ЗАСЛОНКА

Область техники
Полезная модель относится к запорным устройствам, обеспечивающим перекрытие потоков текучей среды в газовых и гидравлических трубопроводов и может быть использована в любых областях техники, в частности в области авиационной техники.
Уровень техники
Известна запорная заслонка (см. патент RU №2243435, МПК F16K1/226, опубл. 20.04.2000 г.), предназначенная для герметичного перекрытия потока среды, протекающего в обоих направлениях. Запирание потока осуществляется поворотом диска на 90° в закрытое положение и перекрытие протекания текущей среды между диском и корпусом. Диск заслонки установлен эксцентрично с осью вращения за пределами средней линии уплотнения, причем ось вращения проходит через главную ось запорной заслонки. По периферии диска заслонки расположены кольцеобразные уплотнительные элементы, которые при закрывании диска прижимаются к огибающей уплотнительной поверхности корпуса, герметичность достигается прижатием кольцеобразных уплотнительных элементов к уплотнительной поверхности корпуса. Как показывает многолетняя практика эксплуатации подобных устройств, их ресурс определяется ресурсом этих упругих элементов, и с ростом давления утечки через заслонку возрастают.
Недостатком данной конструкции является невысокая степень герметичности, утечки с ростом давления увеличиваются, быстрый износ уплотнительных колец и малый ресурс, обусловленный воздействием вибрационных нагрузок, постоянно присутствующих на летательных аппаратах.
Ближайшим аналогом является поворотная заслонка (см. авт.свидетельство SU 468050, кл. МПК F16К 3/04, опубл. 10.04.1975 г.), состоящая из корпуса с установленным дисковым затвором, закрепленный на полуоси и валу. В корпусе выполнено седло с конической контактной поверхностью, на валу выполнен упор, взаимодействующий с планкой, а в затворе закреплено уплотнительное кольцо из резины. Для перекрытия трубопровода, заслонка поворачивается и прижимается к седлу, при этом ее внешний участок сжимается в радиальном направлении, чем достигается герметизация трубопровода. Недостатком конструкции такой заслонки является ее неработоспособность при высоких температурах, а также недостаточная герметичность и малый ресурс работы. Это объясняется тем, что происходит быстрый износ выступающего участка уплотнительного кольца, а общая конструкция затвора способствует вытаскиванию уплотнения из узла крепления в момент перекрытия трубопровода.
Раскрытие полезной модели
При разработке заявленной полезной модели была поставлена техническая задача создания заслонки, обеспечивающей возможность надежного перекрытия высокотемпературных (до и более +500°С) потоков текучей среды (жидкости или газа) в условиях вибрационных нагрузок и повышенного давления текучей среды в трубопроводах.
Поставленная задача решается осуществлением полезной модели, характеризуемой следующими признаками:
Заслонка, содержащая корпус с седлом конической формы, с направлением конусности совпадающим с направлением движения текучей среды, вал с установленной на нем дроссельной тарелкой, при этом дроссельная тарелка содержит металлическую обечайку, обеспечивающую поверхность контакта, совпадающую с конической поверхностью седла, и ограниченную ближним и дальним контурами контакта, при этом ось вала является скрещивающейся относительно оси корпуса и содержит точку пересечения перпендикуляров к контактирующей поверхности седла, проведенных из противоположных точек ближнего и дальнего контуров образованных сечением дроссельной тарелки в закрытом положении плоскостью, проходящей через ось корпуса и перпендикулярной оси вала.
Техническим результатом, обеспечивающимся полезной моделью является повышение герметичности запорной поверхности по поверхности контакта седло - дросселирующая тарелка при перекрытии высокотемпературных потоков текучей среды, когда по температурным параметрам для обеспечения герметичности нельзя использовать резины или другие упругие полимерные материалы.
Скрещенное расположение оси вала относительно оси корпуса с использованием вышеуказанного построения позволяет реализовать заявленную полезную модель, обеспечив оптимальный выхода и вход дроссельной тарелки из контакта с конической поверхностью седла корпуса при открытии и закрытии заслонки.
При этом:
- обечайкой может являться металлическая вставка, установленная на ободе дроссельной тарелки;
- обечайкой может являться поверхность обода дроссельной тарелки, полученная в результате механической обработки;
- контактные поверхности обечайки и седла могут быть притерты по поверхности контакта;
- твердость обечайки по поверхности контакта может являться меньшей, чем твердость седла по поверхности контакта;
- сторона дроссельной тарелки, обращенная в сторону потока текущей среды при закрытом положении заслонки, может являться сферической;
- конусность седла может быть равна 60°.
Краткое описание чертежей
Полезная модель поясняется чертежами, представленными на фиг.1-2.
фиг.1 - разрез заслонки в закрытом положении, вид спереди.
фиг.2 - поперечный разрез фиг.1. по В-В.
Осуществление полезной модели
Заслонка содержит: корпус 1, седло 2 конической формы, с направлением конусности (направлением от центра основания до вершины конуса при графическом построении), совпадающим с направлением движения текучей среды (показано стрелкой на фиг.1), вал 3 с установленной на нем дроссельной тарелкой 4. Дроссельная тарелка 4 содержит обечайку 5. Обечайка 5 обеспечивает поверхность контакта 6 совпадающую с конической поверхностью седла 2. Обеспечение обечайкой поверхности контакта, совпадающей с конической поверхностью седла может быть достигнуто профилированием дроссельной тарелки и/или обечайки, при которой наружная контактная поверхность обечайки в закрытом положении заслонки полностью совпадает с ответной конусной поверхностью контакта седла 2 корпуса 1. Поверхность контакта 6 ограниченна ближним 7 и дальним 8 контурами контакта 6. Ближним 7 и дальним 8 контурами контакта 6 являются торцевые окружности обечайки по месту контакта, выше и ниже по потоку текучей среды, соответственно.
Ось вала 3 является скрещивающейся, относительно оси корпуса 9.
При определении пространственного положения оси вала 3 дроссельной тарелки 4 учитывается, что должны быть обеспечены оптимальный вход и выход дроссельной тарелки из контакта с конической поверхностью седла корпуса при закрытии и открытии заслонки. Т.е чтобы не происходило заклинивание между конусной поверхностью седла 2 и контактной поверхностью обечайки 6. Геометрические построения показывают, что необходимым и достаточным условием для беспрепятственного входа-выхода обечайки 5 в конусное седло 2 при повороте дроссельной тарелки 4 (на фиг.1 поворот происходит по часовой стрелке) пространственное положение оси вала должно дополнительно характеризоваться принадлежностью к этой оси точки 10 пересечения перпендикуляров 11 к контактирующей поверхности седла 2, проведенных из противоположных точек 12, 13 ближнего 7 и дальнего 8 контуров соответственно. При этом точки 12, 13 образованны сечением дроссельной тарелки 4 в закрытом положении плоскостью, проходящей через ось корпуса 1 и перпендикулярной оси вала 3 (см. фиг.1.) При этом ось вала 3 может быть удалена от оси корпуса 9 относительно размера 14, полученного при графическом построении, на величину допуска соответствующего требуемому квалитету при сборке.
Обечайкой 5 может являться металлическая вставка, установленная на ободе дроссельной тарелки, при этом установка обечайки может производиться при помощи запрессовки, обеспечивающей посадку с натягом.
Также обечайкой 5 может являться поверхность обода дроссельной тарелки 4, полученная в результате механической обработки, например накаткой или рифлением.
Поскольку по температурным параметрам для обеспечения герметичности нельзя использовать резины или другие упругие полимерные материалы, применение металлической обечайки в месте контакта обеспечит герметичность соединения вне зависимости от температуры среды.
Для обеспечения дополнительной герметичности по поверхности контакта, контактные поверхности обечайки 5 и седла 2 могут быть притерты, например методом совместного вращения, с приложением сжимающего усилия. Плотно прижатые притертые конические поверхности не изнашиваются под воздействием вибрации, тем самым увеличивая ресурс работы заслонки.
Для обеспечения лучшей «притираемости» твердость обечайки по поверхности контакта может является меньшей, чем твердость седла по поверхности контакта. В случае выполнения обечайки в виде вставки, указанный признак может быть реализован выполнением корпуса заслонки и вставки из материалов различной твердости, например из инструментальной стали и бронзы, соответственно.
В случае, когда обечайкой является поверхность обода дроссельной тарелки 4 указанный признак может быть реализован термической обработкой указанной поверхности, например обжигом с последующим отпуском.
Для обеспечения равномерного давления по поверхности контакта, сторона дроссельной тарелки, обращенная в сторону перекрываемого заслонкой потока текущей среды при закрытом положении заслонки, может является сферической. Это обеспечит жесткость конструкции и равнонаправленное (к центру сферы) усилие, давление потока на тарелки. При этом, чем выше давление потока, тем больше усилие прижатия тарелки к седлу корпуса заслонки и герметичнее место контакта.
Работает заслонка следующим образом: при подаче электрического сигнала на закрытие, электромеханизм (на фиг.1, 2 не показан) поворачивает вал 3 заслонки и дросселирующая тарелка 4, соединенная с валом 3 шлицевым соединением, поворачивается, пока ее обечайка 5 не упрется в седло 2 корпуса 1. Ее поверхность контакта 6 плотно войдет в ответную конусную поверхность седла 2 корпуса 1, герметично перекрыв проход текущей среде. Чем больше будет подниматься давление перекрываемого потока текучей среды, тем сильнее дроссельная тарелка будет прижиматься к седлу. При подаче сигнала на открытие электромеханизм вращается в обратную сторону. Вал 3 поворачивает тарелку в обратную сторону до тех пор, пока упоры 15 дроссельной тарелки 4 не войдут в контакт с ограничителями 16 поворота, которыми являются приливы на корпусе 1.
1
2
Дросселирующая тарелка остается в открытом положении (показано контуром на фиг.1, радиусы поворота точек 12, 13 обозначены как R и R, соответственно), не создавая большого гидравлического сопротивления проходящему потоку текучей среды. В закрытом положении, плотно прижатая давлением перекрытого потока текучей среды, дросселирующая тарелка не подвержена воздействию вибрации, что обеспечивает больший ресурс изделию.
Таким образом, реализация описанного технического решения позволит повысить герметичность запорной поверхности по поверхности контакта седло - дросселирующая тарелка при перекрытии высокотемпературных потоков текучей среды, когда по температурным параметрам для обеспечения герметичности нельзя использовать резины или другие упругие полимерные материалы.