запорное устройство

Формула изобретения

Запорное устройство, содержащее наружный корпус с установленным в нем подвижным запорным органом и внутренний корпус, на боковых поверхностях которого выполнены симметрично расположенные окна, при этом запорный орган выполнен в виде уплотнительного цилиндра, расположенного на внутреннем корпусе с возможностью осевого перемещения с приводом от зубчатой рейки, находящейся в зацеплении с валом-шестерней, имеющим приводной элемент, отличающееся тем, что наружный и внутренний корпусы и запорный орган выполнены из труб, а уплотнительный цилиндр снабжен фрикционным стопором, установленным на резьбе в наружном корпусе, а также торсионным тормозом, выполненным в виде 2 - 3 витков пружины, конец которой закреплен в наружном корпусе, и своей винтовой частью охватывающей ступицу маховика вала-шестерни.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к арматуростроению, а именно к трубопроводным затворам, которые находят применение в системах водо- и газоснабжения.

Известна задвижка для сброса жидкости из сепаратора ЗКЛ 2-160. Она имеет корпус, клин, шпиндель, маховик для ручного управления. Открытие и закрытие задвижки производится оператором по указателю уровня. Задвижки работают достаточно надежно, хотя быстро изнашиваются от эрозионного воздействия жидкости с механическими примесями (Гуревич Д.Ф. Трубопроводная арматура. - Л.: Машиностроение, 1981, с. 286).

Известно запорное устройство, состоящее из корпуса, связанного с входным давлением, с расположенным в корпусе запорным органом, выполненным в виде связанных между собой основной и дополнительной тарелей, взаимодействующих с седлами, причем активная площадь вспомогательной тарели больше основной, и демпфирующим устройством (а.с. СССР N 318776, МПК F 16 K 21/12, Бюл. N 12, 1969 г.). Недостатком известного устройства является низкое быстродействие, т. к. в нем трудно осуществить силу для разгона запорного органа длительное время, поскольку как только запорный орган начнет движение, герметизация основной тарели нарушится и сила, действующая со стороны входного давления, резко упадет.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является запорное устройство, содержащее наружный корпус с установленным в нем подвижным запорным органом и внутренний корпус, на боковых поверхностях которого выполнены симметрично расположенные окна, при этом запорный орган выполнен в виде уплотнительного цилиндра, расположенного на внутреннем корпусе с возможностью осевого перемещения с приводом от зубчатой рейки, находящейся в зацеплении с валом-шестерней, имеющим на конце приводной элемент (патент Франции N 2222587, МПК F 16 K 3/22, 1974 г.).

Недостатком известного устройства является сложность и ненадежность конструкции. Устройство-прототип имеет большое гидросопротивление, большие габариты, значительный вес, металлоемкую и сложную конструкцию. Предлагаемое решение лишено вышеуказанных недостатков.

Задачей создания изобретения является разработка простой, надежной и технологичной конструкции запорного устройства, позволяющей бесступенчато регулировать расход пропускаемой среды.

Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в формуле изобретения, общих с прототипом, таких как запорное устройство, содержащее наружный корпус с установленным в нем подвижным запорным органом и внутренний корпус, на боковых поверхностях которого выполнены симметрично расположенные окна, при этом запорный орган выполнен в виде уплотнительного цилиндра, расположенного на внутреннем корпусе с возможностью осевого перемещения с приводом от зубчатой рейки, находящейся в зацеплении с валом-шестерней, имеющим на конце приводной элемент, и отличительных существенных признаков, таких как наружный, внутренний корпуса и запорный орган выполнены из труб, а уплотнительный цилиндр снабжен фрикционным стопором, установленным на резьбе в наружном корпусе, а также торсионным тормозом, выполненным в виде 2-3 витков пружины, конец которой закреплен в наружном корпусе, и своей винтовой частью охватывающей ступицу маховика вала-шестерни. Это значительно повышает надежность работы устройства.

Такая конструкция обладает большей надежностью и долговечностью, малой металлоемкостью и сравнительно небольшими затратами на изготовление.

Изобретение иллюстрируется следующими чертежами. На фиг. 1 представлен продольный разрез запорного устройства в открытом положении; на фиг. 2 - поперечный разрез в положении закрытом.

Устройство состоит из внутреннего 1 и наружного 2 соосных корпусов фланцевого крепления, соединенных между собой болтами 3. На конце внутреннего корпуса 1 закреплена заглушка 4, а на его боковых поверхностях проделаны симметричные окна 5. Уплотнительный цилиндр 6 расположен на корпусе 1 с возможностью осевого перемещения с приводом от зубчатой рейки 7, находящейся в зацеплении с валом-шестерней 8. В канавках корпусов 1 и 2 размещены кольцевые уплотнения 9. На валу-шестерне 8 закреплен маховик 10, коническая поверхность которого находится в контакте с фрикционной вставкой стопора 11, установленного на резьбе в наружном корпусе 2.

Торсионный тормоз 12, выполненный в виде 2-3-х витков пружины, конец которой закреплен в корпусе 2, своей винтовой частью охватывает ступицу маховика 10.

Устройство работает следующим образом.

При открытом положении затвора протекающая внутри трубопровода среда (жидкость или газ) проходит внутренний корпус 1, сквозь боковые окна 5 попадает в кольцевой зазор между корпусом 1 и 2 и далее через выпускной патрубок наружного корпуса 2 выходит из устройства.

Давлением внутренней среды уплотнительный цилиндр 6 удерживается в открытом положении и не требует дополнительной фиксации.

Для закрытия затвора маховиком 10 приводится во вращение вал-шестерня 8, которая через зубчатую передачу перемещает рейку 7, а вместе с ней и уплотнительный цилиндр 6 в осевом направлении. Окна 5 постепенно перекрываются цилиндром 6, который в конце хода своим заборным конусом обжимает кольцевое уплотнение 9, обеспечивая герметичное соединение с внутренним корпусом 1.

При этом осевая нагрузка от внутреннего давления среды в корпусе 1 воспринимается неподвижной заглушкой 4 и на цилиндр 6 не передается, благодаря чему в закрытой позиции также не нужна его дополнительная фиксация. После закрытия затвора давление в наружном корпусе 2 падает и воздействие с этой стороны на цилиндр 6 отсутствует.

Предлагаемое устройство не только закрывает и открывает трубопровод, но дает возможность бесступенчато регулировать расход пропускаемой среды. Для этого с помощью маховика 10 уплотнительный цилиндр 6 устанавливается в положении требуемого расхода, чтобы окна 5 были частично перекрыты до соответствующей проходной площади. Контроль осевого перемещения цилиндра 6 осуществляется по величине выдвижения рейки 7 из корпуса 1. Выбранное положение цилиндра 6 фиксируется стопором 11 путем его вывинчивания с помощью рифленого диска до упора в конус маховика 10.

На торец цилиндра 6 в этом случае воздействует давление среды в корпусе 2, стремящееся открыть цилиндр. Для повышения надежности фиксации цилиндра 6 служит торсионный тормоз 12 однонаправленного действия. При открывании уплотнительного цилиндра 6 витки пружины тормоза 12 за счет трения о ступицу маховика 10 создают повышенный тормозной момент в направлении закручивания пружины с левой навивкой. Это предотвращает самооткрывание цилиндра 6 даже в случае, если стопор 11 не приведен в действие. При вращении маховика 10 в противоположную сторону пружина раздается и не тормозит движение цилиндра 6 в направлении его закрытия.

Поскольку площадь кольцевого сечения цилиндра 6 относительно площади заглушки 4 (и трубопровода) мала, на уплотнительный цилиндр воздействует незначительная по сравнению с осевой нагрузкой на трубопровод сила. Она легко преодолевается с помощью простого зубчато-реечного механизма, рассмотренного выше, при ручном управлении затвором. При необходимости дистанционного управления маховик 10 заменяется на зубчатое колесо, приводимое во вращение от электродвигателя через червячный или планетарный редуктор. При этом зубчатая рейка 7 дополнительно используется в составе импульсного датчика для телеметрического контроля за степенью открытия затвора.

К преимуществам запорного устройства относится сравнительно небольшой диаметр (он меньше, чем стандартные присоединительные фланцы соответствующего трубопровода). Поскольку с уменьшением диаметра в квадрате уменьшается осевая сила от внутреннего давления среды, устройство с меньшим диаметром обладает большей надежностью при разрывном воздействии.

Как известно, клиновые и дисковые задвижки, имеющие приблизительно в 3 раза большее сечение, чем сам трубопровод, испытывают на порядок большую разрывную нагрузку. В добавок повышенное трение при перемещении заслонки и соответственно ее интенсивный износ не способствуют высокой надежности и долговечности подобных устройств.

В противоположность этому уплотнительный цилиндр предложенного устройства не воздействует на внутренний корпус поперечными движению силами, поскольку они взаимно уравновешиваются, что существенно повышает износостойкость и обеспечивает длительное сохранение герметичности затвора.

Наконец, устройство может быть изготовлено из трубных заготовок методом автоматной сварки, поэтому оно характеризуется малой металлоемкостью и небольшими затратами на изготовление по сравнению с запорной арматурой из стального литья.