Затвор обратный
REVERSE SHATTER

Область техники
Изобретение относится к арматуростроению, в частности к затворам обратным, и может быть использовано при изготовлении, консервации, переконсервации, монтаже, эксплуатации, ремонте, хранении и утилизации затворов обратных, применяемых в качестве запорной арматуры на трубопроводах технологических систем атомных станций (АС), атомных электростанций (АЭС), тепловых электростанций (ТЭС), а также в магистральных нефте- и газопроводах в системах нормальной эксплуатации и в системах безопасности с целью предотвращения обратного потока рабочей среды.
Уровень техники
В ряде отраслей промышленности, в первую очередь в энергетической, применяют трубопроводную арматуру для установок и трубопроводов, работающих в различных средах и экстремальных условиях: при давлениях от тысяч атмосфер до глубокого вакуума, как при очень высоких, так и очень низких температурах. В связи с этим современное арматуростроение является самостоятельной отраслью промышленности, выпускающей арматуру различного назначения, размеров и конструкций.
Трубопроводная арматура тепловых цехов современных электростанций представляет собой один из наиболее сложных элементов оборудования. Только на одном энергоблоке мощностью 1000 МВт установлено более четырех тысяч единиц арматуры, поэтому вопросы конструирования и изготовления надежной в эксплуатации трубопроводной арматуры, применения специальных материалов, а также методов ревизии и ремонта приобретают очень важное значение [Кижнер А.Х. Ремонт трубопроводной арматуры электростанций: Учеб. пособие для проф. обучения рабочих на производстве. М.: Высш. школа, 1986. - 144 с., стр. 4].
Распространенной разновидностью запорной трубопроводной арматуры, предназначенной для предотвращения нештатных ситуаций, связанных с аварийной сменой направления течения рабочей среды, являются обратные затворы, представляющие собой дисковые затворы, предотвращающие обратный поток рабочей среды [ГОСТ Р 52720-2007. Арматура трубопроводная. Термины и определения]
Затворы обратные применяются как в системах нормальной эксплуатации энергетических установок, так и в качестве элементов систем безопасности, например, для защиты парогенераторов АЭС по второму контуру с целью предотвращения обратного потока рабочей среды.
Известны затворы обратные поворотного типа, имеющие внутри корпуса в качестве запорного органа поворотные диски (тарели, захлопки), которые поддерживаются в положении "открыто" потоком рабочей среды во время нормальной работы трубопровода, а при аварийных ситуациях перемещаются в положение "закрыто" с перекрыванием проходного сечения затвора в результате герметичного прижатия дисков к седлам затворов.
Иными словами, при использовании затворов обратных в системах нормальной эксплуатации поворотные диски (тарели, захлопки) находятся в обычно открытом состоянии для пропуска рабочей среды, а в аварийных ситуациях закрывают затвор, предотвращая обратное течение рабочей среды.
При использовании затворов обратных в качестве элементов систем безопасности они разделяют контуры с разными давлениями при нормальной работе установки и сообщают их при выравнивании или заданном изменении перепада давлений на затворе, в этом случае диск (тарель, захопка) затвора находится обычно в закрытом положении.
Известен используемый в трубопроводных системах АЭС с реакторами ВВЭР затвор обратный поворотный, имеющий корпус с крышкой и поворотную тарель с седлом, установленные внутри корпуса, а также проходящий через крышку шток, шарнирно соединенный с тарелью [каталог ОАО "ЧЗЭМ", ЦНИИТЭИТЯЖМАШ, 1997, стр. 121-122].
Известен затвор обратный поворотный, который содержит корпус, седло, установленную на подвижном соединении с осью тарелку, разделяющую проточную часть на входную и выходную полости. Тарелка зафиксирована непосредственно на седле между проушинами последнего при помощи оси и образует с ним единый узел. Седло с проходным отверстием зафиксировано в корпусе при помощи резьбовой втулки. Между седлом и корпусом установлена герметизирующая прокладка. Корпус состоит из двух частей с центральными проходными отверстиями, соосными между собой. Части корпуса соединены между собой посредством резьбы. Между частями корпуса установлена уплотняющая прокладка. Резьбовое соединение зафиксировано штифтом. Продольная ось проходного отверстия седла расположена под углом к продольной оси частей корпуса. В варианте корпус выполнен цельным и при помощи шпилек и гаек соединен с входным и выходным фланцами. Между корпусом и фланцами установлены уплотняющие прокладки. Продольные оси отверстий корпуса и фланцев совпадают. Продольная ось проходного отверстия седла расположена под углом к продольной оси корпуса и фланцев. Изобретение направлена на повышение герметичности между седлом и тарелкой, а также на повышение ремонтопригодности затвора, для чего сделаны доступными поверхности седла и тарелки для механической обработки и притирки [RU 2295085 F16K 15/03 F16K 27/02 Опубл. 10.03.2007].
При откручивании гайки седло в сборе с тарелкой извлекается из корпуса, но при износе проушин как седла, так и тарелки их необходимо обрезать механически или иным способом, затем приварить новые, но так, чтобы не нарушать взаимное расположение уплотнительных полей седла и тарелки, что достаточно сложно и трудоемко.
Известен затвор обратный, который для повышения степени ремонтопригодности затвора содержит корпус, охватываемый шпильками с гайками, соединяющими входной и выходной фланцы, герметично зафиксированное ближе ко входному фланцу седло, шарнирно соединенное с тарелкой. В корпусе герметично закреплена с кольцевым ребром обечайка, в которой во внутренней полости установлено седло. По наружной поверхности седла выполнена кольцевая канавка. От нее в осевой плоскости в сторону выходного фланца выполнен паз. В упомянутых кольцевой канавке и пазу размещена проушина для крепления тарелки [RU 2378551 F16K 15/03 Опубл. 10.01.2010].
Известен затвор обратный, который содержит корпус, охватываемый шпильками с гайками, соединяющими входной и выходной фланцы. В корпусе размещена обечайка с кольцевым ребром. Во внутренней полости обечайки закреплено седло, в наружных канавках которого установлена проушина с тарелкой. По краям внутренней поверхности корпуса выполнены проточки. В них с уплотнительными элементами установлены на одном конце обечайка с кольцевым ребром, а на другом - втулка. Наружные торцевые поверхности обечайки и втулки выполняют роль привалочных поверхностей, которые сопрягаются с ответными поверхностями входного и выходного фланцев [RU 2410592 F16K 15/03 Опубл. 27.01.2011].
Известен затвор обратный, который содержит охватываемый с двух сторон фланцами корпус, проходное сечение которого перекрывается тарелкой, размещенной в нише корпуса и установленной на оси. Ось размещена в канавке в верхней части корпуса с углублениями по краям последней. Канавка выполнена в форме Т-образного паза с центральной выемкой. Концы оси выполнены в форме прямоугольника с шириной одной стороны, равной высоте основания Т-образного паза, а с другой стороны - ширине паза, перпендикулярного основанию Т-образного паза [RU 2455545 F16K 15/03 Опубл. 10.07.2012].
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является затвор обратный поворотный, который для улучшения технико-экономических характеристик за счет повышенного уровня безопасности, надежности и продолжительности эксплуатации содержит корпус с крышкой и поворотную тарель с седлом, установленные внутри корпуса, а также проходящий через крышку шток, шарнирно соединенный с тарелью, имеется два привода штока. Активация первого из них - пневматического - вызывает закрытие тарели. Второй привод - пружинный - установлен для пассивного открывания тарели при неактивном пневматическом приводе. Кроме того, к пневматическому приводу подключена управляющая система, которая его активирует путем подачи в него газа, когда давление среды внутри затвора достигает заданного значения закрытия, и его деактивирует путем выпуска из него газа, когда давление среды внутри затвора достигает заданного давления открытия [RU 2546884 F16K 15/03 Опубл. 10.04.2015].
Недостатком RU 2546884 является низкая надежность, обусловленная сложностью конструкции, жесткое крепление тарели к кронштейну и отсутствие степени свободы качения тарели в направлении перпендикулярном оси патрубков.
Общими недостатками RU 2546884 и известных конструкций затворов обратных является сложность изготовления и ремонта, недостаточная герметичность связанная с необходимостью точной подгонки уплотняющих поверхностей, недостаточная надежность и долговечность эксплуатации из-за износа уплотняющих поверхностей, что особенно актуально при высоких давления и температурах в системах повышенной опасности.
Задача и технический результат
Задачей изобретения является устранение технических недостатков известных конструкций затворов обратных, необходимость повышения герметичности и надежности функционирования затвора при отклонениях плоскостей уплотнительных поверхностей седла и диска.
Технический результат при осуществлении и промышленной реализации предлагаемого затвора обратного - повышение технологичности изготовления и ремонта, повышение надежности функционирования и герметичности запирающих элементов за счет самоустановки диска (тарели, захлопки) на седле и компенсации отклонений плоскостей уплотняющих поверхностей, возникающих при не точном изготовлении и износе уплотнитедьных поверхностей в процессе эксплуатации затвора.
Сущность изобретения
Отличительным признаком предлагаемого затвора обратного поворотного является наличие сферического шарнирного присоединения диска (захлопки, терели) с уплотнительной поверхностью к установленному в корпусе качающемуся кронштейну, позволяющего диску самоустанавливаться по установленному в корпусе седлу вне зависимости от отклонений плоскости седла от перпендикулярности оси патрубков в любой плоскости, что существенно повышает герметичность затвора, упрощает его изготовление и ремонт за счет снижения требований к позиционированию седла и подгонки уплотнительных поверхностей поверхностей, а также повышает долговечность и надежность функционирования затвора за счет автоматической компенсации износа уплотнительных поверхностей диска (захлопки) и седла.
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что в затворе обратном поворотном, содержащем корпус и расположенные в корпусе седло с уплотнительной поверхностью и качающийся кронштейн с прикрепленным к нему диском с уплотнительной поверхностью согласно изобретения диск подвижно прикреплен к кронштейну посредством сферического шарнира с возможностью самоустанавливания диска по седлу, при этом сферический шарнир выполнен в виде установленной в выемке диска и прикрепленной к кронштейну цапфы со сферической поверхностью, подвижное положение которой в диске обеспечивается вкручиваемой в диск гайкой с вогнутой сферической поверхностью с получением сферического шарнира, образуемого выпуклой поверхностью цапфы и вогнутой поверхностью вкрученной в диск гайки.
Сферический шарнир содержит средство предотвращения самопроизвольного выкручивания гайки из диска, выполненное например в виде фиксирующих элементов П-образной формы,
расположенное в корпусе седло выполнено в виде вкрученной, прикрученной или вваренной в корпус втулки с уплотнительной поверхностью, а
кронштейн содержит средство ограничения максимального угла подъема диска относительно седла в положении затвора "открыто", выполненное, например, в виде установленного в концевой части кронштейна упора.
При этом уплотнительные поверхности седла и диска выполнены с износостойким наплавляемым покрытием, а затвор содержит средство индикации положения диска в корпусе, например, герконового типа.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показан общий вид затвора обратного поворотного с вырезом четверти в положении "закрыто".
На фиг. 2 показано сечение затвора поворотного, далее - затвора, в положении "закрыто", где показаны: диск (захлопка) 1, кронштейн 2, цапфа 3 с выпуклой сферической поверхностью, гайка 4 с вогнутой сферической поверхностью, фиксатор 5 гайки 4, крепежный винт 6, упор 7, корпус затвора 8, крышка затвора 9, втулки-седла 10, заглушки 11 для транспортировки и консервации.
На Фиг. 3 показан общий вид запорного органа затвора
На фиг. 3, 4 и 5 показан запорный орган затвора в сборе и в разнесенном виде, содержащий соответственно диск (захлопка) 1, кронштейн 2, цапфу 3 с выпуклой сферической поверхностью, гайку 4 с вогнутой сферической поверхностью, фиксатор гайки 5, крепежный винт 6 и упор 7.
На фиг. 6-12 показаны общие виды отдельных деталей запирающего узла затвора, соответственно диска (захлопки) 1, цапфы 3, гайки 4, фиксатора 5, кронштейна 2, винта 6 и упора 7.
Осуществление и промышленная реализация изобретения
Конструктивно предлагаемый затвор поворотный содержит (фиг. 1-10) диск (захлопку) 1 с наплавленной износостойкой уплотнительной поверхностью, который шарнирно прикреплен к кронштейну 2 посредством цапфы 3 с выпуклой сферической поверхностью и гайки 4 с вогнутой сферической поверхностью с фиксатором 5 и крепежного винта 6, обеспечивающих герметичную самоустановку диска на седле и герметичное перекрытие проходного сечения в положении затвора "закрыто"
Кронштейн 2 с подвижно прикрепленным к нему диском 1 устанавливается внутри корпуса затвора 8 на шарнире с возможностью качания относительно уплотнительной поверхности седла, выполненного в виде установленной в корпус втулки-седла 10 с возможностью открытия проходного сечения затвора в положении задвижки "открыто" и перекрытия проходного сечения затвора в положении задвижки "закрыто".
Сборка затвора с подвижным креплением диска 1 к кронштейну 2 осуществляется следующим образом:
В соответствующую выемку в диске 1 устанавливается цапфа 3 со сферической поверхностью, подвижное положение которой в диске обеспечивается гайкой 4 с вогнутой сферической поверхностью с получением сферического шарнира, образуемого выпуклой поверхностью цапфы 3 и вогнутой поверхностью вкрученной в диск (захлопку) гайки 4.
Самопроизвольное выкручивание гайки 4 из диска (захлопки) 1 предотвращается фиксатором 5. Цапфа 3 присоединяется к кронштейну 2 посредством винта 6.
После установки кронштейна 2 корпус 8 закрывается крышкой 9, которая закрепляется на корпусе обычным соединением, например, типа "шпилька-гайка".
Все движущиеся детали затвора выполняют перемещающимися свободно без заеданий.
Патрубки подвода и отвода рабочей среды затвора могут быть выполнены под приварку, с фланцевыми или иными соединениями с трубопроводом рабочей среды.
Для предотвращения попадания каких-либо загрязнений внутрь корпуса патрубки подвода и отвода рабочей среды при хранении, транспортировке и консервации затвора закрываются заглушками 11.
Корпусные детали, детали запирающего элемента изготавливают из обычно используемого материала, например из коррозионно-стойкой стали, а уплотнительные поверхности из износостойких уплотнительных наплавок, например согласно НП-068-05, а уплотнение мест присоединения крышки к корпуса прокладками из терморасширенного графита в виде прессованных колец.
Заявляемый затвор изготавливается из обычно используемых материалов по обычным технологиям изготовления трубопроводной арматуры с учетом условий их эксплуатации.
Изготавливают затвор соответствующим требованиям ТУ 3742-104-80841593-2012, в частности, соответствующим следующим нормативным документам:
- «Правила устройства и безопасной эксплуатации оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок» (ПНАЭ Г-7-008-89 с изм. №1);
- «Трубопроводная арматура для атомных станций. Общие технические требования» (НП-068-05);
- «Общие положения обеспечения безопасности атомных станций ОПБ-88/97» (НП-001-97 (ПНАЭ Г-01-011-97));
- «Нормы проектирования сейсмостойких атомных станций» (НП-031-01).
Затвор работает следующим образом:
В рабочем положении затвора "открыто" поток рабочей среды подается под диск (захлопку) 1 (слева-направо на фиг. 1, 2), диск (захлопка) 1 давлением потока рабочей среды поднимается и отходит от седла 10 обеспечивая пропуск потока рабочей среды в нужном направлении.
Максимальный угол подъема диска (захлопки) 1 внутри корпуса ограничивается упором 7.
При прекращении или изменении потока рабочей среды на обратный затвор автоматически переходит в рабочее положение "закрыто", при этом диск (захлопка) под действием собственного веса и/или противодавления опускается, примыкает к седлу, перекрывает проходное сечение и останавливает обратное движение рабочей среды.
Затвор может оснащаться дистанционным указателем положения диска (захлопки), например, герконового типа с магнитным выключателем, работающим по принципу подвижного штока с передачей сигнала положения от постоянного магнита.
Уплотнительные поверхности седла и диска (захлопки) могут быть выполнены из антикоррозионных уплотнительных наплавок, например, согласно НП-068-05.
Технологическая обработка деталей, сборка, установка в трубопровод, техническое обслуживание и контроль герметичности производятся обычным образом в соответствии с требованиями технической документации систем эксплуатации затвора.
Затвор описанной выше конструкции ремонтно пригоден без вырезки из трубопровода.
После выработки затвором назначенного ресурса или назначенного срока службы, проводятся работы в соответствии с правилами (методиками) установления остаточного ресурса, и далее по продлению назначенных показателей или, при необходимости, ремонт и/или утилизация.
Преимущество заявляемого изобретения состоит в том, что предлагаемая конструкция затвора позволяет обеспечить его надежную работу, компенсировать отклонения углов наклона уплотнительных поверхностей седла и диска (захлопки) при их изготовлении и функционировании затвора, экономить рабочую среду, протекающую через затвор в результате повышенной высокой герметичности, обеспечиваемой самоустанавливающимся герметичным расположением диска (захлопки) в проходном сечении седла затвора.
Подробно раскрытые выше конструктивные и технологические особенности изобретения доказывают не только причинно-следственную связь существенных признаков и технического результата, но и доказывают возможность промышленной реализации изобретения и уверенное достижение технического результата, а именно - обеспечиваются повышение технологичности изготовления и ремонта, повышение надежности функционирования, и повышение герметичности запорного узла за счет герметичной самоустановки диска (захлопки) на седле и компенсации отклонения углов и взаимного расположения уплотняющих поверхностей при изготовлении и эксплуатации затвора.