ОПОРА ШПИНДЕЛЯ ДЛЯ ЗАПОРНОЙ АРМАТУРЫ
SPINDLE SUPPORT FOR STOP VALVES

Изобретение относится к опоре шпинделя для запорной арматуры, содержащей сужение корпуса, а также соединяемую с сужением корпуса цилиндрическую уплотнительную опору с отверстием для осевого размещения шпинделя заслонки, причем для размещения уплотнительной опоры в сужении корпуса предусмотрено байонетное соединение.
Такие опоры шпинделей с уплотнительными опорами применяются для обеспечения центрированной по оси опоры шпинделя заслонки в запорной арматуре, причем одновременно должна быть обеспечена изоляция запорной камеры от окружающей среды. Уплотнительная опора должна быть выполнена стабильной и надежной и не должна перемещаться в своем положении в запорной арматуре. При этом уплотнительная опора должна быть выполнена таким образом, чтобы ее можно было быстро и просто извлечь в целях обслуживания уплотнителей или шпинделя заслонки.
На практике также стоит задача исключения ошибочного ослабления уплотнительной опоры при любых обстоятельствах. При этом необходимо как можно более надежное и уверенно сохраняющее свое положение под действием больших механических нагрузок соединение.
Для этой цели в уровне техники известна уплотнительная опора, снабженная внешней резьбой для обеспечения возможности ввинчивания уплотнительной опоры по резьбе запорной арматуры.
Такое резьбовое соединение обеспечивает простое, надежное и быстроразъемное соединение, которое, однако, на практике имеет недостаток, состоящий в том, что при эксплуатации резьбового соединения изнашивается покрытие запорной арматуры в области корпуса арматуры. Непосредственным следствием этого является коррозия этих подверженных механическим нагрузкам участков.
Для винтовых соединений возможны лишь очень тонкие покрытия, а не обычно используемая сегодня в области арматуры «тяжелая защита от коррозии» посредством порошкового напыления.
Для этой цели из ЕР 1516138 В1 известна уплотнительная опора, которая выполнена с возможностью размещения в выступе сужения корпуса запорной арматуры посредством байонетного фиксирующего устройства.
Байонетное соединение имеет преимущество, состоящее в том, что оно может быстро устанавливаться и вновь размыкаться и что любые покрытия на запорной арматуре в области соединительного средства байонетного соединения могут быть сохранены при квалифицированной эксплуатации. Однако в сравнении с резьбовым соединением оно имеет несколько недостатков.
Например, при механических нагрузках может происходить размыкание байонетного соединения и разблокирование шпинделя заслонки. Это составляет значительную проблему для безопасности.
С другой стороны, в случае известных из уровня техники байонетных соединений не может быть полностью гарантировано, что шпиндель заслонки остается точно центрированным в средней точке уплотнительной опоры, поскольку у всех байонетных соединений предусмотрены лишь два смещенных относительно друг друга на 180° байонетных выступа или зубца. При этом может быть обеспечена центровка лишь в отношении ориентации.
Близкое решение, состоящее в использовании байонетных соединений 3 смещенными на 120° выступами или большим числом выступов является недостаточным в том, что при этом не может быть исключено осевое смещение шпинделя заслонки, поскольку фиксация обеспечивается лишь в одной плоскости.
Эти проблемы отсутствуют в случае известного решения, основанного на резьбовом соединении, однако при этом такое решение является нежелательным по основаниям, приведенным выше.
Таким образом, техническая задача изобретения состоит в создании уплотнительной опоры или запорной арматуры с такой уплотнительной опорой, которые обеспечивали бы возможность точного размещения шпинделя заслонки, были бы просто и быстро разбираемыми в целях обслуживания и были бы применимыми также для арматур, которые снабжены хрупким покрытием.
Эта задача согласно изобретению решается тем, что предусмотрено байонетное соединение, выполненное таким образом, что уплотнительная опора фиксируется в сужении корпуса по меньшей мере в двух удаленных друг от друга плоскостях.
Плоскости могут предпочтительно быть удалены друг от друга по оси или по существу по оси. Это позволяет прежде всего сочетать преимущества известного байонетного соединения с известным резьбовым соединением. С одной стороны, как в случае с байонетным соединением в одной плоскости, соединение может быть быстро собрано и вновь разобрано без повреждения какого-либо покрытия на уплотнительной опоре, запорной арматуре или их обоих. За счет множества точек соединения упомянутое соединение является стабильным и надежным и исключен риск размыкания соединения под механической нагрузкой. С другой стороны, наличие по меньшей мере двух различных плоскостей соединения обеспечивает возможность точной центровки шпинделя заслонки в средней точке уплотнительной опоры по всей осевой протяженности шпинделя заслонки.
Для создания байонетного соединения уплотнительная опора может иметь на своей внешней окружности по меньшей мере один первый выступающий наружу выступ и по меньшей мере один второй выступающий наружу выступ, причем выступы размещены со смещением относительно друг друга в осевом направлении и сужение корпуса имеет соответствующие выступам пазы и фиксирующие выступы.
В соответствии с известным способом при байонетном соединении уплотнительная опора с ее выступами входит в соответствующие пазы сужения корпуса и поворачивается, за счет чего выступы уплотнительной опоры соприкасаются с фиксирующими выступами сужения корпуса и обеспечивается точное соединение.
Благодаря признаку изобретения, состоящему в том, что выступы или фиксирующие выступы в осевом направлении предусмотрены по меньшей мере в двух плоскостях, обеспечивается особенно надежное соединение, которое, в частности, выравнивает шпиндель заслонки в осевом направлении.
Выступающие наружу выступы уплотнительной опоры могут быть выполнены таким образом, что они вдоль внешней окружности уплотнительной опоры, соответственно, перекрывают угол α, составляющий максимум 180°, чтобы обеспечить возможность вставки уплотнительной опоры в сужение корпуса, которое выполнено с соответствующими пазами или фиксирующими выступами.
За счет большой опорной поверхности вдоль окружности уплотнительной опоры (почти 360°) обеспечивается существенное повышение устойчивости соединения по отношению к нагрузкам в осевом направлении.
Как выступы уплотнительной опоры, так и фиксирующие выступы сужения корпуса могут иметь проходящие по касательной скосы для обеспечения возможности введения уплотнительной опоры при одновременно как можно более удлиненных выступах.
Уплотнительная опора может, в частности, содержать первую пару выступающих наружу выступов и вторую пару выступающих наружу выступов, которые размещены со смещением в радиальном направлении, причем выступающие наружу выступы вдоль внешней окружности уплотнительной опоры, соответственно, перекрывают угол α максимум 90°. При таком попарном размещении обеспечивается хорошая центровка шпинделя заслонки.
Кроме того, выступающие наружу выступы могут быть размещены в трех или более удаленных друг от друга в осевом направлении плоскостях. Таким образом обеспечивается особенно хорошая центровка шпинделя заслонки. Положение выступов может быть подобрано соответствующим образом, например выступы в третьей плоскости могут повторять положение выступов в первой плоскости. Согласно изобретению может быть предусмотрено, что каждый из выступающих наружу выступов перекрывает угол α максимум 60°. Однако согласно изобретению также предусмотрено, что выступы в отдельных плоскостях перекрывают, соответственно, различные угловые области.
Уплотнительная опора может быть выполнена из латуни, металла с покрытием, пластмассы или высокосортной стали. Уплотнительная опора может, в частности, иметь антикоррозионное покрытие. Уплотнительная опора может иметь стопор от проворачивания. Стопор от проворачивания может быть выполнен в виде стопорного винта, который вкручивается в отверстие в выемке уплотнительной опоры.
Уплотнительная опора может иметь на своей внутренней окружности по меньшей мере один внутренний уплотнительный набор. Уплотнительная опора может иметь на своей внешней окружности по меньшей мере один внешний уплотнительный набор. В частности может быть предусмотрено, что уплотнительная опора имеет два смещенных в осевом направлении внутренних уплотнительных набора и один внешний уплотнительный набор.
Выступы могут иметь скошенные первые фиксирующие поверхности, которые образуют с вектором нормали к поверхности внешней окружности уплотнительной опоры угол β менее 45°, предпочтительно от 5° до 20°. Эти фиксирующие поверхности могут взаимодействовать с соответствующими фиксирующими выступами сужения корпуса таким образом, что обеспечивается как можно более точное соединение. Подобный эффект, обеспечиваемый скошенными фиксирующими поверхностями, может быть обеспечен оконтуренными зубцами.
Фиксирующие выступы сужения корпуса также могут иметь вторые скошенные фиксирующие поверхности, которые образуют с вектором нормали к поверхности внутренней окружности угол β менее 45°, предпочтительно от 5° до 20°. Таким образом обеспечивается особенно хорошее соединение с выступами уплотнительной опоры.
Сужение корпуса может быть выполнено из чугуна, цветного металла или высокосортной стали. Сужение корпуса и/или уплотнительная опора могут иметь антикоррозионное покрытие. Покрытие может быть выполнено в виде эпоксидного порошкового покрытия с толщиной покрытия от 200 мкм до 400 мкм, предпочтительно 300 мкм. Покрытием может быть, например, порошковое покрытие по стандарту Ассоциации по высококачественной антикоррозионной защите клапанов и фитингов порошковыми покрытиями (GSK). Покрытие может, в частности, быть предусмотрено в области фиксирующих выступов.
Другие признаки согласно изобретению следуют из формулы изобретения, примерных вариантов выполнения и чертежей.
Далее изобретение будет пояснено с помощью приложенных чертежей, которые показывают предпочтительный вариант выполнения изобретения.
При этом на Фиг. 1 показан вид в перспективе примерного варианта выполнения опоры шпинделя согласно изобретению, на Фиг. 2 показан вид в перспективе уплотнительной опоры согласно изобретению, на Фиг. 3 показан вид в плане уплотнительной опоры согласно изобретению, на Фиг. 4а и 4b показаны еще два вида уплотнительной опоры согласно изобретению, которые обозначены на Фиг. 3, на Фиг. 4с показан вид части по Фиг. 4b, на Фиг. 5 - вид в перспективе сужения корпуса согласно изобретению без введенной уплотнительной опоры, на Фиг. 6 показан частичный вид в разрезе запорной арматуры в области сужения корпуса с введенной уплотнительной опорой.
На Фиг. 1 показан вид в перспективе примерного варианта выполнения опоры 1 шпинделя согласно изобретению. Сужение 2 корпуса соединено с уплотнительной опорой 3 согласно изобретению, в которую введен шпиндель 5 заслонки. Уплотнительная опора 3 соединена с сужением корпуса действующим в двух плоскостях байонетным соединением и зафиксирована посредством стопора 9 от проворачивания.
На Фиг. 2 показан вид в перспективе примерного варианта выполнения уплотнительной опоры 3 согласно изобретению. Уплотнительная опора 3 имеет отверстие 4 для введения шпинделя заслонки. На внешней окружности уплотнительная опора 1 имеет два первых выступа 8 и два вторых выступа 9.
Оба выступа 8 смещены относительно друг друга вдоль окружности уплотнительной опоры на 180°, также как и оба выступа 9. Кроме того, первые выступы 8 смещены относительно вторых выступов 9, соответственно, на 90° и удалены друг от друга вдоль осевого направления 10. Для фиксации введенной уплотнительной опоры предусмотрены выемки 18 с отверстиями 19 для вставки стопора от проворачивания (не показан). Выступы 8, 9 имеют тангенциальные скосы 20 для облегчения введения в сужение корпуса.
Сужение корпуса (не показано) имеет комплементарные смещенные относительно друг друга приблизительно на 90° фиксирующие выступы в двух удаленных друг от друга в осевом направлении плоскостях для обеспечения возможности введения и закрепления уплотнительной опоры. При этом учитывается, что необходим некоторый зазор для монтажа и изготовления (угол расформовки).
В конкретном примерном варианте выполнения при наибольшем наружном диаметре уплотнительной опоры 42,5 мм предусмотрена ширина выступов 35 мм.
На Фиг. 3 показан вид в плане уплотнительной опоры 3 согласно изобретению. Очевидно, что выступы 8 выполнены смещенными по отношению к выступам 9, соответственно, на угол δ около 90°. Каждый из выступов 8, 9 перекрывает вдоль окружности угол α несколько менее 90°. Кроме того, выступы 8, 9 выполнены со скошенными областями 20, которые обеспечивают возможность легкого введения уплотнительной опоры в сужение корпуса. Скошенные области 20 получаются путем выполнения выступов из окружности под углом γ в диапазоне от 10° до 45° от направления касательной.
Кроме того, могут быть предусмотрены байонетные соединения, имеющие более двух выступов на плоскость. Так, например, предусмотрен вариант выполнения, в котором в каждой из двух или более плоскостей, соответственно, имеются три выступа, которые перекрывают угловую область около 60° и смещены на 120°.
При этом выступы каждой плоскости удалены от выступов следующей плоскости в осевом направлении и радиально смещены приблизительно на 60°. Если в данном варианте выполнения предусмотрена третья плоскость, то выступы этой третьей плоскости находятся радиально в том же положении, что и выступы первой плоскости, но удалены от них в осевом направлении.
На Фиг. 4а показаны другие виды примерного варианта выполнения по Фиг. 3 вдоль линии IVa. Выступы 8 расположены в первой плоскости 6, в то время как выступы 9 расположены во второй плоскости 7. Плоскость 6 удалена от плоскости 7.
Выступы 8, 9 имеют конически скошенные первые фиксирующие поверхности 16 для обеспечения возможности лучшей фиксации уплотнительной опоры и точной регулировки и центровки шпинделя заслонки.
На Фиг. 4b также показан вид примерного варианта выполнения по Фиг. 3 вдоль линии IVb. Выступы 8 также расположены в первой плоскости 6, в то время как выступы 9 расположены во второй плоскости 7. Плоскость 6 удалена от плоскости 7. Также видны скошенные области 20 как у выступов 8, так и у выступов 9.
Высота или толщина выступов 8, 9 может в принципе быть выбрана из соображений конструкции. Само собой разумеется, что расстояние между байонетными плоскостями 6, 7 на уплотнительной опоре и в сужении корпуса совпадают. В примерном варианте выполнения предусмотрено расстояние 14,5 мм, причем высота выступов по внешней окружности составляет 6 мм. Увеличение расстояния приводит к лучшей осевой центровке шпинделя заслонки, в то время как уменьшение приводит к экономии материала для уплотнительной опоры.
Предел уменьшения соответствует наименьшему целесообразному размеру деталей и высоте выступов.
В данном примерном варианте выполнения высота выступов на уплотнительной опоре примерно равна высоте фиксирующих выступов в сужении корпуса, что определяется соответствующей прочностью материала уплотнительной опоры (латунь) и сужения корпуса (чугун).
Для различных материалов (например, пластмассы и металла) должны быть предусмотрены соответствующие поправки.
На Фиг. 4с показан подробный вид фрагмента по Фиг. 4b. Первые фиксирующие поверхности 16 состоят из нескольких частичных областей и содержат линейно проходящую область 21, которая граничит с двумя изогнутыми областями. Линейная область служит для лучшей фиксации уплотнительной опоры в сужении корпуса и для регулирования уплотнительной опоры. Она может быть снабжена особым покрытием. Линейно проходящая область имеет по отношению к вектору нормали к поверхности внешней окружности угол β в диапазоне от 5° до 20°, предпочтительно 10°. Предусмотрены и большие углы, однако они приводят к возрастанию геометрических проблем с увеличением высоты конструкции. Угол в 45° не должен быть превышен. Меньшие углы уменьшают эффект данного компонента по отношению к центру.
На Фиг. 5 показан вид в перспективе сужения 2 корпуса, в котором уплотнительная опора 1 удалена. Сужение 2 корпуса на своей внешней окружности имеет первые фиксирующие выступы 11 и вторые фиксирующие выступы 12, которые смещены как в направлении окружности, так и в осевом направлении, для обеспечения возможности байонетного соединения с вышеописанной уплотнительной опорой. Фиксирующие выступы имеют вторые фиксирующие поверхности 17 для обеспечения возможности точной установки и регулировки уплотнительной опоры. Вторые фиксирующие поверхности 17 могут, в частности, иметь (не показанные) обратную сторону или множество частичных областей, которые взаимодействуют с аналогично выполненной первой фиксирующей поверхностью уплотнительной опоры. Также может быть предусмотрено покрытие.
На Фиг. 6 показан частичный вид в разрезе опоры 1 шпинделя согласно изобретению. Показано сужение 2 корпуса с введенной уплотнительной опорой 3. Уплотнительная опора 3 на своей внутренней окружности имеет два внутренних уплотнительных набора 14 и внешний уплотнительный набор 15. Эти уплотнительные опоры выполнены в виде О-колец. Кроме того, уплотнительная опора 3 защищена от непреднамеренного проворачивания стопором 13 от проворачивания в виде винта. Второй выступ 9 уплотнительной опоры 3 при застопоренном байонетном замке непосредственно прилегает к фиксирующему выступу 11 сужения 2 корпуса, причем обеспечивается прочное соединение без повреждения покрытия сужения 2 корпуса. Первая фиксирующая поверхность 16 и вторая фиксирующая поверхность 17 соприкасаются.
Изобретение не ограничено показанным вариантом выполнения и также содержит варианты выполнения с выступами в трех или более смещенных в осевом направлении плоскостях. Кроме того, в каждой плоскости могут применяться не только два смещенных на 180° выступа, но также и 3 смещенных на 120°, 4 смещенных на 90°, 5 смещенных 72° и т.п. выступов. Перекрываемая каждым выступом в направлении окружности область, соответственно, несколько менее чем этот угол смещения, чтобы обеспечить возможность легкого введения уплотнительной опоры.
Перечень ссылочных позиций
1 Опора шпинделя
2 Сужение корпуса
3 Уплотнительная опора
4 Отверстие
5 Шпиндель заслонки
6 Первая плоскость
7 Вторая плоскость
8 Первый выступ
9 Второй выступ
10 Осевое направление
11 Первый фиксирующий выступ
12 Второй фиксирующий выступ
13 Стопор от проворачивания
14 Внутренний уплотнительный набор
15 Внешний уплотнительный набор
16 Первая фиксирующая поверхность
17 Вторая фиксирующая поверхность
18 Выемки
19 Отверстия
20 Скос
21 Линейно проходящая область