
В процессе эксплуатации клапана происходит износ уплотняющего контура 8 седла 4, и регулировочным болтом может обеспечиваться больший угол «захода» запирающей тарели в уплотнительный контур 8 седла 4 и пластическая упругая деформация комбинированной кольцевой уплотняющей манжеты 18.
Подобная регулировка, в частности, по жесткости уплотнительного контура 8 может осуществляться и фиксирующим регулировочным кольцом 23. Регулирующие винты 24 имеют конусную концевую часть, взаимодействующую с ответным ей конусным углублением 25 седла 4 тарели 5. Вворачивая или выворачивая регулирующие винты 24, можно обеспечить некоторое осевое перемещение регулировочного кольца 23, за счет чего можно уменьшить или увеличить жесткость и поджатие уплотнительного контура 8.
Регулировочное кольцо 23 такой конструкции позволяет «выбрать» технологические погрешности изготовления клапана при его монтаже; для этой же цели, для обеспечения поджатая деформируемого уплотнения 21 к комбинированной кольцевой уплотняющей манжете 18 служит опорное кольцо 20, размещенное в комбинированной кольцевой уплотняющей манжете 18, с образованием зазора с герметизирующим кольцом 19.
При открытии клапана, все фазы повторяются в обратном порядке и в открытом положении запирающая тарель 5 фиксируется путем взаимодействия поворотного упора 15 с неподвижным упором 16 корпуса клапана.
Электромеханический привод б может быть дублирован соединенным с ним маховиком 28 ручного управления.
Данная конструкция клапана позволяет:
1. Обеспечить оптимальное взаимодействие запирающая тарель 5 - седло 4 для различных материалов седла 4 при работе в упругой зоне деформации материала седла 4 в части:
- величины деформации;
- угла внедрения тарели 5 в материал седла 4.
2. Применять различные материалы для изготовления уплотнительного контура 8 седла 4 в зависимости от условий его работы и их комбинаций:
- фторопласты;
- резины;
- металлы.
3. Обеспечить одинаковые контактные напряжения по всей линии контакта тарель 5 - седло 4, что дает равномерный износ материала седла 4.
4. Обеспечить регулировку рабочего хода тарели 5 с момента вхождения тарели 5 в контакт с седлом 4 до момента обеспечения необходимой герметизации.
5. Обеспечить регулировку рабочего хода тарели 5 по мере износа материала уплотнительного контура 8 седла 4.
6. Обеспечить компенсацию погрешности изготовления и монтажа уплотняющих элементов и механизма поворота.
В конструкции клапана применены традиционные конструктивные элементы и он может быть изготовлен в условиях экспериментального и/или серийного производства.