ЗАТВОР

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к арматуростроению и предназначена для использования в качестве запорной и регулирующей арматуры в гидравлических, пневматических устройствах различных отраслей промышленности.
Известен предохранительно-запорный клапан и клапанный затвор (патент РФ №2232330. F16K 17/02, F16K 1/22, опубл. 10.07.2004), имеющий следующую особенность - диск клапана смещен относительно оси потока на величину 1,0-1,5 ширины кольца-седла, которая в свою очередь равна величине 2,0-4,5 толщины стенки трубы корпуса. Также особенностью конструкции является геометрия седла в виде усеченного конуса с основанием в сторону входного канала. Данная конструкция имеет следующие недостатки. Диск сферической формы при закрытии, прилегая к конусной поверхности, обеспечивает контакт с седлом в линии соприкосновения конуса со сферой, т.е. не по всей поверхности уплотнительного элемента, что не сможет обеспечить герметичность затвора как в сторону потока на затвор, так и в сторону потока со стороны оси крепления. Вторым недостатком приведенной конструкции является привязка его седла к толщинам устанавливаемой трубы. Данная привязка неоправданна с точки зрения стандартизации конструкции уплотнений и конструкции самих клапанных затворов.
В патенте РФ №2427749, F16K 1/226, опубл.: 27.08.2011 (прототип), затвор на валу устанавливается с зазорами, которые позволяют ему перемещаться в 5 координатах. Кроме того, для достижения большей герметичности затвора в его корпусе в местах крепления к валу предусмотрены продольные канавки, позволяющие затвору плотно прилегать к седлу под воздействием окружающей среды. Данная конструкция, решая проблему более плотного, по сравнению с конструкцией с жестко закрепленным диском на валу, имеет существенные недостатки. При давлениях более 1,6 МПа степени свободы, позволяющие диску перемещаться в 5 координатах, под воздействием кавитации начинают производить неконтролируемые перемещения диска в рамках заданных степеней свободы, что приводит к разрушению крепления диска. Вторым негативным эффектом данной конструкции является его работа только по направлению потока среды, давящего на диск со стороны вала. В случае направления потока среды в противоположную сторону затвор гарантированно перестает обеспечивать герметичность.
Техническим результатом настоящей полезной модели является создание затвора, конструкция которого обеспечивает сохранение его герметичности при любом направлении потока в среде.
Технический результат достигается тем, что в затворе, содержащем корпус, поворотный диск, установленный на поворотном валу, уплотнительный элемент, поворотный вал расположен со смещением по отношению к оси потока, поворотный диск расположен по смещением по отношению к поворотному валу и выполнен в виде усеченного сегмента шара, уплотнительный элемент выполнен фигурным в виде вогнутой сферы, идентичной по радиусу поворотному диску, и содержит два упругих лепестка. При этом прижимной фланец и корпус снабжены канавками в местах соприкосновения с уплотнительным элементом, а между прижимным фланцем и с уплотнительным элементом установлена упругая пластина.
Сущность технического решения поясняется чертежом.
Фиг.  - фронтальный разрез затвора
На Фиг.  представлен затвор, содержащий корпус 1, запорный орган - поворотный диск 2 в виде сегмента шара, установленный на поворотном валу 3, уплотнительный фигурный элемент 4 (седло), содержащий два упругих элемента в виде лепестков 5 и 6 (нижний и верхний соответственно), установленный в нормальной плоскости к продольной оси корпуса 1. С одной стороны уплотнительный фигурный элемент 4 жестко закреплен прижимным фланцем 7 к корпусу 1, при этом места их соприкосновения снабжены канавками 8, которые не позволяют уплотнительному фигурному элементу 4 перемещаться. Лепесток 5 уплотнительного фигурного элемента 4 обеспечивает герметичность в затворе при закрытии поворотного диска 2. Между фланцем 8 и упругим уплотнительным элементом 4 установлена упругая пластина 9 (из металла, композитного материала, пластмассы и пр.). Ось поворотного вала 3 смещена по отношению к оси потока (первый эксцентриситет). Также имеется смещение поворотного диска 2 относительно поворотного вала 3 в сторону уплотнительного фигурного элемента 4 (второй эксцентриситет). Поверхность поворотного диска 2 выполнена в виде усеченного сегмента шара, а поверхность уплотнительного фигурного элемента 4 - в виде вогнутой сферы, идентичной по радиусу запорному органу - поворотному диску 2. Стрелками показано возможное направление потока: «под седло» (основное направление слева направо) и «на седло» (справа налево).
Конструкция затвора работает следующим образом.
У затвора имеются два конечных положения: «полностью открыто», «полностью закрыто». Полностью открытое положение означает, что поворотный диск 2 расположен параллельно оси потока. При перемещении поворотного диска 2 с помощью исполнительного механизма (ручка, ручной редуктор, электрический или пневматический привод и т.п., не показан) по часовой стрелке на 90°±2° происходит перекрытие потока до положения «полностью закрыто». Диапазоном работы затвора являются любые промежуточные положения поворотного диска 2 от положения «полностью открыто» до положения «полностью закрыто». Благодаря двойному эксцентриситету поворотный диск 2 начинает соприкасаться с уплотнительным фигурным элементом 4 только на последних 4-5° до полного закрытия, что позволяет существенно уменьшить рабочее усилие при управлении затвором. На последних 4-5° уплотнительный фигурный элемент 4 входит в полное соприкосновение с поворотным диском 2 по всей своей поверхности, обеспечивая герметичность. При направлении потока под седло верхний лепесток 6 при повышении давления потока начинает изгибаться по направлению к поворотному диску 2, повышая прижимную силу. При работе в обратном направлении потока при повышении давления аналогичное действие производит нижний лепесток 5.
Упругая пластина 9 применяется в данной конструкции затвора для усиления уплотнительного фигурного элемента 4 при давлении потока превышающего 2,5 МПа.
По сравнению с имеющимися на рынке затворами в предлагаемой конструкции уплотнительный фигурный элемент 4 одновременно выполняет функцию уплотнительного сальникового кольца для обеспечения герметичности между фланцем и корпусом, что позволяет уменьшить количество комплектующих изделий.
Проведенные испытания доказали, что достигнут заявленный технический результат: конструкция предлагаемого затвора обеспечивает сохранение его герметичности при любом направлении потока в среде.