ЗАТВОР
LOCK

Изобретение относится к запорной и регулирующей арматуре, в частности к затворам.
Известен затвор дисковый (заслонка), содержащий корпус, поворотный диск со сквозным отверстием для установленного в него штока, уплотнительные элементы штока и поворотного диска (см. кн. Гуревич Д.Ф. Трубопроводная арматура. Справочное пособие. - Л.: Машиностроение, 1981, с.97-101).
Недостатком данной конструкции является то, что для открытия требуется значительный крутящий момент на штоке и высокий уровень протечки (низкий класс герметичности) в закрытом положении.
Задачами изобретения являются: снижение крутящего момента при открытии и повышение герметичности при повышенных давления рабочей среды, снижение вибрации и шума.
Поставленная задача достигается тем, что в затворе, содержащем корпус с седлом, с входным и выходным отверстиями, поворотный диск со сквозным отверстием для установленного в нем штока, уплотнение штока, поворотный диск установлен на штоке с зазорами, вдоль оси штока и перпендикулярно осям штока и поворотного диска, в которых размещены упругие элементы с возможностью установочных перемещений поворотного диска в направлении оси штока и в направлении, перпендикулярном осям штока и поворотного диска, а на поворотном диске выполнена ступенчатая проточка, на которой через упругий элемент, установленный на ступени большего диаметра, и упорные кольца, между которыми расположено уплотнение поворотного диска, установленные на ступени меньшего диаметра, расположен с возможностью установочного перемещения относительно уплотнительной сферической вогнутой поверхности седла запорный элемент поворотного диска со сферической выпуклой уплотнительной поверхностью в виде кольца с внутренней ступенчатой расточкой с радиальными зазорами относительно упорных колец, ступени большего диаметра ступенчатой проточки поворотного диска и связанной с упругим элементом и уплотнением поворотного диска, а седло установлено в корпусе через уплотнение седла в кольцевой расточке с радиальными зазорами от ее цилиндрических поверхностей с возможностью установочного перемещения относительно сферической выпуклой уплотнительной поверхности запорного элемента, а сквозное отверстие в поворотном диске выполнено прямоугольной формы, при этом уплотнения поворотного диска и седла выполнены с упругими свойствами, например из полиуретана, терморасширенного графита, кроме того:
- упругие элементы выполнены в виде пружинных шайб или из спиральных проволочных изделий - металлорезины "МР", или полиуретана;
- запорный элемент поворотного диска и седло выполнены из термостойкого, стойкого к эрозии материала, например титана, металлокерамики, керамики или имеют эрозионно-стойкие покрытия.
Сущность изобретения заключается в том, что запорный элемент поворотного диска и седло имеют возможность микроустановочных (режим самоустановки) перемещений в 5 координатах при закрытии затвора по уплотняемым сферическим поверхностям при воздействии полного перепада давления, что обеспечивает хорошее прилегание уплотнительных сферических поверхностей и высокую степень герметичности при повышенных рабочих давлениях и перепадах на поворотном диске, при этом усилия, которые действуют на запорный элемент, относительно небольшие, т.к. основное гидростатическое усилие от перепада давления воспринимается поворотным диском и через шток замыкается на корпус.
На фиг.1 показан фронтальный разрез затвора, на фиг.2 разрез А-А фиг.1. На фиг.3 показан детальный увеличенный вид Б на фиг.1.
Затвор содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 отверстиями, поворотный диск ПД4 со сквозным отверстием 5 для установленного в него штока 6, уплотнительные элементы (У) У7 штока 6.
ПД4 установлен на штоке 6 с зазорами 8, 9, вдоль оси штока 6 и перпендикулярно осей штока 6 и ПД4, в которых размещены упругие элементы УЭ10, 11 с возможностью установочных перемещений ПД4 в направлении оси штока 6 (ось z) и в направлении оси у, перпендикулярной осям штока 6 (ось z) и ПД4 (ось x).
На ПД4 выполнена ступенчатая проточка СП со ступенями большего 12 и меньшего 13 диаметров. Упругий элемент УЭ14 установлен на ступени 12 большего диаметра СП. Упорные кольца УК15, 16 (прикреплено к ПД4), между которыми расположено уплотнение 17 ПД4, установлены на ступени 13 меньшего диаметра СП. Запорный элемент ЗЭ18 выполнен со сферической (радиус R) выпуклой уплотнительной поверхностью СВУП19 и расположен с возможностью установочного перемещения относительно сферической (радиус R) вогнутой уплотнительной поверхности ВУП20 седла 21 ПД4. ЗЭ18, выполненный в виде кольца с внутренней ступенчатой расточкой СР, установлен с радиальными зазорами 22, 23, 24 относительно УК15, 16, ступени большего диаметра 12 СП ПД4 и связан с УЭ14 уплотнением 17 ПД4.
Седло 20 установлено в корпусе 1 через уплотнение 25 седла 21 в кольцевой расточке 26 корпуса 1 с радиальными зазорами 27, 28 от ее цилиндрических поверхностей. Седло 21 установлено в корпусе 1 с возможностью установочного перемещения относительно СВУП19. Сквозное отверстие 5 в ПД4 выполнено прямоугольной формы эксцентрично плоскости уплотнения ЗЭ18 ПД4. Уплотнения 17 ПД4 и 25 седла 20 выполнены с упругими свойствами, например из резины, полиуретана, терморасширенного графита. ЗЭ18 ПД4 и седло 20 выполняют из термостойкого, стойкого к эрозии материала, например титана, металлокерамики, керамики или имеют эрозионно-стойкие покрытия, например из титана, нитрида титана, карбида титана, в виде карбонитрирования.
Исходное положение: затвор открыт, ось х ПД4 перпендикулярна оси корпуса 1. Рабочая среда свободно проходит от входного 2 отверстия к выходному 3 отверстию корпуса 1.
Работа устройства.
При повороте штока 6 поворачивается ПД4 до соприкосновения СВУП19 ЗЭ18 с ВУП20 седла 21. Для обеспечения плотного прилегания СВУП19 ЗЭ18 с ВУП20 седла 21 необходимо точное совпадение их осей и центров сфер. ПД4 имеет возможность для установочных перемещений за счет зазоров 8, 9 и установленных УЭ 10, 11, выполняющих функцию компенсации погрешности положения по осям у и z за счет сжатия УЭ 10, 11. При совпадении оси x ПД4 с осью корпуса 1 на ПД4 и ЗЭ 18 действует гидростатическое усилие от перепада давления рабочей среды на входном и выходном отверстиях 2, 3 корпуса 1. Большая часть усилия замыкается на ПД4 (имеет большую площадь, на которую действует перепад давления рабочей среды), штоке 6, а меньшая - на ЗЭ18.
При этом УЭ 14 сжимается при необходимости и ЗЭ18 перемещается в направлении оси х для плотного прижатия СВУП19 ЗЭ18 к ВУП20 седла 21. Но этого может оказаться недостаточно для плотного прилегания СВУП19 ЗЭ18 к ВУП20 седла 21, если их оси не совпадают и расположены под углом друг к другу. Установка с радиальными зазорами 22, 23,24 ЗЭ18 относительно ПД4, УК15, 16 и 27, 28 седла 21 относительно расточки 26 корпуса 1 позволяет довернуть СВУП19 или седло 21 на небольшой (микро) угол за счет упругих свойств уплотнений 17, 25, это происходит в режиме самоустановки ЗЭ18 под воздействием гидростатического давления от перепада давления на ЗЭ18. После этого СВУП19 ЗЭ18 и ВУП20 седла 21 плотно прилегают, высокая степень герметичности затвора обеспечена.
Открытие затвора осуществляется поворотом штока 6. При этом поворачивается ПД4, ЗЭ18 и СВУП19, рабочая среда поступает в зазор между СВУП19 и ВУП20 седла 21, перепад давления на ПД4 резко падает, усилие на ЗЭ18 резко уменьшается и УЭ 14 отталкивает ЗЭ18 в осевом направлении за счет силы упругости, что значительно снижает усилие трения между ЗЭ18 и седлом 21 при дальнейшем перемещении в процессе открытия затвора. Усилие трения между ЗЭ18 и седлом 21 и герметичность затвора можно регулировать за счет площади, на которую действует часть перепада давления среды и жесткости УЭ 14. Это очень важно при использовании затвора в условиях повышенных давлений рабочей среды. В дальнейшем ПД4 принимает исходное положение за счет разжима УЭ 10, 11.
Одновременно за счет наличия УЭ 10, 11, 14 и уплотнений 17, 25 с упругими свойствами достигается значительное снижение вибрации ПД4, который установлен с зазорами 8, 9 на штоке 6, от пульсации давления и скорости потока рабочей среды и связанного с этим шума.
Выполнение уплотнений 17 ПД4 и 25 седла 20 с упругими свойствами, например, из резины, полиуретана, терморасширенного графита, обеспечивает процесс самоустановки ЗЭ 18 ПД4.
Выполнение ЗЭ18 ПД4 и седла 20 из термостойкого, стойкого к эрозии материала, например титана, металлокерамики, керамики, или эрозионно-стойкие покрытия, например, из титана, нитрида титана, карбида титана, в виде карбонитрирования, снижает эрозионный размыв уплотняемых поверхностей ЗЭ18 ПД4 и седла 20, а также, в большинстве случаев, снижает коэффициент трения и силы трения в момент открытия и закрытия затвора.
Таким образом, при повышенных давлениях рабочей среды обеспечивается высокая герметичность затвора (класс А ГОСТ 9544-03) и относительно низкий момент трения при открытии и закрытии затвора.
Данный затвор может быть использован в гидравлических, пневматических устройствах различных отраслей промышленности.