Запорный элемент шиберной задвижки

Полезная модель относится к запорной трубопроводной арматуре, а именно к шиберным задвижкам, и может быть применена в нефтегазовой и химической отраслях промышленности, а также на целлюлозно-бумажном производстве.
Известен запорный элемент шиберной задвижки, содержащий основание с уплотнением, представляющим собой внешнюю прижимную пластину и внутреннюю прижимную пластину, между которыми зафиксирован эластичный элемент, причем прижимные пластины имеют торцевые выступы, которые предотвращают смещение эластичного элемента из уплотнения в процессе эксплуатации шиберной задвижки  [CN201844042, дата публикации: 25.05.2011 г., МПК: F16K 3/02].
Также известен запорный элемент шиберной задвижки с проточкой в основании, внутри которой установлено уплотнение в виде эластичного элемента и прижимной кольцевой пластины [CN2929380Y, дата публикации: 01.08.2007 г., МПК: F16K 3/02].
Общим недостатком известных технических решений является недостаточная фиксация эластичного элемента в уплотнении из-за его слабого прижатия пластинами к поверхности основании, что приводит к ухудшению герметичности уплотнения.
В качестве прототипа выбран запорный элемент шиберной задвижки, причем в основании запорного элемента имеется проточка, в которой при помощи кольцевой прижимной пластины зафиксирован эластичный элемент, причем стенка кольцевой прижимной пластины и стенка проточки имеют наклон, за счет которого эластичный элемент закреплён в уплотнении [US2011240156, дата публикации: 06.10.2011 г., МПК: F16K 1/44, F16K 25/00].
Преимуществом прототипа является более надежная фиксация эластичного элемента в проточке вследствие того, что стенка кольцевой прижимной пластины и стенка проточки имеют наклон в противоположном направлении, так что эластичный элемент расположен в трапециевидной полости.
Однако недостатками прототипа являются недостаточно высокая герметичность и износостойкость уплотнения, обусловленные слабым прижатием эластичного элемента кольцевой прижимной пластиной из-за малых углов наклона стенки кольцевой прижимной пластины и стенки проточки, вследствие чего эластичный элемент в процессе эксплуатации шиберной задвижки быстро перетирается о поверхность корпуса шиберной задвижки либо цепляется за кромку пропускного отверстия корпуса шиберной задвижки, что в свою очередь приводит к ухудшению состояния эластичного элемента и, как следствие, к ухудшению герметичности уплотнения.
Техническая проблема, на решение которой направлена полезная модель, заключается в улучшении эксплуатационных характеристик запорного элемента шиберной задвижки.
Технический результат, на достижение которого направлена полезная модель, заключается в повышении надежности уплотнения запорного элемента шиберной задвижки.
Сущность полезной модели заключается в следующем.
Запорный элемент шиберной задвижки, содержащий основание, снабженное элементом для закрепления в шиберной задвижке и имеющее проточку на поверхности, в которой закреплено уплотнение, состоящее из эластичного элемента и пластины, при этом стенка пластины и проточки имеют наклон в противоположных направлениях,  эластичный элемент установлен между этими стенками, а запорный элемент имеет канал, соединяющий полость под эластичным элементом с трубным пространством. В отличие от прототипа угол наклона стенки проточки составляет от 60 до 70°.
Основание является несущим телом запорного элемента шиберной задвижки и предназначено для крепления на нем элементов уплотнения. Основание имеет рабочую и торцевую поверхности. Основание может быть выполнено прямоугольным, круглым или овальным, однако преимущественно оно повторяет форму трубопроводного отверстия.
Проточка обеспечивает возможность установки и фиксации уплотнения в основании запорного элемента шиберной задвижки. Проточка выполнена на рабочей поверхности основания. В различных вариантах исполнения основание может иметь от одной до трех проточек как с двух сторон, так и с каждой стороны в отдельности. В предпочтительном варианте осуществления основание с двух сторон имеет по одной проточке.
Уплотнение обеспечивает герметичность зазора между запорным элементом шиберной задвижки и корпусом шиберной задвижки. Пластина обеспечивает фиксацию эластичного элемента в проточке посредством прижатия его к стенке проточки. Пластина и основание могут иметь элементы для закрепления уплотнения в проточке, которые могут быть представлены шпильками, глухими или сквозными отверстиями. Эластичный элемент обеспечивает герметичность запорного элемента шиберной задвижки в процессе эксплуатации. Эластичный элемент может иметь любую форму поперечного сечения, например прямоугольную, трапецеидальную или круглую и может быть выполнен из таких материалов как резина, фторкаучук, изопреновый каучук.
Стенка пластины и стенка проточки имеют наклон в противоположных направлениях, за счет чего в основании обеспечивается трапециевидная полость, в которой закреплен эластичный элемент.
Запорный элемент имеет канал, соединяющий полость под эластичным элементом с трубным пространством, что обеспечивает возможность попадания среды из трубного пространства в трапециевидную полость, образованную стенкой пластины и стенкой проточки для создания избыточного давления под эластичным элементом. Канал может быть выполнен в пластине или в основании и может иметь любую форму и размер, обеспечивающие возможность прохождения среды из трубного пространства внутрь полости.
Угол наклона стенки проточки составляет от 60 до 70°, за счет чего под давлением среды обеспечивается оптимальное распределение нагрузки по поверхности эластичного элемента, находящегося внутри трапециевидной полости, что снижает риск его самопроизвольного перемещения относительно основания и пластины. Данный диапазон поясняется тем, что если угол наклона стенки проточки будет меньше 60°, то силы давления среды будет недостаточно для выдавливания части эластичного элемента за пределы стенок пластины и проточки, что приведет к тому, что уплотнение не будет обеспечивать герметичность. В случае если угол наклона стенки проточки больше 70°, то не будет обеспечиваться достаточная степень фиксации эластичного элемента пластиной в проточке, таким образом, во время движения запорного элемента шиберной задвижки возможно смещение эластичного элемента из проточки, что в свою очередь может привести как к нарушению герметичности запорного элемента шиберной задвижки, так и к его клину в теле шиберной задвижке. Экспериментально было определено, что при угле наклона стенки проточки из диапазона от 65 до 68° обеспечивается самая высокая надежность уплотнения.
Дополнительно угол наклона стенки пластины может составлять от 60 до 70°, что в совокупности с представленным углом наклона стенки проточки обеспечивает наилучшее распределение силы прижатия по поверхности эластичного элемента, вследствие чего обеспечивается его равномерное соприкосновение со стенками пластины и проточки, за счет чего дополнительно снижается износ эластичного элемента и повышается надежность уплотнения. Если угол наклона стенки пластины будет меньше 60°, то под действием среды не будет обеспечиваться выдавливание эластичного элемента из проточки, что в свою очередь ухудшит герметичность уплотнения. Если угол наклона стенки пластины будет больше 70°, то может произойти излишнее выдавливание эластичного элемента наружу и, как следствие, его зацепление за кромку пропускного отверстия, что в свою очередь будет приводить к повреждению эластичного элемента либо к его смещению в сторону полости пропускного отверстия, вследствие чего герметичность запорного элемента шиберной задвижки будет также нарушена. Экспериментально было определено, что при угле наклона стенки пластины из диапазона от 65 до 68° обеспечивается самая высокая надежность уплотнения.
Элемент для закрепления в шиберной задвижке обеспечивает возможность ее присоединения к корпусу шиберной задвижки и перемещения в двух направлениях вдоль одной оси движения. Элемент для закрепления в шиберной задвижке может быть представлен резьбовым отверстием, выполненным в торцевой поверхности основания, либо проушинами, закрепленными на рабочей поверхности основания. В наиболее распространенном варианте исполнения элемент для закрепления в шиберной задвижке представляет собой втулку с буртиком и сквозной внутренней резьбой, которая крепится в отверстие на торцевой поверхности основания.
Несущие элементы конструкции запорного элемента могут быть выполнены из любого известного конструкционного материала, например из стали, алюминия или композита.
Полезная модель может быть выполнена из известных материалов с помощью известных средств, что свидетельствует о ее соответствии критерию патентоспособности «промышленная применимость».
Полезная модель обладает ранее неизвестной из уровня техники совокупностью существенных признаков, отличающейся тем, что угол наклона стенки проточки составляет от 60 до 70°, за счет чего под давлением среды обеспечивается фиксация эластичного элемента между стенками пластины и проточки, таким образом часть эластичного элемента выходит наружу на расстояние, при котором эластичный элемент одновременно не западает в проточке и не смещается из нее в процессе эксплуатации шиберной задвижки, что снижает риск перетирания эластичного элемента о корпус шиберной задвижки, таким образом повышая износостойкость эластичного элемента и снижая риск потери герметичности уплотнения, за счет чего достигается технический результат, заключающийся в повышении надежности уплотнения запорного элемента шиберной задвижки, тем самым улучшаются эксплуатационные характеристики запорного элемента шиберной задвижки.
Полезная модель обладает ранее неизвестной из уровня техники совокупностью существенных признаков, что свидетельствует о соответствии полезной модели критерию патентоспособности «новизна».
Полезная модель поясняется следующими фигурами.
Фиг.1 – Шиберная задвижка с запорным элементом шиберной задвижки в сборе, продольный разрез.
Фиг.2 – Запорный элемент шиберной задвижки, продольный разрез.
Фиг.3 – Проточка с уплотнением, выносной элемент.
Для иллюстрации возможности реализации и более полного понимания сути полезной модели ниже представлен вариант ее осуществления, который может быть любым образом изменен или дополнен, при этом настоящая полезная модель ни в коем случае не ограничивается представленным вариантом.
Запорный элемент шиберной задвижки содержит круглое основание 1 со сквозным торцевым отверстием, а также элемент 2 для закрепления в шиберной задвижке, выполненный в виде втулки со сквозной внутренней резьбой, который запрессован в торцевое отверстие основания 1. Запорный элемент шиберной задвижки установлен внутри корпуса 3 шиберной задвижки и приводится в движение про помощи штока 4, который установлен в элемент 2 для закрепления в шиберной задвижке.
С двух сторон основание 1 имеет кольцевую проточку, в которую установлено уплотнение, состоящее из эластичного элемента 5 круглого сечения и пластины 6. Пластина 6 имеет канал 7 и прикреплена к основанию 1 при помощи винтов (не показаны на фигурах), так что эластичный элемент 5 зафиксирован в проточке между стенкой проточки и стенкой пластины 6, при этом стенка пластины 6 и стенка проточки имеют наклон в противоположных направлениях, а угол наклона стенки проточки α и угол наклона стенки пластины β составляет от 60 до 70°.
Полезная модель работает следующим образом.
Посредством вращения штока 4 основание 1 перемещается внутри корпуса 3 шиберной задвижки в двух направлениях вдоль одной оси движения, при этом открывая или закрывая пропускное отверстие в корпусе 3. Таким образом основание 1 перекрывает движение среды, протекающей внутри трубопровода (не показан на фигурах) и корпуса 3 шиберной задвижки. Когда шиберная задвижка находится в закрытом положении, основание 1 полностью перекрывает пропускное отверстие шиберной задвижки, а герметичность перекрытия обеспечивается за счет эластичного элемента 5. Канал 7 соединяет трубное пространство и полость проточки таким образом, что среда из трубного пространства поступает в полость проточки и тем самым прижимает эластичный элемент к стенке проточки и к стенке пластины, так что он находится в контакте с поверхностью корпуса 3 шиберной задвижки. Причем за счет того, что угол наклона стенки проточки α и угол наклона стенки пластины β составляет от 60 до 70°, эластичный элемент 5 неподвижно закреплен в проточке основания 1, вследствие чего в закрытом положении шиберной задвижки эластичный элемент 5 плотно прижат к поверхности корпуса 3 шиберной задвижки, а при движении запорного элемента внутри корпуса 3 шиберной задвижки не происходит срезания эластичного элемента 5 о кромку пропускного отверстия, вследствие чего исключается нежелательное попадание среды в перекрытую часть трубопровода, тем самым обеспечивается герметичность перекрытия.
Таким образом достигается технический результат, заключающийся в повышении надежности уплотнения запорного элемента шиберной задвижки, тем самым улучшаются эксплуатационные характеристики запорного элемента шиберной задвижки.