УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ НА УСТАЛОСТЬ ЗОЛОТНИКОВ И СЁДЕЛ ЗАПОРНЫХ КЛАПАНОВ
DEVICE FOR FATIGUE TESTING OF SPOOLS AND SEATS OF SHUT-DOWN VALVES

Изобретение относится к машиностроению, к испытаниям и стендам испытательным, в частности, может быть использовано для испытаний на усталость золотников и седел запорных клапанов.
Из предшествующего уровня техники известен стенд для гидравлических и пневматических испытаний трубопроводной арматуры ПКТБА-СИ-6-4, позволяющий проводить ресурсные испытания запорных клапанов и как следствие испытания на усталость золотников и седел (Каталог продукции ЗАО «Пензенское конструкторско-технологическое бюро арматуростроения». Официальный сайт в информационно-телекоммуникационной сети «Интернет»: http://pktba.ru/catalog/product/36.html). Он имеет корпус, зажим для установки испытываемого запорного клапана, подводящий и отводящий трубопровод для подачи давления в запорный клапан и работает следующим образом. После установки запорного клапана на стенд и подачи давления в запорный клапан штатной рукояткой запорного клапана совершается наработка заданного количества циклов. При этом усилие, создаваемое на уплотнительных поверхностях золотника и седла запорного клапана зависит от усилия, приложенного к рукоятке запорного клапана испытателем, а также от трения, возникающего в узлах запорного клапана. При необходимости проведения испытания седел и золотников клапана с другой конфигурацией уплотнительных поверхностей или с другим уплотнительным диаметром или из другого материала необходимо устанавливать новый запорный клапан с соответствующими седлом и золотником.
Недостатками данного стенда для гидравлических и пневматических испытаний трубопроводной арматуры являются:
1. Невозможность оценки величины усилия, создаваемого на уплотнительных поверхностях золотника и седла.
2. Невозможность регулировки этого усилия.
3. Невозможность испытания золотников и седел с различной конфигурацией уплотнительных поверхностей, с различными уплотнительными диаметрами, из различных материалов.
Наиболее близким по сущности и достигаемому техническому результату является вентиль запорный (Расчет и конструирование трубопроводной арматуры. Гуревич Д.Ф., М. - Л.: Машиностроение, 1964 г., стр. 111, рис. 16 г), состоящий из корпуса с входным и выходным патрубками, седла и взаимодействующего с седлом золотника, установленных в отверстии корпуса, а также штока и нагружающего устройства. Непосредственное назначение данного вентиля запорного - это выполнение программы технологического процесса путем открытия или закрытия вентиля, но также его можно использовать в качестве устройства для испытаний на усталость золотников и седел. Для этого необходимо после монтажа подводящего и отводящего трубопровода и подачи давления, при вращении рукоятки совершить наработку заданного количества циклов, контролируя при этом величину протечки в закрытом положении вентиля, как показатель для оценки состояния уплотнительных поверхностей. При отсутствии на уплотнительных поверхностях дефектов, вызванных усталостным разрушением поверхностей, соединение герметично. При этом усилие, создаваемое на уплотнительных поверхностях золотника и седла вентиля, будет зависеть от усилия, приложенного к рукоятке испытателем. Описанный вентиль запорный принят в качестве прототипа.
Однако недостатками данного вентиля запорного также являются:
1. Невозможность оценки величины усилия, создаваемого на уплотнительных поверхностях золотника и седла.
2. Невозможность регулировки этого усилия.
3. Невозможность испытания золотников и седел с различной конфигурацией уплотнительных поверхностей, с различными уплотнительными диаметрами, из различных материалов.
Задачами изобретения являются:
1. Обеспечение возможности оценки величины усилия, создаваемого на уплотнительных поверхностях золотника и седла.
2. Обеспечение возможности регулировки этого усилия.
3. Обеспечение возможности испытания золотников и седел с различной конфигурацией уплотнительных поверхностей: конусной с различным углом наклона уплотнительных поверхностей седла и золотника, а также плоской; с различными уплотнительными диаметрами; из различных материалов.
Поставленная задача решается созданием 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. Причем золотник и седло выполнены сменными.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 показано устройство для испытаний на усталость золотников и седел запорных клапанов в разрезе. На фиг. 2 - вид слева по фиг. 1. На фиг. 3 - вид А по фиг. 1 (седло и золотник с коническими уплотнительными поверхностями). На фиг. 4 - вид А по фиг. 1 (седло и золотник с плоскими уплотнительными поверхностями).
На фиг. 1-4 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, α - угол наклона уплотнительных поверхностей седла и золотника, D - диаметр уплотнения.
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: конусной с различным углом наклона уплотнительных поверхностей седла и золотника α (фиг. 3), а также плоской (фиг. 4); с различными уплотнительными диаметрами D; из различных материалов (углеродистой стали, нержавеющей стали, бронзы, титана, полимерных 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. 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, что обеспечивает возможность оценки величины усилия, создаваемого на уплотнительных поверхностях седла 4 и золотника 5 и обеспечить возможность регулировки этого усилия.
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. При этом между эксцентриком 13 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 эксцентриком 13 и ползуном 14 имеется зазор. При вращении выходного вала 12 электропривода 11 эксцентрик 13 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.
Конструкция данного устройства для испытаний на усталость золотников и седел запорных клапанов обеспечивает достижение следующих технических результатов. Посредством того, что степень сжатия тарированной пружины регулируется и определяется по указателю делений специальной шкалы, обеспечивается возможность оценки величины усилия, создаваемого на уплотнительных поверхностях испытываемых седла и золотника, а также  обеспечивается возможность регулировки этого усилия. Посредством того, что в устройстве предусмотрена установка в отверстие корпуса сменных седел и золотников, обеспечивается возможность испытания золотников и седел с различной конфигурацией уплотнительных поверхностей: конусной - с различным углом наклона уплотнительных поверхностей седла и золотника, а также плоской - с различными уплотнительными диаметрами; из различных материалов.