Поворотный дисковый затвор с тройным эксцентриситетом

Изобретение относится к трубопроводной арматуре и может быть использовано в газовой, нефтяной, химической промышленности. Поворотный дисковый затвор содержит корпус, в котором размещено седло с уплотнительной поверхностью, и затвор в виде диска, закрепленный на приводном валу, установленном в корпусе на опорах перпендикулярно оси симметрии его проходного отверстия со смещением относительно указанной оси. Седло выполнено съемным в виде металлического кольца и снабжено средством его фиксации от осевого перемещения и упругими элементами. Указанные средства фиксации седла выполнены в виде наружного и внутреннего упоров с обеих его сторон, приваренных к корпусу затвора. Наружный упор со стороны открытого торца затвора выполнен в виде кольца. Седло установлено с возможностью ограниченного осевого перемещения в пределах зазора δ=S-T, где S - расстояние между внутренним и наружным упорами вдоль оси затвора; T - толщина седла, на поверхности контакта с корпусом затвора которого установлены два радиальных упругих кольца и одно торцевое упругое кольцо, которое установлено в зоне сопряжения седла и наружного упора. Все упругие кольца выполнены из полимерных материалов с возможностью обеспечения сохранения контакта между уплотнением диска и седлом при полном сжатии до предельного состояния торцевого упругого кольца при максимальном зазоре δ, определённого заданным профилем сечения торцевого упругого кольца седла. Технический результат – повышение надежности закрытия путем обеспечения неразрывности контакта седла с задвижкой в закрытом состоянии затвора при направлении потока среды на диск со стороны уплотнения. 9 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к трубопроводной арматуре и может быть использовано в газовой, нефтяной, химической промышленности.

Поворотные дисковые затворы предназначены для установки в качестве запорного и запорно-регулирующего устройства на трубопроводах жидких и газообразных сред, по отношению к которым применяемые материалы являются коррозионностойкими.

Затворы характеризуются:

-по исполнению запорного органа;

-по типу присоединения к трубопроводу, как: фланцевые; под приварку; межфланцевые;

-по материалам уплотнения в затворе:

– с эластичным уплотнением; уплотнением «металл по металлу»;

-по типу управления привода: (электрические; пневматические; гидравлические; ручные; ручные с редуктором; с дистанционным управлением).

Принцип работы дискового поворотного затвора заключается в перекрытии потока среды при помощи поворота диска.

Контакт между уплотнением диска и седлом происходит в момент запирания диска.

Затвор при установке на трубопроводе размещают совмещая стрелку на корпусе с направлением потока рабочей среды. Принцип работы: поток среды давит на диск со стороны вала и дополнительно, рабочим давлением среды, уплотняет прилегающие поверхности.

Все меняется при возможности изменения направления потока.

Если направить поток на диск со стороны уплотнения, давление среды будет стремиться отжать уплотнение диска от седла. Диск вместе с уплотнением будет смещаться на величину зазоров и люфтов в подшипниках вала, тем самым снижая герметичность в месте прилегания уплотнения диска к седлу корпуса. Зазоры эти невелики, но при высоких давлениях их будет достаточно для потери герметичности затвора.

Затвор дисковый поворотный с тройным эксцентриситетом чаще всего изготавливается с неподвижным седлом, засчёт чего имеет одностороннюю герметичность. Седло такого затвора изготавливается заодно с корпусом из литой или кованной заготовки, что исключает возможность его быстрой замены или ремонта. Изготовление затвора с неподвижным седлом менее трудозатратно и металлоемко.

Для предотвращения потери герметичности седло затвора выполняют подвижным или увеличивают усилие прижима диска к седлу, увеличивая крутящий момент приводного узла и укрепляя силовые конструкции. При увеличении момента закрытия затвора снижается его рабочий ресурс.

В заявленном техническом решении рассматривается затвор дисковый поворотный с тройным эксцентриситетом с подвижным седлом, уплотнение металл по металлу, присоединение к трубопроводу и тип управления могут быть любые из выше описанных.

Известен поворотный дисковый затвор с тройным эксцентриситетом, содержащий корпус, в котором размещено седло с уплотнительной поверхностью, и затвор в виде диска, закрепленный на приводном валу, установленном в корпусе на опорах перпендикулярно оси симметрии его проходного отверстия со смещением относительно указанной оси,при этом седло, выполнено съемным в виде металлического кольца и снабжено средством его фиксации от осевого перемещения и упругими элементами (патент US8727313, МПК F16K1/22, USPC 251-308, публ.27.03. 2014г.)

Данному техническому решению присуща совокупность признаков, наиболее близкая к совокупности существенных признаков изобретения, оно имеет назначение, совпадающее с назначением изобретения и является наиболее близким по достигаемому результату, поэтому оно принято за прототип.

Недостатком данного дискового затвора является недостаточная надёжность закрытия за счет потери герметичности в месте прилегания уплотнения диска к седлу корпуса при направлении потока среды на диск со стороны уплотнения.

Технический результат от использования изобретения – повышение надежности закрытия путем обеспечения неразрывности контакта седла с уплотнением диска в закрытом состоянии затвора при направлении потока среды на диск со стороны уплотнения.

Ниже раскрыты общие и частные существенные признаки изобретения, характеризующие их причинно-следственную связь с указанным техническим результатом, достаточные для осуществления специалистом в данной области техники.

Поворотный дисковый затвор с тройным эксцентриситетом содержит корпус, в котором размещено седло с уплотнительной поверхностью, и затвор в виде диска, закрепленный на приводном валу, установленном в корпусе на опорах перпендикулярно оси симметрии его проходного отверстия со смещением относительно указанной оси. Седло, выполнено съемным в виде металлического кольца и снабжено средством его фиксации от осевого перемещения и упругими элементами. Указанные средства фиксации седла выполнены в виде наружного и внутреннего упоров с обеих его сторон, приваренных к корпусу затвора. Наружный упор со стороны открытого торца затвора выполнен в виде кольца. Седло установлено с возможностью ограниченного осевого перемещения в пределах зазора δ=S-T, где: S- расстояние между внутренним и наружным упорами вдоль оси затвора; T-толщина седла, на поверхности контакта с корпусом затвора которого установлены, меньшей мере, два радиальных упругих кольца и одно торцевое упругое кольцо, которое установлено в зоне сопряжения седла и наружного упора в виде кольца. Все упругие кольца выполнены из полимерных материалов с возможностью обеспечения сохранения контакта между уплотнением диска и седлом при полном сжатии до предельного состояния торцевого упругого кольца при максимальном зазоре δ, определённого заданным профилем сечения торцевого упругого кольца седла.

Указанный внутренний упор может быть выполнен в виде кольца или может быть выполнен из равномерно распределенных кольцевых сегментов. При этом близлежащий к оси приводного вала сегмент расположен в пределах границы сектора, образованного острым углом α от вертикальной оси отверстия на поперечном сечении корпуса. Указанное металлическое кольцо – седло может быть выполнено из нержавеющей стали или из легированных сталей. Профиль сечения упругих колец может быть массивом с криволинейной наружной поверхностью или в границах многоугольника. В качестве эластомера для упругих колец может быть использован фторкаучук или силикон. Профиль сечения упругих колец может содержать герметичную кольцевую полость.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где: на фиг.1 представлен продольный разрез затвора; на фиг.2–разрез А-А на фиг.1; на фиг.3-вид I на фиг.1; на фиг.4 - вид II на фиг.2; на фиг.5– корпус, продольный разрез; на фиг.6 – разрез Б-Б на фиг.5.

Поворотный дисковый затвор с тройным эксцентриситетом содержит корпус 1, в котором размещено седло 2 с уплотнительной поверхностью, и затвор 3 в виде диска, закрепленный на приводном валу 4, установленном в корпусе 1 на опорах 5 перпендикулярно оси симметрии его проходного отверстия со смещением относительно указанной оси.

Седло 2, выполнено съемным в виде металлического кольца и снабжено средством его фиксации от осевого перемещения и упругими элементами.

Указанные средства фиксации седла 2 выполнены в виде наружного 6 и внутреннего 7 упоров с обеих его сторон, приваренных к корпусу 1 затвора.

Наружный упор 6 со стороны открытого торца затвора выполнен в виде кольца.

Седло 2 установлено с возможностью ограниченного осевого перемещения в пределах зазора δ=S-T, где: S - расстояние между внутренним и наружним упорами вдоль оси затвора; T - толщина седла (фиг.3), на поверхности контакта с корпусом 1 затвора которого установлены, по меньшей мере, два радиальных упругих кольца 8 и одно торцевое упругое кольцо 9, которое установлено в зоне сопряжения седла 2 и наружного упора 6 в виде кольца.

Все упругие кольца 8 и 9 выполнены из полимерных материалов с возможностью обеспечения сохранения контакта между уплотнением диска 9 и седлом 2 при полном сжатии до предельного состояния торцевого упругого кольца 9 при максимальном зазоре δ, определённого заданным профилем сечения торцевого упругого кольца 9 седла 2.

Уплотнение диска 10 прикреплено болтами 11 к диску 3 посредством прижимного кольца 12.

Указанный внутренний упор 7 может быть выполнен в виде кольца (не показано) или может быть выполнен из равномерно распределенных кольцевых сегментов13 (фиг.6).

При этом близлежащий к оси приводного вала 4 сегмент13 расположен в пределах границы сектора, образованного острым углом α от вертикальной оси отверстия на поперечном сечении корпуса 1.

Указанное металлическое кольцо – седло 2 может быть выполнено из нержавеющей стали или из легированных сталей.

Профиль сечения упругих колец 8 и 9 может быть массивом с криволинейной наружной поверхностью или в границах многоугольника.

В качестве эластомера для упругих колец 8 и 9 может быть использован фторкаучук или силикон.

Профиль сечения упругих колец 8 и 9 может содержать герметичную кольцевую полость.

Сравнение заявленного технического решения с уровнем техники, известным из научно-технической и патентной документации на дату приоритета, в основной и смежной рубриках не выявило средство, которому присущи признаки, идентичные всем признакам, содержащимся в предложенной заявителем формуле изобретения, включая характеристику назначения. Т.е., совокупность существенных признаков заявленного решения ранее не была известна и не тождественна каким-либо известным техническим решениям, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности "новизна".

Данное техническое решение промышленно применимо, поскольку в описании к заявке и названии полезной модели указано ее назначение, она может быть изготовлена промышленным способом и использована для использования в дисковых затворах.

Техническое решение работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, а отличительные признаки устройства позволяют получить заданный технический результат, т.е. являются существенными.

Изобретение в том виде, как оно охарактеризовано в каждом из пунктов формулы, может быть осуществлено с помощью средств и методов, описанных в прототипе –патенте US8727313, ставшим общедоступным до даты приоритета изобретения.

Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость".

Анализ известных технических решений в данной области техники показал, что предложенное техническое решение не следует для специалиста явным образом из уровня техники, поскольку не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с его отличительными признаками, а в выявленных таких решениях не подтверждена известность влияния отличительных признаков на указанный в материалах заявки технический результат.

Т.е. заявленное решение имеет признаки, которые отсутствуют в известных технических решениях, а использование этих признаков в заявленной совокупности существенных признаков дает возможность получить новый технический результат – повышение надежности закрытия путем обеспечения неразрывности контакта седла с задвижкой в закрытом состоянии затвора при направлении потока среды на диск со стороны уплотнения.

Следовательно, предложенное техническое решение может быть получено только путем творческого подхода и неочевидно для среднего специалиста в этой области, т.е. имеет изобретательский уровень по сравнению с существующим уровнем техники.

Осуществление заявленного изобретения достигается реализацией указанного назначения.

Для подтверждения возможности осуществления изобретения ниже приводятся следующие сведения о работе устройства, раскрывающие, как может быть осуществлено изобретение с реализацией указанного заявителем назначения и с подтверждением возможности достижения технического результата при осуществлении изобретения.

Поворотный дисковый затвор с тройным эксцентриситетом работает следующим образом.

В известных конструкциях затвор чаще всего изготавливается с неподвижным седлом 2, за счёт чего имеет одностороннюю герметичность.

Седло такого затвора изготавливается заодно с корпусом 1 из литой или кованной заготовки, что исключает возможность его быстрой замены или ремонта.

Изготовление затвора с неподвижным седлом менее трудозатратно и металлоемко, и в случае постоянно направленного потока среды экономически целесообразно.

Затвор на трубопроводе размещают совмещая стрелку на корпусе 1 с направлением потока рабочей среды.

Выглядит это так: поток среды давит на диск 3 со стороны вала и дополнительно, рабочим давлением среды, уплотняет прилегающие поверхности.

Все же меняется при возможности изменения направления потока.

Если направить поток на диск 3 со стороны уплотнения 10, давление среды будет стремиться отжать уплотнение 10 диска 3 от седла 2.

Диск 3 вместе с уплотнением 10 будет смещаться на величину зазоров и люфтов в подшипниках вала 4, тем самым снижая герметичность в месте прилегания уплотнения диска 3 к седлу 2 корпуса 1.

Зазоры эти не велики, но при высоких давлениях их будет достаточно для потери герметичности затвора.

Для предотвращения этого седло 2 затвора выполняют подвижным или увеличивают усилие прижима диска 3 к седлу 2, увеличивая крутящий момент приводного узла и укрепляя силовые конструкции.

При увеличении момента закрытия затвора снижается его технический ресурс.

В случае применения подвижного седла 2 (фиг.1), при изменении направления потока, диск 3 на величину зазоров будет перемещаться совместно с седлом 2 корпуса 1, вследствие чего герметичность не теряется.

Следует пояснить, для обеспечения герметичности между седлом 2 и корпусом 1 затвора могут быть установлены два радиальных упругих кольца 8.

Подвижное седло 2 целиком изготавливается из коррозионностойких материалов.

Подвижность седла 2 реализована с помощью упругих колец 8 и 9 из термостойкого материала - фторкаучука.

Седло 2 устанавливается в корпус 1 до контакта с кольцевым упором 6, а с обратной стороны седло 2 поджимается приварными упорами 13.

Использование изобретения позволяет повысить надежность закрытия путем обеспечения неразрывности контакта седла с уплотнением диска в закрытом состоянии затвора при направлении потока среды на диск со стороны уплотнения.

Кроме того, преимуществом данного изобретения по сравнению с известными техническими решениями является увеличение технического ресурса затвора.

1. Поворотный дисковый затвор с тройным эксцентриситетом, содержащий корпус, в котором размещено седло с уплотнительной поверхностью, и затвор в виде диска, закрепленный на приводном валу, установленном в корпусе перпендикулярно оси симметрии его проходного отверстия со смещением относительно указанной оси, при этом седло выполнено съемным в виде металлического кольца и снабжено средством его фиксации от осевого перемещения и упругими элементами, отличающийся тем, что указанные средства фиксации седла выполнены в виде наружного и внутреннего упоров с обеих его сторон, приваренных к корпусу затвора, при этом наружный упор со стороны открытого торца затвора выполнен в виде кольца, а седло установлено с возможностью ограниченного осевого перемещения в пределах зазора δ=S-T, где S - расстояние между внутренним и наружным упорами вдоль оси затвора; T - толщина седла, на поверхности контакта с корпусом затвора которого установлены по меньшей мере два радиальных упругих кольца и одно торцевое упругое кольцо, которое установлено в зоне сопряжения седла и наружного упора, при этом все упругие кольца выполнены из полимерных материалов с возможностью обеспечения сохранения контакта между уплотнением диска и седлом при полном сжатии до предельного состояния торцевого кольца при максимальном зазоре δ, определённого заданным профилем сечения торцевого упругого кольца седла.

2. Поворотный дисковый затвор по п.1, отличающийся тем, что указанный внутренний упор выполнен в виде кольца.

3. Поворотный дисковый затвор по п.1, отличающийся тем, что указанный внутренний упор состоит из равномерно распределенных кольцевых сегментов, при этом близлежащий к оси приводного вала сегмент расположен в пределах границы сектора, образованного острым углом α от вертикальной оси отверстия на поперечном сечении корпуса.

4. Поворотный дисковый затвор по п.1, отличающийся тем, что указанное металлическое кольцо-седло выполнено из нержавеющей стали.

5. Поворотный дисковый затвор по п.1, отличающийся тем, что указанное металлическое кольцо - седло выполнено из легированных сталей.

6. Поворотный дисковый затвор по п.1, отличающийся тем, что профиль сечения упругих колец представляет собой массив с криволинейной наружной поверхностью.

7. Поворотный дисковый затвор по п.1, отличающийся тем, что профиль сечения упругих колец представляет собой массив в границах многоугольника.

8. Поворотный дисковый затвор по п.2, отличающийся тем, что в качестве эластомера для упругих колец использован фторкаучук.

9. Поворотный дисковый затвор по п.2, отличающийся тем, что в качестве эластомера для упругих колец использован силикон.

10. Поворотный дисковый затвор по п.2, отличающийся тем, что профиль сечения упругих колец содержит герметичную кольцевую полость.