ЗАПОРНЫЙ КЛАПАН
SHUTOFF VALVE

Изобретение касается запорного клапана, содержащего корпус, два расположенных в этом корпусе уплотнительных кольца и два помещенных между этими уплотнительными кольцами шиберных диска, которые с помощью исполнительного устройства могут приводиться в контакт с обоими уплотнительным кольцами, причем шиберные диски расположены на держателе для дисков с образованием клиновой задвижки.
Такие запорные клапаны широко известны и находят применение во многих областях техники.
Из DE 1230279 В известен запорный клапан с шиберными дисками, расположенными с образованием клиновой задвижки и соединенными друг с другом с возможностью откидывания, причем эти взаимодействующие с седлами в корпусе шиберные диски опираются на шибер посредством нескольких пружин, которые распределены по периметру шиберных дисков и которые предварительно натянуты с помощью проходящих через эти пружины винтов с шестигранными головками таким образом, что эти шиберные диски прилегают к седлам лишь перед самым достижением своего конечного положения. С помощью указанных винтов с шестигранными головками задается определенное усилие и определенный путь.
Однако это приводит к тому, что указанные шиберные диски после отрыва от кольцевых уплотнений могут смещаться и в результате стучать. Это нежелательное смещение шиберных дисков при повторном запирании клапана может привести также к тому, что уплотняющие поверхности кольцевых уплотнений или уплотняющие поверхности шиберных дисков могут повреждаться. Кроме того, установка множества пружин по периметру шиберных дисков очень сложна и дорога. Из-за большого количества пружин обусловленное допусками ориентирование шиберных дисков не соответствует идеальной настройке.
Задача данного изобретения заключается поэтому в том, чтобы создать экономичный в изготовлении и надежный в эксплуатации запорный клапан, который в состоянии обеспечить герметизацию как при высокой, так и при небольшой разности давлений, и при этом запорный клапан не будет попадать в такое положение, в котором может заклинить шиберные диски.
Эта задача согласно изобретению решается тем, что каждый шиберный диск на своей стороне, обращенной к другому шиберному диску, снабжен углублением, в котором расположен нажимной сухарь, причем каждый нажимной сухарь на своей стороне, обращенной к другому нажимному сухарю, имеет выемку, и обе эти выемки вместе образуют пространство, в котором помещен пакет тарельчатых пружин, включающий в себя несколько тарельчатых пружин с первой упругой силой и первым ходом каждой пружины, а также несколько тарельчатых пружин с второй упругой силой и вторым ходом каждой пружины, причем первая упругая сила пружины больше, чем вторая упругая сила пружины, а первый ход меньше второго хода пружины.
За счет комбинации тарельчатых пружин, которые имеют два уровня жесткости: один для развития большого усилия на коротком пути, а другой - для создания небольших усилий на большом пути, возникает дополнительная возможность, в точке перехода, в которой направленное проведение шиберного диска переходит от кольцевых уплотнений к держателю для дисков и направляющим приспособлениям, например, к боковым рейкам или пазу в корпусе, развить большое усилие пружины для уплотнения шиберных дисков при незначительной разности давлений между стороной подвода текучей среды и стороной отвода текучей среды.
Это большое усилие возникает лишь в самый последний момент процесса запирания. Перед этим тарельчатые пружины совершают лишь относительно большой путь с относительно малым усилием. Это небольшое усилие означает также гораздо меньшее трение в кольцевых уплотнениях и шиберных дисках. Кроме того, такое небольшое усилие позволяет вручную фиксировать шиберные диски в держателе для дисков.
В еще одном варианте выполнения каждый нажимной сухарь имеет форму по существу сегмента шара с одной изогнутой поверхностью одной плоской поверхностью, противоположной этой изогнутой поверхности.
Согласно изобретению выполненное в каждом из шиберных дисков углубление имеет форму, ответную форме соответствующего нажимного сухаря, т.е. сегмента шара.
Благодаря тому, что нажимные сухари имеют по существу форму сегмента шара, а углубления, в которые входят эти нажимные сухари, имеют ответную им форму, эти нажимные сухари всегда оказываются оптимально ориентированы относительно друг друга в углублениях шиберных дисков.
За счет того, что от дна выемки, предусмотренной в плоской поверхности одного из нажимных сухарей, проходит сверленое отверстие к изогнутой поверхности этого нажимного сухаря, а от дна выемки, предусмотренной в плоской поверхности другого нажимного сухаря, проходит штифт и входит в упомянутое сверленое отверстие первого из названных нажимных сухарей, обеспечивается оптимальная передача силы пакета тарельчатых пружин на упомянутые нажимные сухари.
Для надежной эксплуатации такой клиновой задвижки размеры указанных тарельчатых пружин с незначительным усилием пружины и большим ходом пружины выбираются таким образом, что они без проседания могут быть сжаты в блок.
В идеальном случае пружинные усилия тарельчатых пружин с большой упругой силой пружины подбирают так, чтобы они действовали на торцевые стороны кольцевых уплотнений только в полностью или почти полностью закрытом положении запорного клапана, что ведет к значительному снижению трения на кольцевых уплотнениях и шиберных дисках.
Предпочтительно упругие силы тарельчатых пружин развиваются таким образом, что требуемое контактное давление на седло при незначительных перепадах давлений создается посредством упругих сил этих тарельчатых пружин, за счет чего обеспечивается надежное запирание запорного клапана.
Пример выполнения изобретения представлен на чертежах и более подробно рассмотрен в нижеследующем описании. На чертежах показано следующее:
Фиг. 1 - запорный клапан согласно изобретению,
Фиг. 2 - часть запорного клапана по Фиг. 1 с вырывом в корпусе и препятствующим прохождению потока положением шиберных дисков,
Фиг. 3 - фрагмент запорного клапана по Фиг. 2, и
Фиг. 4 - фрагмент запорного клапана с шиберными дисками в положении, которое обеспечивает прохождение потока.
На Фиг. 1 представлен запорный клапан для системы, проводящей текучую среду, который содержит корпус 1 с одним по существу многогранным участком 2 и одним по существу цилиндрически участком 3 корпуса, причем участок 2 и участок 3 корпуса соединены друг с другом в единое целое. На участке 2 корпуса выполнены два штуцера 4 для подключения к непредставленным трубным или сетевым элементам. На представленном изображении участок 3 корпуса проходит по существу под углом 90° от участка 2 корпуса вверх. Корпус 1 на свободном конце участка 3 корпуса закрыт крышкой 5. На крышке 5 закреплена проходящая дальше вверх стойка 6, на которую, в свою очередь, помещено исполнительное устройство 7.
Исполнительное устройство 7, приводимое в действие как с помощью электродвигателя 8, так и маховичком 9, приводит во вращение вокруг оси А шпиндель 10, направленный внутрь корпуса 1, конец которого показан на Фиг. 2. Этот находящийся внутри корпуса 1 конец шпинделя 10 соединен резьбовым соединением с держателем 11 для дисков. Держатель 11 для дисков имеет по существу кольцевую конструкцию, причем показанная на чертеже верхняя соединенная со шпинделем 10 область держателя 11 11 для дисков выполнена более широкой, чем нижняя обращенная от шпинделя 10 область, так что две торцевые поверхности держателя 11 для дисков проходят наклонно друг к другу и к оси А вращения. Два шиберных диска 12 расположены на держателе 11 для дисков с образованием клиновой задвижки. В данном примере осуществления эти шиберные диски 12 вставлены в проходящую от одной торцевой стороны до другой торцевой стороны выемку 13 в держатель 11 для дисков и, подобно байонетному затвору, повернуты на определенный угол, здесь предпочтительно на 90°, так что выполненные на шиберных дисках 12 выступы 14 и 15 перемещаются в выемку 16 в нижней ограничительной стенке 17 или, соответственно, в выемку 18 в верхней ограничительной стенке 19 выемки 13. При срабатывании исполнительного привода 7 шпиндель 10 тянет шиберные диски 12 вверх в открытое положение или, соответственно, перемещает эти шиберные диски 12 до прилегания к свободным торцевым сторонам расположенных на участке 2 корпуса кольцевых уплотнений 20 и, тем самым, в закрытое положение. За счет юстировки предусмотренного в стойке 6 и показанного на Фиг. 1 стопорного блока 21 предотвращается заклинивание шибера. Этот стопорный блок 21 служит упором для ограничения движения шпинделя в корпус 1. В показанном примере осуществления запорного клапана кольцевые уплотнения 20 приварены к заканчивающейся на участке 2 корпуса, однако не показанной области штуцера 4.
Оба шиберных диска 12, подвижно вставленных в держатель 11 для дисков, опираются на два сменных нажимных сухаря 22а, 22b. Посредством пакета 23 тарельчатых пружин оба нажимных сухаря 22а, 22b отжимаются друг от друга, за счет чего шиберные диски 12 в представленном на Фиг. 2 закрытом положении клиновой задвижки прижимаются к торцевым сторонам кольцевых уплотнений 20, обращенным к этим шиберным дискам 12. В открытом положении выступы 14 и 15 прижимаются к стенкам 24, 25, 26 и 27, образованным выемками 16 и 18. Благодаря этому предотвращается стук шиберных дисков 12, когда они больше не находятся в контакте с кольцевыми уплотнениями 20. Нажимные сухари 22а, 22b по существу имеют форму сегмента шара и расположены в имеющих ответную форму корытообразных углублениях 28, выполненных в шиберных дисках 12, в частности, на обращенных друг к другу сторонах шиберных дисков 12. Шиберные диски 12 фиксируются в держателе 11 для дисков от проворачивания посредством стопорного кольца 29 для дисков. Для предотвращения проворачивания запирающих частей держатель 11 для дисков направляется предпочтительно с помощью не показанных здесь направляющих приспособлений, например боковых реек или по меньшей мере одного паза в корпусе 1.
На Фиг. 3 детально показаны нажимные сухари 22а, 22b, а также пакет 23 тарельчатых пружин, с помощью которых шиберные диски 12 по Фиг. 2 прижимаются к кольцевым уплотнениям 20. Такое расположение нажимных сухарей 22а, 22b соответствует представленному на Фиг. 2 положению шиберных дисков 12, которое препятствует прохождению потока текучей среды через шибер.
Нажимные сухари 22а, 22b имеют следующую форму: нажимной сухарь 22а имеет по существу форму сегмента шара с изогнутой поверхностью 30 и плоской поверхностью 31, противоположной этой изогнутой поверхности 30, а нажимной сухарь 22b также имеет по существу форму сегмента шара с изогнутой поверхностью 32 и плоской поверхностью 33, противоположной этой изогнутой поверхности 32. Как можно видеть на Фиг. 3, нажимные сухари 22а, 22b даже в закрытом положении запорного клапана не приходят в заблокированное положение, т.е. плоские поверхности 31 и 33 нажимных сухарей 22а, 22b не соприкасаются. Благодаря этому предотвращается заклинивание шиберных дисков 12, так как шиберные диски 12 всегда установлены упруго по отношению друг к другу. В плоской поверхности 33 нажимного сухаря 22b предусмотрена выемка 34, от дна 35 которой до изогнутой поверхности 32 проходит сверленое отверстие 36 уменьшенного диаметра. В плоской поверхности 31 нажимного сухаря 22а предусмотрена выемка 37, от дна 38 которой проходит штифт 39, входящий в указанное сверленое отверстие 36 нажимного сухаря 22b. Штифт 39 и упомянутые противоположные выемки 34, соответственно, 37 образуют пространство 40, в частности кольцевое пространство, в котором размещен пакет 23 тарельчатых пружин. Штифт 39 служит как в качестве опоры для пакета 23 тарельчатых пружин, так и в качестве направляющей для перемещающихся относительно друг друга нажимных сухарей 22а, 22b. Пакет 23 тарельчатых пружин содержит несколько тарельчатых пружин 41, которые обладают первой упругой силой и первым ходом пружины, и несколько тарельчатых пружин 42, которые обладают второй упругой силой и вторым ходом пружины, причем первая упругая сила пружины больше, чем вторая упругая сила пружины, и первый ход пружины меньше, чем второй ход пружины. Благодаря этому требуемое контактное давление на седло, т.е. на торцевые стороны кольцевых уплотнений 20 при небольших перепадах давлений на обращенных к штуцерам 4 сторонах шиберных дисков 12, может быть осуществлено за счет упругого усилия тарельчатых пружин. Размеры тарельчатых пружин 42 незначительной упругой силой пружины и большим ходом пружины для этой цели выбирают таким образом, что они могут сжиматься в блок без проседания.
На Фиг. 4 показаны нажимные сухари 22а, 22b в таком виде, в каком их можно увидеть при поднятых от кольцевых уплотнений 20 шиберных дисках 12. При сравнении Фиг. 4 и Фиг. 3 оказывается, что пройденный отрезок s реализован главным образом тарельчатыми пружинами 42, и лишь незначительная его часть осуществлена под действием тарельчатых пружин 41. Таким образом, упругая сила тарельчатых пружин 41 действует на торцевые стороны кольцевых уплотнений 20 только в полностью или почти полностью закрытом положении запорного клапана.