УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ НА УСТАЛОСТЬ ЗОЛОТНИКОВ И СЁДЕЛ ЗАПОРНЫХ КЛАПАНОВ

Полезная модель относится к машиностроению, к испытаниям и стендам испытательным, в частности, может быть использовано для испытаний на усталость золотников и седел запорных клапанов.
Наиболее близким аналогом является устройство для испытаний на усталость золотников и седел запорных клапанов, состоящее из корпуса с входным и выходным патрубками, седла и взаимодействующего с седлом золотника, установленных в отверстии корпуса, а также штока и нагружающего устройства, состоящего из рамы, к основанию которой прикреплен вышеупомянутый корпус, причем к боковине рамы прикреплен электропривод, на выходном валу которого закреплен эксцентрик, который находится в пазу ползуна, установленного с возможностью осевого перемещения в отверстиях ребер рамы, с ползуном соединен один конец вышеупомянутого штока, второй конец штока взаимодействует с золотником, на штоке установлена шайба, опирающаяся на уступ штока, на шайбу опирается одним концом тарированная пружина, второй конец тарированной пружины соприкасается с планкой, которая установлена с возможностью осевого перемещения на шпильках, которые ввернуты в основание рамы, причем положение планки зафиксировано с помощью гаек, навернутых на свободные концы шпилек, на планке закреплен указатель делений шкалы, которая закреплена на боковине рамы, вышеупомянутые золотник и седло выполнены сменными (Патент Российской Федерации на изобретение №2611565, 2017 г., по кл. МПК G01M 13/00, G01M 3/00).
Однако затвор дисковый с тройным эксцентриситетом этой конструкции имеет техническую проблему, связанную с использованием эксцентрика, трущегося о ползун при вращении выходного вала электропривода, для перемещения ползуна, сжатия тарированной пружины и освобождения от осевого усилия золотника. Между эксцентриком и ползуном возникает значительная сила трения, создающая противомомент крутящему моменту электропривода. При длительной беспрерывной работе устройства (усталостные испытания одного образца занимают до 8 ч) это приводит к перегреву и последующему аварийному отключению электропривода, и соответственно остановке испытаний.
Решение вышеназванной технической проблемы обеспечивается в конструкции устройства для испытаний на усталость золотников и седел запорных клапанов, состоящего из корпуса с входным и выходным патрубками, седла и взаимодействующего с седлом золотника, установленных в отверстии корпуса, а также штока и нагружающего устройства. Нагружающее устройство состоит из рамы, к основанию которой прикреплен корпус. К боковине рамы прикреплен электропривод, на выходном валу которого закреплен эксцентрик, который находится в пазу ползуна. Ползун установлен с возможностью осевого перемещения в отверстиях ребер рамы. С ползуном соединен один конец штока, а второй конец штока взаимодействует с золотником. На штоке установлена шайба, опирающаяся на уступ штока. На шайбу опирается одним концом тарированная пружина, второй конец тарированной пружины соприкасается с планкой. Планка установлена с возможностью осевого перемещения на шпильках, которые ввернуты в основание рамы. Положение планки зафиксировано с помощью гаек, навернутых на свободные концы шпилек. На планке закреплен указатель делений шкалы. Шкала закреплена на боковине рамы. Золотник и седло выполнены сменными. Выходной вал выполнен ступенчатым, и ось одной ступени смещена относительно оси вращения выходного вала, а в качестве эксцентрика используется подшипник качения, установленный на данную ступень выходного вала, чем в совокупности обеспечивается возможность длительной беспрерывной работы устройства.
Таким образом, техническим результатом, обеспечиваемым полезной моделью, является обеспечение длительной беспрерывной работы устройства для испытаний на усталость золотников и седел запорных клапанов.
Устройство для испытаний на усталость золотников и седел запорных клапанов представлено на фиг. 1 и 2, где:
фиг. 1 - устройство для испытаний на усталость золотников и седел запорных клапанов в разрезе;
фиг. 2 - вид слева по фиг. 1.
На фиг. 1 и 2 приняты следующие обозначения:
1 - корпус, 2 - входной патрубок, 3 - выходной патрубок, 4 - седло, 5 -золотник, 6 - шток, 7 - уплотнительное кольцо, 8 - рама, 9 - основание, 10 - боковина, 11 - электропривод, 12 - выходной вал, 13 - эксцентрик, 14 - ползун, 15 - ребро, 16 - шайба, 17 - тарированная пружина, 18 - планка, 19 - шпилька, 20 - гайка, 21 - указатель делений, 22 - шкала, 23 - уплотнительное кольцо, 24 - штифт, 25 - шпилька, 26 - гайка, 27 - подшипник качения, А - ось ступени (на которой установлен подшипник качения), Б - ось вращения, Δ - величина смещения осей.
Устройство для испытаний на усталость золотников и седел запорных клапанов состоит из корпуса 1 с входным патрубком 2 и выходным патрубком 3. В отверстие корпуса 1 установлены сменные седло 4 и золотник 5. Сменные седло 4 и золотник 5 обеспечивают возможность испытания золотников и седел с различной конфигурацией уплотнительных поверхностей из различных материалов. С золотником 5 взаимодействует шток 6 и нагружающее устройство, состоящее из рамы 8, основания 9, боковины 10, ребер 15, шайбы 16, тарированной пружины 17, планки 18, шпилек 19 и гаек 20. К основанию 9 рамы 8 прикреплен корпус 1 при помощи шпилек 25 и гаек 26. Герметизация полости корпуса 1 относительно внешней среды осуществляется при помощи уплотнительного кольца 23. Уплотнительное кольцо 4 служит для герметизации соединения между седлом 4 и корпусом 1. К боковине 10 рамы 8 прикреплен электропривод 11, на выходном валу 12 которого закреплен эксцентрик 13, который находится в пазу ползуна 14. Выходной вал 12 выполнен ступенчатым. Ось ступени А смещена относительно оси вращения Б выходного вала 12 на величину смещения осей Δ, обеспечивающую необходимую амплитуду перемещения штока 6 и соответственно золотника 5. В качестве эксцентрика используется подшипник качения 27, который установлен на данную ступень выходного вала 12. Использование подшипника качения 27 позволяет избежать трения скольжения между эксцентриком 13 и ползуном 14 при вращении выходного вала 12 электропривода 11, что значительно снижает нагрузку на электропривод 11 и обеспечивает возможность длительной беспрерывной работы устройства. Ползун 14 установлен с возможностью осевого перемещения в отверстиях ребер 15 рамы 8. С ползуном 14 соединен один конец штока 6 при помощи штифта 24, а второй конец штока 6 взаимодействует с золотником 5. На штоке 6 установлена шайба 16, опирающаяся на уступ штока 6. На шайбу 16 опирается одним концом тарированная пружина 17, второй конец тарированной пружины 17 соприкасается с планкой 18. Планка 18 установлена с возможностью осевого перемещения на шпильках 19, которые ввернуты в основание 9 рамы 8. Положение планки 18 зафиксировано с помощью гаек 20, навернутых на свободные концы шпилек 19. На планке 18 закреплен указатель делений 21 шкалы 22. Шкала 22 закреплена на боковине 10 рамы 8. Степень сжатия тарированной пружины 17 регулируется при помощи гаек 20 и определяется по указателю делений 21 шкалы 22.
Работа устройства для испытаний на усталость золотников и седел запорных клапанов осуществляется следующим образом. После установки испытываемого седла 4 и золотника 5 в отверстие корпуса 1 производится настройка тарированной пружины 17 на заданное усилие, при котором будет производиться испытание на усталость. Выходной вал 12 электропривода 11 переводится в положение, при котором ось ступени А и ось вращения Б лежат в плоскости разреза согласно фиг. 1. При этом между подшипником качения 27 и ползуном 14 имеется зазор 1-2 мм, который обеспечивает нахождение золотника 5 в закрытом положении и передачу через шток 6 на золотник 5 усилия, создаваемого тарированной пружиной 17. После настройки устройства подают давление испытательной среды во входной патрубок 2 и проверяют герметичность между уплотнительными поверхностями седла 4 и золотника 5. По величине протечки оценивают состояние уплотнительных поверхностей. При отсутствии на уплотнительных поверхностях дефектов, вызванных усталостным разрушением поверхностей, соединение герметично. После проверки герметичности соединения производится наработка заданного количества циклов нагружения. Данная наработка производится за несколько этапов равных по количеству циклов нагружения. После каждого этапа производится проверка герметичности соединения. Количество циклов нагружения задается путем настройки электропривода 11 и совершается им автоматически после включения.
Устройство для испытаний на усталость золотников и седел запорных клапанов предназначено для создания переменных усилий на уплотнительных поверхностях седла 4 и золотника 5. При работе устройство для испытаний на усталость золотников и седел запорных клапанов попеременно находится в закрытом и открытом положениях. При закрытом положении устройства уплотнительные поверхности седла 4 и золотника 5 прижаты друг к другу с заданным усилием. Усилие на уплотнительных поверхностях седла 4 и золотника 5 создается при помощи тарированной пружины 17 через шток 6. Регулировка усилия на уплотнительных поверхностях седла 4 и золотника 5 производится настройкой величины сжатия тарированной пружины 17 при помощи шпилек 19 и гаек 20. Величина сжатия тарированной пружины 17 определяется по указателю делений 21 шкалы 22, закрепленной на боковине 10 рамы 8. В данном положении между подшипником качения 27 и ползуном 14 имеется зазор. При вращении выходного вала 12 электропривода 11 подшипник качения 27 перемещает ползун 14 в осевом направлении, тем самым через штифт 24 перемещает шток 6 в осевом направлении. При этом сжимается тарированная пружина 17 и освобождается от осевого усилия золотник 5. За счет давления рабочей среды, поданного во входной патрубок 2, золотник 5 перемещается по направлению движения штока 6, и между уплотнительными поверхностями седла 4 и золотника 5 образуется зазор (устройство для испытаний на усталость золотников и седел переходит в открытое положение). Последующее вращение выходного вала 12 электропривода 11 приводит к осевому перемещению ползуна 14 в обратном направлении. При этом золотник 5 прижимается к седлу 4 усилием, создаваемым тарированной пружиной 17, через шток 6. При переходе устройства для испытаний на усталость золотников и седел запорных клапанов из закрытого положения в открытое и обратно усилие на уплотнительных поверхностях седла и золотника изменяется от максимального значения до нуля и обратно соответственно. Это циклически изменяющееся усилие вызывает усталостное разрушение уплотнительных поверхностей седла 4 и золотника 5.
После совершения определенного количества циклов нагружения из заданного объема электропривод 11 автоматически выключается, при этом устройство для испытаний на усталость золотников и седел находится в закрытом положении. Производится контроль герметичности соединения золотника 5 и седла 4. При отсутствии протечки в соединении делается вывод, что усталостное разрушение не наступило и испытание на усталость продолжается, путем включения электропривода 11 и наработкой определенного количества циклов нагружения. В противном случае, при появлении протечки в соединении производится разборка устройства с изъятием седла 4 и золотника 5. Производится анализ уплотнительных поверхностей седла 4 и золотника 5 на наличие усталостных трещин, шелушения и выкрашивания поверхности. После в устройство устанавливаются новые седло 4 и золотник 5, и испытание на усталость повторяется.
Посредством того, что выходной вал выполнен ступенчатым, и ось одной ступени смещена относительно оси вращения выходного вала, а в качестве эксцентрика используется подшипник качения, установленный на данную ступень выходного вала, обеспечивается возможность длительной беспрерывной работы устройства.