Уплотнительный узел затвора клапана

Уплотнительный узел затвора клапана решает техническую задачу повышения надежности работы, увеличения срока службы клапана за счет снижения эрозионного износа кольцевого эластичного уплотнительного элемента в затворе. Уплотнительный узел затвора содержит золотник (1) и седло (2). В седле либо золотнике выполнена кольцевая канавка (3), в которой размещены кольцевой эластичный уплотнительный элемент (4) и защитное кольцо (5). Защитное кольцо взаимодействует с кольцевым эластичным уплотнительным элементом по конической поверхности «Б», а с седлом либо золотником - по цилиндрической поверхности «В» радиуса «R». Подвижное соединение защитного кольца с седлом либо золотником снабжено центрирующими элементами (6), выполненными, в частности, в виде винтов. Винты закреплены неподвижно на резьбе (7) в седле либо в золотнике. Для этого в седле либо в золотнике выполнены резьбовые крепежные канавки (8), длина которых превышает длину винтов на величину «L». В защитном кольце выполнены гладкие глухие направляющие канавки (9) для винтов, образующие при совмещении с резьбовыми канавками отверстия, продольные оси (10) которых отстоят от продольной оси затвора клапана на расстояние «R». Защитное кольцо для удобства сборки-разборки может быть выполнено разрезным.

Полезная модель относится к трубопроводной арматуре, в частности к уплотнительным узлам затворов подъемных клапанов.

Известен уплотнительный узел затвора прямоточного клапана по DE 1073822, МПК F16K 1/46, приоритет от 08.02.1957. Уплотнительный узел включает кольцевой эластичный уплотнительный элемент, установленный в кольцевой канавке седла, поджимаемый к седлу золотником в закрытом положении клапана и омываемый потоком рабочей среды в открытом положении клапана.

Недостатком аналога является низкая надежность клапана из-за подверженности эластичного уплотнительного элемента эрозионному износу поверхностным слоем абразивосодержащей рабочей среды при ее истечении через затвор.

Известен уплотнительный узел затвора клапана по US 5655752, МПК F16K 1/42; F16K 1/32, приоритет от 07.07.1995. Уплотнительный узел включает кольцевой эластичный уплотнительный элемент, установленный между седлом и запорным элементом и снабженный несплошной металлической защитной оболочкой.

Недостатком аналога является то, что абразивные частицы рабочей среды могут попадать в пространство между кольцевым эластичным уплотнительным элементом и его несплошной металлической оболочкой, подвергая эрозии уплотнение затвора и нарушая герметичность затвора.

Прототипом заявляемого устройства является уплотнительный узел затвора клапана по SU 1247603, МПК F16K 1/46, приоритет от 19.02.1985. Уплотнительный узел затвора клапана содержит запорный элемент и седло, в одном из которых выполнена кольцевая расточка с установленными в ней концентрично, с возможностью осевого перемещения коническими втулками и зажатым между втулками кольцевым эластичным уплотнительным элементом. Внутренний диаметр наружной втулки выполнен меньшим наружного диаметра внутренней втулки, которая с помощью пружины прижата наружной конической поверхностью к внутренней конической поверхности наружной втулки. Торцы внутренней и наружной втулок расположены на разных уровнях относительно торца кольцевой расточки. В открытом положении затвора клапана кольцевой эластичный уплотнительный элемент защищен от воздействия рабочей среды втулками. При закрытии затвора клапана золотник, контактируя с торцом внутренней втулки, частично перекрывает поток рабочей среды по взаимно притертым поверхностям затвора. При дальнейшем движении золотника на закрытие затвора клапана внутренняя втулка сжимает пружину и отходит от наружной втулки, образуя зазор, в который при последующем совместном движении уже обеих втулок выдавливается кольцевой эластичный уплотнительный

элемент, герметизирующий затвор клапана. При открывании затвора клапана втулки перемещаются вместе с золотником в обратном направлении, при этом кольцевой эластичный уплотнительный элемент сжимается и выходит из зазора между втулками. При дальнейшем движении золотника на открытие затвора внутренняя втулка упирается в дно наружной втулки, перекрывая зазор и вновь защищая кольцевой эластичный уплотнительный элемент от воздействия рабочей среды. Таким образом обеспечиваются длительный срок службы уплотнительного узла-прототипа и надежность клапана.

Однако надежность работы уплотнительного узла-прототипа гарантирована лишь при абсолютной упругости материала кольцевого эластичного уплотнительного элемента, позволяющей ему быстро и полностью восстанавливать свою первоначальную форму после снятия нагрузки со стороны наружной и внутренней конических втулок. В реальных же условиях, при малом временном интервале между открытием и закрытием, как правило, имеет место остаточная деформация эластичных элементов. При наличии остаточной деформации кольцевого эластичного уплотнительного элемента вероятно его заклинивание в зазоре между коническими втулками и, как следствие, - эрозионный износ со стороны поверхностного слоя рабочей среды.

Заявляемая полезная модель решает техническую задачу повышения надежности и увеличения срока службы клапана за счет снижения эрозионного износа кольцевого эластичного уплотнительного элемента в затворе.

Поставленная техническая задача решена в уплотнительном узле затвора клапана, включающем седло, золотник, размещенные в кольцевой канавке седла либо золотника кольцевой эластичный уплотнительный элемент и подвижное в осевом направлении защитное кольцо, взаимодействующее с кольцевым эластичным уплотнительным элементом по конической поверхности, а с седлом либо золотником - по цилиндрической поверхности. Защитное кольцо взаимодействует с седлом либо золотником по цилиндрической поверхности радиуса «R». Подвижное соединение защитного кольца с седлом либо золотником снабжено центрирующими элементами, установленными в защитном кольце подвижно в осевом направлении, а в седле либо в золотнике - неподвижно. В частности, центрирующий элемент выполнен в виде винта, установленного в седле либо в золотнике на резьбе. Для крепления винтов и регулировки деформации эластичного элемента в седле либо в золотнике выполнены резьбовые канавки. В защитном кольце выполнены направляющие канавки для винтов, образующие при совмещении с резьбовыми канавками отверстия, продольные оси которых отстоят от продольной оси затвора клапана на расстоянии «R». Длина резьбовой канавки в седле либо в золотнике превышает длину винта на величину «L». Направляющие канавки в защитном кольце со стороны вершины конуса выполнены глухими. Защитное кольцо выполнено разрезным.

Существо полезной модели поясняется чертежом, на фиг.1 которого изображен прямоточный запорно-регулирующий клапан с заявляемым уплотнительным узлом затвора; на фиг.2 - выносной элемент А затвора запорно-регулирующего клапана, вариант расположения кольцевого эластичного уплотнительного элемента и защитного кольца в седле, положение «закрыто»; на фиг.3 - то же, вариант расположения кольцевого эластичного уплотнительного элемента и защитного кольца в золотнике, положение «закрыто»; на фиг.4 - то же, вариант расположения кольцевого эластичного уплотнительного элемента и защитного кольца в седле, положение - в начале открытия.

Уплотнительный узел затвора прямоточного запорно-регулирующего клапана содержит золотник 1 и седло 2. В седле 2 либо золотнике 1 выполнена кольцевая канавка 3, в которой размещены кольцевой эластичный уплотнительный элемент 4 и защитное кольцо 5. Защитное кольцо 5 взаимодействует с кольцевым эластичным уплотнительным элементом 4 по конической поверхности «Б», а с седлом 2 либо золотником 1 - по цилиндрической поверхности «В» радиуса «R». Подвижное соединение защитного кольца 5 с седлом 2 либо золотником 1 снабжено центрирующими элементами 6, выполненными, в частности, в виде винтов. Винты 6 закреплены неподвижно на резьбе 7 в седле 2 либо в золотнике 1. Для этого в седле либо в золотнике выполнены резьбовые крепежные канавки 8, длина которых превышает длину винтов 6 на величину «L». В защитном кольце 5 выполнены гладкие глухие направляющие канавки 9 для винтов 6, образующие при совмещении с резьбовыми канавками 8 отверстия, продольные оси 10 которых отстоят от продольной оси затвора клапана на расстояние «R». Защитное кольцо 5 для удобства сборки-разборки может быть выполнено разрезным.

Уплотнительный узел затвора клапана работает следующим образом.

При закрытии затвора клапана вначале торцевая поверхность защитного кольца 5 вступает в контакт с уплотнительной поверхностью золотника 1 (либо седла 2 во втором варианте размещения кольцевого эластичного уплотнительного элемента 4 и защитного кольца 5 - в золотнике 1). При движении золотника 1 на закрытие клапана защитное кольцо 5 углубляется внутрь седла 2 (либо золотника 1), при этом оно скользит своей цилиндрической поверхностью «В» по направляющей цилиндрической поверхности кольцевой канавки 3. Коническая поверхность «Б» защитного кольца 5 скользит при этом вдоль поверхности кольцевого эластичного уплотнительного элемента 4, увеличивая давление на него и поджимая его к противоположной стенке кольцевой канавки 3. Винты 6, соединенные неподвижно с седлом 2 (либо с золотником 1) и утопленные в направляющих канавках 9 защитного кольца 5, центрируют положение защитного кольца 5 в седле 2 (либо в золотнике 1). При дальнейшем осевом движении золотника 1 на закрытие затвора клапана происходит относительное осевое смещение направляющих поверхностей канавок 9 и поверхностей винтов 6.

В закрытом положении затвора клапана защитное кольцо 5 вдавлено в кольцевой эластичный уплотнительный элемент 4. Деформация кольцевого эластичного уплотнительного элемента 4 обеспечивает плотное прилегание уплотнительной поверхности золотника 1 к поверхности седла 2. Величину деформации кольцевого эластичного уплотнительного элемента 4 регулируют осевым смещением винтов 6 в резьбовых крепежных канавках 8 в пределах расстояния «L».

При открытии затвора клапана уплотнительная поверхность золотника 1 (седла 2) последовательно отходит вначале от поверхности кольцевого эластичного уплотнительного элемента 4, форма которого при этом восстанавливается (передеформируется), затем - от поверхности защитного кольца 5. Под воздействием энергии передеформированного кольцевого эластичного уплотнительного элемента 4 происходит возвратное осевое смещение защитного кольца 5 в проточную часть клапана вдоль цилиндрической направляющей поверхности седла 2 (золотника 1). Винты 6 при этом выполняют центрирующую и направляющую функции.

В открытом положении клапана торцевая поверхность защитного кольца 5 выступает в проточной части клапана над уплотнительной поверхностью кольцевого эластичного уплотнительного элемента 4, при этом кольцо 5 защищает кольцевой эластичный уплотнительный элемент 4 от эрозионного износа поверхностным слоем рабочей среды. Винты 6 выполняют также функцию стопорных элементов, предотвращающих выпадение защитного кольца 5 (или его элементов) в проточную часть клапана. Для упора защитного кольца 5 в стопорные винты 6 направляющие канавки 9 выполнены глухими.

Истечение рабочего потока через затвор клапана начинается с момента образования щели между уплотнительной поверхностью золотника 1 (седла 2) и торцевой поверхностью защитного кольца 5. При этом расстояние между уплотнительной поверхностью кольцевого эластичного уплотнительного элемента 4 и золотника 1 (седла 2) больше, чем ширина щели между уплотнительной поверхностью золотника 1 (седла 2) и торцевой поверхностью защитного кольца 5, а скорость протекания рабочего потока между уплотнительной поверхностью кольцевого эластичного уплотнительного элемента 4 и золотника 1 (седла 2) меньше, чем скорость потока в указанной щели. Таким образом разрушительное воздействие дросселируемого потока рабочей среды на уплотнительную поверхность кольцевого эластичного уплотнительного элемента 4 снижается до минимума.

1. Уплотнительный узел затвора клапана, включающий седло, золотник, размещенные в кольцевой канавке седла либо золотника кольцевой эластичный уплотнительный элемент и подвижное в осевом направлении защитное кольцо, взаимодействующее с кольцевым эластичным уплотнительным элементом по конической поверхности, а с седлом либо золотником - по цилиндрической поверхности, отличающийся тем, что защитное кольцо взаимодействует с седлом либо золотником по цилиндрической поверхности радиуса R, при этом подвижное соединение защитного кольца с седлом либо золотником снабжено центрирующими элементами, установленными в защитном кольце подвижно в осевом направлении, а в седле либо в золотнике - неподвижно.

2. Уплотнительный узел затвора клапана по п.1, отличающийся тем, что центрирующий элемент выполнен в виде винта, установленного в седле либо в золотнике на резьбе.

3. Уплотнительный узел затвора клапана по п.2, отличающийся тем, что в седле либо в золотнике выполнены резьбовые канавки для крепления винтов, в защитном кольце выполнены направляющие канавки для винтов, при этом резьбовые канавки и направляющие канавки при совмещении образуют отверстия, продольные оси которых отстоят от продольной оси затвора клапана на расстоянии R.

4. Уплотнительный узел затвора клапана по п.3, отличающийся тем, что длина резьбовой канавки в седле либо в золотнике превышает длину винта на величину L.

5. Уплотнительный узел затвора клапана по п.3, отличающийся тем, что направляющие канавки в защитном кольце со стороны вершины конуса выполнены глухими.

6. Уплотнительный узел затвора клапана по п.4, отличающийся тем, что защитное кольцо выполнено разрезным.