КЛАПАН СЕГМЕНТНЫЙ ЗАПОРНО-РЕГУЛИРУЮЩИЙ

Клапан относится к устройствам управления потоками материалов, обладающих агрессивными и абразивными свойствами, которые используются в автоматизации технологических процессов в металлургии, в строительстве, в геологии, где перемещаются пульпы с содержанием агрессивных, абразивных частиц и твердыми включениями (на выходе дешламаторов, флотомашин).
Известен клапан сегментный [Л.1. Полезная модель Р.Ф. №19113].
Клапан сегментный трубопроводный, содержащий неподвижный цилиндрический корпус с входным и выходным патрубками, с центральным сквозным отверстием внутри которого установлен, подвижной составной запорный орган, расположенный перпендикулярно регулируемому потоку, кинематически связанный через шпиндель с приводом, нижний опорный вал, седло, уплотнительные элементы, сальники, запорный орган клапана выполнен составным, соединением из двух частей: шарового сегмента и скобы, причем шпиндель и нижний опорный вал соосны и отцентрированы с осевой линией скобы и корпуса клапана, который выполнен цельным.
Устройство в качестве материала шарового сегмента запорного органа использован фторопласт, либо полиэтилен, либо винилпласт, либо полиамид, либо пентопласт в зависимости от свойств регулируемого потока жидкости или газа.
Устройство в качестве конструктивного материала корпуса клапана и скобы использован чугун, либо углеродная сталь, либо легированная коррозионностойкая сталь, либо бронза, либо латунь, либо титан или его
сплавы в зависимости от агрессивности свойств регулируемого потока жидкости или газа.
Клапан не предназначен для потоков пульп, содержащих абразивные частицы, большого процента содержания твердого.
Улучшения характеристик возможно при использовании новой конструкции, новых материалов, более эластичных сортов резины, которая могла бы временно в себя вмещать твердые частицы без разрушения и обеспечить полное перекрытие потока до нуля в момент необходимый для полного пересечения потока пульпы.
Известен клапан запорный пневмогидравлический КЗ-4 [Л.2 Каталог ОАО «СоюзЦМА» 2006 г «Приборы и средства автоматизации», лист 4.1.], который предназначен для регулирования расхода либо перекрытия потока любых агрессивных, абразивных жидкостей и пульп.
Клапан содержит полую резиновую гильзу из резинотканного рукава, который пережимается вкладышем, перемещаемым посредством подачи сжатого воздуха в пневматический клапан. Максимальная плотность пульпы (% твердого) до 10%, максимальная крупность частиц до 3 мм.
Конструкция самая простая, но не обеспечивает полное перекрытие сечения. Обладает неустойчивой характеристикой (ток управления клапана электропневматического - % перекрытого сечения трубопровода).
Известна трубопроводная арматура - шаровые краны.
[Л.3 Номенклатурный каталог ЗАО «НПП Автоматика», г.Владимир, 2005-2006 г.]
Клапана предназначены для установки в качестве запорных и регулирующих устройств на трубопроводах, транспортирующих жидкие, газообразивные, агрессивные, но не высокоабразивные материалы.
Клапана не годны для пульп, содержащих частицы твердого, которые быстро изнашивают контактные поверхности.
Целью предлагаемой полезной модели - клапана запорно-регулирующего, который решал бы следующие задачи, необходимые для использования в системах автоматического управления потоками пульп на горно-обогатительных переделах, содержащих абразивные частицы, крупных по размеру, содержащих % твердого больших 15-30%, клапана должны обладать устойчивой выходной характеристикой: ток управления - % перекрытия поперечного сечения трубопровода.
В качестве прототипа используем клапан [Л.1].
Новая конструкция клапана отличается тем, что использован клапан запорно-регулирующий сегментный, который использует перекрытие поперечного сечения трубопровода от нуля до полного открытия с малым расходом мощности. Для соответствия требованиям устойчивости к абразивным пульпам, в качестве материала запорного органа выбрана резина одной из марок СКС, СКД, СКФ, СКТ, СКЭПТ, [Л.4], которая обладает повышенной эластичностью и малым износом. Конструкция запорного органа выполнена из кислото-щелочистойкого материала. Конструкция состоит из нескольких слоев (рис.1). Для уменьшения износа внешней поверхности запорного органа можно так же предусмотреть эксцентричные поверхности запорного органа относительно седла в процессе регулирования, исключив истирание этих двух поверхностей в процессе регулирования потока и обеспечения прямого контакта только при полном запирании, т.е. только при полном перекрытии поперечного сечения трубопровода (клапана).
Для клапанов больших размеров возможно использование шарового пояса вместо шарового сегмента.
В качестве материала внешней поверхности шарового пояса использована резина марок СКС, СКД, СКФ, СКТ, СКЭПТ. Для обеспечения достаточно жесткой конструкции запорного органа использована конструкция из трех частей шарового сегмента (шарового пояса). Т.е. сегмент шаровой выполнен в виде центрального ядра обеспечивающего
жесткость конструкции, а внешняя шаровая оболочка шарового сегмента обеспечивает повышенную эластичность. Запорный орган, особенно для больших размеров диаметра клапана, может быть выполнен составным из четырех частей для обеспечения большой жесткости: внешней поверхности шарового сегмента либо шарового пояса из листового металла, средней части из эластичной резины, внутренней части из пластины металла, всех частей, соединенных в единое целое.
Седло клапана может быть выполнено из высоко-эрозионноустойчивого материала, таких как спеченный, обожженный либо коруид, либо борид, либо металллокерамика на основе диоксида циркония, либо карбидов ниобия, кобальта. [Л.5].
Различные варианты исполнения запорного органа представлены на рис.2, 3. Соотношения высот внутренних и внешних частей запорного органа для различных процентных содержаний твердого в пульпе может варьироваться в следующих величинах
h внутр=(0,1-0,3)h.
h внутр=(0,1-0,3)h1,
h внеш=(0,05-0,15)h1,
где h, h1 - высота соответственно шарового сегмента, пояса. Закрепление составных частей запорного органа в единое целое может быть выполнено либо болтовым скреплением, либо склеиванием.
Предлагаемая конструкция клапана регулирующего приведена на рис.1, 2, 3, где:
1 - запорный орган, составной шаровой сегмент
2 - скоба
3 - шпиндель
4 - нижний опорный вал
5 - корпус цельный цилиндрический с патрубками
6 - седло
7 - прокладка
8 - крепежное фиксирующее кольцо седла
9 - сальники
10 - часть шарового сегмента внешняя
11 - часть шарового сегмента внутренняя
12 - часть шарового сегмента средняя
h - высота шарового сегмента
r - радиус основания шарового сегмента
R - наружный радиус шара, из которого отрезан шаровой сегмент
1
R - радиус шаровых поверхностей соприкосновения частей шарового сегмента
r1, r2 - радиусы оснований шарового пояса
h1 - высота шарового пояса
h внеш - высота внешней части
h внутр. ср. - высота внутренней средней части
h внутр. опорн. - высота внутренней опорной части.
Запорный орган 1 клапана является составным и комплектуется из трех частей: скобы 2 и шарового сегмента 1, состоящего в свою очередь из двух частей: внешней части шарового сегмента 10 и опорной внутренней части шарового сегмента 11, скрепленных между собой, работающих как единое целое. Скоба 2 запорного органа крепится на валах: нижнем опорном 4 и шпинделем 3, который кинематически связывает с приводом клапана либо ручным, либо электрическим, либо пневматическим. Оба вала перпендикулярны направлению регулируемого потока абразивной жидкости, содержащей 10-3-% твердого, и соосны; закреплены в корпусе 5 клапана перпендикулярно образующей цилиндрического корпуса. Корпус клапана цельный. Роль седла регулирующего клапана выполняет уплотнительное кольцо 6 с прокладкой 7, закрепленной к корпусу клапана фиксирующим кольцом 8, герметизацию валов обеспечивают сальники 9.
Клапан сегментный регулирующий работает следующим образом:
Вращение выходного вала привода через муфту передается на шпиндель 3 клапана и нижнюю опору клапана 4, закрепленные в скобе 2.
запорного органа, при этом весь запорный орган 1 разворачивается относительно оси шпинделя. При этом изменяется поперечное проходное сечение клапана и, как следствие, регулируется объем потока проходящей жидкости. Поскольку жидкостной поток является абразивным и содержащим большой процент твердого, шаровой сегмент выполнен составным из двух частей: внешней части шарового сегмента 10 и опорной внутренней части шарового сегмента 11. Причем внешняя часть выполнена из эластичного материала - резины марок СКС, СКД, СКФ, СКТ, СКЭПТ; внутренняя опорная часть шарового сегмента 11 выполнена из коррозионного стойкого материала, обеспечивая опору для эластичной внешней части. Седло клапана 6 может быть выполнено из спеченого высокоабразивного высокоэрозионностойкого материала на основе либо корунда, либо борида, либо металлокерамики на основе диоксида циркония, карбидов вольфрама, тантала, ниобия, кобальта.
Запорный орган клапана может быть выполнен, используя пространственную конструкцию вместо шарового сегмента шаровой пояс, что важно особенно для больших диаметров поперечного сечения клапанов.
Запорный орган клапана при этом для повышения жесткости запирания потока жидкости при использовании шарового пояса может быть использован составным в виде конфигурации из 4 частей.
При этом внешняя часть шарового пояса 10 может быть выполнена из металлической пластины достаточно небольшой толщины, но в комплекте с средней частью 12, выполненной из эластичной резины и внутренней части 11, также выполненной из металлической пластины значительной большей толщины, такая конструкция шарового пояса обеспечивает устойчивость запорного органа и высокую степень эрозионной стойкости.
Запорный орган может быть выполнен с небольшим эксцентроситетом относительно седла в больших углах отклонения 5-90° от условия запирания потока, чтоб исключить соприкосновение шаровых поверхностей шарового затвора, седла и легкость регулирования поперечного сечения, исключив
трение поверхностей, но в то же время обеспечить плотное соприкосновение при полном запирании потока жидкости в районе 0-5 разворота. Возможно выполнение запорного органа при различных соотношениях составных частей шарового сегмента, либо шарового пояса,
h внутр. опорн=(0.10-0.30) h для шарового сегмента;
h внутр. опор=(0.10-0.30)h1,
h внеш=(0.05-0.15)h1 для шарового пояса
h, h1 - высота шарового сегмента, пояса.
Предложенная полезная модель имеет новизну и изобретательский уровень, так как использует новые конструктивы запорного органа, новые материалы элементов конструкции - позволяющие обеспечить поставленную цель. Предложенная модель промышленно применима в промышленности: металлургии, строительстве, геологии, где используется регулирование потока абразивных жидкостей с высоким содержанием твердого в пульпе.
Литература
1. Свидетельство на полезную модель РФ №19113, F 16 K 13/02, з. №2001106097, приор. 14.03.01, опубл. 10.08.01, БИ №22 - 01 г.
2. Каталог ОАО «Союзцветметавтоматика», Клапан запорно-пневмогидравлический КЗ-4, лист 4.1. Москва, 2006 г.
3. Номенклатурный каталог ЗАО НПП «Автоматика», г.Владимир, 2005-2006 г.
4. Большая Советская Энциклопедия, Москва, Изд-во БСЭЮ 1973 г, «Резина».
5. Каталог «ОАО Чепепкий механический з-д. Международная «Выставка «Архимед», 2006 г. Москва