ПРОБКОВЫЙ КЛАПАН (ВАРИАНТЫ)
CORK VALVE (VERSIONS)

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к пробковому клапану с пробкой, поддерживаемой с возможностью поворота в перепускном канале корпуса клапана.
Уровень техники
Такие пробковые клапаны служат в качестве отсекателей жидкостей, газов, паров или текучих гранулированных материалов в трубопроводных сетях или на контейнерах. Так называемая пробка клапана установлена с возможностью вращения в корпусе клапана. Впускное отверстие расположено на одной стороне корпуса клапана, а выпускное отверстие - на другой. В пробке образовано перпендикулярное ее центральной оси отверстие, через которое протекает поток среды. Если эти два отверстия соединены отверстием в пробке, среда может протекать через них. Если повернуть пробку на 90°, она блокирует канал своим корпусом. Управление пробковыми клапанами может осуществляться вручную или при помощи двигателя.
Например, из DE 2444716 С известен отсечной, в частности, шаровой клапан, который имеет уплотнительное кольцо, шарнирно смонтированное на каждой из сторон (впускной и выпускной), при этом каждая сторона практически является жесткой в зоне поверхности контакта с пробкой и снабжена в зоне своих сторон, соседних с крышкой корпуса, на его внутренней стенке, радиальной кольцевой канавкой, подвергающейся давлению среды из соединительного канала, выходящего из эластичного поддерживающего кронштейна на крышке корпуса. Каждое из уплотнительных колец снабжено снаружи выступающей уплотняющей поверхностью на сторонах, обращенных к крышке корпуса.
Из DE 102004043974 А1 известно уплотнение шарового клапана, причем клапан в корпусе с перепускным каналом выполнен в качестве отсекателя. Клапан присоединен к переключающему штоку, снабженному уплотнением с внешней стороны. Уплотнительные кольца с кольцевыми уплотнениями, которые обеспечивают уплотнение с обеих сторон, но образуют скользящий контакт с шариком, могут перемещаться в осевом направлении по обеим сторонам шарика, преодолевая силу сжатия тарельчатых пружин, которые, в свою очередь, воспринимают осевое давление со стороны стопорного кольца. В случае шариков упорно-радиальных подшипников или жесткого уплотнительного кольца на одной стороне шарика может предусматриваться только одно уплотнительное кольцо с тарельчатой пружиной со стороны шарика.
В DE 8516162 U1 описано подпружиненное седло шарика для шаровых клапанов, в котором контактная поверхность седла, несущая уплотнительное кольцо, прижимается пружинными элементами к шарику клапана, причем пружинные элементы изолированы при помощи уплотняющих элементов от среды, протекающей через шаровой клапан. Контактная поверхность седла предпочтительно имеет полый цилиндр, герметически изолирующий полость, в которой помещаются пружинные элементы, от среды, протекающей через шаровой клапан, при помощи перекрывающих уплотнений.
Известные пробковые клапаны имеют или упругие уплотнительные элементы с жесткими опорами по обе стороны плавающей пробки, или пробки, поддерживаемые одной или двумя неподвижными опорами на цапфах, или с помощью цапфами с обеих сторон корпусов клапанов, с которыми находятся в контакте аксиально подвижные уплотнительные элементы. Упругие уплотнительные элементы или должны быть интегрированы в конструкцию с точно рассчитанными размерами, или использовать уплотнения, достаточно эластичные в широком диапазоне, чтобы компенсировать допуски. Они должны выполнять функции уплотнения и компенсации допусков между пробкой и корпусом клапана, а также прикладывать к пробке необходимое прижимающее усилие уплотнительной кромки. В случае пластмассовых клапанов, в частности, существует серьезная проблема, поскольку технология изготовления деталей позволяет получать размеры клапанах в широком диапазоне, а воздействие температуры и среды приводит иногда к значительным отклонениям размеров. В результате функциональной интеграции уплотнительные элементы должны соответствовать этим противоречивым требованиям. Улучшения уплотняющего эффекта можно достичь, если усилить уплотняющий эффект уплотнительных элементов при помощи отдельных пружинных элементов. Если пружинные элементы встраивать в уплотнительные элементы, конструкция становится дорогостоящей и, таким образом, превращается в один из источников затрат. Если уплотнительные элементы и пружинные элементы представляют собой отдельные детали, дополнительные пружинные элементы, расположенные с одной или с обеих сторон всегда воздействуют непосредственно на кольцевые седловые и (или) уплотнительные элементы, самые разнообразные виды и комбинации которых применяются для герметической изоляции корпусов пробок с обеих сторон.
Раскрытие изобретения
Таким образом, существует потребность в пробковом клапане, таком как шаровой или цилиндрический клапан, который надежно изолирует вращающуюся пробку в пробковом клапане в течение длительного срока службы при невысоком уровне затрат, не приводя к утечке из пробкового клапана или колебаниям смещающей силы/смещающего момента пробкового клапана в случае отклонений установочных размеров, связанных с температурой и технологией изготовления, а также эластичностью материала уплотнительного элемента и колебаниями давления герметически изолируемой среды.
Соответственно, в одном из аспектов настоящего изобретения предлагается пробковый клапан, включающий следующие компоненты: корпус клапана, имеющий перепускной канал для протекания потока среды; кольцевой уплотнительный элемент, который поддерживается в неподвижном положении напротив отверстия перепускного канала; и пробку, поддерживаемую с возможностью поворота вокруг оси вращения в перепускном канале, причем пробка поддерживается плавающим образом, и предусмотрен по меньшей мере один пружинный элемент, упирающийся в корпус клапана и прижимающий пробку к кольцевому уплотнительному элементу.
Пробка предпочтительно имеет пару цапф, определяющих ось вращения пробки, при этом пружинный элемент входит в контакт по меньшей мере с одной из цапф, прижимая пробку к уплотнительному элементу.
Предпочтительно имеются два пружинных элемента, и цапфы пробки поддерживаются плавающим образом в направляющих канавках в корпусе клапана напротив этих пружинных элементов, соответственно располагающихся в направляющих канавках между цапфами и основаниями направляющих канавок.
Пружинные элементы предпочтительно представляют собой цилиндрические пружины, пластинчатые пружины, резиновые элементы и другие пружинные элементы.
Цапфы предпочтительно отлиты заодно с пробкой.
Пробка предпочтительно имеет сферическое или цилиндрическое тело, в котором выполнено по меньшей мере одно отверстие для прохождения потока среды.
Пробка, в положении прижатия к уплотнительному элементу, предпочтительно перекрывает либо сторону входящего, либо сторону выходящего потока среды.
Уплотнительный элемент предпочтительно представляет собой высокоэластичное манжетное уплотнение, опирающееся на прижимное кольцо.
Цапфы предпочтительно жестко присоединены к пробке с возможностью вращения, при этом регулирующий элемент с ручным или приводным управлением входит в контакт с одной из цапф или непосредственно с пробкой.
Среда предпочтительно представляет собой газ, жидкость или текучий твердый материал.
Согласно второму аспекту в настоящем изобретении предлагается пробковый клапан, включающий следующие компоненты: корпус клапана, имеющий перепускной канал для протекания потока среды; кольцевой уплотнительный элемент, который поддерживается в неподвижном положении напротив отверстия перепускного канала; и пробку, имеющую пару цапф, определяющих ось вращения, и поддерживаемую с возможностью поворота вокруг оси вращения в перепускном канале. Предусмотрен по меньшей мере один пружинный элемент, упирающийся в корпус клапана и входящий в контакт по меньшей мере с одной из цапф пробки, причем пробка поддерживается плавающим образом, преодолевая силу сжатия пружины, а пружинный элемент прижимает пробку к кольцевому уплотнительному элементу.
Поскольку между задачами создания уплотнения и давления на поверхности контакта предусматривается строгое функциональное разделение, и пружинные элементы не прижимаются непосредственно к уплотнительным элементам, как действовали бы объединенные опорные/прижимные и уплотнительные кольца на корпус пробки, а вместо этого воздействуют на цапфы пробки, возможный в результате этого свободный выбор пружинных элементов позволяет осуществлять в значительной степени независимую регулировку контактного усилия и обеспечивает широкий диапазон допусков в системе на фоне отклонений геометрических размеров и изменения жесткости уплотнительных материалов. Выбирая подходящие длины и характеристики пружин, можно отрегулировать как перемещение поддерживаемой плавающей пробки, так и контактное усилие. Пробка также может легко поворачиваться благодаря пренебрежимо малым потерям на трение между пружинами и цапфой. Кроме того, пружинные элементы в направляющих канавках корпуса клапана могут быть хорошо защищены от потока протекающей среды. Хотя пробка предпочтительно «плавает» в корпусе клапана, тем не менее, она с высокой степенью точности перемещается в направляющих канавках и не может сместиться из рабочего положения под действием ассиметричных сил, прикладываемых средой или уплотнительными элементами, вызывая тем самым риск утечек.
Краткое описание чертежей
Предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения будет теперь описан исключительно в качестве примера со ссылкой на прилагаемые чертежи. Идентичные конструкции, элементы или детали, которые появляются более чем на одном чертеже, как правило, имеют одинаковые позиционные обозначения на всех чертежах, где они изображены. Размеры компонентов и характерные особенности, представленные на чертежах, как правило, выбраны для удобства и ясности представления и необязательно изображены в масштабе. Чертежи перечислены ниже.
На ФИГ.1 представлен перспективный вид шарового клапана с электродвигателем.
На ФИГ.2 представлен вид в разрезе шарового клапана, показанного на ФИГ.1, в закрытом положении без узла привода.
На ФИГ.3 представлен вид в разрезе шарового клапана, показанного на ФИГ.1, в открытом положении.
Осуществление изобретения
Изобретение будет описано со ссылкой на шаровой клапан. Шаровой клапан согласно единственному примеру осуществления, показанному на ФИГ.1, имеет неразъемный корпус 1 в виде полого тела с впускным и выпускным отверстиями 2, 3 на концах для прохождения потока среды, например, газа. У отверстий для пропуска потока корпуса 1 предусмотрены два фланцевых конца 4, 5. Верхний фланцевый конец 4 имеет соединители 6 с защелкивающимся замком для присоединения прижимного кольца, которое также используется для подключения соединительной линии 8. Нижний фланцевый конец 5 имеет байонетный профиль 7 для байонетного соединения с другой соединительной линией (не показана). Кроме того, корпус имеет внешние профили 9, 10 для введения инструмента для сцепки, такого как рожковый ключ. Часть корпуса 1, показанная на рисунке сверху, имеет несколько более широкий диаметр, чтобы вводить шаровую пробку 11, показанную на видах в разрезе, изображенных на ФИГ.2 и 3. К боковой стороне корпуса 1 прикреплен узел электрического привода 12 для шаровой пробки, включающий электродвигатель 13, редуктор 14 и электрическую соединительную коробку 15. Выход редуктора 14 присоединен к шаровой пробке 11 в целях поворота шарового клапана между открытым и закрытым положениями.
На ФИГ.2 показан вид в разрезе шарового клапана в закрытом положении, со снятым узлом привода. Отверстие 27 для прохождения среды через шаровую пробку расположено перпендикулярно направлению потока. Легко видеть, что верхняя и центральная части корпуса 1 расширены, чтобы принять шаровую пробку 11. Шаровая пробка имеет две цапфы 16, 17, определяющие ось вращения А пробки. Шаровая пробка 11 «плавает», при этом ее цапфы 16, 17 входят в направляющие канавки 18, 19 с возможностью скольжения. Направляющие канавки образованы в боковых стенках корпуса 1 и идут в направлении потока. Две цилиндрические пружины 20, 21 расположены в направляющих канавках 18, 19 и проходят между основаниями канавок и цапфами 16, 17 шаровой пробки 11, прижимая шаровую пробку 11 к уплотняющему устройству, которое встроено у верхнего конца корпуса 1 на рисунке.
Уплотнительное устройство включает прижимное кольцо 22, уплотнительный элемент в виде манжетного уплотнения 23 для шаровой пробки 11, прижимаемой к кольцу, и уплотнительное кольцо 28 для герметичной изоляции корпуса от внешней среды. Прижимное кольцо 22 удерживает манжетное уплотнение 23 у верхнего фланцевого конца 4 и крепится к корпусу 1 соединителями 6 с защелкивающимся замком. Прижимное кольцо 22 содержит байонетные профили для байонетного соединения с соединительной линией 8, такой как труба или шланг. Манжетное уплотнение предпочтительно представляет собой высокоэластичное манжетное уплотнение с манжетой, непосредственно контактирующей с шаровой пробкой.
В показанном положении шарообразное тело шаровой пробки 11 герметично изолирует единый поток среды за счет манжетного уплотнения 23, поддерживаемого силой сжатия цилиндрических пружин 20, которые прижимаются к цапфам 16, 17. При этом пробка 11, поддерживаемая своими цапфами 16, 17 в направляющих дорожках 18, 19, может перемещаться на несколько миллиметров к манжетному уплотнению 23. Реагируя на противодействующие силы сжатия, шаровая пробка 11 «плавает» между манжетным уплотнением 23 и цилиндрическими пружинами 20, 21 в направлении, перпендикулярном цапфам 16, 17, которые одновременно образуют ось вращения А шаровой пробки 11 в направлении прохождения направляющих канавок 18, 19, как показано двойными стрелками. Дополнительный компонент силы, который влияет на плавающее движение шаровой пробки 11, формируется находящейся под давлением перекрываемой средой. В зависимости от направления потока среды, перекрываемой шаровой пробкой 11, поддержку получает сила сжатия цилиндрических пружин 20, 21 или, альтернативно, сила сжатия манжетного уплотнения 23. Благодаря описанной конструкции становится возможным обеспечить надежное уплотнение пробкового клапана при очень простой конструкции уплотнения и пружинных элементов.
Естественно, что регулирующий элемент, в сочетании с цапфами 16, 17 обеспечивающий вращение шаровой пробки 11, должен разрешать линейное перемещение цапф 16, 17 в направляющих канавках 18, 19. Соответствующие соединительные муфты относятся к известному уровню техники. Электродвигатель 13 согласно ФИГ.1 можно присоединить к поперечному фланцу 24 корпуса 1 аналогичным образом при помощи байонетного профиля 25. Передача регулирующего усилия от выходного вала привода 14 к цапфе 16 может, например, происходить при помощи закрепленного с возможностью вращения узлового соединения, которое не препятствует «плаванию» шаровой пробки 11.
С другой стороны, если регулирующий элемент воздействует непосредственно на шаровую пробку 11, естественно, что его разъединение происходит таким образом, чтобы относительное перемещение между установочным элементом и шаровой пробкой 11 было возможно.
Естественно, существует также необходимость в герметичной изоляции поперечного фланца 24 от перекрываемой среды. Выполнение этой функции в наружном направлении обеспечивается при помощи уплотнительного кольца 26, а во внутреннем, например, при помощи сальника, не показанного детально.
На ФИГ.3 показан в поперечном разрезе шаровой клапан в открытом состоянии, при этом используются те же символьные обозначения. В то время как на ФИГ.2 отверстие 27 в шаровой пробке 11 для прохождения среды расположено перпендикулярно направлению потока таким образом, чтобы шаровая пробка вызывала перекрытие потока, шаровой клапан 11 в соответствии с ФИГ.3 поворачивается на 90° так, чтобы отверстие 27 совпадало с каналом прохождения потока. Вследствие этого, шаровой клапан оказывается в открытом состоянии.
Шаровой клапан легко собрать. Сначала цилиндрические пружины 20, 21 помещают в направляющие канавки 18, 19. Затем шаровую пробку 11 устанавливают на место таким образом, чтобы цапфы 16, 17 плавно двигались по направляющим канавкам 18, 19 к цилиндрическим пружинам 20, 21. После этого кольцевое манжетное уплотнение 23 вставляют во фланцевый конец 4 и закрепляют прижимным концом 22. Уплотнительное кольцо 28 вставляют между кольцевым выступом корпуса 1 и прижимным кольцом 22. Сборку этого небольшого количества компонентов легко автоматизировать.
Хотя приведенный пример осуществления основан на шаровых клапанах, в изобретении аналогичным образом могут использоваться клапаны с цилиндрическими пробками. Кроме того, вместо узла электрического привода можно предусмотреть ручной элемент управления. Также, вместо одной или двух цилиндрических пробок можно использовать одну или две тарельчатых пружины или резиновых элемента. Вместо двух направляющих канавок может быть предусмотрена одна кольцевая канавка, на основание которой опирается винт с таким же диаметром, как у кольцевой канавки. Можно также предусмотреть пробку только с одной цапфой. Цапфа или цапфы должны быть присоединены к пробке неподвижно с возможностью вращения, если они одновременно должны передавать пробке вращающий момент. Они могут быть отлиты заодно с пробкой, а также вставлены в пробку неподвижно с возможностью вращения. Естественно, что вместо байонетных соединений могут быть предусмотрены винтовые стяжки. Наконец, можно также предусмотреть дополнительное прижимное кольцо с кольцевым манжетным уплотнением на другой стороне потока.
Соответственно, хотя настоящее изобретение описано со ссылкой на один предпочтительный вариант его осуществления, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что существует возможность разнообразных модификаций. Таким образом, объем настоящего изобретения определяется исходя из приведенных ниже пунктов формулы изобретения.
В описании и пунктах формулы изобретения настоящей заявки каждый из глаголов «состоит из», «включает», «содержит» и «имеет», а также их изменяемые формы используются в инклюзивном смысле, указывая на наличие заявляемого элемента, но не исключая наличия дополнительных элементов.