запорный орган трубопроводной арматуры

Формула изобретения

Запорный орган трубопроводной арматуры, содержащий неметаллическую тарель с уплотнительной поверхностью со стороны седла, втулку, соединенную с тарелью, шток, связанный со втулкой, отличающийся тем, что тарель выполнена из композиционного материала на основе каменного литья, втулка соединена с тарелью неразъемно, на торце тарели со стороны штока установлено опорное кольцо, равное по диаметру торцу тарели и соединенное резьбой с выступающим из тарели концом втулки, при этом зазоры между тарелью, втулкой и опорным кольцом заполнены коррозионностойким герметиком.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к запорным органам трубопроводной арматуры, например запорных вентилей и клапанов, работающих в условиях воздействия агрессивных и коррозионных сред, абразивного износа, высоких давлений и температур.

Известно применение высоколегированных, жаропрочных и коррозионно-стойких сталей и сплавов для деталей трубопроводной арматуры, работающих в наиболее неблагоприятных условиях [1]

Однако любой из этих материалов не обладает достаточной стойкостью против коррозионного разрушения, абразивного воздействия и аррозии при комбинированном воздействии агрессивных и коррозионно-стойких сред, высоких температур и давлений, абразивного износа. Неблагоприятным фактором для металлических запорных органов является разрушающее воздействие возникающих в них электростатических процессов, при которых создается поляризация и разность потенциалов в зазорах между седлом и затвором, что приводит к щелевой и другим видам коррозии.

Широко применяются в трубопроводной арматуре неметаллические, например полимерные материалы. Однако даже фторопласт-4, являющийся наиболее химически стойким материалом, превосходящим по химической стойкости платину, графит, кварц и все известные синтетические материалы, не является достаточно стойким к воздействию высоких температур (выше 200^oC) и абразивных сред. Различные композиционные материалы на основе фторопласта-4 (ПТФЭ) с такими компонентами, как сополимер четыреххлористого этилена, графитовый порошок, стекловолокно, дисульфид молибдена, имеющие ряд повышенных механических характеристик, также подвержены пластической деформации при высоких температурах, а также абразивному износу.

Зa рубежом широко применяется арматура с запорными органами из керамики. Известно применение керамических клапанов при давлениях до 300 кг/см² и температурах до 800^oС [2] Однако детали из керамики являются дорогостоящими ввиду сложной технологии изготовления (горячее прессование при высоких температурах, спекание) и относительно высокой стоимости исходных материалов компонентов керамики, они не поддаются механической обработке, что усложняет технологию изготовления сопрягаемых с керамическими деталями металлических деталей.

Известен вентиль, работающий с агрессивными средами [3] Тарель запорного органа вентиля выполнена из фарфора, а седло из фторопласта. Тарель соединена с металлической втулкой, которая в свою очередь связана со штоком вентиля.

Однако указанный вентиль не может быть использован для работы в условиях воздействия на его детали не только агрессивных сред, но и других неблагоприятных параметров высоких температур и давлений.

Задачей изобретения является разработка запорного органа арматуры, имеющего высокую стойкость к воздействию агрессивных сред, абразивного износа, высоких давлений и температур, а также низкую стоимость.

В данном устройстве технический результат достигается тем, что в запорном органе трубопроводной арматуры, содержащем неметаллическую тарель с уплотнительной поверхностью со стороны седла, металлическую втулку, связанную с тарелью, шток, соединенный с втулкой, тарель выполнена из композиционного материала на основе каменного литья, втулка соединена с тарелью неразъемно, на торце тарели со стороны штока установлено опорное кольцо, равное по диаметру торцу тарели и соединенное резьбой с выступающим из тарели концом втулки, при этом зазоры между тарелью, втулкой и опорным кольцом заполнены коррозионно-стойким герметикам.

Выполнение тарели из композиционного материала на основе каменного литья обеспечивает снижение стоимости запорного органа за счет меньшей стоимости исходных материалов, широко распространенных и легко доступных в природе (окислы кремния, титана, алюминия и т.п.) и более простой технологии изготовления запорного органа по сравнению с используемой в прототипе. При этом обеспечивается достаточно высокая стойкость материала запорного органа к воздействию агрессивных сред, абразивного износа, высоких давлений и температуры, а также отсутствие электростатических процессов, вызывающих щелевую и другие виды коррозии. Электростатические процессы не происходят по той причине, что материал тарели хороший диэлектрик.

Наличие в запорном органе опорного металлического кольца со стороны, противоположной уплотнительной поверхности тарели, диаметр которого равен наружному диаметру тарели, обеспечивает высокую прочность последней, имеющей достаточно большое сопротивление сжатию, к воздействию срезающих усилий, так как даже при больших усилиях закрытия запорного органа в тарели под воздействием опорного кольца происходит релаксация внутренних напряжений, исключающая разрушение тарели под воздействием усилий среза.

Заполнение герметиком зазоров между тарелью и металлической втулкой, образующихся при остывании после изготовления способом каменного литья из-за разных коэффициентов расширения материалов тарели и втулки и зазоров между тарелью и опорным кольцом, образующихся из-за "утяжки" плоскости торца корпуса при остывании, исключает попадание агрессивных сред в эти зазоры и тем самым предотвращает коррозию металлической втулки и опорного кольца.

На чертеже изображена конструкция запорного органа (продольный разрез).

В корпусе 1 трубопроводной арматуры выполнено седло 2. Запорный opган выполнен в виде тарели 3 из композиционного материала, изготавливаемого способом каменного литья. На тарели выполнена уплотнительная поверхность 4. Внутри тарели размещена металлическая втулка 5, соединенная с тарелью неразъемно. Втулка 5 соединена со штоком 6, конец которого помещен в отверстие 7 втулки. Втулка 5 размещена на штоке с возможностью поворота относительно eгo оси. Нижний буртик 8 штока 6 зафиксирован от продольного перемещения относительно запорного органа резьбовым упором 9, ввинченным во втулку 5. На верхнем торце тарели 3 запорного органа, противоположном уплотнительной поверхности 4, установлено опорное кольцо 10, соединенное резьбой с втулкой 5. Наружный диаметр опорного кольца 10 равен наружному диаметру верхнего торца тарели 3, в результате чего даже при больших усилиях закрытия запорного органа за счет релаксации внутренних напряжений в тарели 3 исключается разрушение тарели под воздействием усилий среза.

Зазоры между тарелью 3, металлической втулкой 5 и опорным кольцом 10, образующиеся при остывании тарели после ее изготовления способом каменного литья, заполнены коррозионно-стойким герметиком 11, что исключает попадание вызывающих коррозию агрессивных жидкостей в эти зазоры.

Для изготовления тарели 3 может быть использован материал, например, состава, представленного в таблице.

Основные физико-механическое характеристики материала:

Плотность 3 г/см³

Водопоглощение 0,1

Механическая прочность на сжатие 42,56 кг/мм²

Истираемость 0,214 г/см³