ПОВОРОТНЫЙ ЗАТВОР
ROTARY GATE VALVE

Поворотный затвор относится к трубопроводной арматуре, предназначенной для перекрытия трубопровода от потока транспортируемой среды.
Известен поворотный затвор, защищенный патентом RU 130027 на группу полезных моделей (варианты), МПК F16K 15/03, дата публикации - 10.07.2013. Аналог включает корпус с проточной частью и седлом для запорного элемента, поворотный вал и устройство регулирования скорости закрытия затвора при возникновении обратного потока в трубопроводе. Цилиндрический корпус устройства регулирования скорости включает рабочий элемент поршневого типа, соединенный с валом затвора передачей «винт-гайка». Варианты исполнения затворов связаны единым замыслом и предназначены, соответственно, для наземного и подземного использования. Первый вариант аналога имеет гидравлическое устройство регулирования скорости закрытия затвора, второй вариант - механическое. В первом варианте исполнения цилиндрический корпус выполнен в виде гидравлического цилиндра, включающего ряд взаимосвязанных рабочих полостей переменного и постоянного объема. При повороте вала затвора и поступательном перемещении поршня происходит его торможение за счет перетекания вязкой гидравлической среды по калиброванным каналам, соединяющим полости гидравлического цилиндра. Во втором варианте исполнения торможение поршня происходит за счет его взаимодействия с размещенными в цилиндрическом корпусе механическими упругим и гасящим узлами. Настройка устройств осуществляется за счет вращения регулировочных валиков.
Недостатком аналога является низкая удельная энергия торможения поворотного элемента (в расчете на 1° углового пути торможения), в связи с чем для осуществления эффективного торможения требуется значительный угловой тормозной путь. При отдельных режимах эксплуатации затвора низкая эффективность торможения запорного элемента может приводить к сильным ударам запорного элемента о седло и даже к разрушениям затвора. Недостатком аналога являются также дополнительные расходы на обслуживание устройства, связанные, в частности, с использованием расходных материалов - гидрожидкостей либо смазок.
Прототипом заявляемого поворотного затвора является поворотный затвор в составе двухканального перекрывного устройства, защищенного авторским свидетельством СССР №533060, МПК F16K 11/00, дата публикации - 10.05.2006. Двухканальное перекрывное устройство содержит корпус с проточной частью из двух каналов, в каждом из которых установлено по поворотному затвору, включающему седло и поворотную заслонку. Поворотные заслонки (запорные элементы) кинематически связаны с общим приводным валом с помощью торсионов.
Недостатком прототипа является то, что он не может быть использован в качестве обратного затвора на обратном потоке, когда упругие свойства торсиона могли бы эффективно использоваться для торможения запорного элемента при посадке его на седло.
Заявляемое изобретение решает техническую задачу создания поворотного затвора для перекрытия обратного потока с торсионным устройством торможения запорного элемента при посадке его на седло.
Поставленная техническая задача решена в поворотном затворе, включающем корпус с проточной частью и седлом для поворотного запорного элемента, который связан с поворотным валом и торсионом. Поворотный вал выполнен полым. Торсион установлен внутри полого поворотного вала соосно с ним, один конец торсиона связан с поворотным валом, противоположный конец торсиона установлен внутри поворотного вала свободно и снабжен радиальными элементами для управляемой фиксации их в корпусе. Радиальные элементы фиксации выполнены в виде торцевых кулачков нажимной полумуфты сцепной кулачковой муфты, которая установлена на концевой цапфе торсиона и связана с ней шлицевым соединением. Нажимная полумуфта снабжена рукояткой сцепления, закрепленной в корпусной детали на оси, перпендикулярной осям поворотного вала и торсиона. Вторая полумуфта сцепной кулачковой муфты свободно надета на поворотный вал и жестко закреплена в корпусе с возможностью углового регулирования ее положения. Торцевые кулачки сцепной кулачковой муфты выполнены прямоугольными, и между соседними кулачками сцепленных полумуфт предусмотрен регулируемый угловой зазор.
Существо изобретения поясняется чертежом, на фиг. 1 которого изображен заявляемый поворотный затвор, продольный разрез; фиг. 2 - поворотный затвор, разрез по А-А фиг. 1; фиг. 3 - вид Б на фиг. 2; фиг. 4 - вид В на фиг. 2; фиг. 5 - разрез по Г-Г фиг. 2; фиг. 6 - разрез по Д-Д фиг. 4, положение затвора «открыто».
Поворотный затвор включает корпус 1 с входным патрубком 2, выходным патрубком 3 и седлом 4 для поворотного запорного элемента 5, связанного поворотным рычагом 6 через шпонку 7 с полым поворотным валом 8. Внутри полого поворотного вала 8 установлен торсион 9, одна концевая шлицевая цапфа которого связана с поворотным валом 8 через шлицевую втулку 10 и фиксирующие штифты 11. На противоположном конце торсиона 9 также выполнена шлицевая цапфа, на которой установлена шлицевая нажимная кулачковая полумуфта 12 сцепной управляемой муфты с торцевыми кулачками 13 прямоугольного профиля. В корпусе 1 с помощью резьбового крепежа 14 и штифтов 15 неподвижно зафиксирована свободно надетая на поворотный вал 8 вторая кулачковая полумуфта 16 сцепной управляемой муфты с торцевыми кулачками 17 прямоугольного профиля. Между соседними кулачками 13 и 17 сцепленных полумуфт 12 и 16 предусмотрен угловой зазор «α», величина которого равна разности между углом полного открытия затвора (углом поворота запорного элемента 5) «β» и заданным углом торможения запорного элемента 5 «γ». Угол полного открытия затвора «β» ограничен упором 18 на корпусе 1 для запорного элемента 5. На нажимной кулачковой полумуфте 12 жестко закреплена ступица 19 с поперечными пальцами 20 для соединения через проушины в вилке 21 с рукояткой сцепления 22. Рукоятка сцепления 22 через вилку 21 и поворотную ось 23, перпендикулярную осям поворотного вала 8 и торсиона 9, закреплена на неподвижной цилиндрической стойке 24, соединенной с корпусом 1. Цилиндрическая стойка 24 снабжена поперечным фланцем 25. Нажимная кулачковая полумуфта 12 поджата к неподвижной кулачковой полумуфте 16 пружиной сжатия 26, установленной с опорой на фланец 25. В цилиндрической стойке 24 выполнено окно для съемного удлинителя 27 рукоятки сцепления 22, который в демонтированном состоянии закреплен на фланце 25. Все детали сцепной муфты закрыты кожухом 28, приворачиваемым к корпусу 1 резьбовым крепежом.
Поворотный затвор работает следующим образом.
В рабочем состоянии поворотного затвора сцепная управляемая муфта включена (сцепление включено), то есть полумуфты 12 и 16 при помощи рукоятки сцепления 22 сведены вместе. Сведение полумуфт 12 и 16 осуществляют поворотом рукоятки сцепления 22 на поворотной оси 23. Соединенная с рукояткой 22 вилка 21 воздействует на установленные в ее проушинах пальцы 20 ступицы 19, перемещая ступицу 19 совместно с нажимной полумуфтой 12 вдоль шлицевой цапфы торсиона 9 до прижатия к неподвижной кулачковой полумуфте 16.
При наличии в рабочем трубопроводе прямого потока рабочей среды поворотный затвор открыт, при этом запорный элемент 5 поднят потоком рабочей среды до прижатия к упору 18 на угол полного открытия затвора β. Вместе с запорным элементом 5 повернуты на угол β рычаг 6 и шпонка 7 на валу 8, сам вал 8 со шлицевой втулкой 10, торсионный вал 9 и связанная с ним шлицевым соединением кулачковая полумуфта 12 с кулачками 13. Угловой зазор α между торцевыми кулачками 13 и 17 выбран.
кр
кр
кр
С прекращением прямого потока рабочей среды поворотный запорный элемент 5 начинает под действием собственного веса движение на закрытие затвора, чтобы перекрыть путь обратному потоку рабочей среды из патрубка 3 в патрубок 2. Возникающий на запорном элементе 5 крутящий момент М передается валом 8 через шлицевое соединение на втулку 10, торсион 9 и полумуфту 12. При повороте запорного элемента 5 в пределах угла α (α<β) крутящий момент М с подвижной полумуфты 12 на неподвижную полумуфту 16 не передается из-за отсутствия контакта между рабочими профилями кулачков 13 и 17. При повороте запорного элемента 5 на угол α угловой зазор между рабочими профилями кулачков 13 и 17 выбран и кулачки входят в контакт своими боковыми поверхностями. При дальнейшем повороте запорного элемента 5 на закрытие затвора в пределах угла β>α происходит передача крутящего момента М от кулачковой полумуфты 12 через кулачковую передачу 13-17 на кулачковую полумуфту 16, жестко закрепленную в корпусе 1. В это же время концевая цапфа торсиона 9, соединенная с валом 8 шлицевой втулкой 10 и фиксирующими штифтами 11, продолжает поворот вокруг своей оси, в результате чего тело торсиона 9 подвергается скручиванию. Противодействие движению запорного элемента 5 на закрытие затвора, создаваемое неподвижной полумуфтой 16 в сборе с корпусом 1 за счет скручивания торсиона 9, приводит к затормаживанию запорного элемента 5 на его конечном пути к седлу 4 (в пределах угла торможения γ=β-α) и к его мягкой посадке на седло 4. Угол торможения γ при этом не превышает 5°÷7°. Регулирование соотношения величин углов α и γ в пределах угла β осуществляют регулированием взаимного углового положения полумуфт 12 и 16 с их кулачками 13 и 17, для чего в корпусе 1 предусмотрена возможность углового смещения и фиксации в новом положении полумуфты 16 с помощью штифтов 15.
В заявляемом поворотном затворе за счет снижения потерь на трение подвижных элементов при открытии затвора обеспечивается повышение его чувствительности, срабатывание затвора происходит при минимальном перепаде давления среды. Торможение запорного элемента на углах 5°-7° в конце закрытия затвора позволяет обеспечить его безударную посадку на седло и снижает вероятность разрушения трубопровода. Заявляемый поворотный затвор не требует обслуживания и обладает высокой надежностью.