Привод запорного органа трубопроводной арматуры

Номер патента: 4598

Опубликовано: 30.09.2002

Автор: Богачев Геннадий Иванович

Скачать PDF файл.

Текст

Смотреть все

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ПРИВОД ЗАПОРНОГО ОРГАНА ТРУБОПРОВОДНОЙ АРМАТУРЫ(56) Гуревич Д.Ф., Шпаков О.Н. Справочник конструктора трубопроводной арматуры. - Л Машиностроение,1987. - С. 370, рис. 4.50,1831630 3, 1993,773364 , 1980.(57) 1. Привод запорного органа трубопроводной арматуры, содержащий корпус, запорный орган, устройство создания вращательного движения, а также поводок, выполненный в виде изогнутого стержня, установленного в подшипниках корпуса и снабженного герметизирующей поводок относительно корпуса гибкой оболочкой, которая герметично соединена с корпусом и стаканом, взаимодействующим с устройством создания вращательного движения, при этом поводок кинематически связан с запорным органом и с устройством создания вращательного движения, причем связь последнего с поводком выполнена через стакан с возможностью их вращения относительно друг друга, отличающийся тем, что гибкая оболочка, охватывающая стержень поводка, выполнена в виде шланга, длина которого составляет не менее чем 6 его наружных диаметров, радиус изгиба - не менее чем 3 его наружных диаметра, а угол изгиба равен 90 градусов. 2. Привод по п. 1, отличающийся тем, что между поводком и запорным органом установлен в подшипниках корпуса промежуточный вал, другой конец поводка расположен за корпусом и связан с механизмом привода. 4598 1 Изобретение относится к трубопроводной арматуре и касается средств, обеспечивающих герметичность привода ее запорного органа. Для герметизации штока или шпинделя привода запорного органа трубопроводной арматуры обычно используется сальниковые уплотнения 1, с. 340-358, табл. 4.28, 4.41. Однако колебания температуры и давления при эксплуатации приводят к усадке материалов сальниковой набивки, что снижает надежность герметизации и требует периодического поджатия узла сальникового уплотнения. Известны технические решения, позволяющие получить полную герметичность запорной арматуры при высокой надежности работы. Например, в Вентиле сильфонном по 2 установлены основной и дополнительный сильфоны и гибкая оболочка для герметизации штока запорного органа. Сильфоны выполнены различной жесткости, причем гибкая оболочка позволяет не нагружать дополнительный сильфон до момента выхода из строя основного сильфона, что и обеспечивает повышение надежности работы узла уплотнения. Однако это техническое решение не получило широкого распространения из-за своего существенного недостатка, связанного с высокой стоимостью сильфонов и сложностью конструкции. Известно также использование эластичности материала детали, герметизирующей шток трубопроводной арматуры. Например, приведенное в 3 Уплотнение штока трубопроводной арматуры. В этом техническом решении для герметизации использован отрезок резиновой трубки, облегающей шток запорного органа, что обеспечивает снижение стоимости узла уплотнения и его повышенную ремонтопригодность. Для снижения трения между штоком и резиновой трубкой используют промежуточные кольца из антифрикционного материала. Такое решение позволяет уменьшить затраты на изготовление арматуры, однако затраты при эксплуатации возрастают из-за необходимости увеличивать усилие привода запорного органа и для повышенных давлений эксплуатации это техническое решение оказывается непригодным. Известны также технические решения, в которых используют герметичный электропривод для перемещения запорного органа трубопроводной арматуры, например, приведенное в 4, с. 289, фиг. 142. В известном техническом решении может быть получена полная герметичность арматуры с увеличенными параметрами с большим диаметром условного прохода, на повышенное давление и для агрессивных и токсичных сред. При этом электропривод позволяет улучшить условия автоматизации и повысить безопасность эксплуатации арматуры. Однако это техническое решение имеет очень сложную конструкцию, увеличенные расходы на изготовление. Увеличение потерь энергии в экранированном электродвигателе приводит к высоким эксплуатационным расходам. Известны также другие технические решения, в которых для герметизации используются сплошные гибкие оболочки, например, в 5, с. 20-21 приведены конструкции и технические характеристики гибких металлических шлангов (ГМШ), применяемые для прокладки соединительных трубопроводов при повышенных требованиях к герметичности. Однако известное техническое решение имеет ряд недостатков, например, увеличенную стоимость,сложную конструкцию, что снижает область его применения и для герметизации привода арматуры использование ГМШ не известно. Из известных технических решений наиболее близким объектом к заявляемому по совокупности существенных признаков является привод запорного органа трубопроводной арматуры, приведенный в 1, с. 370,рис. 450, принятый автором за прототип заявляемого изобретения. Принятый за прототип объект представляет собой привод запорного органа трубопроводной арматуры,содержащий корпус, запорный орган, устройство создания вращательного движения, а также поводок, выполненный в виде изогнутого стержня, который установлен в подшипниках корпуса и снабжен герметизирующей поводок относительно корпуса гибкой оболочкой, которая герметично заделана в корпус и в стакан,взаимодействующий с устройством создания вращательного движения, при этом поводок кинематически связан с запорным органом и с устройством создания вращательного движения, причем связь поводка с устройством создания вращательного движения выполнена через стакан с возможностью их вращения относительно друг друга. Принятый за прототип привод обеспечивает полную герметичность арматуры. Однако принятое за прототип устройство имеет существенные недостатки, заключающиеся в том, что при использовании металлического сильфона изгиб гибкой оболочки ограничен его конструктивными характеристиками. Это приводит к ограничению угла загиба стержня поводка и, как следствие, ведет к увеличению нагрузок на подшипники, в которых установлен поводок. Увеличенные нагрузки на подшипники,ограничения на загиб сильфона приводит к значительному усложнению узла герметичного привода, повышению его стоимости изготовления и к увеличению затрат при эксплуатации. Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности герметизации привода арматуры при упрощении конструкции, снижении стоимости изготовления, уменьшения величины усилий, необходимых для передачи вращения запорному органу, что уменьшает затраты на эксплуатацию. 4598 1 В результате решения этой задачи достигнут новый технический результат, заключающийся в разработке конструкции герметичного привода трубопроводной арматуры, обеспечивающего полную герметичность,снижение стоимости изготовления, улучшения условий эксплуатации. Использование изобретения при проектировании и изготовлении новых изделий позволит значительно снизить затраты на их создание и эксплуатацию, что повышает их конкурентоспособность в сравнении с известными. Кроме того, возможна модернизация существующих приводов арматуры с сальниковыми уплотнениями, которая обеспечит повышение герметичности и надежности работы. Данный технический результат достигнут тем, что в приводе запорного органа трубопроводной арматуры, содержащем корпус, запорный орган, устройство создания вращательного движения, а также поводок,выполненный в виде изогнутого стержня, который установлен в подшипниках корпуса и снабжен герметизирующей поводок относительно корпуса гибкой оболочкой, которая герметично заделана в корпус и в стакан,взаимодействующий с устройством создания вращательного движения, при этом поводок кинематически связан с запорным органом и с устройством создания вращательного движения, причем связь поводка с устройством создания вращательного движения выполнена через стакан с возможностью их вращения относительно друг друга, согласно изобретению, гибкая оболочка, охватывающая стержень поводка, выполнена в виде шланга, длина которого выполнена не менее чем 6 его наружных диаметров, радиус изгиба выполнен не менее чем 3 его наружных диаметра, а угол загиба равен 90 градусов в пределах точности изготовления. При этом в варианте исполнения устройство создания вращательного движения выполнено между поводком и запорным органом арматуры в виде установленного в подшипниках корпуса дополнительного передающего вала, при этом другой конец поводка выведен за пределы корпуса и закреплен в механизме привода, создающем крутящий момент. Отличительной особенностью заявляемого изобретения является то, что гибкая оболочка, охватывающая стержень поводка, выполнена в виде шланга, длина которого выполнена не менее чем 6 его наружных диаметров, радиус изгиба выполнен не менее чем 3 его наружных диаметра, а угол загиба равен 90 градусов в пределах точности изготовления. Такое техническое решение позволяет обеспечить наиболее оптимальное отношение передаваемых приводом сил. Определяющими факторами для передачи на запорный орган движения является крутящий момент устройства создания вращательного движения. Этот крутящий момент равен усилию, приложенному к приводу, умноженному на радиус приложения этого усилия. На взаимодействующие детали привода - на подшипники - передается при этом сила, равная этому усилию, а также сила, создаваемая загибом гибкой оболочки. При угле загиба гибкой оболочки в 90 градусов радиус приложения усилия устройства создания вращательного движения, создающего крутящий момент, будет наибольший, при этом усилие загиба гибкой оболочки приложено в перпендикулярной плоскости и не влияет на величину усилия, передаваемого на запорный орган арматуры. Другой отличительной особенностью конструкции является то, что в изобретении предусмотрен вариант,при котором устройство создания вращательного движения выполнено между поводком и запорным органом арматуры в виде установленного в подшипниках корпуса дополнительного передающего вала, при этом другой конец поводка выведен за пределы корпуса и закреплен в механизме привода, создающем крутящий момент. Такое техническое решение позволяет получить оптимальное соотношение габаритов привода при нагружении гибкой оболочки внешним давлением. Научные исследования и эксперименты, выполненные автором, показали, что определяющим размером для обеспечения надежной работы является радиус изгиба шланга. При радиусе изгиба менее чем 3 наружных диаметра шланга происходит его быстрое разрушения из-за увеличенных деформаций 5, с. 81. Наиболее напряженным местом шланга является место его заделки. Эксперименты, выполненные автором, показали, что наиболее часто разрушения шлангов возникают именно в местах заделки, в связи с чем от места заделки шланга до начала его изгиба необходим прямой участок. Соответственно при радиусе изгиба в 3 наружных диаметра шланга его длина должна быть не менее чем 6 его наружных диаметра. При меньшей длине деформации от изгиба при работе привода и деформации в месте заделки накладываются, что приводит к существенному снижению надежности. В варианте исполнения устройство создания вращательного движения выполнено между поводком и запорным органом арматуры в виде установленного в подшипниках корпуса дополнительного передающего вала, а другой конец поводка выведен за пределы корпуса и закреплен в механизме привода, создающем крутящий момент. Такое техническое решение дает дополнительный положительный эффект, заключающийся в том, что гибкая оболочка - охватывающий поводок шланг работает под наружным давлением. Прочность шланга при этом увеличивается, а отсутствие между поводком и шлангом рабочей среды позволяет использовать различные снижающие трение наполнители в зазоре между поводком и шлангом, использовать таким образом стержень поводка в качестве опоры для шланга при восприятии давления рабочей среды. Таким образом, приведенные отличительные особенности заявляемого изобретения в сравнении с известными техническими решениями позволяют создать дешевую и эффективно работающую полностью герметичную тру 3 4598 1 бопроводную арматуру для любой промышленной энергетической или технологической установки, что соответственно обеспечит конкурентоспособность изобретения на современном рынке. На фиг. 1 представлена конструкция заявляемого привода, при которой гибкая оболочка нагружена внутренним давлением. На фиг. 2 изображен вариант, при котором гибкая оболочка нагружена внешним давлением. Заявляемый привод запорного органа трубопроводной арматуры содержит корпус 1, запорный орган 2, устройство создания вращательного движения, выполненное, например, в виде рукоятки 3, устанавливаемой на стакане 4. Привод содержит также поводок 5, выполненный в виде изогнутого стержня, который установлен в подшипниках 6 корпуса и снабжен герметизирующей поводок относительно корпуса гибкой оболочкой шлангом 7, который герметично заделан в корпус 1, например, с помощью хомута 8, обжимающего шланг 7 на патрубке фланца 9 корпуса, и в стакан 4, взаимодействующий с устройством создания вращательного движения. Например, шланг 7 с помощью хомута 10 обжат на патрубке стакана 4. При этом поводок кинематически связан с запорным органом 2, например, резьбовым соединением 11 и с устройством создания вращательного движения, причем соединение поводка 5 с устройством создания вращательного движения стаканом 4 и рукояткой 3 выполнено с возможностью вращения стержня 5 поводка относительно стакана 4 по подшипнику скольжения 12 и с возможностью проворота рукоятки 3. При использовании электропривода вместо рукоятки 3 может быть, например, установлена шестерня, вращаемая относительно стакана 4 зубчатым колесом на валу электродвигателя и перемещающаяся по кругу, ось которого совпадает с осью запорного органа 2. Гибкая оболочка, охватывающая стержень поводка 5,выполнена в виде шланга 7, длина которого выполнена не менее, чем 6 его наружных диаметров, радиус изгиба выполнен не менее чем 3 его наружных диаметра, а угол загиба равен 90 градусов в пределах точности изготовления. На фиг. 2 изображен вариант, при котором устройство создания вращательного движения выполнено между поводком 5 и запорным органом 2 арматуры в виде установленного в подшипниках 13 корпуса дополнительного передающего вала 14, кинематически связанного с поводком 5 через стакан 4 при возможности вращения поводка относительно стакана 4 и вращения стакана 4 относительно вилки 15, выполненной на валу 14. Таким образом обеспечивается герметизация кинематической связи поводка 5 с дополнительным передающим валом 14, при этом другой конец поводка 5 выведен за пределы корпуса 1 и закреплен в механизме привода, создающем крутящий момент, например, соединен с штурвалом 16, с возможностью передачи крутящего момента. Заявляемый привод работает следующим образом. При вращении рукоятки 3 (см. фиг. 1) или штурвала 16 (см. фиг. 2) относительно оси арматуры, совпадающей с осью запорного органа 2, вокруг этой же оси вращается изогнутый стержень поводка 5, установленный в подшипниках 6. В первом варианте исполнения (фиг. 1) вращение поводка 5 приводит к перемещению запорного органа 2 с помощью резьбового соединения 11. Во втором варианте (фиг. 2) вращение поводка 5 передается на дополнительный передающий вал 14 воздействием на вилку 15. Запорный орган 2 перемещается с помощью такого же резьбового соединения 11 при вращении вала 14 в подшипниках 13. В обоих вариантах полная герметичность рабочей полости арматуры достигается тем, что один конец шланга 7 герметично заделан в корпус 1 (обжат хомутом 8 на патрубке фланца 9), а другой конец шланга 7 герметично заделан в стакан 4 (обжат хомутом 10 на его патрубке). При вращении поводка 5 шланг 7 изгибается относительно корпуса 1. При этом за один оборот поводка 5 вокруг оси стакан 4 делает один оборот относительно стержня поводка. Для снижения сил трения стакан снабжен подшипником скольжения 12. В то же время стакан 4 проворачивается на один оборот относительно устройства создания вращательного движения - рукоятки 3 в первом варианте или вилки 15 промежуточного вала 14 во втором варианте. В случае, когда запорный орган 2 кинематически связан непосредственно с поводком 5 (фиг. 1), шланг 7 работает под внутренним давлением рабочей среды арматуры. Когда для передачи вращения используется промежуточный вал 14, шланг 7 работает под наружным давлением рабочей среды (фиг. 2). Оба варианта имеют свои преимущества и недостатки в сравнении друг с другом. В первом варианте корпусные детали арматуры имеют меньшие габариты и рабочее давление практически ограничивается только прочностью шланга. Во втором варианте возможна опора шланга 7 на стержень поводка 5, но при этом габариты корпусных деталей увеличиваются за счет необходимости размещения промежуточного вала 14 и его вилки 15, и рабочее давление лимитируется уже прочностью корпусных деталей. Так как шланг 7 может быть изготовлен из практически любого материала - от обычной резиновой трубки до гибкого металлического шланга, заявляемое изобретение может быть использовано для любых условий эксплуатации, что обеспечивает очень широкие технологические возможности. Изобретение позволяет проводить модернизацию эксплуатируемой арматуры при сравнительно малых затратах. 4598 1 Таким образом, приведенные отличительные особенности заявляемого изобретения в сравнении с прототипом повышают конкурентоспособность заявляемого технического решения, так как оно обеспечивает повышение экономичности эксплуатации, а также снижает затраты на изготовление. Расчеты и эксперименты, выполненные автором, показали, что в сравнении с наиболее эффективными конструкциями приводов трубопроводной арматуры, которые обеспечивают ее герметичность и надежность эксплуатации, заявляемое изобретение обеспечивает снижение затрат при эксплуатации и уменьшении капиталовложений на изготовление примерно на 50-200 . Источники информации 1. Гуревич Д.Ф., Шпаков О.Н. Справочник конструктора трубопроводной арматуры. - Л. Машиностроение, 1987. 2. А.с. СССР 773364,16 41/10, 1979, 1980. 3. А.с. СССР 1831630,16 41/10, 1991, 1993. 4. Черноусов Н.П. и др. Герметические химико-технологические машины и аппараты. - М.-Л. Машиностроение, 1965. 5. Крюков А.И. и др. Гибкие металлические рукава. - М. Машиностроение, 1970. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.

МПК / Метки

МПК: F16K 41/10

Метки: органа, привод, арматуры, трубопроводной, запорного

Код ссылки

<a href="http://bypatents.com/5-4598-privod-zapornogo-organa-truboprovodnojj-armatury.html" rel="bookmark" title="База патентов Беларуси">Привод запорного органа трубопроводной арматуры</a>

Похожие патенты