УПЛОТНИТЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ ЗАТВОРА КЛАПАНА
SEALING VALVE GATE ASSEMBLY

Изобретение относится к трубопроводной арматуре, в частности к уплотнительным узлам затворов подъемных клапанов.
Известен уплотнительный узел затвора прямоточного клапана по DE 1073822, МПК F16K 1/46, приоритет от 08.02.1957. Уплотнительный узел включает кольцевой эластичный уплотнительный элемент, установленный в кольцевой канавке седла, поджимаемый к седлу золотником в закрытом положении клапана и омываемый потоком рабочей среды в открытом положении клапана.
Недостатком аналога является низкая надежность клапана из-за подверженности эластичного уплотнительного элемента эрозионному износу поверхностным слоем абразивосодержащей рабочей среды при ее истечении через затвор.
Известен уплотнительный узел затвора клапана по US 5655752, МПК F16K 1/42; F16K 1/32, приоритет от 07.07.1995. Уплотнительный узел включает кольцевой эластичный уплотнительный элемент, установленный между седлом и запорным элементом и снабженный несплошной металлической защитной оболочкой.
Недостатком аналога является то, что абразивные частицы рабочей среды могут попадать в пространство между кольцевым эластичным уплотнительным элементом и его несплошной металлической оболочкой, подвергая эрозии уплотнение затвора и нарушая герметичность затвора.
Прототипом заявляемого устройства является уплотнительный узел затвора клапана по SU 1247603, МПК F16K 1/46, приоритет от 19.02.1985. Уплотнительный узел затвора клапана содержит запорный элемент и седло, в одном из которых выполнена кольцевая расточка с установленными в ней концентрично, с возможностью осевого перемещения коническими втулками и зажатым между втулками кольцевым эластичным уплотнительным элементом. Внутренний диаметр наружной втулки выполнен меньше наружного диаметра внутренней втулки, которая с помощью пружины прижата наружной конической поверхностью к внутренней конической поверхности наружной втулки. Торцы внутренней и наружной втулок расположены на разных уровнях относительно торца кольцевой расточки. В открытом положении затвора клапана кольцевой эластичный уплотнительный элемент защищен от воздействия рабочей среды втулками. При закрытии затвора клапана золотник, контактируя с торцом внутренней втулки, частично перекрывает поток рабочей среды по взаимно притертым поверхностям затвора. При дальнейшем движении золотника на закрытие затвора клапана внутренняя втулка сжимает пружину и отходит от наружной втулки, образуя зазор, в который при последующем совместном движении уже обеих втулок выдавливается кольцевой эластичный уплотнительный элемент, герметизирующий затвор клапана. При открывании затвора клапана втулки перемещаются вместе с золотником в обратном направлении, при этом кольцевой эластичный уплотнительный элемент сжимается и выходит из зазора между втулками. При дальнейшем движении золотника на открытие затвора внутренняя втулка упирается в дно наружной втулки, перекрывая зазор и вновь защищая кольцевой эластичный уплотнительный элемент от воздействия рабочей среды. Таким образом обеспечиваются длительный срок службы уплотнительного узла-прототипа и надежность клапана.
Однако надежность работы уплотнительного узла-прототипа гарантирована лишь при абсолютной упругости материала кольцевого эластичного уплотнительного элемента, позволяющей ему быстро и полностью восстанавливать свою первоначальную форму после снятия нагрузки со стороны наружной и внутренней конических втулок. В реальных же условиях, при малом временном интервале между открытием и закрытием, как правило, имеет место остаточная деформация эластичных элементов. При наличии остаточной деформации кольцевого эластичного уплотнительного элемента вероятно его заклинивание в зазоре между коническими втулками и, как следствие, эрозионный износ со стороны поверхностного слоя рабочей среды.
Заявляемое изобретение решает техническую задачу повышения надежности и увеличения срока службы клапана за счет снижения эрозионного износа кольцевого эластичного уплотнительного элемента в затворе.
Поставленная техническая задача решена в уплотнительном узле затвора клапана, включающем седло, золотник, размещенные в кольцевой канавке седла либо золотника кольцевой эластичный уплотнительный элемент и подвижное в осевом направлении защитное кольцо, взаимодействующее с кольцевым эластичным уплотнительным элементом по конической поверхности, а с седлом либо золотником - по цилиндрической поверхности. Подвижное соединение защитного кольца с седлом либо золотником снабжено центрирующими элементами, установленными в защитном кольце подвижно в осевом направлении, а в седле либо в золотнике - неподвижно. В частности, центрирующий элемент выполнен в виде винта, установленного в седле либо в золотнике на резьбе. Для крепления винтов и регулировки деформации эластичного элемента в седле либо в золотнике выполнены резьбовые канавки. В защитном кольце выполнены направляющие канавки для винтов, образующие при совмещении с резьбовыми канавками отверстия, продольные оси которых лежат на цилиндрической поверхности взаимодействия защитного кольца с седлом либо золотником. Длина резьбовой канавки в седле либо в золотнике превышает длину винта. Направляющие канавки в защитном кольце со стороны вершины конуса выполнены глухими. Защитное кольцо выполнено разрезным.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен прямоточный запорно-регулирующий клапан с заявляемым уплотнительным узлом затвора; на фиг.2 - выносной элемент А затвора запорно-регулирующего клапана, вариант расположения кольцевого эластичного уплотнительного элемента и защитного кольца в седле, положение «закрыто»; на фиг.3 - то же, вариант расположения кольцевого эластичного уплотнительного элемента и защитного кольца в золотнике, положение «закрыто»; на фиг.4 - то же, вариант расположения кольцевого эластичного уплотнительного элемента и защитного кольца в седле, положение - в начале открытия.
Уплотнительный узел затвора прямоточного запорно-регулирующего клапана содержит золотник 1 и седло 2. В седле 2 либо золотнике 1 выполнена кольцевая канавка 3, в которой размещены кольцевой эластичный уплотнительный элемент 4 и защитное кольцо 5. Защитное кольцо 5 взаимодействует с кольцевым эластичным уплотнительным элементом 4 по конической поверхности «Б», а с седлом 2 либо золотником 1 - по цилиндрической поверхности «В». Подвижное соединение защитного кольца 5 с седлом 2 либо золотником 1 снабжено центрирующими элементами 6, выполненными, в частности, в виде винтов. Винты 6 закреплены неподвижно на резьбе 7 в седле 2 либо в золотнике 1. Для этого в седле либо в золотнике выполнены резьбовые крепежные канавки 8, длина которых превышает длину винтов 6 на величину «L». В защитном кольце 5 выполнены гладкие глухие направляющие канавки 9 для винтов 6, образующие при совмещении с резьбовыми канавками 8 отверстия, продольные оси 10 которых лежат на цилиндрической поверхности «В». Защитное кольцо 5 для удобства сборки-разборки может быть выполнено разрезным.
Уплотнительный узел затвора клапана работает следующим образом.
При закрытии затвора клапана вначале торцевая поверхность защитного кольца 5 вступает в контакт с уплотнительной поверхностью золотника 1 (либо седла 2 во втором варианте размещения кольцевого эластичного уплотнительного элемента 4 и защитного кольца 5 - в золотнике 1). При движении золотника 1 на закрытие клапана защитное кольцо 5 углубляется внутрь седла 2 (либо золотника 1), при этом оно скользит своей цилиндрической поверхностью «В» по направляющей цилиндрической поверхности кольцевой канавки 3. Коническая поверхность «Б» защитного кольца 5 скользит при этом вдоль поверхности кольцевого эластичного уплотнительного элемента 4, увеличивая давление на него и поджимая его к противоположной стенке кольцевой канавки 3. Винты 6, соединенные неподвижно с седлом 2 (либо с золотником 1) и утопленные в направляющих канавках 9 защитного кольца 5, центрируют положение защитного кольца 5 в седле 2 (либо в золотнике 1). При дальнейшем осевом движении золотника 1 на закрытие затвора клапана происходит относительное осевое смещение направляющих поверхностей канавок 9 и поверхностей винтов 6.
В закрытом положении затвора клапана защитное кольцо 5 вдавлено в кольцевой эластичный уплотнительный элемент 4. Деформация кольцевого эластичного уплотнительного элемента 4 обеспечивает плотное прилегание уплотнительной поверхности золотника 1 к поверхности седла 2. Величину деформации кольцевого эластичного уплотнительного элемента 4 регулируют осевым смещением винтов 6 в резьбовых крепежных канавках 8 в пределах расстояния «L».
При открытии затвора клапана уплотнительная поверхность золотника 1 (седла 2) последовательно отходит вначале от поверхности кольцевого эластичного уплотнительного элемента 4, форма которого при этом восстанавливается (передеформируется), затем - от поверхности защитного кольца 5. Под воздействием энергии передеформированного кольцевого эластичного уплотнительного элемента 4 происходит возвратное осевое смещение защитного кольца 5 в проточную часть клапана вдоль цилиндрической направляющей поверхности седла 2 (золотника 1). Винты 6 при этом выполняют центрирующую и направляющую функции.
В открытом положении клапана торцевая поверхность защитного кольца 5 выступает в проточной части клапана над уплотнительной поверхностью кольцевого эластичного уплотнительного элемента 4, при этом кольцо 5 защищает кольцевой эластичный уплотнительный элемент 4 от эрозионного износа поверхностным слоем рабочей среды. Винты 6 выполняют также функцию стопорных элементов, предотвращающих выпадение защитного кольца 5 (или его элементов) в проточную часть клапана. Для упора защитного кольца 5 в стопорные винты 6 направляющие канавки 9 выполнены глухими.
Истечение рабочего потока через затвор клапана начинается с момента образования щели между уплотнительной поверхностью золотника 1 (седла 2) и торцевой поверхностью защитного кольца 5. При этом расстояние между уплотнительной поверхностью кольцевого эластичного уплотнительного элемента 4 и золотника 1 (седла 2) больше, чем ширина щели между уплотнительной поверхностью золотника 1 (седла 2) и торцевой поверхностью защитного кольца 5, а скорость протекания рабочего потока между уплотнительной поверхностью кольцевого эластичного уплотнительного элемента 4 и золотника 1 (седла 2) меньше, чем скорость потока в указанной щели. Таким образом, разрушительное воздействие дросселируемого потока рабочей среды на уплотнительную поверхность кольцевого эластичного уплотнительного элемента 4 снижается до минимума.