Уплотнительный узел клапана

 

Изобретение относится к арматуростроению и может быть использовано в конструкциях запорных клапанов, работающих в условиях низких температур. Цель изобретения - повышение надежности работы в условиях колебания температур рабочей среды в пределах 70-700 К. Уплотнительный узел содержит седло 1 и запорный элемент 2с тороидальной прокладкой 3. На торце запорного элемента 2 закреплен упор 5 с тороидальным углублением 6 под прокладку 3Поверхности седла 1 и запорного элемента 2 выполнены вогнутыми таким образом, что обеспечивается постоянный контакт прокладки 3 с поверхностью седла 1 и запорного элемента 2 во всем диапазоне изменения температур. Прокладка 3 при открытом клапане всегда располагается на упоре 5, а при закрытом занимает положение на запорном элементе 2, соответствующее температуре рабочей среды. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s F 16 К 25/00, 1/32

ГОСУДАР СТ В Е ННЫ Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ь 7 (21) 4463672/29 (22) 21.07.88 (46) 23.09.91. Бюл. ¹ 35 (72) А.Г,Зраковский, Е,А.Варганов и Г.А,Бараблина (53) 621,646 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 276663, кл. F16 К 1/12,,1971.

Заявка ФРГ № 1910451, кл. 47g 1/38, 1970. (54) УПЛОТНИТЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ КЛАПАНА (57) Изобретение относится к арматуростроению и может быть использовано в конструкциях запорных клапанов, работающих в условиях низких температур. Цель изобретения — повышение надежности работы в

„„5U 1679112 А1 условиях колебания температур рабочей среды в пределах 70-700 К, Уплотнительный узел содержит седло 1 и запорный элемент

2 с тороидальной прокладкой 3. На торце запорного элемента 2 закреплен упор 5 с тороидальным углублением 6 под прокладку

3, Поверхности седла 1 и запорного элемента 2 выполнены вогнутыми таким образом, что обеспечивается постоянный контакт прокладки 3 с поверхностью седла 1 и запорного элемента 2 во всем диапазоне изменения температур, Прокладка 3 при открытом клапане всегда располагается на упоре 5, а при закрытом занимает положение на запорном элементе 2, соответствующее температуре рабочей среды. 1 ил.

1679112

10

20

Изобретение относится к арматуростроению и может быть использовано в конструкциях запорных клапанов.

Цель изобретения — повышение надежности работы в условиях колебания температуры рабочей среды в пределах 70-700 К.

На чертеже изображен уплотнительный узел, разрез.

Уплотнительный узел клапана содержит седло 1 и запорный элемент 2 с тороидальной прокладкой 3. На торце запорного элемента 2, обращенном к седлу 1, закреплен при помощи винта 4 упор 5 с тороидальным углублением G, радиус которого равен радиусу прокладки 3. Седло 1 и запорный элемент 2 выполнены сужающимися в направлении закрытия клапана и имеют Вогнутую поверхность соответственно 7 и 8, при этом образующие поверхностей седла

1 и запорного элемента 2 представляют собой дуги окружностей, параметры которых связаны следующим математическим выражением:

М > + %, где в — угол дуги окружности, центр которой расположен на плоскости торца i-ro уплотняемого элемента;

1 — условное обозначение уплотняемого элемента (седло или запорный элемент); и — угол трения между материалами

I-го уплотняемого элемента и прокладкой

y = arctg fi, fi — коэффициент трения между материалами i-ro уплотняемого элемента и прокладкой;

P — угол, определяемый условиями относительного термического расширения материалов i-го уплотняемого элемента и прокладки

h1

Ri ——

P > arccos

2 и

R — радиус дуги окружности образующей поверхностей 1-ых уплотняемых элементов;

hl — величина относительного изменения диаметров! -ых уплотняемых элементов и прокладки в диапазоне изменения температуры рабочей среды

h = Di(а1 — а )(тм,« - tM„), Dt — диаметр прокладки в месте контакта ее с i-ым уплотняемым элементом; а1 — коэффициент линейного термического расширения материала прокладки;

Q — коэффициент линейного термического расширения материала поверхности

i-го уплотняемого элемента;

t«c — максимальное значение температуры рабочей среды; т„нн — минимальное значение температуры рабочей среды.

Наружный диаметр упора 5 и запорного элемента 2 выполнен меньше внутреннего диаметра проходного отверстия 9 седла 1.

Формирование сопрягаемых поверхностей седла 1 и запорного элемента 2 осуществляется следующим образом.

Определяют параметры и условия работы уплотнительного узла клапана, т.е, диаметр сечения материала прокладки 3, диаметр прокладки 3 при температуре окружающего воздуха, диаметр проходного отверстия 9

В СЕДЛЕ 1, МаКСИМаЛЬНОЕ t

3, а также запорного элемента 2 и прокладки

3. Из формулы

hI = Di(Q1 Qt)(tMa«1мин), где Di — диаметр прокладки 3 в месте контакта ее с седлом 1 О, или с запорным элементом 2 Оз;

Q1 — коэффициент линейного термического расширения материала прокладки 3; а — коэффициент линейного термического расширения материалов седла 1 ас или запорного элемента 2 аз;

tMaKc — максимальное значение температуры рабочей среды;

tM H — минимальное значение температуры рабочей среды; определяют величину относительного изменения диаметров сопрягаемых поверхностей седла 1 и прокладки 3 hc, прокладки 3 и запорного элемента 2 hs в диапазоне изменения температуры рабочей среды, Из выражения

h1

 ——

>В ) агссоз

К где Ri — радиус дуг окружностей образующих поверхностей седла 1 Rc и запорного элемента 2 Ra, определяют угол, зависящий от условий относительного термического расширения материалов седла 1 Рс и прокладки 3, запорного элемента 2 j4 и. прокладки 3. При этом величину радиуса дуг окружностей образующих поверхностей седла 1 Rc и запорного элемента 2 R3 опре1679112 деляют методом последовательных приближений, исходя иэ условия

©с > ) c + Pc

ЙЬ > pa +Pa и с учетом того, что отсчет угла и начинается от верхней плоскости седла 1, а угла в,— от нижней плоскости запорного элемента 2 с отклонением от внутреннего диаметра проходного отверстия 9 в седле 1 и от наружного диаметра запорного элемента 2 на половину разности диаметра сечения материала прокладки 3 и зазора между диаметрОм проходного отверстия 9 седла 1 и диаметром упора 5.

При изменении температуры рабочей

СРЕДЫ От !макс ДО тмин ИЛИ От тмин ДО тмакс устройство работает следующим образом.

Обычно изменения температуры рабочей среды происходят в процессе, когда клапан открыт, т.е. рабочая среда проходит через отверстие 9. Обычно коэффициент линейного термического расширения материала прокладки 3 выше, чем у материалов седла 1 и запорного элемента 2, При работе клапана в условиях максимальной температуры внутренний диаметр прокладки 3 становится больше, чем у сопрягаемой поверхности запорного элемента 2, в результате чего прокладка 3 под воздействием своего веса опускается на упор 5. При движении запорного элемента 2 вниз прокладка 3 упирается в верхнюю часть поверхности 7 седла 1 и останавливается, а запорный элемент 2 продолжает движение вниз до контакта своей поверхностью 8 с прокладкой 3.

Под воздействием прилагаемой силы к запорному элементу 2 прокладка 3 упруго деформируется в местах ее контакта с поверхностями 7 и 8, в результате чего уплотнение происходит по линии, ширина которой зависит от степени приближения кривизны поверхностей 7 и 8 к кривизне поверхности прокладки 3. В положении, когда клапан закрыт и течение рабочей среды через проходное отверстие 9 прекращено, рабочая среда, находящаяся в полостях клапана, начинает охлаждаться за счет теплообмена клапана с окружающей средой.

Охлаждаются также седло 1, запорный элемент 2 и прокладка 3. В результате этого прокладка 3 начинает оказывать воздействие на поверхность 8 запорного органа 2, которое разлагается на составляющие, Одна из этих составляющих направлена вниз и, преодолевая силу трения между прокладкой 3 и поверхностью 8, стремится сдвинуть прокладку 3 вниз, чем достигается дополнительное воздействие со стороны поверхности прокладки 3 на поверхность 7 седла 1 и

55 дополнительное сжатие прокладки 3 между уплотняемыми поверхностями 7 и 8. B случае, когда в момент открытия клапана на седло 1, запорный элемент 2 и прокладку 3 воздействует рабочая среда при максимальном значении температуры, при закрытом клапане прокладка 3 располагается в верхней части поверхностей 7 и 8, где угол наклона образующей поверхности 8 больше, чем у образующей поверхности 7, что способствует большему воздействию со стороны поверхности 8 через прокладку 3 на поверхность 7 при закрытом клапане, При открывании клапана перемещают запорный элемент 2 вверх. Так как угол наклона образующей поверхности 8 больше, чем у образующей поверхности 7, то прокладка 3 вначале отсоединяется от поверхности 8, запорный элемент 3 продолжает свое перемещение вверх до контакта прокладки 3 с поверхностью тороидального углубления 6 упора 5, при дальнейшем движении запорного элемента 2 вверх прокладка 3 отсоединяется от поверхности 7 и перемещается вместе с запорным элементом 2 и упором 5 до верхнего крайнего положения, при котором проход для рабочей среды через отверстие 9 полностью открыт.

Цикл работы устройства при минимальной температуре рабочей среды осуществляется следующим образом.

В этом случае прокладка 3 располагается в нижней части поверхностей 7 и 8, при закрытом клапане среда в полостях клапана нагревается, нагреваются также седло 1, прокладка 3 и запорный элемент 2, в результате чегоо прокладка 3, расширяясь, оказывает уже воздействие на поверхность 7 седла 1, которое разлагается на составляющие. Одна из этих составляющих направлена вверх и стремится сдвинуть прокладку 3 вверх, в результате чего прокладка 3 испытывает дополнительное сжатие между поверхностями 7 и 8. В этом случае угол наклона поверхности 7 в месте контакта с прокладкой 4 больше угла наклона повер-. хности 8, что способствует большему воздействию со стороны поверхности 7 через прокладку 3 на поверхность 8 при закрытом клапане. При открывании клапана прокладка 3 отрывается вначале от поверхности 7, положение же прокладки 3 на поверхности

8 может сохраниться до пропуска через отверстие 9 рабочей среды при ма;;симальной величине температуры. После этого прокладка, расширяясь, под воздействием своего веса перемещается вниз до тороидального углубления 6 упора 5.

Движение прокладки 3 вдоль уплотняемых поверхностей 7 и 8 при закрытом кла1679112

Составитель М.Кольцова

Техред M. Моргентал Корректор М,Кучерявая

Редактор М.Янкович

Заказ 3196 Тираж 429 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 пане под воздействием разности тепловых расширений материалов седла 1, прокладки

3 и запорного, элемента 2 обеспечивается за счет того, что контакт прокладки 3 осуществляется на участках поверхностей 7 и 8, имеющих угол наклона, превышающий значение угла трения у< и у .

При значениях температуры рабочей среды, равных смаке, прокладка 3 находится в верхней части поверхностей 7 и 8 и воздействие от разности термических расширений седла 1, запорного элемента 2 и прокладки 3 передается от запорного элемента по направлению к седлу 1. Дри температуре т указанное воздействие передается от седла 1 по направлению к запорному элементу 2, а прокладка 3 расположена в нижней части поверхностей 7 и 8.

Вогнутость поверхностей 7 и 8 увеличивает площадь контакта с прокладкой 3, что повышает вероятность перекрытия микронеровностей на поверхности сопрягаемых деталей, или же уменьшает величину усилий, воздействующих на уплотняемый элемент, Это позволяет производить герметизацию клапана при упругих деформациях

5 прокладки, что повышает срок ее службы и увеличивает надежность уплотнительного узла в условиях колебаний температуры рабочей среды.

10 Формула изобретения

Уплотнительный узел клапана, содержащий сужающиеся в направлении его закрытия седло и запорный элемент с тороидальной прокладкой, о т л и 4 а ю щ и15 и с я тем, что, с целью повышения надежности в работе в условиях колебания температуры рабочей среды, поверхности седла и запорного элемента выполнены вогнутыми, а на торце запорного элемента, обращен20 ном к седлу, установлен упор с тороидальным углублением, радиус которого равен радиусу прокладки.