ПОВОРОТНЫЙ ДИСКОВЫЙ ЗАТВОР
ROTARY DISK SHUTTER

Изобретение относится к трубопроводной арматуре, в частности к затворам с поворотными дисками.
Известен поворотный дисковый затвор, защищенный патентом DE 3129396, МПК F16K 15/03, дата публикации - 10.02.83. Поворотный дисковый затвор содержит корпус с проточной частью, в которой на оси установлен поворотный рабочий диск. В корпусе затвора установлено неметаллическое уплотнительное кольцо, с которым контактирует коническая металлическая кромка диска.
В условиях повышенных температур при длительном контакте резины с металлом происходит ее залипание. Для преодоления залипания резины приводное усилие на диске в момент открытия затвора должно превышать величину приводного усилия, достаточную для нормальных условий работы. Это влечет за собой увеличение пусковой нагрузки, необходимой для открытия затвора. Неравномерность теплового расширения резины и металла может приводить к защемлению диска, что также затрудняет открытие затвора и приводит к дополнительному повышению нагрузки на привод.
Недостаток предыдущего аналога отсутствует в поворотном дисковом затворе, защищенном патентом US 3945398, МПК F16K 15/02, дата публикации - 23.03.76. Второй аналог содержит корпус с проточной частью и поворотный диск, установленный в корпусе со смещением его поворотной оси относительно оси проточной части. Уплотнение в затворе осуществляется взаимно прилегающими коническими металлическими поверхностями корпуса и диска (затвор типа «металл по металлу»), которые не залипают при длительном контакте в условиях повышенных температур.
Однако при работе на загрязненных средах затвор типа «металл по металлу» не обеспечивает достаточной герметичности.
Прототипом заявляемого поворотного дискового затвора является устройство, защищенное патентом RU 2248485, МПК F16K 15/03, дата публикации - 20.03.75.
Затвор-прототип содержит корпус, седло в виде эластичного уплотнительного кольца в корпусе, приводной вал и соединенный с валом через рычаг поворотный диск с плоской уплотнительной поверхностью. Рычаг выполнен сборным из двух рычагов-коромысел, один из которых зафиксирован на поворотном валу, а второй - соединен с поворотным диском плоским шарниром. Оба рычага-коромысла снабжены поверхностями для контакта с поворотным диском. Рычаги-коромысла соединены друг с другом плоским шарниром. На обращенных друг к другу поверхностях рычагов-коромысел выполнены две пары взаимных упоров для ограничения относительного углового смещения рычагов-коромысел в обе стороны. Между одной парой упоров установлен амортизатор. Зафиксированный на поворотном валу рычаг-коромысло соединен с поворотным диском упругой связью.
При вращении приводного вала на открытие поворотного дискового затвора одна пара упоров рычагов-коромысел вступает во взаимный контакт, в результате чего сборный рычаг приобретает жесткую конфигурацию и передает приводное усилие от приводного вала поворотному диску, который при движении на открытие опирается сначала на одну, а затем на другую упорную поверхность сборного рычага для контакта с поворотным диском и поддерживается в этом положении упругой связью с рычагом. Плечо крутящего момента при этом равно расстоянию от центра поворотного вала до плоского шарнира.
При вращении приводного вала на закрытие поворотного дискового затвора пара контактирующих упоров рычагов-коромысел выходит из взаимного контакта, при этом другая пара упоров рычагов-коромысел взаимодействует с установленным между ними амортизатором. При закрытии поворотного дискового затвора амортизатор гасит энергию удара поворотного диска о седло.
Недостатком прототипа является большой крутящий момент на приводном валу поворотного дискового затвора.
Заявляемое техническое решение позволяет решить задачу уменьшения крутящего момента на валу затвора при его открытии.
Поставленная техническая задача решена в поворотном дисковом затворе, содержащем корпус с седлом и уплотнительным элементом, приводной вал и поворотный диск, соединенный с приводным валом при помощи сборного рычага. Сборный рычаг снабжен упорами для контакта с поворотным диском и включает пару рычагов-коромысел, первый из которых зафиксирован на приводном валу и соединен упруго-подвижно с поворотным диском, второй рычаг-коромысло соединен плоскими шарнирами с первым рычагом-коромыслом и с поворотным диском. Взаимный относительный поворот рычагов-коромысел в обе стороны ограничен выполненными на них попарно упорными поверхностями, расположенными под углом друг к другу. Величина угла, образованного упорными поверхностями первого рычага-коромысла, превышает величину угла, образованного упорными поверхностями второго рычага-коромысла. При взаимном контакте одной пары упорных поверхностей во время движения поворотного диска на закрытие затвора центры вращения приводного вала и плоских шарниров расположены на прямой линии. При взаимном контакте второй пары упорных поверхностей во время движения поворотного диска на открытие затвора центры вращения приводного вала и плоских шарниров образуют треугольник. Сборный рычаг является ломающимся подкосом для поворотного диска. Шарнирное соединение рычагов-коромысел снабжено регулировочными эластичными втулками. Упорная поверхность может быть выполнена на пяте, соединенной резьбовым стержневым элементом с подпятником, выполненным на рычаге-коромысле. В рычаге-коромысле может быть выполнено резьбовое отверстие для резьбового стержневого элемента с головкой, на которой может быть выполнен в виде пяты либо подпятника упор сборного рычага для контакта с поворотным диском, при этом на поворотном диске выполнена ответная контактная поверхность для упора.
Существо изобретения поясняется чертежами:
на фиг.1 изображен заявляемый поворотный дисковый затвор в закрытом положении, продольный разрез;
на фиг.2 - поворотный дисковый затвор в закрытом положении, вид слева;
на фиг.3 - выносной элемент А фиг.1, механизм сборного рычага;
на фиг.4 - то же, механизм сборного рычага с самоустанавливающейся опорой;
на фиг.5 - поворотный дисковый затвор при положении диска, соответствующем конечной стадии контакта диска с седлом при открытии и начальной стадии контакта диска с седлом при закрытии;
на фиг.6 - выносной элемент Б фиг.5;
на фиг.7 - поворотный дисковый затвор при положении диска, соответствующем полному его отходу от седла;
на фиг.8 - выносной элемент В фиг.7;
на фиг.9 - поворотный дисковый затвор в открытом положении;
на фиг.10 - выносной элемент Г фиг.9;
на фиг.11 - разрез по Д-Д фиг.10, регулировочные втулки установлены в отверстии первого рычага-коромысла;
на фиг.12 - то же (вариант исполнения), регулировочные втулки установлены в отверстии второго рычага-коромысла.
1
2
3
Поворотный дисковый затвор содержит корпус 1 с уплотнительным седлом 2, приводной вал 3 с осью вращения, проходящей через точку O, и поворотный диск 4, закрепленный на приводном валу 3 через проушину 5 и сборный рычаг 6. На сборном рычаге 6 выполнены упоры 7 и 8 для контакта с поворотным диском 4. Сборный рычаг 6 включает пару рычагов-коромысел 9 и 10. Рычаг-коромысло 9 зафиксирован на приводном валу 3 шпонкой 11 и пружиной 12 связан с поворотным диском 4. Рычаг-коромысло 10 соединен с рычагом-коромыслом 9 плоским шарниром, включающим поворотную ось 13 с центром поперечного сечения в точке O. С поворотным диском 4 рычаг-коромысло 10 соединен плоским шарниром, включающим поворотную ось 14 с центром поперечного сечения в точке О. На рычагах-коромыслах 9 и 10 выполнены парные упорные поверхности 15, 16 и 17, 18. Упорные поверхности 15 и 17 на рычаге-коромысле 9 расположены под углом α друг к другу, упорные поверхности 16 и 18 на рычаге-коромысле 10 расположены под углом β друг к другу, где α>β. Ось 13 снабжена регулировочными эластичными втулками 19, установленными в отверстии рычага-коромысла 9, и/или регулировочными эластичными втулками 20, установленными в отверстии рычага-коромысла 10. Приводной вал 3 соединен с приводом 21.
Упорная поверхность 17 может быть выполнена самоустанавливающейся, например, на плавающей пяте 22 с профилированным основанием. Пяту 22 в этом случае крепят резьбовым стержневым элементом 23 к профилированному подпятнику 24, выполненному на рычаге-коромысле 9.
Упор 7 сборного рычага 6 может быть выполнен регулируемым, например, на головке резьбового стержня (винта) 25, который установлен в резьбовом отверстии 26 рычага-коромысла 10. Головка винта 25 может быть выполнена в виде профилированной пяты 27. В этом случае на поворотном диске 4 выполняют ответную контактную профилированную поверхность 28 (подпятник) для профилированной головки винта 25. Профилированная пята может быть выполнена на поворотном диске 4, в этом случае профилированный подпятник выполняется на головке винта 25.
При большом диаметре корпуса 1 затвора для улучшения управляемости поворотным диском 4 от приводного вала 3 целесообразно использовать пару симметричных сборных рычагов 6, соединенных между собой поперечиной 29.
Е - точка на уплотнительной поверхности седла 2.
Заявляемый поворотный дисковый затвор работает следующим образом.
1
2
3
1
3
В закрытом положении поворотного дискового затвора упорные поверхности 17 и 18 рычагов-коромысел 9 и 10 находятся во взаимном контакте, при этом центры вращения О, O и О располагаются практически на общей прямой линии, а сборный рычаг 6 образует жесткий подкос для диска 4. Усилие прижатия поворотного диска 4 к седлу 2 равняется частному от деления крутящего момента М на валу 3 на плечо OO.
1
Для открытия затвора на приводной вал 3 передается вращение от привода 21, Приводной вал 3 поворачивается вокруг своей оси, проходящей через центр вращения O (на фиг.1 - против часовой стрелки). Вместе с приводным валом 3 поворачивается зафиксированный на приводном валу 3 рычаг-коромысло 9.
Открытие затвора происходит в два этапа.
1
2
2
1
2
На первом этапе открытия с поворотом приводного вала 3 и рычага-коромысла 9 вокруг оси, проходящей через точку O, жесткий подкос диска 4 ломается в точке O, рычаг-коромысло 10 разворачивается относительно рычага-коромысла 9 в плоском шарнире с поворотной осью 13 в пределах угла α-β до соприкосновения упорных поверхностей 15 и 16, упор 7 (27) рычага-коромысла 10 входит в контакт с поворотным диском 4, диск 4 поворачивается с упором в точке Е на седле 2 и под действием пружины 12 входит в контакт с упором 8 рычага-коромысла 9. Усилие открытия затвора приложено в точке O ломающегося подкоса и равно частному от деления крутящего момента М на валу 3 на плечо OO.
1
При дальнейшем повороте приводного вала 3 и рычага-коромысла 9 вокруг центра вращения O происходит второй этап открытия затвора, во время которого поворотный диск 4 прижат к упору 8 рычага-коромысла 9 пружиной 12 и поворачивается вместе с ними до положения полного открытия (фиг.10).
В положении полного открытия затвора амплитуда колебаний диска 4 в потоке рабочей среды ограничена упорами 7 (27) и 8.
Закрытие затвора происходит также в два этапа.
На первом этапе закрытия затвора из положения полного открытия (фиг.9) диск 4 прижат пружиной 12 к упору 8 рычага-коромысла 9 (фиг.10). Совместный поворот в обратном направлении вала 3 и диска 4 происходит до упора диска 4 в седло 2 в точке Е (фиг.5). Рычаг-коромысло 10 разворачивается относительно рычага-коромысла 9 в плоском шарнире с поворотной осью 13 в обратном направлении до соприкосновения упорных поверхностей 17 и 18.
1
2
3
На втором этапе закрытия затвора происходит поворот диска 4 относительно точки Е (фиг.5) и прижатие диска 4 к седлу 2 с растяжением пружины 12. В момент закрытия затвора точки O, О и О вновь устанавливаются практически на общей прямой линии, а сборный рычаг 6 образует жесткий подкос для диска 4.
1
2
1
3
Как видно из чертежа, плечо приложения усилия открытия затвора OO меньше плеча приложения усилия закрытия затвора OO. Использование в конструкции сборного рычага 6 принципа ломающегося подкоса позволяет получить выигрыш в усилии открытия затвора по сравнению с усилием закрытия затвора при постоянстве величины крутящего момента М на поворотном валу 3.
1
2
3
Взаимное смещение на плоскости точек O, O и О в процессе открытия-закрытия поворотного затвора компенсируется деформацией эластичных втулок 19 либо 20.