запорное устройство для перекрытия трубопроводов

Формула изобретения

Запорное устройство для перекрытия трубопроводов, содержащее корпус с соосными подводной и отводной трубами, в котором размещен запорный орган в виде тора, заполненного сжатой средой, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит еще один тор, штангу, патрубки и двухходовой золотник, а в отводной трубе в месте врезания патрубка выполнено сужение, при этом торы жестко связаны штангой и установлены при открытом запорном устройстве по обе стороны от перекрываемого трубопровода, а патрубки соединяют торцевые полости корпуса с отводной и подводной трубами с возможностью их поочередного соединения с помощью золотника.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к трубопроводной арматуре и может быть использовано для перекрытия трубопроводов различного назначения, по которым транспортируется жидкая среда или газ.

Известно запорное устройство по авторскому свидетельству СССР №2020346, F 16 К 3/00, 18.09.90. Сущность этого устройства заключается в следующем: на связанном с патрубком трубопроводе установлен запорный орган в виде эластичного тора, заполненного сжатой газовой средой и сообщенного с механизмом перемещения. Тор охвачен гибкими лентами. Один конец ленты закреплен неподвижно на патрубке, другой пропущен через центральное отверстие тора, охватывает тор по наружной поверхности и связан с механизмом перемещения. Патрубок имеет коническую часть, герметичную перегородку внутри этой части и четыре радиальных проходных отверстия, размещенных по два с каждой стороны от перегородки. Одни концы лент закреплены на конической части. Механизм перемещения выполнен в виде приводного вала с барабанами, на которые намотаны связанные с механизмом перемещения концы лент, и расположен в корпусе.

Недостатками устройства являются требование значительных механических усилий для перекрытия трубопровода или наличие отдельного электропривода и необходимость герметизации в местах выхода подвижных деталей из корпуса.

Известно запорное устройство для перекрытия трубопроводов (Патент RU №2015437, F 16 К 3/00, опубликован 30.06.94), в котором установлен запорный орган в виде тора, заполненного сжатой средой. Сущность изобретения: на сообщенной с корпусом трубе установлен запорный орган в виде тора, заполненного сжатой газовой средой и соединенного с механизмом перемещения. Тор выполнен конусным и по большому торцу охвачен лентами, одни концы которых закреплены на внешней поверхности трубы, другие - на механизме перемещения. Труба разделена перегородкой на две полости, в каждой из которых выполнены радиальные отверстия. Механизм перемещения выполнен в виде приводного вала с барабанами и размещен в корпусе.

Недостатками данного устройства являются наличие механического или электромеханического привода, запорного органа и необходимость герметизации в местах выхода подвижных деталей из корпуса.

Известно запорное устройство для перекрытия трубопроводов (авторское свидетельство №1815453, F 16 K 3/00, опубликован 15.05.93), содержащее корпус и размещенный в нем запорный орган из двух торов. Сущность изобретения: в корпусе размещен запорный орган в виде тора, заполненного газовой средой под давлением. Корпус выполнен в виде двух, расположенных противоположно друг другу патрубков, имеющих форму усеченного конуса, в которых размещены конусообразные торы, через центральное отверстие которых пропущены гибкие ленты, охватывающие торы снаружи и закрепленные внутри патрубков. Между патрубками установлены взаимодействующие с лентами приводные ролики.

Недостатком данного устройства является наличие отдельного привода.

Конструктивное выполнение запорного органа из двух торов, связанных между собой гибкой лентой, пропущенной через их центральные отверстия и охватывающей их, не позволяет реализовать поршневой механизм переключения устройства с использованием энергии потока транспортируемой среды без приложения внешних усилий.

Наиболее близким к изобретению является запорное устройство (авторское свидетельство №1815452, F 16 К 3/00, опубликовано 18.09.90), содержащее признаки, совпадающие с существенными признаками заявляемого - корпус с соосно установленными подводной и отводной трубами и размещенный в корпусе запорный орган в виде тора, заполненного сжатой газовой средой. Сущность этого изобретения заключается в следующем: в корпусе размещен запорный орган в виде тора, заполненного газовой средой под давлением. Один торец корпуса выполнен в виде усеченного конуса, в котором размещен тор, в другом торце установлен приводной барабан с намотанными на него гибкими лентами, которые пропущены через центральное отверстие тора, охватывают его снаружи и закреплены на внутренней поверхности корпуса. Корпус снабжен двумя парами патрубков, расположенных противоположно друг другу.

Конструктивное выполнение запорного органа в виде тора, связанного с органом перемещения гибкими лентами, не позволяет реализовать в известном устройстве поршневой механизм переключения устройства с использованием энергии потока транспортируемой среды. Перекрытие трубопровода обеспечивается вращением барабана.

Целью изобретения является повышение надежности работы запорного устройства путем упрощения конструкции, облегчение эксплуатации и обслуживания устройства.

Технический результат изобретения заключается в обеспечении переключения запорного устройства за счет энергии транспортируемой среды путем создания перепада давления.

Получение результата достигается тем, что в предложенном запорном устройстве для перекрытия трубопроводов, состоящем из корпуса и соосными подводной и отводной трубами, в котором размещен запорный орган в виде тора, заполненного сжатой средой, дополнительно введены еще один тор, штанга, патрубки и двухходовой золотник, а в отводной трубе в месте врезания патрубка выполнено сужение. При этом торы жестко связаны штангой и при открытом запорном устройстве установлены по обе стороны от перекрываемого трубопровода, а патрубки соединяют торцевые полости корпуса с подводной и отводной трубами с возможностью их поочередного соединения с помощью золотника.

Выполнение запорного органа в виде двух торов, жестко соединенных штангой, позволяет изолировать торцовые полости корпуса от потока транспортируемой среды и использовать его как поршень при переключении запорного устройства.

Соединение торцов корпуса с подводной и отводной трубой патрубками с возможностью перекрытия их двухходовым золотником позволяет создавать давление в торцах корпуса (по обе стороны запорного устройства), равное с одной стороны давлению в подводной и с другой - отводной трубах. Сужение в отводной трубе (в соответствии с законом Бернулли) дает снижение давления в месте сужения, обеспечивая необходимый перепад давлений в торцах корпуса с помощью патрубков и двухходового золотника. Создавая большее давление с одной или другой стороны запорного органа, перемещают его в ту или иную сторону, включая или выключая запорное устройство. Таким образом, использование давления и энергии транспортируемой среды с помощью дополнительно введенных в конструкцию запорного устройства тора и штанги, патрубков и двухходового золотника и выполнения сужения в отводной трубе в месте врезания патрубка при соединении патрубками торцевых полостей с отводной и подводной трубами с возможностью их поочередного переключения, обеспечивает включение и выключение запорного устройства. Необходимость в сложном и трудоемком механическом или электромеханическом приводе исключается. В результате конструкция запорного устройства упрощается, снижаются энергетические затраты на эксплуатацию, упрощается и облегчается обслуживание устройства.

Отличием от прототипа является введение дополнительного второго тора, штанги, патрубков, двухпозиционного золотника и выполнение сужения в отводной трубе в месте врезания патрубка при исполнении запорного органа в виде двух торов, жестко соединенных между собой штангой, соединении подводной и отводной труб с торцевыми полостями корпуса патрубками, с возможностью их перекрытия специально установленным двухходовым золотником.

В технике известно использование тора в качестве поршня, однако использование одного тора в нашем случае не может обеспечить возможность перекрытия и отпирания трубопровода. Широко используются патрубки с золотниками в гидропневмоавтоматике и гидроприводах различного оборудования для перемещения поршней и диафрагм разного рода (Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник для машиностроительных вузов/Т.М.Башта, С.С.Руднев, Б.Б.Некрасов и др. - 2-е изд., перераб. - М.: Машиностроение, 1982, с.356,), но при обязательном наличии отдельных гидростанций. Из уравнения Бернулли (там же, с.47) следует, что с увеличением скорости течения жидкости в канале давление жидкости в потоке падает, т.е. при уменьшении сечения потока скорость его увеличивается и, следовательно, падает давление. Этот принцип широко используется в технике, например в расходомере Вентури, в карбюраторе поршневого двигателя внутреннего сгорания, в струйном насосе (эжекторе). Однако неизвестны случаи использования сужения трубопровода для создания перепада давления для переключения запорного устройства за счет энергии транспортируемой жидкости.

Известно из уровня техники решение, имеющее признак, совпадающий с отличительным признаком заявляемого изобретения, запорное устройство для перекрытия трубопроводов (авторское свидетельство №1815454, F 16 К 3/00,опубликовано 15.05.93), в корпусе которого расположены два тора, один из которых установлен на механизме перемещения, а другой тор, заполненный сжатой газовой средой, сообщен с механизмом перемещения посредством лент. При этом тор, установленный на механизме перемещения, выполняет функции уплотнения и предотвращает доступ жидкости к резьбовому соединению корпус-шток.

В заявляемом изобретении два тора, заполненные сжатой средой, находясь в другой совокупности признаков (торы связаны штангой и установлены в корпусе, который сообщен то с подводной, то с отводной трубой, имеющей сужение), наряду с функцией изолирования торцовых полостей корпуса от потока транспортируемой среды выполняют весомую роль в создании перепада давления в торцевых полостях и переключении запорного устройства, то есть проявляют целый комплекс свойств, приводящих к техническому результату.

Введение в заявляемое устройство дополнительного второго тора позволило не просто усилить эффект, а привело к принципиально новому техническому результату.

Таким образом, только совокупность всех отличительных признаков, а именно: введение дополнительного тора, штанги, патрубков, двухходового золотника и выполнение сужения в отводной трубе в месте врезания патрубка при исполнении запорного органа в виде двух торов, жестко связанных между собой штангой, соединении подводной и отводной труб с торцовыми полостями корпуса патрубками, с возможностью их переключения специально установленным двухходовым золотником, обеспечивает создание новых свойств запорного устройства, а именно: возможность механического переключения запорного устройства без использования внешних источников энергии.

Использование изобретения позволит упростить конструкцию запорного устройства, снизить себестоимость, поскольку исключаются сложные детали механизмов перемещения запорного органа, снизить расход энергии на переключение устройства и облегчить обслуживание и эксплуатацию трубопроводов.

На чертеже показано заявляемое запорное устройство.

Устройство состоит из цилиндрического корпуса 1, в который врезаны соосно подводная 2 и отводная 3 трубы. Запорный орган выполнен в виде двух торов 4 и 5 из эластичного материала, заполненных сжатой средой и соединенных друг с другом штангой 6. При этом длина корпуса 1 в сторону движения запорного устройства выполнена больше на длину тора. Каждый торец корпуса 1, по обе стороны запорного органа, соединен с подводной 2 и отводной 3 трубами патрубками 7. Устройство снабжено двухходовым золотником 8, который открывает или перекрывает патрубки 7, включая или выключая запорное устройство. В месте врезания патрубков в отводную трубу 3 выполнено сужение 9, служащее для создания достаточного для переключения устройства перепада давления по обе стороны запорного органа. При этом запорный орган, выполненный из двух связанных между собой торов 4 и 5, установлен в корпусе 1 с возможностью его перемещения вдоль оси, перпендикулярной оси трубопровода от расположения торов по обе стороны проходного сечения трубопровода (при открытом трубопроводе) до перекрытия проходного сечения трубопровода тором 4.

Устройство работает следующим образом. Так, например, при закрытии запорного устройства двухходовой золотник 8 переключают в правое положение, как показано на чертеже. При этом патрубок 7, идущий от подводной трубы 2, соединяется с правой торцевой полостью корпуса 1. В правом торце создается такое же давление, как и в подводной трубе 2. Левая же торцевая полость корпуса 1 соединяется с отводной трубой 3 в месте сужения 9. В левом торце корпуса 1 устанавливается давление, равное давлению в месте сужения 9. По обе стороны запорного органа создается перепад давления, который и перемещает запорный орган (двойной тор) в левую сторону, открывая запорное устройство. При переключении двухходового золотника 8 в левое положение патрубки 7 переключаются в противоположное состояние и создают обратный перепад давления, обеспечивающий закрытие запорного устройства.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет использовать энергию и давление транспортируемого продукта для переключения запорного устройства, упрощает его конструкцию, исключая необходимость изготовления сложных, дорогостоящих деталей, облегчает и упрощает его обслуживание и эксплуатацию.