Клиновая задвижка

 

Использование: для герметичного перекрытия трубопроводов с водой, паром и неагрессивными жидкостями. Сущность изобретения: к корпусу с наклонными уплотнительными поверхностями и крышкой прикреплено донышко. В корпусе перемещается возвратно-поступательно шпиндель, соединенный с клиновым запорным органом. Донышко выполнено в виде мембраны, присоединенной к корпусу сварным швом. Мембрана может быть выполнена или сферической, или плоской, или гофрированной формы. Толщина мембраны меньше толщины стенки корпуса не менее, чем в 2,5 - 3 раза. 4 з. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к арматуростроению, а именно к запорной трубопроводной арматуре, и может быть использовано для герметичного запирания трубопроводов с водой, паром и неагрессивными жидкими средами.

Известно множество клиновых задвижек, корпуса которых могут иметь литую или сварную конструкцию.

Известна задвижка, содержащая корпус с крышкой, внутри которого размещены запорный орган и посадочное кольцо с уплотнительными поверхностями (Патент СССР N 1222206, кл. F 18 K 3/14, 1983). Запорный орган выполнен из двух дисков в форме конуса. Диски снабжены уплотнительными поверхностями и присоединены к шпинделю, на конце которого имеется привод.

Известна задвижка, содержащая корпус с патрубками, в котором размещен затвор, состоящий из клиновых дисков с уплотнительными поверхностями (авт. св. СССР N 1672066, кл. F 15 K 3/18, 1989). Между дисками установлен распорный элемент в виде пластины. Затвор связан со штоком, фиксируется в направляющих и опирается на седла.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату является клиновая задвижка, содержащая корпус, во внутренней полости которого между концами магистральных патрубков расположен запорный орган, состоящий из двух запорных дисков и соединенный со шпинделем, возвратно-поступательно перемещающимся в корпусе задвижки (авт.св. СССР N 1707383, кл. F 16 K 3/12, 1989).

Конструкция этой задвижки позволяет повысить ее ремонтопригодность, но только в части ее отдельных элементов (узлов). Однако эта задвижка, как и все вышеупомянутые задвижки, становится не ремонтопригодной в случае разрушения корпуса или его узлов из-за повышения давления рабочей среды, в частности воды, проходящей через полость корпуса, например, при случайном замерзании воды от понижения температуры окружающего воздуха, что нередко встречается на практике, особенно в районах Крайнего Севера и полярных широтах. Разрушение корпуса, а также отдельных узлов задвижки приводит к полному выходу задвижки из эксплуатации и непригодности ее к ремонту и восстановлению. За счет этого снижается срок службы задвижки.

Задача изобретения создание такой конструкции клиновой задвижки, которая бы повысила ремонтопригодность ее за счет восстановления корпуса задвижки и тем самым значительно увеличила срок службы. Постановка такой задачи вызвана тем, что, как известно, на практике имеют место случаи полного разрушения корпусов задвижек или отдельных ее частей при случайном замерзании воды в корпусах задвижек и от расширения льда. В таких случаях происходит нарастание давления внутри корпуса задвижки, которое воздействует на все его стенки, во всех направлениях одинаково, что приводит к разрушению корпуса или отдельных элементов задвижки. Повреждение элементов неизбежно приводит к потере запирающего свойства задвижки, а в случае разрушения корпуса к полной утрате ремонтопригодности задвижки. Работы по исправлению, например, запорных посадочных мест или самого корпуса очень трудоемки, а затраты на эту работу могут превысить в несколько раз затраты на изготовление новой задвижки. По данным судоремонтных предприятий 90-95% аварийной запорной арматуры судовых трубопроводов, в том числе и клиновых задвижек, вышедших из строя в результате замерзания зоны, не подлежат восстановлению, т.е. полностью теряют ремонтопригодность. В то же время известно, что стоимость запорных устройств в трубопроводных системах различных установок составляет от 40 до 65% от стоимости всей системы трубопроводов.

Вот почему повышение ремонтопригодности клиновых задвижек и увеличение срока их службы являются острой, актуальной проблемой в арматуростроении, в частности для судостроения и судоремонта Цель изобретения усовершенствование известной клиновой задвижки с одновременным повышением ее ремонтопригодности и увеличением срока службы.

Для этого в клиновой задвижке, содержащей корпус с наклонными уплотнительными поверхностями, крышку и присоединенное к корпусу донышко, возвратно-поступательно перемещающийся в корпусе шпиндель, соединенный с запорным органом в виде клинового затвора, донышко корпуса выполнено в виде металлической мембраны, которая по периметру приварена к корпусу сварным швом.

Донышко может быть выполнено либо сферическим, либо плоским, либо гофрированным, причем толщина мембраны не менее, чем в 2,5-3 раза меньше толщины стенки корпуса.

Совокупность всех этих отличительных признаков позволяет получить технический результат, заключающийся в повышении ремонтопригодности и увеличении срока службы задвижки.

Доказательством последнего утверждения является следующее обоснование. Выполнение донышка корпуса в виде металлической мембраны с гофрами, за счет чего оно становится податливым, т.е. способным прогибаться, позволяет в начальный момент замерзания воды в полости задвижки понизить давление внутри корпуса ниже критического (ниже давления разрушения) и на какое-то время приостановить момент разрушения задвижки, так как гофры, растягиваясь, позволяют в то же время донышку прогибаться наружу, увеличивая объем полости корпуса, и таким образом способствуют понижению давления внутри корпуса ниже критического.

Выполнение донышка с толщиной стенки δ₂ в 2,5-3 раза меньше толщины стенки δ₁ корпуса еще в большей степени способствует снижению критического давления в полости корпуса (за счет упругой деформации).

В случае, если упругая деформация донышка за счет гофр и тонкой стенки не обеспечит снижения критического давления в полости корпуса задвижки, то при нарастании давления, когда давление внутри корпуса превысит рабочее давление примерно в 2,5-3 раза, произойдет разрушение в первую очередь сварного шва, герметичность донышка нарушится, давление внутри корпуса снизится. В результате разгерметизации корпуса из-за отсоединения донышка, сохранятся в целостности сам корпус задвижки и ее элементы. В этом случае донышко как бы все усилия принимает на себя.

При восстановлении (ремонте) такой задвижки потребуется восстановление только сварного шва (подварка) донышка или приварка нового донышка, после чего задвижка вновь может использоваться по своему прямому назначению. Работа эта несложная, нетрудоемкая и быстро выполнимая.

Благодаря этому повышается ремонтопригодность клиновой задвижки, ускоряется процесс ее восстановления и увеличивается срок ее службы.

Простота конструкции и несложная технология изготовления предлагаемой задвижки обеспечивают возможность широкого ее использования на практике, в частности, в системах трубопроводов на морских судах.

На фиг.1 представлена задвижка в продольном разрезе; на фиг.2 узел I на фиг. 1 (донышко корпуса плоское); на фиг.3 узел I на фиг.1, донышко корпуса сферическое с гофрами; на фиг.4 схема распределения давления в полости корпуса в результате быстрого нарастания давления (в результате замерзания воды).

Клиновая задвижка содержит корпус 1, преимущественно сварной, который имеет входной 2 и выходной 3 магистральные патрубки, крышку 4 и донышко 5. Патрубки внутри корпуса снабжены наклонными запирающимися поверхностями 6. Внутри корпуса между запирающимися поверхностями 6 расположен запорный клиновой орган 7, который состоит из двух симметричных половин, действующих совместно и связанных друг с другом шарнирно. Клиновой запорный орган 7 присоединен к возвратно-поступательно перемещающемуся шпинделю 8, имеющему резьбовой ручной привод 9 для подъема и опускания клинового напорного органа 7 и сальниковое уплотнение 10. Донышко 5 выполнено в виде металлической мембраны, которая по периметру присоединена к корпусу 1 несиловым сварным швом 11. Донышко (мембрана) может быть выполнено плоским (фиг.2), сферическим (фиг.3) или гофрированным, причем предпочтительно исполнение донышка гофрированным (фиг. 1, 3). Во всех случаях толщина мембраны должна быть не менее, чем в 2,5-3 раза меньше толщины стенки корпуса 1.

Задвижка работает следующим образом.

В обычном нормальном режиме трубопроводов клиновая задвижка выполняет свою непосредственную функцию и свое назначение как запорное устройство. Перекрытие прохода осуществляется поступательным перемещением запорного органа 7 в направлении, перпендикулярном движению потока транспортируемой среды.

В случае превышения давления рабочей среды, проходящей через полость корпуса 1 задвижки, например, при случайном замерзании воды, происходит быстрое нарастание давления внутри корпуса, которое воздействует на все его стенки, во всех направлениях одинаково (фиг.4), что грозит разрушением любых элементов задвижки, прежде всего корпуса 1, сальникового зла 10, клинового запорного органа 7 и посадочных наклонных поверхностей 6.

В начальный момент нарастания давления (в начальный момент замерзания воды в полости корпуса), в случае наличия гофр у донышка 5, гофры растягиваются, донышко прогибается наружу (фиг.3 пунктирная линия), тем самым объем корпуса 1 увеличивается, что способствует понижению давления внутри корпуса ниже критического (ниже давления разрушения).

В случае плоского донышка (без гофр) при нарастании давления в корпусе за счет гибкости донышко также прогибается наружу (но не настолько, как с гофрами), объем незначительно увеличивается, что также способствует понижению давления. Схема прогиба донышка показана пунктирными линиями на фиг.2, 3.

Таким образом, в начальный момент нарастания давления в корпусе благодаря гибкой (податливой) конструкции донышка, за счет ее упругой деформации, оно воспринимает всю нагрузку на себя, тем самым предотвращает разрушение задвижки. Если при этом в дальнейшем нарастание давления не произойдет, то разрушение задвижки также не произойдет.

В случае же дальнейшего повышения давления внутри корпуса, когда донышко за счет упругой деформации не обеспечит снижения критического давления в полости корпуса, произойдет разрушение сварного шва 11 и донышко отсоединится от корпуса. В результате разгерметизации корпуса давление в его полости упадет, дальнейшее разрушение приостановится, тем самым сохранятся в целостности сам корпус задвижки и все ее упругие элементы (узлы).

После ремонта задвижки, который заключается в подварке старого донышка (восстановление несилового шва) или приварки нового донышка опять же несиловым швом, она вновь готова к дальнейшей эксплуатации.

Таким образом, предлагаемая клиновая задвижка имеет двойную защиту от потери ремонтопригодности из-за случайного превышения давления (замерзания). Это достигается, во-первых, за счет выполнения донышка в виде металлической мембраны (тонкостенной, с гофрами), во-вторых, за счет крепления донышка к корпусу несиловым сварным швом.

Формула изобретения

1. КЛИНОВАЯ ЗАДВИЖКА, содержащая корпус с наклонными уплотнительными поверхностями, крышкой и присоединенным к нему донышком, возвратно-поступательно перемещающийся в корпусе шпиндель, соединенный с клиновым запорным органом, отличающаяся тем, что донышко корпуса выполнено в виде мембраны, присоединенной к корпусу сварным швом.

2. Задвижка по п.1, отличающаяся тем, что мембрана выполнена сферической формы.

3. Задвижка по п.1, отличающаяся тем, что мембрана выполнена плоской.

4. Задвижка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что мембрана выполнена гофрированной.

5. Задвижка по пп.1 - 4, отличающаяся тем, что толщина мембраны меньше толщины стенки корпуса не менее чем в 2,5 - 3,0 раза.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4