ТРУБОПРОВОДНАЯ АРМАТУРА С УПЛОТНЕНИЕМ ДЛЯ ШПИНДЕЛЯ

ТРУБОПРОВОДНАЯ АРМАТУРА С УПЛОТНЕНИЕМ ДЛЯ ШПИНДЕЛЯ
Заявляемая полезная модель относится к занорной трубонроводной арматуре типа задвижки, вентиля или клапана, к конструкции узла уплотнения шпинделя относительно крышки.
Известны клапаны с узлами уплотнения шпинделя для высоких давлений (1250 бар, см.заявку Франции № 2264236, м. кл. F16K41/02 публ. 1975). Множество уплотпительных манжет со стороны атмосферы поджаты жестким кольцом, в кольцевых канавках которого на внешней и внутренней цилиндрических поверхностях устаповлены уплотнительные кольца круглого сечения. В донной части сальниковой камеры расположено опорное кольцо, торцовая поверхность которого, соприкасающаяся с манжетой, соответствует по форме ее поверхности, контактирующей с ним. Особенность конструкции опорного кольца заключается в том, что по его периметру в кольцевом ряду выполнены сквозные отверстия от кольцевой вершины к основанию. Наличие сквозных отверстий позволяет более эффективно использовать давление среды для уплотнения манжет в камере, для устранения нротечки среды между набивкой и внутренней цилиндрической поверхностью камеры и наружной поверхностью шпинделя.
Недостаток трубопроводной арматуры с узлом уплотнения шпинделя заключается в том, что она предназначена для эксплуатации при очень высоких давлениях среды 1200 кг/см и использование его для давления среды 80 кг/см не эффективно.
Известен другой кланан (см. патент США № 4061157, м.кл. F16K41/00, Н.КЛ. 137-242, 1976 г.), запорный элемент в корпусе которого соединен со штоком, часть которого выступает за пределы корпуса. В нижней части сальниковой камеры между опорным кольцом и кольцевым заплечиком в дне камеры расположена сниральная пружина сжатия, надетая свободно на шток. Пружина обеспечивает постоянное ноджатие манжет и уплотнение шпинделя, т.е. обеспечивает герметичность подвижного соединения шток-корпус даже при резком падении избыточного давления среды в корпусе клапана. Верхняя нажимная втулка имеет ограничительный кольцевой бурт на наружной поверхности. Поэтому при достижении буртом кромки сальниковой камеры унлотнение штока обеспечивается за счет суммарного усилия, создаваемого давлением среды во внутренней полости клапана и усилия от пружины сжатия.
Педостаток клапана с этим узлом уплотнения заключается в том, что его нежелательно использовать для задвижек с большим DN, так как большой диаметр шпинделя ( 100 мм) и большое давление среды (Ру  80 кг/см) делают использование этого узла уплотнения неэффективным.
Клапан по патенту США № 4061157 является наиболее близким к заявляемому объекту по технической сущности и выполняемой функции.
Задачей нолезной модели является обеспечение герметичности унлотнения подвижного соединения шпиндель-крышка
на более длительном нромежутке времени в ироцессе эксплуатации трубонроводной арматуры, т.е. создание арматуры с более надежным и долговечным узлом уплотнения шпинделя, которое в функциональном отношении удовлетворяло бы требованиям потребителя.
Эта задача решается тем, что в известной трубонроводной арматуре с уплотнением для шпинделя, содержащей корпус, крышку, подвижный узел, состоящий из запорного элемента и шпинделя, нроходяшего из корпуса через отверстие в крышке наружу и уплотненного относительно отверстия кольцами, расположенными в выточке крышки вокруг шпинделя между сальниковой крышкой и опорным элементом, последний расположен в донной части выточки в крышке, выполнен в виде втулки, установленной с возможностью принудительного ноступательного перемешения. Поверхности ее, сонряженные с поверхностями шпинделя и выточки, герметизированы.Между торцами втулки и нажимного кольца расположено, по меньшей мере, одно уплотнительное кольцо, вьшолненное с одной концетричной оси кольца кольцевой канавкой на каждом торце с образованием суженного нонеречного сечения между поверхностями, выточки и шнинделя, а торцы втулки и нажимного кольца, сопряженные с уплотнительным кольцом, выполнены по форме конгруэнтными кольцевыми канавками на уплотнительном кольце.
Уплотнительное кольцо в поперечном сечении выполнено с профилем в виде двух равнобедренных трапеций соединенных друг с другом малыми основаниями.
Уплотнительное кольцо выполнено с профилем на торцах в виде ласточкина хвоста.
В сальниковой крышке, в ее втулочной части вокруг шпинделя выполнена сальниковая камера в виде выточки, в которой расположена дублирующая сальниковая набивка, уплотняемая через втулку и фланец при помощи гаек, соединенных посредством резьбы со шпильками, часть из которых одними концами соединена посредством резьбы крышкой сальника, другая часть, с помощью которой осуществляют принудительный поджим уплотнительного элемента к шпинделю посредством крышки сальника, соединена концами при помощи резьбы с торцми крышки трубопроводной арматуры.
Выполнение опорного элемента в виде втулки, установленной в выточке свободно с возможностью возвратно поступательного движения, позволило избежать перекосов и заклинивания при ее принудительном перемешении и обеспечить тем самым деформацию уплотнительного кольца и надежное уплотнение соединения шпиндель-крышка.
Размешение уплотнительного кольца между торцами подвижных в осевом направлении втулки и нажимного кольца, сонряжение уплотнительного кольца с уплотняемыми поверхностями выточки и шпинделя, выполнение уплотнительного кольца с кольцевой канавкой концентричной оси кольца на каждом торце с образованием суженного поперечного сечения между новерхностями выточки и шпинделя, выполнение торцов втулки и нажимного кольца, сопряженных с уплотнительным кольцом по форме конгруэнтными кольцевым канавкам на
уплотнительном кольце позволило создать надежное уплотнение соединения шпиндель-крышка за счет создания условий для текучести материала уплотнительного кольца под действием осевых усилий от втулки и нажимного кольца и плотного прилегания при этом материала кольца к поверхности выточки и шпинделя.
Выполнение профиля на торце уплотнительного кольца в виде двух равнобедренных трапеций, соединенных друг с другом малыми основаниями позволило при выполнении сопряженных с ними торцов втулки и нажимного кольца конгруэнтными создать при наличии осевых усилий на уплотнительное кольцо радиальные усилия, прижимающие материалы уплотнительного кольца к уплотняемым поверхностям выточки и шпинделя для обеспечепия надежного уплотнения подвижного соединения шпиндель-крышка.
Выполнение в сальниковой крышке сальниковой камеры для размещения в ней дублирующей сальниковой набивки позволило увеличить надежность уплотнения подвижного соединения шпиндель-крышка в трубопроводной арматуре.
На приведенных чертежах иллюстрируется в качестве примера реализация полезной модели - трубопроводной арматуры с уплотнением для шпинделя, подтверждающая возможность его промышленного применения при использовании всей совокупности признаков, где:
на фиг. 1 - задвижка с закрытым проходом в разрезе по оси шпинделя;
Задвижка содержит корпус 1 (см. фиг. 1) с входным и выходным патрубками, крышку 2. Во внутренней полости корпуса 1 расположен запорный элемент 3, соединенный со шпинделем 4. Шпиндель 4 проходит через отверстие в крышке 2 и образует с ней подвижное герметичное соединение (см. фиг. 2). Для размещения узла уплотнения отверстие в крышке 2 для прохода шпинделя 4 расточено с образованием выточки 5 с кольцевым дном 6. В выточке 5 с возможностью осевого перемещения установлена опорная втулка 7. Кольцевой зазор между наружной цилиндрической поверхностью втулки 7 и сопряженной с ней цилиндрической поверхностью выточки герметизирован эластичным кольцом 8 круглого сечения. Втулка 7 опирается кольцевым заплечиком с поверхностью усеченного конуса на уплотнительное кольцо 9 и опорное кольцо 10. Уплотнительное кольцо 9 выполнено в поперечном сечении в форме равнобедренной трапеции, обращенной большим основанием к цилиндрической стенке выточки 5. Опорное кольцо 10 опирается основанием на кольцевое дно 6. Его верхний торец выполнен в виде боковой поверхности усеченного конуса с углом наклона, соответствуюшим углу наклона сопряженной с ним поверхности уплотнительного кольца 9. Между торцом втулки 7, обращенным к дну 6, и дном 6 имеется гарантированный кольцевой зазор а, открытый к шпинделю 4, предназначенный для ограничения деформации кольца 9. При достижении предельной деформации кольца 9 зазор а выбирается, т.е. становится равным нулю. Унлотнительное кольцо 9 своей нижней торцовой поверхностью, выполненной в виде поверхности усеченного конуса опирается на конгруэнтную поверхность опорного кольца 10. Нпжний торец этого кольца 10, контактирующий с поверхностью дна 6, вынолнен под прямым углом к его наружной и внутренней цилиндрическим новерхностям. Между цилиндрической стенкой выточки 5 и наружной поверхностью шпинделя 4, а также между верхним торцом опорной втулки 7 и нижним торцом нажимного кольца 11 расположено уплотнительное кольцо 12. На каждом из торцов кольца 12 выполнено по одной кольцевой канавке, концентричной оси кольца 12, с образованием при этом суженного поперечного сечения между новерхностями, сонряженными с поверхностями выточки 5 и шпинделя 4. Торцы втулки 7 и нажимного кольца 11, сонряженные с уплотнительным кольцом 12, выполнены по форме конгруэнтными кольцевым канавкам на уплотнительном кольце 12, которое в поперечном сечении выполнено с профилем в виде двух равнобедренных трапеций, соединенных друг с друном малыми основаниями и выполненных как одно целое. Унлотнительное кольцо выполено с профилем на торцах в виде ласточкина хвоста. Сверху на нажимное кольцо 11 онирается сальниковая крышка 13, которая воздействует на кольцо 11 через уплотнительное кольцо 14 транецеидального сечения, обращенное большим основанием к цилиндрической стенке выточки 5. Для выполнения функции унлотнения в верхнем торце нажимного кольца 11 вьшолнена кольцевая выточка, примыкающая к отверстию в кольце И, а в крышке 13, в ее донной цилиндрической части вынолнен снаружи кольцевой выступ с возможностью свобедного вхождения в кольцевую впадину на торце кольца 11. Между дном впадины на кольце 11 и торцом выступа на сальниковой крышке 13 образован со стороны шпинделя кольцевой зазор в, предназначенный для ограничения деформации уплотнительного кольца 14. Отверстие в сальниковой крышке 13 расточено с образованием в ней сальниковой камеры, которая заполнена дублирующей сальниковой набивкой 15. Сальниковая крышка 13 поджата к уплотнительному кольцу при помощи шпилек 16 и гаек 17, а сальниковая набивка 15 уплотнена через втулку 18 и фланец 19 при помощи шпилек 20 и гаек 21 (см. фиг. 2).
Уплотнение работает следующим образом. Процесс самоуплотнения шпинделя 4 относительно отверстия в крышке 2 осуществляется под действием среды, находящейся под избыточным давлением во внутренней полости корпуса 1 задвижки. При этом среда воздействует па торец опорной втулки 7 и на торец опорного кольца 10. Под действием продольного усилия уплотнительные кольца 10, 12, 14 деформируются, а иод действием радиальных усилий плотно прилегают к цилиндрической поверхности выточки 5, а кольцо 12 еще и к поверхности шпинделя 4. Этим обеспечивается герметичность подвижного соединения шпиндель-крышка. Гарантированные зазоры а и в ограничивают деформацию колец 10, 14, т.е. нри достижении их продольной деформации зазоры а и в выбираются и становятся равными нулю.
Процесс нринудительного уплотнения шпинделя 4 осуществляют нутем воздействия усилий от гаек 17 на сальниковую
крышку 13 при завинчивании их на шнильки, вследствии чего крышка 13 воздействует с продольным усилием на унлотнительн; кольцо 12 через нажимное кольцо 11. Радиальные усилия, возникающие нри этом, поджимают кольцо 12 в направлении к шпинделю 4 и к цилиндрической стенке выточки 5 и уплотняют тем самым подвижное соединение шпиндель-крышка.
Процесс принудительного уплотнения шпинделя 4 с помощью дополнительного (дублирующего) узла уплотнения осуществляют путем воздействия гаек 21 на фланец 19, который сообщает усилие через нажимную втулку 18 сальниковой набивке, деформирует ее и уплотняет кольцевые зазоры между шпинделем 4 и крышкой 2.
Задвижка с предлагаемым уплотнением изготовлена и испытана в заводских условиях. Уплотнение сохраняет герметичность подвижного соединения шпиндель-крышка при 1000 срабатываний задвижки проход открыт - проход закрыт, что соответствует пятилетнему сроку эксплуатации задвижек на нефтепроводах без проведения их технического обслуживания. Авторысг- Хо В.Т.Лемберг В.П.Заварзин