ИЗНОСОСТОЙКИЙ ЗАПОРНЫЙ УЗЕЛ "ИГР"
WEAR-RESISTANT SHUTOFF ASSEMBLY ''IGR''

Изобретение относится к области арматуростроения и может быть использовано в оборудовании газовой, нефтяной, химической, энергетической, металлургической и угольной промышленности.
Известны конструкции запорных узлов шиберных задвижек и шаровых кранов, на обеих сторонах запорной части подвижных запирающих элементов которых выполнены поперечные канавки на расстоянии не более контактной ширины седла от края проходного отверстия (см. патент RU 2005240 С1, кл. F16K 3/02).
Недостаток известной конструкции запорных узлов состоит в возможности неполной очистки канавками контактных поверхностей седел в процессе перекрытия проходного отверстия. Это приводит к потере герметичности запорного узла и снижает его долговечность.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является запорный узел, содержащий корпус с проходными отверстиями, входным и выходным патрубками, установленными в нем седлами и шибером с запорной частью и поперечными канавками. Запорная часть шибера, расположенная за поперечной канавкой, с обеих сторон снабжена сменными кольцевыми элементами из керамического материала, контактные поверхности которых идентичны контактным поверхностям седел (см. патент RU 2002151 С1, кл. F16K 3/02).
Недостаток известной конструкции запорного узла заключается в идентичности контактных поверхностей седел и керамических кольцевых элементов шибера и в отсутствии защиты контактных поверхностей седел. Это приводит к нарушению герметичности запорного узла и снижает его надежность.
Задачей изобретения является повышение надежности запорного узла за счет обеспечения защиты контактных поверхностей седел и эффективного расположения поперечных канавок на запорной части шибера.
Поставленная задача достигается тем, что в износостойком запорном узле «ИГР», содержащем корпус с проходными отверстиями, входным и выходным патрубками, установленными в нем седлами и плоским шибером с проходным отверстием, запорной частью, поперечными канавками и кольцевыми керамическими элементами на обеих сторонах запорной части, поперечные канавки выполнены на расстоянии не менее контактной ширины седла от края проходного отверстия шибера, а контактные поверхности седел снабжены кольцевыми керамическими элементами, кроме того:
- контактные поверхности кольцевых керамических элементов и запорной части шибера расположены в одной плоскости, а контактные поверхности кольцевых керамических элементов седел расположены в одной плоскости с контактными поверхностями седел, при этом контактная ширина кольцевых керамических элементов шибера больше контактной ширины кольцевых керамических элементов седел;
- посадка кольцевых керамических элементов выполнена с возможностью обеспечения ее герметичности, прочности кольцевых керамических элементов, шибера и седел;
- площадь сечения поперечной канавки выполняется максимальной с возможностью обеспечения прочности шибера и неизменности габаритных размеров запорного узла;
- кромки поперечных канавок на запорной части шибера выполняются острыми;
- поперечные канавки выполнены по всему поперечному периметру шибера.
Сущность изобретения заключается в том, что поперечные канавки шибера в положении запорного узла «Открыто» расположены вне защищенной керамикой контактной площади седел, и в процессе перемещения шибера на закрытие они очищают всю контактную площадь седел от имеющихся на них загрязнений. При этом за счет увеличенной контактной ширины кольцевых керамических элементов шибера в пределах погрешности величины его рабочего хода обеспечивается требуемый для герметичности затвора контакт с кольцевыми керамическими элементами седел.
На фиг.1 показан запорный узел шиберной задвижки в положении «Открыто»; на фиг.2 - запорный узел шиберной задвижки в положении «Закрыто» при неконцентричном расположении кольцевых керамических элементов шибера и седел; на фиг.3 -вид шибера с канавкой по всему поперечному периметру; на фиг.4 - в качестве примера запорный узел шарового крана; на фиг.5 - профиль поперечного сечения канавки подвижного запирающего элемента для контакта с поверхностью полимерного или эластомерного кольцевого элемента седла.
В корпусе 1 задвижки между неподвижными седлами 2, 3 расположен подвижный запирающий элемент в виде плоского шибера 4. В запорной части 5, 6 шибера 4 с обеих сторон за поперечными канавками 7, 8 установлены кольцевые керамические элементы 9, 10. В контактных поверхностях 11, 12 седел 2, 3 установлены кольцевые керамические элементы 13, 14. Ширина кольцевых элементов 13, 14 меньше ширины кольцевых элементов 9, 10. Поперечные канавки 7, 8 выполнены с острыми кромками на запорной части 5, 6 шибера 4 для контакта с металлическими или керамическими поверхностями 11, 12 седел 2, 3.
Запорный узел шиберной задвижки работает следующим образом.
Из положения «Открыто», когда поперечные канавки 7, 8 запорной части 5, 6 шибера 4 расположены вне контактных поверхностей 11, 12 седел 2, 3, шибер совершает рабочий ход до совпадения запорной части с контактными поверхностями седел. В процессе перемещения канавок по всей площади контактных поверхностей седел канавки своими острыми кромками счищают в себя прилипшие к контактным поверхностям седел механические загрязнения и самоочищаются протекающим по канавкам рабочим потоком. Для улучшения пропускной способности канавок они выполняются по всему поперечному сечению шибера.
Контактная ширина кольцевых керамических элементов 9, 10 шибера больше контактной ширины кольцевых керамических элементов 13, 14 и обеспечивает необходимый полный контакт элементов 13, 14 с элементами 9, 10 даже при несовпадении центров этих элементов в положении «Закрыто» из-за наличия зазоров в сопряжениях деталей привода задвижки.
Износостойкий запорный узел «ИГР» в качестве примера может быть выполнен в виде шарового крана (см. фиг.4).
В корпусе 1 между неподвижными седлами 2, 3 расположен подвижный запирающий элемент в виде шара 4. Очистные разгрузочные канавки 7, 8 выполнены концентрично проходному отверстию шара. Кромки канавок 7, 8 на запорной части шара 4 выполняются острыми для контакта с металлическими или керамическими поверхностями седел и скругленными для контакта с полимерными или эластомерными поверхностями седел.
Запорный узел шарового крана работает аналогично запорному узлу шиберной задвижки. Рабочий ход подвижного запирающего элемента совершается поворотом шара 4.
Повышению надежности заявляемого износостойкого запорного узла «ИГР» способствуют факторы, реализованные в предлагаемом техническом решении:
- размеры, форма поперечного сечения и размещение разгрузочных абразивоудаляющих канавок на подвижном запирающем элементе обеспечивают полноценное выполнение ими функции очистки контактных поверхностей седел, повышение эффективности их разгрузочной функции (снижение пикового перепада давления среды при защемлении потока в процессе перекрытия запорного узла за счет улучшения пропускной способности замкнутых по периметру поперечного сечения шибера канавок) и сохранение габаритных размеров задвижки или крана и прочности подвижных запирающих элементов и седел;
- установка защитных кольцевых керамических элементов на контактных поверхностях седел, обеспечивающих высокую сопротивляемость абразивной эрозии и коррозии;
- увеличенная контактная ширина кольцевых керамических элементов подвижного запирающего элемента компенсирует погрешности их расположения относительно кольцевых керамических элементов седел в положении запорного узла «Закрыто», возникающие вследствие зазоров в сопряжениях деталей привода запорного узла, обеспечивая требуемую герметичность контакта;
- посадка кольцевых керамических элементов в запорные части подвижных и неподвижных запирающих элементов, обеспечивающая герметичность и прочность сопряжения кольцевых керамических элементов со стальными деталями, сохраняет необходимую прочность получаемых биматериальных деталей;
- выполнение контактных поверхностей кольцевых керамических элементов в одной плоскости с запорными частями подвижных и неподвижных запирающих элементов запорного узла обеспечивает повышенную технологичность при обработке и существенно снижает вероятность возникновения сколов на краях контактных поверхностей кольцевых керамических элементов, что сохраняет требуемую площадь контакта кольцевых керамических элементов для обеспечения необходимой герметичности.
При этом предлагаемое техническое решение может быть реализовано в запорных узлах шиберных задвижек с выдвижным и невыдвижным шпинделем и шаровых кранов с «плавающей» шаровой пробкой и с шаровой пробкой в опорах.