ШИБЕРНОЕ РЕГУЛИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к конструкции шиберных устройств для регулирования расхода текучих, то есть жидких или газообразных преимущественно химически агрессивных (кислых или щелочных) сред, содержащих существенные примеси твердых абразивных частиц.
Устройства такого типа обычно имеют:
как правило, составной корпус, снабженный средствами для монтажа на трубопроводе и направляющими пластинами, которые закреплены в корпусе практически под прямым углом к геометрической оси его канала,
шибер (как правило, в виде пластины), который установлен в направляющих пластинах по скользящей посадке, и
подходящий привод возвратно-поступательного перемещения шиберной пластины вдоль направляющих пластин между позициями «закрыто» и «открыто».
Надежность шиберных устройств существенно зависит от состава и свойств текучих сред, расход которых подлежит регулированию. Достаточную надежность пытаются обеспечить не только простым подбором стойких к коррозии и/или абразивному износу материалов, но и разнообразными конструктивными средствами.
Например, из RU 2002151 С1 (фиг.1) известен шиберный затвор, в котором предусмотрены узкие сменные кольцевые уплотнительные вставки из стойкого к коррозии и абразивному износу керамического материала. Эти вставки закреплены (в частности, вклеены) вровень с соответствующими контактными поверхностями:
во-первых, в кольцевые канавки во внутренних торцевых частях металлического корпуса, которые служат направляющими для металлической шиберной пластины и,
во-вторых, в кольцевые канавки по бокам металлической шиберной пластины, которая в нижней части имеет окно для пропуска текучей среды, соответствующее по форме и площади проходного сечения перепускному каналу корпуса.
При перемещениях шиберной пластины между позициями «закрыто» и «открыто» основное фрикционное взаимодействие происходит между ее металлическим телом и керамическими вставками в корпусе. Очевидно, что металл (особенно в абразивной текучей среде) изнашивается быстрее керамики. Ускорению такого износа способствует плотный осадок твердых частиц, который образуется по обе стороны шиберной пластины в положении «закрыто» и с трудом размывается по мере открывания указанного «нижнего» окна. Поэтому надежность затвора в целом определяется прочностью и стойкостью материала шиберной пластины.
Более совершенный шиберный затвор известен из DE OS 3545266. В нем внутренние торцевые части металлического корпуса оснащены широкими плоскими кольцевыми уплотнительными элементами из стойкого к коррозии и абразивному износу керамического материала, а шиберная пластина целиком изготовлена из такого же материала. При этом окно для пропуска текучей среды, соответствующее по форме и площади проходного сечения перепускному
каналу корпуса, выполнено в верхней части шиберной пластины, а широкие плоские керамические кольцевые уплотнительные элементы примыкают к торцам половин составного корпуса через промежуточные мягкие кольцевые уплотнительные элементы.
Естественно, что износ керамических трущихся частей описанного затвора до критического уровня будет происходить довольно медленно даже в агрессивной среде и что расположение окна в верхней части шиберной пластины способствует суспендированию осадка по мере открытия затвора. Однако слабыми местами остаются стыки мягких кольцевых уплотнительных элементов с торцевыми уступами в металлических половинах составного корпуса и с керамическими кольцевыми уплотнительными элементами. Поэтому надежность описанного затвора определяется стойкостью материала мягких уплотнительных элементов к абразивному износу.
Известно также шиберное регулирующее устройство, которое наиболее близко к полезной модели по технической сущности (JP 61-244972 А, опубл. 31.10.1986). Оно имеет:
корпус с перепускным каналом для прохода текучей среды, снабженный средствами (в частности, патрубками и фланцами) для монтажа на трубопроводе и направляющими в виде пластин из стойкого к коррозии и/или абразивному износу (необязательно керамического) материала, которые закреплены в корпусе практически под прямым углом к геометрической оси перепускного канала и имеют окна, соответствующие этому каналу по форме и площади проходного сечения (при этом в зоне расположения направляющих пластин корпус имеет выступ внутрь перепускного канала, а эти пластины опираются непосредственно на внутренние стенки щелевидной полости в корпусе),
цельную шиберную пластину из стойкого к коррозии и/или абразивному износу материала, которая размещена в зазоре между направляющими пластинами по скользящей посадке, и
подходящий привод возвратно-поступательного перемещения шиберной пластины вдоль направляющих пластин между позициями «закрыто» и «открыто».
В таком устройстве текучая среда может проходить через перепускной канал корпуса и окна в направляющих пластинах лишь тогда, когда нижний торец цельной шиберной пластины приподнят над донной частью перепускного канала. Это существенно затрудняет регулирование расхода концентрированных суспензий и ускоряет износ даже керамических пластин абразивными частицами. Мало того, постоянная ширина щели в корпусе, в которой расположен блок, состоящий из направляющих пластин и шиберной пластины, вынуждает заменять весь этот блок при утрате плотного контакта между пластинами.
В основу полезной модели положена задача изменением средств фиксации всего блока указанных пластин в корпусе, формы выполнения шиберной пластины и ее расположения относительно перепускного канала корпуса создать существенно более надежное шиберное регулирующее устройство.
Поставленная задача решена тем, что в шиберном регулирующем устройстве, имеющем:
корпус с перепускным каналом для прохода текучей среды, снабженный подходящими средствами для монтажа на трубопроводе и направляющими в виде пластин из стойкого к коррозии и/или абразивному износу материала, которые закреплены в корпусе практически под
прямым углом к геометрической оси указанного канала и имеют окна, соответствующие этому каналу по форме и площади проходного сечения,
шиберную пластину из стойкого к коррозии и/или абразивному износу материала, которая размещена между направляющими пластинами по скользящей посадке, и
подходящий привод возвратно-поступательного перемещения шиберной пластины вдоль направляющих пластин между позициями «закрыто» и «открыто»,
перепускной канал согласно изобретательскому замыслу корпуса футерован гильзами, которые по меньшей мере частично изготовлены из стойкого к коррозии и/или абразивному износу материала, плотно установлены внутри корпуса, служат упорами для направляющих пластин и зафиксированы от осевого смещения упорными резьбовыми втулками, а
шиберная пластина имеет в верхней части окно для прохода текучей среды.
Шиберное регулирующее устройство, обладающее указанной совокупностью существенных признаков, в сравнении с прототипом существенно более надежно в эксплуатации в химически агрессивных и/или абразивных средах, ибо такие среды контактируют внутри корпуса с деталями из стойких к коррозии и/или абразивному износу материалов. Далее, расположение окна в верхней части шиберной пластины облегчает суспендирование осадка твердых частиц по мере опускания этой пластины для открывания затвора или увеличения расхода текучей среды (особенно в таких случаях, когда окно служит дросселирующим отверстием). Соответственно, суспендированные твердые частицы меньше изнашивают стенки указанного отверстия в шиберной пластине. И, наконец, износ направляющих пластин и шиберной пластины со стороны их контактных поверхностей может быть компенсирован периодическим поджимом направляющих пластин к шиберной пластине при встречном перемещении футеровочных гильз с помощью упорных резьбовых втулок.
Первое дополнительное отличие состоит в том, что материал для изготовления указанных направляющих пластин, указанной шиберной пластины и по меньшей мере внутреннего приповерхностного слоя указанных гильз выбран из группы, состоящей из керамики на основе оксида алюминия, керамики на основе карбида кремния, термостойких нержавеющих сталей и металлокерамических твердых сплавов. Этот не исчерпывающий список включает указания на те общедоступные на рынке материалы, которые вполне пригодны для осуществления изобретательского замысла.
Второе дополнительное отличие состоит в том, что корпус секционирован в осевом направлении и имеет жестко связанные между собой в рабочем положении центральную секцию, в которой размещены направляющие пластины и шиберная пластина и к которой присоединен привод возвратно-поступательного перемещения шиберной пластины, и боковые секции с фланцами для подключения к трубопроводу для перекачки текучей среды. Это облегчает изготовление, сборку, техническое обслуживание и ремонт шиберного регулирующего устройства.
Третье и четвертое дополнительное отличие состоят, соответственно, в том, что между указанными гильзами и упорными резьбовыми втулками установлены уплотнительные кольца,
изготовленные из упругого стойкого к коррозии и/или абразивному износу материала, и что материал для изготовления указанных уплотнительных колец выбран из группы, состоящей из композиционного материала на основе термически расширенного графита, композиционного материала на основе базальтовых хлопьев, резины на основе хлоропренового каучука, резины на основе акрилонитрильного каучука, резины на основе смеси хлоропренового и акрилонитрильного каучуков, чистого фторопласта и армированного фторопласта. Это, во-первых, облегчает регулировку усилия прижима направляющих пластин к шиберной пластине при сборке, техническом обслуживании и ремонте устройства и, во-вторых, повышает вибростойкость устройства в целом (включая кавитационные процессы при его открывании-закрытии).
Пятое дополнительное отличие состоит в том, что указанные гильзы изготовлены в виде металлических трубок, стенки которых с внутренней стороны покрыты слоем стойкого к коррозии и/или абразивному износу материала. Это позволяет иметь сменные комплекты гильз и облегчает использование предложенного устройства для регулирования расхода разных по химическому составу текучих сред, например, в трубопроводных обвязках перестраиваемых технологических линий на заводах химических реактивов и в фармацевтической промышленности.
Шестое дополнительное отличие состоит в том, что указанные слои имеют вид керамических трубок, которые вклеены в металлические трубки. Заготовки с такими защитными слоями удобно изготовлять в виде погонажных изделий с последующей нарезкой на требуемые по длине отдельные гильзы.
Седьмое дополнительное отличие состоит в том, что указанные слои имеют вид антикоррозионных и/или противоизносных покрытий. Такая форма выполнения гильз удобна при изготовлении шиберных регулирующих устройств для оснащения трубопроводов большого (обычно более 250 мм) диаметра.
Восьмое дополнительное отличие состоит в том, что торцы указанных гильз, примыкающие к указанным направляющим пластинам, имеют кольцевые канавки, в которых установлены сменные герметизирующие кольцевые прокладки. Это желательно для дополнительного уплотнения перепускного канала в корпусе.
Специалисту понятно, что указанные выше и иные дополнительные отличия могут быть использованы в произвольных комбинациях с основным изобретательским замыслом, который определяет объем прав.
Далее сущность полезной модели поясняется подробным описанием конструкции и работы шиберного регулирующего устройства со ссылками на чертежи, где изображены на:
фиг.1 - шиберное регулирующее устройство (общий вид в продольном разрезе плоскостью симметрии, шиберная пластина в положении «закрыто»);
фиг.2 - то же, что на фиг.1 (вырыв центральной части в продольном разрезе, шиберная пластина в промежуточном положении);
фиг.3 - то же, что на фиг.1 (вырыв центральной части в продольном разрезе, шиберная пластина в положении «открыто»);
Предложенное шиберное регулирующее устройство имеет (см. фиг.1):
предпочтительно секционированный в осевом направлении корпус, включающий центральную секцию 1 с не обозначенной особо щелевидной полостью и боковые секции в виде, как правило, коаксиальных патрубков 2 и 3, каждый из которых (в зависимости от направления подачи потока текучей среды) может служить входом в устройство или выходом из него, которые обычно оснащены подходящими средствами, в частности, фланцами 4 и 5 для подключения к трубопроводу и фланцами 6 и 7 для соединения всех указанных секций корпуса при сборке устройства и полости которых служат перепускным каналом для текучей среды;
две направляющие пластины 8, которые изготовлены из стойкого к коррозии и/или абразивному износу материала, закреплены в щелевидной полости центральной секции 1 корпуса практически под прямым углом к геометрической оси перепускного канала в патрубках 2 и 3 и имеют не обозначенные особо практически коаксиальные окна, которые соответствуют этому каналу по форме и площади проходного сечения и служат, в частности, дросселирующими отверстиями,
шиберную пластину 9, которая изготовлена из стойкого к коррозии и/или абразивному износу материала, размещена в зазоре между направляющими пластинами 8 по скользящей посадке и имеет в верхней части не обозначенное особо окно для прохода текучей среды, которое соответствует перепускному каналу по форме и площади проходного сечения и, в частности, служит дросселирующим отверстием,
не показанный подробно механический (например, типа «винт - гайка» с ручным вращением гайки), электромеханический или иной подходящий привод возвратно-поступательного перемещения шиберной пластины 9 с помощью штока 10 вдоль направляющих пластин 8 между позициями «закрыто» и «открыто» и
футеровочные гильзы 11, которые по меньшей мере частично (в приповерхностных слоях) изготовлены из стойкого к коррозии и/или абразивному износу материала, расположены внутри перепускного канала в коаксиальных патрубках 2 и 3, служат упорами для направляющих пластин 8 и со стороны фланцев 4 и 5 зафиксированы от осевого смещения упорными резьбовыми втулками 12.
Привод возвратно-поступательного перемещения шиберной пластины 9 обычно закреплен на оголовке центральной секции 1 корпуса на фланцах 13 и 14, при этом по меньшей мере верхний фланец 14 снабжен сальниковым уплотнением 15 штока 10. Этот шток 10 может быть непосредственно кинематически связан с шиберной пластиной 9. Однако предпочтительно, чтобы сменная шиберная пластина 9 была жестко закреплена в окне обоймы 16, а эта обойма была кинематически связана со штоком 10.
Корпус устройства может быть изготовлен из разнообразных металлических, керамических и полимерных материалов. Их выбор в каждом конкретном случае реализации изобретательского замысла зависит от допустимых механических (в том числе кавитационных) и термических нагрузок и требований к химической стойкости.
Направляющие пластины 8, шиберная пластина 9 и по меньшей мере внутренние (то есть образующие стенку перепускного канала) приповерхностные слои футеровочных гильз 11
обычно изготовлены из кислого- или щелочестойкой и стойкой к абразивному износу керамики (в частности, на основе оксида алюминия или карбида кремния), или из кислото- и термостойких нержавеющих сталей (например, марки 12Х18Н10Т), или металлокерамических материалов (например: Stellite, ПГ-10, К-01, Пр В-3К-Р, ПГ-10Н-01, твердых «сплавов» типов ВК, ТК и ТТК).
Направляющие пластины 8 и шиберная пластина 9 должны быть притерты по контактным поверхностям, чтобы их блок был практически герметичным для жидкой основы текучей среды и, тем более, для твердых частиц механических примесей.
Желательно, чтобы между футеровочными гильзами 11 и упорными резьбовыми втулками 12 были установлены уплотнительные кольца 17. Эти кольца 17 могут быть изготовлены из композиционного материала на основе термически расширенного графита, композиционного материала на основе базальтовых хлопьев, резины на основе хлоропренового каучука, резины на основе акрилонитрильного каучука, резины на основе смеси хлоропренового и акрилонитрильного каучуков, чистого фторопласта и армированного фторопласта. Указанные кольца могут контактировать с упорными резьбовыми втулками 12 либо непосредственно, либо через промежуточные шайбы 18.
Футеровочные гильзы 11 могут быть изготовлены в виде преимущественно металлических трубок, стенки которых с внутренней стороны покрыты слоем стойкого к коррозии и/или абразивному износу материала. В частности, такие слои имеют вид керамических трубок, которые вклеены в металлические трубки, или антикоррозионных и/или противоизносных покрытий.
Кроме того, торцы футеровочных гильз 11, которые примыкают к направляющим пластинам 8, могут иметь кольцевые канавки и установленные в них, как правило, жесткие сменные герметизирующие кольцевые прокладки, например из пористого графита. Эти прокладки хорошо видны (хотя и не обозначены особо) на всех чертежах.
И, наконец, следует отметить, что центральная секция 1 и боковые секции-патрубки 2 и 3 корпуса предложенного устройства могут быть соединены не только фланцами и болтами, как это показано на фиг.1, но и иными известными и доступными средствами, например, фланцами и накидными гайками, стяжными хомутами, стяжными резьбовыми обоймами и т.д.
Работает описанное устройство следующим образом.
В положении «закрыто» (см. фиг.1) окно шиберной пластины 9 расположено выше окон в направляющих пластинах 8, и текучая среда заполняет по меньшей мере тот патрубок 2 или 3, который расположен с напорной стороны трубопровода.
Если такая среда содержит твердые частицы механических примесей, то они образуют осадок, который частично перекрывает проходное сечение перепускного канала внутри соответствующего патрубка 2 или 3 и окна в той направляющей пластине 8, которая расположена с напорной стороны трубопровода. Этот осадок оказывается тем плотнее, чем дольше шиберное устройство находится в состоянии «закрыто», чем больше плотность материала, из которого состоят частицы механических примесей, и чем более они склонны к агрегатированию.
Естественно, что в случаях, когда проходные сечения окон в направляющих пластинах 8 и/или в шиберной пластине 9 меньше проходного сечения перепускного канала, осадок
обязательно возвышается над придонной частью перепускного канала в виде «горки» перед шиберной пластиной 9.
По мере опускания шиберной пластины 9 под действием штока 10 привода (см. фиг.2) открывающаяся часть проходного сечения окна этой пластины 9 практически всегда оказывается в зоне, где преобладает жидкая (или газовая) основа текучей среды. Устремляясь сквозь окно шиберной пластины 9, эта часть текучей среды интенсивно суспендирует осадок и выносит частицы механических примесей за пределы устройства.
В установившемся режиме, когда устройство находится в положении «открыто» (см. фиг.3), все механические примеси практически полностью проносятся через перепускной канал корпуса даже тогда, когда проходные сечения окон в направляющих пластинах 8 и шиберной пластине 9 меньше проходного сечения перепускного канала и, соответственно, происходит дросселирование потока текучей среды.
Поскольку этот поток контактирует внутри предложенного устройства с деталями, которые изготовлены из стойких к коррозии и/или абразивному износу материалов, надежность устройства существенно возрастает.