ЗАДВИЖКА КЛИНОВАЯ

Полезная модель относится к промышленной трубопроводной арматуре, а именно к клиновым задвижкам, устанавливаемым на трубопроводах в качестве запорного устройства в любых отраслях промышленности и сельском хозяйстве.
Известна задвижка, [RU 2177093 С2, Мкл 7 F 16 K 3/14] содержащая корпус с проходным отверстием, в корпусе расположены два параллельных диска с выступами, выдвижной шпиндель с головкой-клином и упоры для дисков.
Недостатком такой задвижки является высокая вероятность заклинивания параллельных дисков в корпусе при деформациях трубопровода, вызываемых колебаниями температур.
Известна также клиновая задвижка [RU 2002130125 А Мкл 7 F 16 K 3/12] с двухдисковым клиновым затвором, содержащая корпус, затвор, управляемый шпинделем, клин которого состоит из двух дисков, взаимодействующих между собой посредством сферических или конической и сферической поверхностей с установленным в центре дисков фиксатором, отличающаяся тем, что охватываемый диск со сферической поверхностью снабжен фиксатором в виде пальца, размещенным в отверстии охватывающего диска с конической или сферической поверхностью и соединенным с противоположной стороной последнего, например, сваркой.
Недостатком такой задвижки является высокая сложность изготовления запорного узла, а следовательно и низкая технологичность.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является задвижка клиновая, [RU 2191941 С1, Мкл 7 F 16 K 3/12] содержащая корпус с уплотнительными поверхностями и двухступенчатыми пазами (видно из фиг.1 прототипа) для перемещения дисков запорного устройства, состоящего из двух дисков и установленным между ними пальцем (бобышкой) со сферическими торцевыми поверхностями, запорное устройство закреплено на шпинделе (штоке), который при помощи привода осуществляет возвратно поступательное движение, крышку корпуса, и сальниковый узел.
Недостатками этого устройства являются (эти же недостатки относятся и к аналогам):
1. Значительная высота задвижки.
2. Возможность выпадения дисков из-за небольшой длины направляющих выступов дисков.
3. Возможность протечек при высоком давлении рабочей среды в закрытом состоянии для задвижек с большим условным проходом (более 100 мм) из-за изгибной деформации диска.
4. Высокая трудоемкость при изготовлении корпуса, связанного с проточкой двухступенчатых пазов, служащих для создания необходимой площади контакта для удержания дисков и чтобы они не передавали на шпиндель недопустимый момент, при котором возможно заклинивание шпинделя в гайке.
5. Повышенная металлоемкость.
Техническим результатом заявляемого технического решения является устранение указанных недостатков, а именно снижения высоты задвижки (один из основных параметров) и ее металлоемкости, исключить возможность протечек, повышение надежности существующих задвижек и повышение технологичности производства задвижек.
Этот технический результат достигается тем, что:
1. Известная задвижка, содержащая крышку корпуса, сальниковый узел, корпус с уплотнительными поверхностями и двухступенчатыми пазами для перемещения дисков запорного устройства, состоящего из двух дисков и установленным между ними пальцем со сферическими торцевыми поверхностями, запорное устройство закреплено на шпинделе, который при помощи привода осуществляет возвратно поступательное движение, отличающаяся тем, что корпус выполнен с одноступенчатыми пазами, а диски, образующие клиновой затвор, имеют, примерно на 2/3 его площади форму прямоугольника с незначительными скосами в верхней его части.
2. Задвижка по п.1 отличающаяся тем, что для задвижек с условным проходом до 100 мм, запорное устройство выполнено из двух дисков и пальца, который имеет сферическую торцевую поверхность только с одной стороны, с другой стороны палец имеет плоскую торцевую поверхность.
3. Задвижка по п.1 отличающаяся тем, что для задвижек с условным проходом более 100 мм, дополнительно содержит шайбу, устанавливаемую между дисками на пальце, который имеет плоские торцевые поверхности, палец установлен таким образом, что он не контактирует торцевыми поверхностями с дисками.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемые технические решения отличается наличием принципиальных конструктивных изменений элементов конструкции задвижки: корпуса, крышки, дисков и пальца. Эти конструктивные решения направлены на достижение поставленных технических результатов. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна".
Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что конструктивные изменения известных элементов конструкции задвижки, введенные в заявляемое техническое решение, проявляют новые свойства, направленные на возможность получения технического результата, т.е. находятся в причинно-следственной связи с указанным результатом. Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные" отличия.
Представлены следующие графические материалы:
Фиг.1. Устройство задвижки.
Фиг.2. Форма дисков запорного устройства.
Фиг.3. Пример выполнения запорного устройства для задвижек с условным проходом до 100 мм.
Фиг.4. Пример выполнения запорного устройства для задвижек с условным проходом более 100 мм.
Фиг.5. Пример выполнения корпуса задвижки.
Устройство заявляемой клиновой задвижки представлено на фиг.1. Клиновая задвижка, содержащая корпус 1, привод шпинделя 16 состоящего из гайки 2, шпонки 3, маховика 4, гайки 5 шпинделя 16, сальниковый узел состоящий из откидных болтов 6, гаек 7, шайб 8, крышки 9 сальника, набивки 10 сальника, осей 11, крышку 13 корпуса 1 уплотнительную прокладку 14 между корпусом 1 и крышкой 13, запорное устройство, закрепленное на шпинделе 16, состоящее из двух дисков 17 и пальца 18,
На фиг.2 представлена отличие формы диска 17 от формы диска прототипа.
На фиг.3 представлено выполнение запорного устройства для задвижек с условным проходом до 100 мм, состоящего из двух дисков 17, пальца 18, который имеет сферическую торцевую поверхность с одной стороны, с другой стороны палец имеет плоскую торцевую поверхность.
На фиг.4 представлено выполнение запорного устройства для задвижек с условным проходом более 100 мм, состоящего из двух дисков 17, пальца 18, который имеет плоские торцевые поверхности, палец 18 установлен таким образом, что он не контактирует торцевыми поверхностями с дисками 17, на палец 18 установлена шайба 19, выполняющая роль упора между дисками 17.
На фиг.5 представлены отличия корпуса 1 заявляемой задвижки от прототипа. В прототипе пазы выполнены двухступенчатыми, в заявляемом техническом решении - одноступенчатым.
Работа задвижки осуществляется следующим образом.
Если задвижка полностью открыта, рабочая среда поступает под давлением через проходное сечение задвижки. При полностью открытой задвижке запорное устройство, находится в крайнем верхнем положении. Его верхнее положение ограничивается крышкой 13, высота которой влияет на высоту задвижки. Технический результат - уменьшения высоты в заявляемой задвижке достигается за счет коренного изменения формы дисков 17 прототипа фиг.2. Плоская верхняя часть дисков 17 позволила сократить высоту крышки 13 на величину h (фиг.2) верхней части диска 17, а, следовательно, и общую высоту задвижки. Так, например, задвижка прототип с проходным сечением 100 мм имеет высоту относительно оси проходного сечения при полностью открытой задвижке равную 540 мм, а заявляемая задвижка при этих же условиях имеет высоту 485 мм., т.е. более чем на 10%.
За счет изменения формы дисков 17 выступы дисков заявляемого технического решения практически в 2 раза длиннее выступов прототипа (фиг.2), поэтому они находится в гарантированном зацеплении в пазах корпуса 1 вплоть до полного подъема и полного опускания запорного устройства с учетом износов уплотнительных поверхностей дисков 17 и корпуса 1. Этим достигается технический результат - повышение надежности задвижки.
При вращении привода, в данном случае маховика 4 (возможно исполнение с электрическим приводом) шпиндель 16 начинает опускаться, последний связан с запорным устройством. Узел крепления запорного устройства со шпинделем 16 выполнен следующим образом. В каждом диске имеется прямоугольный паз и полукруглое отверстие под шпиндель, в шпинделе имеется уступ тоже прямоугольной формы. При сборке шпиндель 16 устанавливается между дисками 17, которые сдвигаются с обеих сторон шпинделя 16, а затем устанавливаются в корпус 1, далее шпиндель 16 оказывается закрепленным между дисками 17. Причем зазоры между пазом диска 17 и уступом шпинделя 16 позволяют дискам 17 перемещаться как минимум в трех степенях свободы, что позволяет им легко попасть между уплотнительными наплавленными слоями в проходном сечении корпуса 1 задвижки. Такая конструкция позволяет снизить трудоемкость сборки, и исключить какие либо крепежные детали.
Для задвижек с условным проходом до 100 мм, между дисками 17, по оси проходящей по центру относительно уплотнительных поверхностей, в углублениях в дисках 17 при сборке установлен палец 18, имеющий сферическую торцевую поверхность с одной стороны, а с другой стороны палец 18 имеет плоскую торцевую поверхность (фиг.3).
Изменение формы пальца 18 вызвано следующей причиной. В низу корпуса 1 сделано углубление необходимое для опускания запорного устройства при износе наплавленных уплотнительных слоев. При высокой скорости движения рабочей среды через открытое
отверстие в зоне углубления возникают турбулентные потоки, причем в нижней части они более интенсивные, чем в верхней части. Запорное устройства в том виде как оно было выполнено в прототипе, могла привести, в определенных условиях, к резонансным явлениям, сопровождающимся значительными колебаниями дисков 17. В результате имеется значительная вероятность сброса запорного устройства или вообще разрушение задвижки. Предложенное техническое решение позволило решить эту проблему за счет изменения формы пальца 18. Известно, что для снижения резонансных явлений необходимо обеспечить разность сил действующих в направлениях перемещения механической системы подверженной колебаниям, данном случае дисков 17 запорного устройства. Это достигается за счет изменения формы одного из элементов входящих в эту систему, а именно формы пальца 18, с одной стороны он выполнен в виде сферы, а с другой стороны выполнен плоским. В этом случае сила реакции пальца 18 при движении дисков 17 в одну сторону будет отличаться, от силы реакции пальца 18 при движении дисков 17 в другую сторону, т.е. палец 18 будет выполнять роль «амортизатора». Колебания, дисков 17 от турбулентных потоков в этом случае возможны, но они несоизмеримы с колебаниями при резонансе и не нарушают работоспособность задвижки. Этим также достигается технический результат - повышения надежность заявляемой задвижки.
Кроме того, предложенная форма пальца 18, позволила получить технический результат - увеличение технологичности при этом вместо обработки двух сфер в дисках 17 и двух сфер на пальце 18, в предложенной задвижке обрабатывается только по одной сфере в диске 17 и на пальце 18.
Для задвижек с условным проходом более 100 мм. Между дисками 17, по оси проходящей по центру относительно уплотнительных поверхностей, в углублениях в дисках 17 при сборке установлен палец 18, имеющий плоские торцевые поверхности. Длина пальца 18 выбрана таким образом, чтобы при полностью сжатых дисках 17 торцы пальца 18 не контактировали с дисками 17. Т.е. палец 18 в отличие от прототипа не несет нагрузки, а выполняет роль оси, на которую одета шайба 19 (фиг.4).
Изменение формы пальца 18 и введение шайбы 19 вызвано следующей причиной. Если рассматривать прототип, в котором палец 18 служит в качестве упора на диск 17, со стороны рабочей среды, действует момент, изгибающий диск 17 в направлении движения рабочей среды относительно пальца 18. Чем больше давление и диаметр условного прохода, т.е. величина плеча, тем больше величина изгиба, а, следовательно, снижается сила прижатия уплотнений корпуса 1 и диска 17 особенно в нижней части, где диски тоньше. При определенных условиях это может стать причиной протечек рабочей среды, через уплотнение. Для исключения протечек изменена конструкция запорного устройства. Для
этого на палец 18 установлена шайба 19, которая и является упором при сжатии дисков. Чем больше диаметр шайбы 19 тем меньше плечо, а следовательно и изгибающий момент при одном и том же давлении рабочей среды. Кроме того, изменяя толщину шайбы 19 можно компенсировать неточность изготовления дисков, т.е. эта шайба одновременно может быть регулировочной. Так как в данной конструкции палец 18 своими торцами не контактирует с дисками 17, то возможно его упрощение, а именно торцы пальца 18 делаются плоскими, это же относиться к дискам 17, в которых достаточно, только высверлить углубления, а не производить обработку сферических поверхностей. Таким образом, применение такой конструкции запорного устройства позволяет получить технический результат, заключающийся в устранении возможных протечек и повысить технологичность изготовления задвижек.
Здесь необходимо добавить, что резонансные явления при таком варианте отсутствуют из-за большей массы и толщины дисков, чем в первом варианте.
Далее при дальнейшем опускании шпинделя 16 осуществляется полное перекрытие потока рабочей среды, что и показано на фиг.1. Изменение формы дисков 17 позволило значительно увеличить, примерно на 25%, площадь контакта паза направляющих в корпусе 1 и выступах в дисках 17, что дало возможность заменить в заявляемой задвижке фасонного - двухступенчатого паза на простой одноступенчатый фиг.5 и как следствие упростить механическую обработку корпуса 1. В результате решается задача упрощения обработки корпуса 1 и повышение технологичности производства задвижек.
Увеличение площади контакта выступов дисков 17 с пазами корпуса заявляемой задвижки, позволило существенно снизить нагрузку на шпиндель 16 на изгиб, особенно при перекрытии рабочей среды при высоких давлениях. Кроме того, шпиндель 16 стал короче, в результате чего увеличилась устойчивость шпинделя 16 в осевом направлении, что позволило уменьшить его диаметр при заданной нагрузке и исключить вероятность заклинивания винтовой пары - шпиндель 16 и гайка 5 шпинделя. В результате увеличивает надежность задвижки и снижается ее металлоемкость и это при условии, что шпиндель сделан из нержавеющей стали для всех вариантов задвижек. Снижение металлоемкости, так же происходит и из-за снижения высоты крышки 13 корпуса 1 задвижки.
Данное техническое решение позволяет получить следующие технические результаты: уменьшить высоту и металлоемкость задвижки, исключить возможность протечек, повысить ее надежность и технологичность изготовления.