трубопроводная арматура с уплотнением для шпинделя
Классы МПК: | F16K41/04 с одним или несколькими кольцами из резины или подобного материала между шпинделем и корпусом |
Автор(ы): | Карпухин В.П., Аптекарев О.М., Баранов В.Л., Жестерев В.В., Лопа И.В. |
Патентообладатель(и): | Открытое акционерное общество "Тулаэлектропривод" |
Приоритеты: |
подача заявки:
2002-07-11 публикация патента:
27.05.2003 |
Изобретение относится к трубопроводной арматуре и предназначено для быстрого отключения части трубопровода. Трубопроводная арматура с уплотнением для шпинделя содержит корпус, крышку с отверстием и сальниковую камеру. Последняя снабжена сальниковой набивкой и уплотнительным кольцом. Подвижный узел состоит из запорного органа и шпинделя. Шпиндель проходит наружу из корпуса через сальниковую камеру. Уплотнительное кольцо выполнено из цветного металла или сплава, размещено в сальниковой камере. Расстояние между точкой приложения сосредоточенной боковой нагрузки уплотнительного кольца и точкой приложения осевой сжимающей силы запорного органа лежит в диапазоне от 0,35 до 0,4 длины шпинделя. Изобретение позволяет увеличить срок службы и повысить надежность срабатывания затвора арматуры. 3 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
Формула изобретения
Трубопроводная арматура с уплотнением для шпинделя, содержащая корпус, крышку с отверстием и сальниковой камерой, снабженной сальниковой набивкой и уплотнительным кольцом, подвижный узел, состоящий из запорного органа и шпинделя, проходящего наружу из корпуса через сальниковую камеру, отличающаяся тем, что уплотнительное кольцо выполнено из цветного металла или сплава и размещено в сальниковой камере таким образом, что расстояние между точкой приложения сосредоточенной боковой нагрузки уплотнительного кольца и точкой приложения осевой сжимающей силы запорного органа лежит в диапазоне l1= (0,35. . . 0,4)l, где l - длина шпинделя, причем коэффициент жесткости материала уплотнительного кольца выбирается по зависимости
где Е - модуль упругости материала шпинделя;
J - осевой момент инерции сечения шпинделя;
Р - осевая сжимающая нагрузка;
l - длина шпинделя;
l1 - расстояние между точкой приложения сосредоточенной боковой нагрузки уплотнительного кольца и точкой приложения осевой сжимающей силы запорного органа.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к трубопроводной арматуре, а именно к запорной отсечной аппаратуре, предназначенной для быстрого отключения части трубопровода. Известна конструкция трубопроводной арматуры с уплотнением для шпинделя, содержащая корпус, крышку, подвижной узел, состоящий из запорного элемента и шпинделя, проходящего из корпуса через отверстие в крышке наружу и уплотненного относительно отверстия сальником (Свидетельство на полезную модель РФ 9502, МПК 6 F 16 K 41/04, 16.03.99 г.). В данной конструкции сальниковое устройство, которое, хотя и не может считаться надежной опорой из-за упругих свойств набивки, но все же оказывает значительное поддерживающее влияние, которое должно быть, учтено при определении основных конструктивных параметров арматуры. Однако все же из-за незначительных прочностных свойств уплотнительной набивки ее поддерживающие свойства незначительны и не могут существенно влиять на поддержание устойчивого положения протяженного стержня, которым является шпиндель запорного элемента. Это, в свою очередь, может привести к его поломке при больших нагрузках в процессе "страгивания" с посадочного места. В качестве прототипа, как наиболее близкого к предлагаемой конструкции, выбрано сальниковое уплотнение шпинделей запорной арматуры трубопроводов по патенту РФ 2046231, МПК 6 F 16 J 15/18, 20.10.95 г. По данному изобретению сальниковое уплотнение содержит корпус с сальниковой камерой, в которой размещена сальниковая набивка, охватывающая подвижный уплотняемый элемент - шпиндель, и поджатая нажимным элементом. Причем в качестве сальниковой набивки используют древесные опилки, а в средней части сальниковой камеры установлено кольцо мягкой сальниковой набивки, пропитанное смазкой. Кольцо может быть выполнено из джута. Недостатком данной конструкции является то, что, как и в первом случае, мягкое кольцо не оказывает существенного поддерживающего влияния на шпиндель. К тому же в данном решении не обсуждаются вопросы расположения кольца относительно опор, а также прочностные свойства материала. Данное изобретение решает задачу повышения надежности срабатывания затвора трубопроводной арматуры при значительных нагрузках, в частности шпинделя подвижного узла, а также задачу повышения срока службы затвора. Задача решается за счет того, что в трубопроводной арматуре с уплотнением для шпинделя, содержащей корпус, крышку с отверстием и сальниковой камерой, в которой размещена сальниковая набивка и уплотнительное кольцо, а также подвижный узел, состоящий из запорного органа и шпинделя, проходящего наружу из корпуса через сальниковую камеру, уплотнительное кольцо выполнено из цветного металла или сплава. С целью оптимизации конструктивных параметров устройства в целом, уплотнительное кольцо размещают в сальниковой камере таким образом, что расстояние между точкой приложения сосредоточенной боковой нагрузки уплотнительного кольца и точкой приложения осевой сжимающей силы запорного органа, выбирается из диапазона 0,35...0,4 длины шпинделя. При этом коэффициент жесткости материала уплотнительного кольца сальника выбирается по зависимости:
где Е - модуль упругости материала шпинделя;
J - осевой момент инерции сечения шпинделя;
Р - осевая сжимающая нагрузка;
l - длина шпинделя;
l1 - расстояние между точкой приложения сосредоточенной боковой нагрузки уплотнительного кольца и точкой приложения осевой сжимающей силы запорного органа. Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен продольный разрез трубопроводной арматуры; на фиг.2 - увеличенный узел I фиг. 1 - сальниковая камера с уплотнением; на фиг.3 показана расчетная схема нагружения шпинделя. Трубопроводная арматура содержит корпус 1, крышку 2 с отверстием и сальниковой камерой 3, в которой размещена сальниковая набивка 4 и уплотнительное кольцо 5. Сальниковая набивка 4 и уплотнительное кольцо 5 охватывают уплотняемый элемент, которым является шпиндель 6. Шпиндель 6 совместно с запорным органом 7 образуют подвижный узел трубопроводной арматуры. Кольцо 5 выполняют из цветного металла или сплава, и оно выполняет как роль уплотнителя, так и роль боковой опоры для шпинделя 6. Таким образом, шпиндель 6, проходящий наружу из корпуса 1 с натягом через уплотнительное кольцо 5, размещенное с натягом по внешней стороне в сальниковой камере, получает дополнительную опору по боковой поверхности. При быстром закрытии запорного органа 7 шпиндель 6 испытывает значительные сжимающие осевые нагрузки и в результате чего может потерять продольную устойчивость. Уплотнительное кольцо 5 из цветного металла или сплава, расположенное в сальниковой набивке, будет являться дополнительной опорой, причем потери на трение при использовании цветного металла будут минимальны. Для определения оптимального расположения уплотнительного (опорного) кольца 5 по длине шпинделя 6 ниже приведены следующие расчеты. Известно, что металлы на начальных участках нагружения сопротивляются деформациям линейно упруго, тогда уравнение изогнутой линии шпинделя, потерявшего устойчивость, запишется так:

где k - коэффициент жесткости материала кольца сальника;
Е - модуль упругости материала шпинделя;
J - осевой момент инерции сечения шпинделя;
Р - осевая сжимающая нагрузка;
l - длина шпинделя;
l1 - расстояние между точкой приложения сосредоточенной боковой нагрузки уплотнительного кольца и точкой приложения осевой сжимающей силы запорного органа. При интегрировании (1) воспользуемся методом последовательных приближений. В качестве первого приближения используем синусоиду Эйлера:

Подставляя (2) в правую часть (1), получим обыкновенное дифференциальное уравнение, в котором правая часть является известной функцией от z:

После последовательного интегрирования (3) получим:

Константы интегрирования определяются из граничных условий:

и второе приближение в этом случае примет вид:

Для нахождения критической силы приравняем амплитуды первого и второго приближения в фиксированной точке, например, z=l1:

При осевой сжимающей силе Р меньшей Pкp, определяемой по формуле (6), потеря устойчивости шпинделем не произойдет. Для нахождения местоположения уплотнительного опорного кольца 5 сальника относительно точек приложения нагрузок, при котором шпиндель 6 выдержит максимальную сжимающую нагрузку, логично воспользоваться условием:
dPкр/dl1=0. (7)
В результате получим алгебраическое уравнение:

Решение (8) имеет три действительных корня:
l1


l1

является наиболее благоприятным, так как шпиндель 6 при этом выдерживает максимальное сжимающее усилие. Исходя из допусков на размеры конструктивных элементов и сборку конструкции рекомендуемое местоположение уплотнительного кольца 5 определяется из диапазона l1=(0,35...0,4)l. Для рационального выбора материала уплотнительного опорного кольца 5 разрешим (6) относительно коэффициента жесткости k материала уплотнительного кольца 5 сальника и получим выражение для определения последнего в зависимости от геометрии конструкции и условий эксплуатации с обеспечением сохранения продольной устойчивости шпинделя:

Выполнение уплотнительного кольца 5 из цветного металла или сплава, а также установка его на шпинделе 6 и в сальниковой камере с натягом на заданном расстоянии от точки приложения силы запорного органа, существенно повышает продольную устойчивость шпинделя 6. Это, в свою очередь, повышает его эксплуатационные свойства, срок службы и число циклов "открытие-закрытие". Следует отметить, что в результате использования простого технического приема положительный эффект достигается без усложнения конструкции, например, не путем введения дополнительных сложных конструктивных элементов, а только за счет рационального выбора параметров существующей конструкции.
Класс F16K41/04 с одним или несколькими кольцами из резины или подобного материала между шпинделем и корпусом
сборная головка клапана, съемная в полевых условиях - патент 2525987 (20.08.2014) | |
вентиль игольчатый под манометр - патент 2495230 (10.10.2013) | ![]() |
уплотнительное устройство - патент 2467237 (20.11.2012) | ![]() |
вентиль трубопроводный - патент 2440528 (20.01.2012) | ![]() |
арматура для запирания или регулирования среды - патент 2423635 (10.07.2011) | ![]() |
регулирующий клапан (варианты) - патент 2322628 (20.04.2008) | ![]() |
клапан радиатора - патент 2296905 (10.04.2007) | ![]() |
вентиль - патент 2262629 (20.10.2005) | ![]() |
шиберная задвижка - патент 2240462 (20.11.2004) | ![]() |
шиберная задвижка - патент 2211980 (10.09.2003) |