ОПОРА ШПИНДЕЛЯ
SPINDLE SUPPORT

Изобретение относится к запорной арматуре согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения, а также к опорам шпинделя.
Из документа ЕР 1516138 В1 известна запорная арматура для трубопроводов, которая включает корпус арматуры с золотниковой камерой и проточным каналом, причем проточный канал запирается посредством запорного элемента, сконструированного разборным. Запорный элемент связан с маточной гайкой, которая через резьбовое зацепление связана при помощи поворотного соединения со шпинделем задвижки.
Вышеназванный запорный элемент выполнен, как правило, сборным и обычно по окружности имеет эластично уплотняющий материал. Кроме того, он может быть выполнен с ребрами жесткости, для того чтобы выдерживать давление запираемой рабочей среды. Проточный канал может иметь направляющие, шины, поверхности нажатия или подобные детали в зоне запорного элемента, для того чтобы сделать возможным введение запорного элемента с точной подгонкой.
При приведении в действие шпинделя задвижки запорный элемент движется из золотниковой камеры в проточный канал. Когда достаточно сильный крутящий момент воздействует на шпиндель задвижки, то запорный элемент с достаточной силой вдавливается в проточный канал, чтобы запереть проточный канал. Для этого может быть необходим вполне существенный крутящий момент, так как рабочая среда, которую нужно запереть, как правило, находится под давлением. Похожие приспособления известны из документов DE 527748 и DE 1916347 А1 и относятся к уровню техники. Подобная арматура, как правило, сборная и сконструирована из металлических компонентов, чтобы принимать возникающие силы.
Так как подобная запорная арматура, как правило, приводится в действие вручную, проблема состоит в том, чтобы выбрать подходящий крутящий момент для приведения в действие шпинделя задвижки. С одной стороны, он должен быть достаточно большим, чтобы надежно осуществить гидроизоляцию проточного канала, с другой стороны использование слишком высокого давления нажатия на запорный элемент может вызвать повреждение запорного элемента или его деталей. Также сам проточный канал может быть поврежден запорным элементом при приведении в действие шпинделя задвижки со слишком высоким крутящим моментом. Наконец, также легкое деформирование запорного элемента может привести к снижению уплотняющего эффекта, который может возникнуть только в ходе использования. Таким образом, во всяком случае, следует избегать превышения дозволенного давления нажатия.
Для ограничения крутящего момента, производимого на шпиндель задвижки, из уровня техники известно, что следует предусмотреть проскальзывающую муфту. При этом в зоне опоры шпинделя предусматривается соединительный элемент, соединяющий верхнюю часть шпинделя задвижки, на которую воздействует крутящий момент, с нижней частью шпинделя задвижки, которая передает крутящий момент маточной гайке запорного элемента. Данный соединительный элемент может быть выполнен, например, в форме гибкого колеса со спицами. При воздействии слишком высокого крутящего момента колесо со спицами проскальзывает и отводит крутящий момент.
Известный недостаток подобных проскальзывающих муфт состоит в том, что при проскальзывании, и, следовательно, при появлении фиксирующего действия, наступает сильный износ соединительных элементов. Так, например, в приспособлении, которое описано в DE 4442736 А1, следует считаться с тем, что спицы описываемого колеса становятся ломкими при повторном использовании и теряют свою гибкость.
Подобное приспособление известно из ЕР 2020543 А1, в котором также описана проскальзывающая муфта в качестве фиксирующего приспособления, причем проскальзывающая муфта выполнена в форме нескольких радиально пружинящих участков стенки. Также здесь срок службы данного приспособления является проблемой, так как описанная запорная арматура должна оставаться работоспособной при неблагоприятных условиях окружающей среды, что в частности включает манипулирование в горячей, агрессивной и/или находящейся под давлением среде. В частности приспособление должно способствовать надежному запиранию в зоне питьевой воды, а также в зоне горячей воды в промышленных установках, газоснабжении и в зоне сточных вод. Гибкие материалы, в частности эластомеры, должны быть использованы ограниченно, только по необходимости.
Другим важным критерием приспособления для ограничения крутящего момента, действующего на запорный элемент, является то, что подобное приспособление может быть размещено по возможности просто и компактно в существующем сужении корпуса запорной арматуры. Также данный критерий не выполняется при использовании проскальзывающей муфты.
Подобное фиксирующее приспособление может быть в частности выполнено разборным, таким образом, состоящим из отдельных деталей, чтобы сделать возможным сборку и разборку на месте. Боковой монтаж через присоединяемую трубу часто не возможен, поэтому сборка должна часто проводиться сверху (через сужение корпуса).
Поэтому задачей данного изобретения является создание фиксирующего приспособления для ограничения крутящего момента, действующего на запорный элемент при приведении в действие запорной арматуры. Данное фиксирующее приспособление должно быть по возможности прочным, не требующим обслуживания, экономичным, компактным. Приспособление должно быть устойчивым против коррозии и должно надежно функционировать длительное время.
Данная задача в соответствии с изобретением решается посредством того, что опора шпинделя включает тормозное приспособление, ограничивающее давление нажатия запорного элемента на нажимную поверхность проточного канала.
Данное тормозное приспособление может быть в соответствии с изобретением выполнено таким образом, что оно содержит тормозной диск для установки шпинделя задвижки, а также основание шпинделя, связанное с данным тормозным диском и сужением корпуса с геометрическим замыканием. При этом существенной частью изобретения является то, что как тормозной диск связан с геометрическим замыканием с основанием шпинделя, так и основание шпинделя связано с геометрическим замыканием с сужением корпуса. Точное выполнение данного геометрического замыкания не является предметом изобретения и может происходить, например, через выемки, осевые ножки или в форме зубчатого венца.
Сам тормозной диск может иметь рабочую поверхность, которая прилегает к буртику шпинделя задвижки. Через данную рабочую поверхность тормозной диск может вступить в соединение со шпинделем задвижки с силовым замыканием при существовании достаточного давления нажатия.
Далее может быть предусмотрено крепежное приспособление, фиксирующее положение тормозного диска, которое в частности может быть выполнено в форме уплотнительной опоры. Подобная уплотнительная опора может для данной цели иметь выемку для крепления шпинделя задвижки.
Упомянутый тормозной диск, само собой разумеется, может иметь отклоняющуюся от круга, многогранную и, в частности, шестиугольную форму, чтобы достичь оптимального соединения с геометрическим замыканием с соответственно имеющей определенную форму выемкой опоры шпинделя. Упомянутая рабочая поверхность тормозного диска может иметь выпуклую или сферическую форму, для того чтобы компенсировать эксцентричное положение запорного элемента при односторонней подаче давления. В данном случае предпочтительно, если буртик шпинделя задвижки на поверхности, обращенной к рабочей поверхности тормозного диска, также будет иметь выпуклую или сферическую форму.
Опора шпинделя может иметь отверстие для установки шпинделя задвижки и соответствующее углубление для установки тормозного диска. Как уже упомянуто выше, особенно предпочтительно, если углубление опоры шпинделя имеет форму, которая позволяет соединение с тормозным диском с геометрическим замыканием.
Для того чтобы сделать возможным прямой отвод усилия нажатия в сужение корпуса, основание шпинделя может иметь на внешней окружности геометрическое замыкание с корпусом арматуры, которое в частности может быть выполнено в форме зубчатого венца, который входит в подходящее для этого сопряженное зацепление на внутренней окружности корпуса арматуры. Также в соответствии с изобретением могут быть предусмотрены другие соединения с геометрическим или силовым замыканием, например, осевые ножки или радиальные выемки. В частности, зубчатый венец может быть выполнен в форме зубчатой пластины, а сопряженное зацепление в форме соответствующих зубчатых выемок.
Уплотнительная опора может быть закреплена на корпусе арматуры в любой форме. В частности, может быть предусмотрен штыковой затвор для закрепления уплотнительной опоры на корпусе арматуры. Подобный штыковой затвор может быть образован опорными пружинами на внешней окружности уплотнительной опоры и соответствующими им пазами на внутренней окружности сужения корпуса.
Для того чтобы предотвратить проворачивание уплотнительной опоры, уплотнительная опора может иметь на окружности фиксацию от проворачивания. Подобная фиксация от проворачивания может быть реализована в форме элементов фиксации, которые выступают через выемки сужения корпуса или через выемки основания шпинделя.
Подобные элементы фиксации могут быть выполнены в частности в форме винтов, штифтов или болтов.
Уплотнительная опора может содержать внутренний участок для герметизации по отношению к шпинделю задвижки, а также внешний участок для герметизации по отношению к корпусу арматуры. В данном случае уплотнительная опора может иметь на внутреннем участке, по меньшей мере, один пакет внутренних уплотнений, а также на внешнем участке, по меньшей мере, один пакет внешних уплотнений. Подобный пакет внутренних или внешних уплотнений может быть образован в частности в форме попарно расположенных уплотнительных колец, причем количество внешне или внутренне расположенных прокладок не должно быть равным.
Для управления запорного элемента в золотниковой камере могут быть предусмотрены направляющие в форме углублений, пазов, планок или подобного. В данном случае рекомендовано предусмотреть на запорном элементе удлинения направляющих в форме пластин или пружин или подобных деталей.
Дальнейшие признаки и предпочтительный усовершенствованный вариант данного изобретения вытекают из зависимых пунктов формулы изобретения.
Пример выполнения в соответствии с изобретением описан при помощи чертежей.
при этом:
Фиг.1 показывает поперечный разрез запорной арматуры в соответствии с изобретением в закрытом состоянии вдоль оси симметрии I-I на фиг.2;
Фиг.2 показывает поперечный разрез запорной арматуры из фиг.1 вдоль оси симметрии II-II;
Фиг.3 показывает трехмерное изображение запорной арматуры из фиг.1 с видом на тормозное приспособление согласно изобретению, причем уплотнительная опора и верхняя прокладка удалены.
Фиг.4 показывает трехмерное изображение тормозного диска, используемого в тормозном приспособлении запорной Арматуры;
Фиг.5 показывает трехмерное изображение зубчатого венца, используемого в тормозном приспособлении запорной арматуры; а также
Фиг.6 показывает трехмерное изображение уплотнительной опоры, используемой в запорной арматуре.
Фиг.1 и 2 показывают форму выполнения запорной арматуры 1 в соответствии с изобретением, причем на фиг.1 показан разрез вдоль оси симметрии I-I фиг.2 и на фиг.2 показан разрез оси симметрии II-II из фиг.1.
Запорная арматура 1 в соответствии с изобретением включает корпус 5 арматуры, который образован проточным каналом 2, золотниковой камерой 3 и сужением 4 корпуса. Проточный канал 2 может быть рассчитан в частности для двустороннего подвода давления и имеет на концах крепежное приспособление для соединения с подключаемыми трубами. В данном примере выполнения крепежные приспособления выполнены в форме торцевых фланцев 43, но все же могут быть выбраны разные крепежные приспособления без ограничения изобретения. Шпиндель 9 задвижки выступает из корпуса арматуры в зоне сужения 4 корпуса и золотниковой камеры 3 и связан через внешнюю резьбу 37 с маточной гайкой 8 запорного элемента 6 при помощи поворотного соединения. При приведении в действие шпинделя 9 задвижки запорный элемент 6 движется вдоль осей симметрии I или II вверх или вниз. Для этого запорный элемент 6 имеет отверстие 7, подогнанное к шпинделю 9 задвижки, а также удлинения 34 направляющих, которые входят в контакт с направляющими 33 золотниковой камеры 3 и стабилизируют движение запорного элемента. Точное выполнение запорного элемента не является предметом изобретения.
Шпиндель 9 задвижки удерживается в положении в зоне сужения 4 корпуса при помощи опоры 10 шпинделя. Опора шпинделя включает тормозное приспособление 11 и уплотнительную опору 23. Шпиндель задвижки 9 имеет буртик 17, который выполнен в форме расположенного по окружности кольцевого фланца.
Тормозное приспособление 11 включает основание 16 шпинделя и тормозной диск 13. Основание 16 шпинделя выполнено в форме колокола, имеет на внешней окружности зубчатый венец 18 и отверстие 21 для установки шпинделя 9 задвижки. В зоне отверстия 21 основание 16 шпинделя имеет выемку 22, которая служит для опоры буртика 17 шпинделя 9 задвижки. Кроме того, тормозное приспособление 11 включает тормозной диск 13, который имеет выемку 14 для установки шпинделя 9 задвижки. Тормозной диск 13 включает далее рабочую поверхность 15 тормоза, которая находится в прямом контакте с буртиком 17 шпинделя. Тормозной диск 13 соединен на внешней окружности с основанием 16 шпинделя с геометрическим замыканием. Основание 16 шпинделя берет на себя две функции: во-первых, оно допускает вместе с уплотняющей опорой 23 осевое расположение на опорах шпинделя 9 задвижки, во-вторых, оно берет на себя отвод силы через тормозное приспособление 11 в корпус 5 арматуры, как описано ниже.
Уплотнительная опора 23 также имеет выемку 28, в которой устанавливается шпиндель 9 задвижки и фиксирует положение тормозного диска 13 и шпинделя 9 задвижки. Кроме того, уплотнительная опора 23 имеет пакет внутренних уплотнений 31 в зоне внутреннего участка 29 уплотнительной опоры, а также пакет внешних уплотнений 33 в зоне внешнего участка 30 уплотнительной опоры. Уплотнительная опора 23 связана в данном примере выполнения через штыковой затвор 25 с сужением 4 корпуса 5 арматуры. Для фиксации от проворачивания уплотнительной опоры 23 далее предусмотрен фиксатор 26 от проворачивания, который, в частности, выполнен в форме элементов 27 фиксации. Покрытие 42 защищает уплотнительную опору 23 и верхнюю зону сужения 4 корпуса от внешних воздействий и служит, кроме того, для фиксации от проворачивания уплотнительной опоры 23. Для этой цели покрытие 42 частично выступает в пазы 36.
Основание 16 шпинделя соединено с корпусом 5 арматуры с геометрическим замыканием, причем изобретение не ограничено определенным исполнением данного соединения с геометрическим замыканием. При приведении в действие шпинделя 9 задвижки для запирания проточного канала 2 на шпинделе 9 задвижки устанавливается определенный крутящий момент, в связи с чем запорный элемент 6 на фиг. 1 и 2 движется вниз.
До тех пор, пока запорный элемент 6 не находится в закрытом положении, существует зазор между буртиком 17 шпинделя и тормозным диском 13.
В закрытом положении запорный элемент 6 давит в зоне плоскости 39 нажатия на внутреннюю стенку проточного канала 2 при помощи давления 12 нажатия. Аналогично этому противодавление 44 оказывается на тормозной диск 13 через буртик 17 шпинделя.
Шпиндель 9 задвижки давит буртиком 17 шпинделя на тормозной диск 13, который на внешней окружности соединен с основанием 16 шпинделя и удерживается в положении посредством уплотнительной опоры 23. На основании силы трения часть этого давления 44 нажатия отводится на основание 16 шпинделя, которое на внешней окружности соединено через зубчатый венец 18 и соответствующее сопряженное зацепление 19 с сужением 4 корпуса. При превышении определенного крутящего момента давление 44 нажатия является таким сильным, что всякое дальнейшее повышение крутящего момента прямо отводится на сужение 4 корпуса. В связи с этим оказывается противодействие повреждению запорного элемента 6 на основании слишком высокого давления нажатия. Максимальное давление 12 нажатия, отведенное на запорный элемент 6 или поверхность 39 нажатия, определяется через трение тормозного диска 13 на буртике 17 шпинделя. В соответствии с изобретением предусмотрено, чтобы установить максимально передаваемое давление 12 нажатия посредством определенного формообразования и выбора материала или обработки материала или покрытия тормозного диска 13 или буртика 17 шпинделя.
Фиг.3 показывает трехмерное изображение запорной арматуры с видом на тормозное приспособление 11 при удаленной уплотнительной опоре 23 и без покрытия 42. Шпиндель 9 задвижки выступает из основания 16 шпинделя и соединен на нижнем конце с запорным элементом 6. Тормозной диск 13 надет на шпиндель 9 задвижки и лежит на буртике 17 шпинделя 9 задвижки. При этом тормозной диск 13 вставляется с геометрическим замыканием в углубление 22 основания 16 шпинделя. В данном примере выполнения углубление 22 и соответствующая ей внешняя окружность тормозного диска 13 имеют шестиугольную форму. Однако в соответствии с изобретением также предусмотрены и любые другие соединения с геометрическим замыканием между тормозным диском 13 и основанием 16 шпинделя.
Уплотнительная опора 23 на данном изображении удалена для лучшей видимости тормозного приспособления 11.
Основание 16 шпинделя соединено на внешней окружности с геометрическим замыканием с сужением 4 корпуса, которое в данном примере выполнения реализовано в форме зубчатого венца 18, который входит в зацепление с соответствующим сопряженным зацеплением 19 сужения 4 корпуса. Через данное зацепление при приведении в действие шпинделя 9 задвижки и применении слишком высокого крутящего момента происходит отвод давления 12 нажатия в сужение 4 корпуса. В данном примере выполнения в соответствии с изобретением соединение между основанием 16 шпинделя и сужением 4 корпуса выполнено в форме четырех зубчатых пластин 49 на внутренней окружности сужения 4 корпуса, которые входят в зацепление с четырьмя соответствующими выемками 48 на внешней окружности основания 16 шпинделя. Однако в соответствии с изобретением также предусмотрены и любые другие соединения с геометрическим замыканием между основанием 16 шпинделя и сужением 4 корпуса.
Основание 16 шпинделя имеет далее на внешней окружности две выемки 40, а также насечки 46, для того чтобы поднимающаяся рабочая среда могла вытекать из зоны опоры шпинделя.
Верхняя часть сужения 4 корпуса имеет отверстие для крепления уплотнительной опоры 23. Данная уплотнительная опора 23 стабилизирует положение шпинделя 9 и тормозного приспособления 11. Для фиксирования уплотнительной опоры 23 на сужении 4 корпуса предусмотрен штыковой затвор 25, который в данном примере выполнения согласно изобретению образован в форме двух пазов 36 на внутренней окружности сужения 4 корпуса, а также соответствующих опорных пружин 47 на внешней окружности уплотнительной опоры 23. Однако изобретение не ограничивается данной формой выполнения и распространяется на другие формы выполнения, например, с использованием резьбовых соединений, болтов или заклепок. Сужение 4 корпуса далее имеет выемки 45 для установки элементов 27 фиксации, которые при используемой уплотнительной опоре 23 противодействуют проворачиванию или развинчиванию уплотнительной опоры. Вместо показанных винтовых элементов 27 фиксации может быть предусмотрено любое другое выполнение фиксатора 26 от проворачивания в соответствии с изобретением.
Фиг.4 показывает трехмерное изображение тормозного диска 13. Тормозной диск 13 имеет выемку 14 для установки шпинделя 9 задвижки. Вокруг выемки 14 находится рабочая поверхность 15 тормоза, которая во встроенном состоянии контактирует с буртиком 17 шпинделя. Для того чтобы гарантировать лучшую передачу давления нажатия на тормозной диск, предпочтительно выполнить рабочую поверхность 15 тормоза и соответствующие поверхности буртика 17 шпинделя в слегка выпуклой или сферической форме, как это показано в данном примере выполнения. Данное формообразование является предпочтительным, но не обязательно необходимым для функции в соответствии с изобретением.
Благодаря этой слегка выпуклой или сферической форме при одностороннем нажатии или эксцентричном положении запорного элемента 6 делается возможным угловой зазор.
Тормозной диск 13 имеет на внешней окружности углы 20, которые делают возможным соединение основания 16 шпинделя с геометрическим замыканием с углублением 22. В данном не ограниченном примере выполнения окружность тормозного диска 13 и соответствующее ему углубление 22 имеют шестиугольную форму.
Для повышения трения и улучшенного отвода давления нажатия от шпинделя 9 задвижки на основание 16 шпинделя может быть в соответствии с изобретением предусмотрено снабдить рабочую поверхность 15 тормоза и/или поверхность буртика 17 шпинделя шероховатой поверхностью или покрытием, улучшающим трение.
Фиг.5 показывает трехмерное изображение основания 16 шпинделя, которое в данном примере выполнения выполнено в форме зубчатого венца. Данное основание имеет отверстие 21 для установки шпинделя 9 задвижки, а также углубление 22 для соединения с геометрическим замыканием с тормозным диском 13. На внешней окружности основание 16 шпинделя имеет соединительные элементы для соединения с геометрическим замыканием с корпусом арматуры 5. В данном примере эти соединительные элементы выполнены в форме зубчатого венца 18, который входит в зацепление с сопряженным зацеплением 19 сужения 4 корпуса. Основание 16 шпинделя имеет выемки 48, которые находятся в зацеплении с соответствующими пластинами 49 на внутренней окружности сужения 4 корпуса. Кроме того, основание 16 шпинделя имеет выемки 40 и насечки 46, чтобы в случае необходимости поднимающаяся рабочая среда снова могла стекать.
Фиг.6 показывает трехмерное изображение уплотнительной опоры 23. Уплотнительная опора 23 имеет внутренний участок 29 и внешний участок 30. Внутренний участок 29 уплотнительной опоры имеет выемку 28 для установки шпинделя 9 задвижки. На внутренней окружности внутреннего участка 29 уплотнительной опоры расположен пакет 31 внутренних уплотнений, который в частности образован парным расположением уплотнительных колец 35. Внутренний участок 29 уплотнительной опоры связан с внешним участком 30 уплотнительной опоры через радиально расположенные спицы 41. В связи с этим достигается высокая стабильность уплотнительной опоры при одновременно незначительной массе. На внешнем участке 30 уплотнительная опора 23 имеет пакет 32 внешних уплотнений, который в частности образован парным расположением уплотнительных колец 38. Далее уплотнительная опора 23 имеет на внешней окружности опорные пружины 47, которые входят в контакт с пазами 36 сужения 4 корпуса и образуют штыковой затвор 25.
Предложенные в изобретении опоры шпинделя 10 запорной арматуры 1, которые включают тормозное приспособление 11 и уплотнительную опору 23, могут быть использованы при других задачах, при которых необходимо сокращение используемого крутящего момента, как в вентилях для регулирования количества жидкой или газообразной среды. Соответственно, данное изобретение не ограничивается ни использованием показанных форм выполнения, ни использованием в запорной арматуре.
Перечень позиций на чертеже:
1 Запорная арматура
2 Проточный канал
3 Золотниковая камера
4 Сужение корпуса
5 Корпус арматуры
6 Запорный элемент
7 Отверстие
8 Маточная гайка
9 Шпиндель задвижки
10 Опоры шпинделя
11 Тормозное приспособление
12 Давление нажатия
13 Тормозной диск
14 Выемка
15 Рабочая поверхность тормоза
16 Основание шпинделя
17 Буртик шпинделя
18 Зубчатый венец
19 Сопряженное зацепление
20 Углы
21 Отверстие
22 Углубление
23 Уплотнительная опора
24 Продольная ось
25 Штыковой затвор
26 Фиксатор от проворачивания
27 Элементы фиксации
28 Выемка
29 Внутренний участок уплотнительной опоры
30 Внешний участок уплотнительной опоры
31 Пакет внутренних уплотнений
32 Пакет внешних уплотнений
33 Направляющие
34 Удлинения направляющих
35 Уплотнительные кольца
36 Пазы
37 Наружная резьба
38 Уплотнительные кольца
39 Нажимная поверхность
40 Выемка
41 Спицы
42 Покрытие
43 Торцевой фланец
44 Давление нажатия на тормозной диск
45 Выемки сужения корпуса
46 Насечки
47 Опорные пружины
48 Выемка
49 Пластина