быстродействующая герметичная заслонка

Формула изобретения

1. Быстродействующая герметичная заслонка, содержащая корпус, запорный диск с кольцевой канавкой по периметру диска и размещенным в ней эластичным трубчатым уплотняющим элементом, привод, кожух и трубки с запорными элементами, сообщающие полость кожуха с входными и выходными патрубками, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, в одной из двух частей корпуса, каждая из которых представляет собой отрезок трубопровода с фланцами, на шарнирах, которые являются одновременно ограничителями поворота запорного диска и жестко закреплены на внутренней поверхности трубопровода, установлен с возможностью поворота относительно шарнирной оси запорный диск с кольцевой канавкой по его торцу, а уплотняющий элемент в виде трубчатого кольца, выполненного за одно с прокладкой для уплотнения фланцевого соединения, содержит, по меньшей мере, один патрубок-ниппель, запрессованный в уплотняющий элемент и соединяющий его внутреннюю полость с запорно-вращательным устройством для управляющей среды, при этом запорно-вращательное устройство для впуска в полость уплотняющего элемента и выпуска из нее управляющей среды от внешнего источника или от давления потока транспортируемой среды представляет собой герметичный ввод вращения, который закреплен на внешней поверхности одной из частей корпуса, и служит одновременно узлом привода запорного диска.

2. Заслонка по п.1, отличающаяся тем, что уплотняющий элемент приводят в действие с помощью привода через отдельный герметичный ввод вращения путем прижатия уплотняющего элемента к зазору между торцом запорного диска и корпусом фланца при закрытии запорного диска и его отжатия при открывании запорного диска.

3. Заслонка по п.1, отличающаяся тем, что конструкция заслонки состоит, по меньшей мере, из двух спаренных запорных дисков, приводимых в действие от одного или нескольких приводов.

4. Заслонка по п.1, отличающаяся тем, что в плоскости установки запорного диска в положении "закрыто" со стороны напора транспортируемой среды в корпусе заслонки предусмотрен рассекатель потока для уменьшения влияния транспортируемой среды на запорный диск в его открытом положении.

5. Заслонка по п.1, отличающаяся тем, что привод запорного диска осуществляют с помощью исполнительного механизма из материалов с термической памятью формы, реагирующих на изменение температуры, а также давления транспортируемой или окружающей среды.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к арматуростроению и может быть использовано в качестве запорной арматуры для газонефтепроводов среднего и большого диаметров, в частности, для быстрого перекрытия трубопроводов в аварийных ситуациях, а также может широко применяться в герметичных отсеках морских и воздушных аппаратов или в герметичных производственных боксах при работе с особо чистыми и экологически вредными веществами.

Известны поворотные заслонки (1, 2), содержащие дисковый запорный орган и V-образную уплотнительную манжету, установленную по периметру запорного диска и образующую с запорным диском и осью вращения полости, сообщающиеся через переключатель с атмосферой или с полостью трубопровода с использованием обратных клапанов.

Эти устройства можно использовать для перекрытия трубопроводов, но их эксплуатация сопряжена со значительными неудобствами, так как их конструкция не обеспечивает надежную работу в процессе эксплуатации. Кроме того, быстро изнашиваются манжеты и другие уплотнительные элементы, устройства достаточно сложны при сборке и управлении.

Наиболее близким по технической сущности является поворотная заслонка (3), содержащая уплотняющий элемент в виде двух трубчатых полуколец из эластичного материала, расположенных по периметру запорного диска, а по периметру седловой поверхности заслонки выполнены отверстия, закрытые кожухом, и трубки с запорными элементами для сообщения полости кожуха с полостями трубопровода.

Это устройство более удобно в использовании, однако, также имеет существенные недостатки. Например, быстро изнашиваются трущиеся уплотнения поворотного вала, недостаточная герметичность в местах соединения вала и кожуха, а также в местах соединения вала и полуколец уплотняющего элемента, ограниченная область применения и т.п.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности заявляемого устройства, увеличение его срока службы, расширение области применения, повышение быстродействия устройства.

Поставленная задача достигается тем, что, по меньшей мере, в одной из двух частей корпуса заслонки, каждая из которых представляет собой отрезок трубопровода с фланцами, на шарнирах, которые являются одновременно ограничителями поворота запорного диска и жестко закреплены на внутренней поверхности трубопровода, установлен имеющий по торцу кольцевую канавку, запорный диск с возможностью поворота относительно шарнирной оси, а уплотняющий элемент в виде трубчатого кольца, выполненного за одно с прокладкой для уплотнения фланцевого соединения, содержит, по меньшей мере, один патрубок-ниппель, запрессованный в уплотняющий элемент и соединяющий его внутреннюю полость с запорно-вращательным устройством для управляющей среды. При этом запорно-вращательное устройство для впуска и выпуска управляющей среды от внешнего источника или от давления потока транспортируемой среды представляет собой герметичный ввод вращения, который закреплен на внешней поверхности одной из частей корпуса и служит одновременно узлом привода запорного диска.

Заявляемое устройство отличается от прототипа устройством корпуса, исполнением уплотняющего элемента, креплением запорного диска, устройством герметичного ввода вращения (ГВВ) для привода запорного диска, а также для впуска и выпуска транспортируемой или другой среды при заполнении полости уплотняющего элемента так, что эти отличия позволяют обеспечить высокую надежность, безопасность в процессе эксплуатации, быстродействие и расширение области применения заявляемого устройства.

Для уменьшения сопротивления транспортируемой среде и снижения последствий гидравлических ударов в узле фланцевого соединения, при необходимости, предусматривают увеличение (расширение) диаметра трубопровода. При этом для защиты уплотняющего элемента от воздействия транспортируемой среды с целью продления его жизни предусмотрен кожух, закрывающий большую часть уплотнительного элемента и составляющий небольшой зазор с ребрами канавки запорного диска, который со стороны напора транспортируемой среды может иметь больший зазор. Для ограничения поворота и фиксации запорного диска в положениях "закрыто" и "открыто" внутри заслонки предусмотрены ограничители поворота. В случае регулирования расхода транспортируемой среды положения запорного диска можно фиксировать под различными углами к направлению потока.

При изготовлении деталей быстродействующей герметичной заслонки кроме металлов могут быть использованы и другие материалы, например керамика, пластмасса, стеклопластик, углепластик и др., в связи с этим заявляемая заслонка может быть использована для работы с агрессивными средами.

По торцу канавки запорного диска со стороны уплотняющего элемента могут быть выполнены непрерывные выступы различной формы для более плотного контакта уплотняющего элемента с поверхностью кольцевой канавки.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид заслонки с одним запорным диском, на фиг. 2 - вид заслонки с двумя запорными дисками, на фиг. 3 - вид заслонки с уплотняющим элементом, перекрывающим зазор путем механического прижатия, на фиг. 4 - рассекатель потока транспортируемой жидкости, на фиг. 5, 6, 7 - уплотняющий элемент, на фиг. 8, 9 - запорные элементы герметичного ввода вращения.

Быстродействующая герметичная заслонка содержит корпус 1, состоящий, как правило, из двух одинаковых частей (отрезков) трубопровода с фланцами на концах. На внутренней поверхности одной из частей корпуса закрепляют запорный диск 2 с помощью шарниров 3. Уплотняющий элемент 4 из эластичного материала закрепляют между фланцами корпуса так, что ниппель 5 выступает на поверхности фланцевого соединения. При этом по периметру фланцевого соединения изнутри корпуса сделана кольцевая канавка для размещения уплотняющего элемента 4. Привод 6 и рукоятка 11 служат для управления диском 2 через ГВВ, а патрубок 7 для заполнения полости уплотняющего элемента 4 управляющей средой. ГВВ, состоящий из керамических шайб 8, 9 и уплотнения 10, служит для передачи вращения диску 2, а также для впуска управляющей среды в полость уплотняющего элемента и ее выпуска в атмосферу.

Для особо ответственных участков на трубопроводе может быть установлена заслонка из 2-х спаренных запорных дисков, при этом управление дисками может быть как от одного привода (фиг. 2), так и от раздельных приводов. Заслонка (фиг. 3) содержит уплотняющий элемент 15, который прижимается по всему периметру кольцом 14, в одной половине корпуса к зазору между запорным диском, расположенным в другой половине, и внутренней поверхностью фланца 16. При этом диаметр трубопровода в месте фланцевого соединения увеличен, поэтому детали перекрытия транспортируемой среды не увеличивают сопротивления потоку. Ось кольцевого прижатия 14 с уплотняющим элементом 15 подвижна в гнездах своего основания вдоль трубопровода на расстояние, достаточное для того, чтобы повернуть запорный диск вокруг своей оси в открытое или закрытое положение, не задевая внешним ребром диска уплотняющего элемента.

Для уменьшения влияния потока на торец запорного диска со стороны напора среды в корпусе заслонки устанавливают "рассекатель" потока (фиг. 4). Уплотняющий элемент (фиг. 5, 6) состоит из трубчатой, кольцевой полости, выполненной за одно с межфланцевой уплотнительной прокладкой 12, имеющей отверстия для соединительных болтов 13. Ниппель 5 запрессовывают в прокладку 11, при этом в местах утолщения прокладки 12 (место заделки ниппеля) между фланцами выполняют канавки с помощью сверления. Уплотняющий элемент 4 может быть изготовлен в виде различных конфигураций, например в виде прямоугольника (фиг. 7).

ГВВ закрепляют на одной из частей корпуса заслонки. Основными деталями ГВВ являются подвижная 8 и неподвижная 9 керамические шайбы (фиг. 8, 9). Подвижная шайба 8 имеет глухие отверстия 18, 19 для установки рычага 6 и рукоятки 11 привода запорного диска, а также коммутирующие каналы 20, 21 для впуска регулирующей среды в полость уплотняющего элемента и соединения его полости с атмосферой. Неподвижная шайба 9 имеет проходное отверстие 22 для рычага 6 привода запорного диска и отверстия 23, 24 для впуска в полость и выпуска управляющей среды из полости уплотняющего элемента.

Шарнирная ось длиной (d) проходит на расстоянии в пределах 0,95 > d/D > 0,75 от диаметра запорного диска (D). Это расстояние является оптимальным как для прижатия запорного диска к ограничителям поворота потоком транспортируемой среды при его закрытии, так и для уменьшения износа нижних шарнирных петель из-за трения. Рычаг привода запорного диска, который закрепляют, как правило, отдельно от шарнирной оси, может быть закреплен как со стороны напора транспортируемой среды, так и с обратной стороны диска.

Сборка быстродействующей герметичной заслонки производится по нижеследующей схеме. В одной из 2-х половинок корпуса 1 заслонки (фиг. 1) закрепляют запорный диск 2 на шарнирах 3. Шарниры смещены относительно диаметра диска с таким расчетом, чтобы большая часть поверхности диска, относительно шарнирной оси при его закрытии, находилась со стороны напора транспортируемой среды, что способствует дополнительному прижатию диска потоком среды к ограничителям поворота запорного диска (ограничители на чертеже не показаны). Затем шарниры закрепляют вместе с диском к внутренней поверхности трубопровода. После этого между фланцами обеих частей корпуса вставляют уплотнительную прокладку 12 вместе с уплотняющим элементом 4 и закрепляют болтовым соединением. Рычаг привода 6 вставляют в отверстие трубопровода и закрепляют на диске 2.

Затем в корпусе герметичного ввода вращения устанавливают герметичное уплотнение 10, неподвижную 9 и подвижную 8 керамические шайбы. При этом конец рычага привода 6 пропускают через отверстие 22 шайбы 9 и устанавливают в гнезде 19 шайбы 8. Гнезда 18 и 19 могут иметь разную форму, например треугольника, прямоугольника и т.п. Прижатие уплотнения и шайб ГВВ может быть осуществлено с помощью пружины или другим способом. После установки рукоятки привода 11 ГВВ закрывают крышкой и с помощью патрубка 7 соединяют входное отверстие 24 шайбы 9 с ниппелем 5 уплотняющего элемента или с внешним источником управляющей среды, например с баллоном сжатого воздуха. Схема сборки заслонки с 2 спаренными запорными дисками (фиг. 2) или заслонки (фиг. 3) аналогична вышеописанной.

Работает быстродействующая герметичная заслонка следующим образом.

При ручном управлении запорный диск 2 приводится в движение с помощью привода. Для этого рукоятку 11 поворачивают на угол 90 градусов до касания запорным диском ограничителей поворота диска (диск устанавливается в положение "закрыто") и в это же время включается управляющая среда, которая заполняет полость уплотняющего элемента. Управляющая среда может поступать как от внешнего источника, например от стационарного компрессора, так и из трубопровода со стороны напора среды. Кроме того, в положении запорного диска "закрыто" полость уплотняющего элемента может быть заполнена с помощью ручного насоса. При открытии заслонки полость уплотняющего элемента путем смещения подвижной керамической шайбы относительно неподвижной сообщается с атмосферой, при этом вход регулирующей среды перекрывается той же шайбой, на чертежах не показано, и рукояткой 11 поворачивают запорный диск в положение "открыто". При закрытии заслонки (фиг. 3) сначала устанавливают запорный диск в положение "закрыто" с помощью первого ГВВ, а затем с помощью второго ГВВ к зазору между ребром корпуса и ребром диска прижимают кольцевое уплотнение. Открытие заслонки производят в обратном порядке. Сначала отжимают уплотнение, а затем открывают запорный диск.

Процесс закрытия и открытия заявляемой заслонки может быть автоматизирован. При этом рукоятку 11 соединяют с исполнительным механизмом, например электромагнитом, который в процессе притяжения якоря открывает запорный диск, а при отпускании якоря запорный диск под действием пружины возвращается в закрытое положение или наоборот.

Конструкция заслонки позволяет использовать ее как отсечной клапан при аварийных ситуациях. Так в случае разрыва трубопровода датчик, реагирующий на понижение давления, приводит в действие исполнительный механизм и заслонка закрывается автоматически. В случае возникновения пожара в газонефтепроводе или рядом с ним датчик из материала с термической памятью формы срабатывает при заданной температуре и приводит исполнительный механизм в действие. Заслонка также закроется автоматически. Закрытие и открытие заслонки можно производить дистанционно с помощью тех же исполнительных механизмов и тех же датчиков.

Таким образом, практическое использование заявляемого устройства позволит в значительной мере уменьшить, а в отдельных случаях и предотвратить экологические бедствия при аварийных ситуациях в процессе эксплуатации газонефтепроводов и других хозяйственных объектов.

Основные преимущества заявляемой заслонки перед существующими следующие: надежная работа в процессе эксплуатации, быстрое перекрытие трубопроводов в аварийных ситуациях, что способствует повышению экологической безопасности эксплуатируемых объектов, а также долгий срок службы, небольшой вес, малое сопротивление потоку жидкости или газа, широкая номенклатура по размерам и областям применения и др.

Источники информации

1. Опубл. заявка ФРГ N 2220419, кл. 47g 1/226, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР N 781472, МКИ F 16 K 1/22, 1979.

3. Патент РФ N 2004871, МКИ F 16K 1/22, 1990.