ШИБЕРНАЯ ЗАДВИЖКА (ВАРИАНТЫ)
SLIDING SHUTTER (VERSIONS)

Изобретение относится к трубопроводной арматуре и предназначено для перекрытия потоков пульпы в трубопроводах на предприятиях, например на обогатительных фабриках.
Основными задачами, решаемыми при разработке задвижек для перекрытия потоков пульпы, несущих в своем составе породные зерна широкого гранулометрического состава, является обеспечение полной герметизации задвижки и износостойкости ее элементов при длительной эксплуатации в условиях абразивного износа. Герметизация задвижки нарушается вследствие слабого контакта между уплотнительными поверхностями седел и поверхностью шибера, проявляемого конструкцией изначально, и в результате износа контактных поверхностей абразивной средой.
Решаются также задачи обеспечения простого и легкого управления задвижками. Трудности эксплуатации задвижек при транспортировке рудных пульп связаны с тем, что в нижней части горизонтальных трубопроводов, в том числе патрубков задвижек, происходит накопление осадка из сравнительно крупных зерен: так называемое заиливание труб. Осевшие зерна перекрывают канал между седлами и тормозят продвижение шибера вниз при закрытии задвижки.
С целью недопущения протечки пульпы в зонах контактов подвижного шибера с уплотнительными поверхностями параллельных седел предложены различные конструктивные решения.
Известна шиберная задвижка с плоским шибером и плоскими уплотнительными поверхностями седел, в которой для создания напряжения в контактной зоне седла поджаты дополнительными кольцевыми элементами (а.с. SU 1657817, 20.02.89).
Недостатком такой шиберной задвижки является то, что в ней не предусмотрена возможность текущего усиления ее герметизации в процессе нарушения контактов шибера и седел при их абразивном износе.
Известна шиберная задвижка, в которой прижатие поверхности седла к поверхности шибера увеличивается продвижением вниз вдоль шибера седла, имеющего форму одностороннего клина и установленного с возможностью перемещения (RU 2141595, 05.05.98).
Недостатком этого устройства является трудность поддержания необходимой степени прижатия поверхности седла к шиберу в местах их износа. Для восстановления достаточного контакта поверхностей в местах локальных углублений, возникших вследствие износа, необходимо деформировать, вертикально перемешая седло, всю его контактную с шибером поверхность, что трудно достижимо из-за сопротивления материала уплотнительной втулки. В результате не создается достаточный контакт в местах, возникших вследствие износа углублений в поверхностях шибера и седла, например в нижней части шибера, наиболее подверженного износу.
В клиновых задвижках известно применение запорного устройства в виде одностороннего клина, одна из контактных поверхностей которого перпендикулярна оси проходного отверстия корпуса, а вторая контактная поверхность выполнена с углом наклона к оси проходного отверстия, за счет чего происходит ее герметизирующий контакт с поверхностью седла, имеющей аналогичный угол наклона (RU 2094682, 26.05.95).
Недостатком этой конструкции запорного элемента является то, что при продвижении его вдоль поверхности седел максимальная распорная деформация уплотнительных втулок седел происходит в верхней части запорного устройства, минимальная - в нижней части. Практически же по условиям функционирования задвижки максимальные напряжения необходимо создавать в нижней части запорного элемента, где требуется восстанавливать контакты поверхностей, нарушенных вследствие износа.
Известно клиновое запорное устройство, в котором запирание проходного канала осуществляется путем опускания клина задвижки шпинделем до вступления в плотный контакт с наклонными уплотнительными полями седел (RU 2225555, 26.02.2002).
Применение такого клина при параллельных уплотнительных полях шиберной задвижки не эффективно, так как сила прижатия линейной поверхности клина к втулкам седел при их расклинивании снижается по высоте, в связи с чем герметизация патрубков может нарушаться вследствие износа, особенно в их нижней части.
Целью настоящего изобретения является обеспечение полной герметизации входного и выходного патрубков задвижки при абразивном износе поверхностей запорного устройства.
Поставленная техническая задача достигается в шиберной задвижке с плоскими параллельно расположенными уплотнительными втулками седел, изготовленными из упруго деформируемого материала, с помощью криволинейных поверхностей шибера, контактирующих с втулками седел и сжимающих их при опускании шибера. Создаваемое при этом напряжение сжатия втулок зависит от конфигурации поверхности шибера и глубины его опускания.
В предлагаемых вариантах конструкции шибера используется то свойство, что при криволинейной поверхности величина деформации отдельных участков уплотнительных полей седел и сила прижатия к ним шибера зависит от кривизны аналогичных участков поверхности шибера. Изменяя кривизну поверхности шибера можно дифференцировано увеличивать или уменьшать давление прижатия в отдельных точках шибера. Таким образом, можно увеличивать силу прижатия запорных поверхностей в нижней части пропускного канала в местах наибольшего износа, где развивается высокое гидродинамическое давление насыщенной рудными зернами пульпы.
Указанные конструктивные особенности запорного устройства реализованы в шиберной задвижке двухстороннего действия с плоскими параллельно расположенными уплотнительными втулками седел и шибером с криволинейными поверхностями с обеих сторон.
На фиг.1 приведен вертикальный разрез задвижки двухстороннего действия с криволинейными поверхностями шибера. Задвижка состоит из разъемного на две части корпуса 1, шибера 2 с криволинейными поверхностями, седел 3, 4 с расположенными в них втулками, образующими плоские параллельные уплотнительные поверхности, шпинделя 5, маховика 6, проходного отверстия 7. На фиг.2а показан вертикальный разрез шибера 2, где 8, 9 - кривые, образующие криволинейную поверхность шибера со стороны входного и выходного патрубков, на фиг.26 - фронтальная проекция шибера.
Уплотнительные втулки седел изготовлены из упругого материала, например полиуретанового эластомера.
Образующие криволинейных поверхностей шибера 8, 9 идентичны и определяются из зависимостей в прямоугольной системе координат с осью ординат, совмещенной с вертикальной осью шибера:
где Z - ордината горизонтального сечения шибера.
Задвижка работает следующим образом. В положении «открыто» шибер 2 находится в верхнем положении, и пульпа проходит через нее. При вращении маховика 6 шпиндель 5 вместе с шибером 2 перемещаются вниз, шибер заостренным концом раздвигает стенки параллельно установленных упругих уплотнительных втулок седел 3, 4. При дальнейшем перемещении шибера его криволинейные поверхности продолжают раздвигать втулки седел, пока шибер не перекроет отверстия входного и выходного патрубков.
В задвижке двухстороннего действия криволинейные поверхности шибера деформируют втулки седел с двух противоположных сторон и создают напряжение прижатия шибера к обоим седлам. Усилие прижатия пропорционально величине деформации упругой уплотнительной поверхности седла. Образующие криволинейной поверхности шибера определяются из зависимости, обеспечивающей постепенное наращивание деформации упругоэластичной поверхности седла и, соответственно, усилий прижатия к ней шибера по мере опускания шибера. При этом образующая криволинейной поверхности по зависимости (1) создает большую кривизну поверхности в нижней части шибера и меньшую в верхней его части.
При принятой кривизне поверхностей шибера сопротивление его опусканию для закрытия задвижки минимальное.
При износе поверхности шибера в абразивной среде необходимая его герметизация сохраняется с помощью более глубокого опускания шибера в межседловую щель, при котором увеличивается деформация уплотнительных втулок седел и, соответственно, сила прижатия поверхности шибера к седлу. Предусмотрен резерв высоты шибера на дополнительное его опускание между седлами.
В задвижке одностороннего действия достаточно иметь высокое напряжение контакта поверхностей шибера и седла со стороны входного патрубка, где проявляется высокое гидродинамическое давление пульпы; со стороны выходного патрубка, где такое давление отсутствует, такое напряжение не требуется. Такая дифференциация контактной связки поверхностей осуществлена в шиберной задвижке с различной кривизной поверхностей шибера: большей со стороны входного патрубка, меньшей со стороны выходного патрубка. При снижении кривизны поверхностей уменьшается сопротивление втулок седел вертикальному передвижению шибера при закрытии шибера, облегчается вращение маховика.
На фиг.3 приведен вертикальный разрез задвижки с различной кривизной поверхности шибера (вариант).
Задвижка состоит из разъемного на две части корпуса 1, шибера с криволинейными поверхностями сторон 10, седел, с параллельными уплотнительными поверхностями, 3 со стороны выходного патрубка, 4 со стороны входного патрубка, шпинделя 5, маховика 6.
На фиг.4а показано вертикальное сечение шибера, 4б - его фронтальная проекция. Линия 11, образующая криволинейной поверхности шибера со стороны входного патрубка, определяется в прямоугольной системе координат с осью ординат, проходящей перпендикулярно к верхнему срезу прямоугольного шибера, из зависимости:
а линия 12, образующая криволинейной поверхности шибера со стороны выходного патрубка, из:
Задвижка работает аналогично задвижке по фиг.1 при значительно меньших усилиях, прилагаемых к маховику при перемещениях шибера.
Вариант упрощения устройства представляет шиберная задвижка с плоскими параллельно установленными уплотнительными втулками седел и шибером, имеющим с одной стороны плоскую, а с другой криволинейную поверхности.
На фиг.5 изображен вертикальный разрез этой задвижки при открытом проходе.
Задвижка состоит из разъемного на две части корпуса 1, шибера 13, седел 3, 4 соответственно со сторон выходного и входного патрубков, с параллельными уплотнительными поверхностями, шпинделя 5, маховика 6, проходного отверстия 7. При этом шибер расположен в направляющих таким образом, что его плоская поверхность занимает положение, перпендикулярное к оси канала. На фиг.6а приведено вертикальное сечение шибера 13, имеющего плоскую поверхность с одной стороны и криволинейную с другой.
Образующая 14 криволинейной поверхности шибера определяется из зависимости в прямоугольной системе координат с осью ординат, проходящей вверх по плоской поверхности шибера:
Кривизна поверхности шибера принята из расчета плавного затухающего наращивания распорной деформации уплотнительных втулок по мере продвижения шибера вниз.
На фиг.6б - фронтальная проекция шибера 13.
Криволинейный профиль поверхности создает при опускании шибера высокое напряжение его прижатия к уплотнительной поверхности седла со стороны входного патрубка, в котором при закрытии задвижки повышается гидродинамическое давление пульпы. Плоская поверхность шибера контактирует при этом с плоской поверхностью седла со стороны выходного патрубка.
Перемещение шибера вниз позволяет сохранять контактную распорную нагрузку на уплотнительные вставки седла при износе поверхности шибера, обеспечивая необходимую степень герметизации задвижки. При транспортировке грубозернистой пульпы предусматривается дополнение шиберной задвижки элементами, препятствующими заклиниванию шибера. Устранение породных зерен из зоны щели между уплотнительными втулками седел в нижней части патрубков достигается с помощью двух примыкающих одна к другой пластин из упругодеформируемого материала, которыми снабжаются уплотнительные втулки. Пластины расположены таким образом, что плоскость контакта этих пластин является продолжением плоскости контакта уплотнительных втулок седел.
На фиг.7а приведен вертикальный разрез нижней части шиберной задвижки с шибером 13, уплотнительными втулками 3, 4 с пластинами 15, 16. На фиг.7б вид сбоку по А фиг.7а.: уплотнительная втулка 3 с пластиной 15, имеющей форму сегмента с охватом окружности проходного отверстия 10-20° проходное отверстие 7, шибер 13.
Толщина пластин составляет 3-5 мм, что исключает возможность накопления породных зерен на торце этих пластин. При опускании шибер острием раздвигает обе пластины и входит в зону контакта уплотнительных втулок седел задвижки.
Повышение срока службы задвижки достигается футеровкой ее полиуретаном.
На фиг.8 приведен вертикальный разрез задвижки с шибером, футерованным полиуретановым покрытием, имеющим криволинейную поверхность со стороны входного патрубка. Задвижка (вариант) состоит из разъемного на две части корпуса 1, седел 3, 4 с плоскими параллельными уплотнительными поверхностями, шпинделя 5, маховика 6, шибера, футерованного полиуретаном 17.
На фиг.9а показано вертикальное сечение шибера 17, на фиг.9б - фронтальный вид шибера.
Основой шибера служит стальная пластина 18, которая покрывается с двух сторон слоями полиуретана: 19 со стороны выходного патрубка с плоской внешней поверхностью, 20 со стороны входного патрубка с криволинейной внешней поверхностью. Образующая 21 криволинейной поверхности полиуретанового слоя определяется из зависимости в прямоугольной системе координат с осью ординат, проходящей по плоскости стальной пластины внутри шибера:
Данная задвижка работает аналогично задвижке по фиг.5.
Предлагаемые варианты задвижек могут быть использованы на обогатительных фабриках в технологических пульпопроводах. Составляющие изобретения служат улучшению конструктивных и эксплуатационных параметров задвижки.