Результат интеллектуальной деятельности: БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ ЗАТВОР

Изобретение относится к быстродействующим затворам для трубопроводов и аппаратов, работающих как при высоких, так и при низких давлениях.

Известно устройство для запирания крышки сосуда, работающего под давлением (патент 2249135 RU, кл. МПК F16J 13/16, 18.08.2003), которое содержит крышку с механизмом ее подъема, установленную на корпусе, быстроразъемное конусно-фланцевое соединение, механизм закрытия крышки, при этом конусно-фланцевое соединение выполнено в виде фланцев корпуса и крышки с наружной конической поверхностью и охватывающего их торцы разводного устройства в виде пары бугелей с ответной конической проточкой. Механизм закрывания крышки снабжен двумя гидроцилиндрами, а механизм подъема крышки снабжен гидродомкратом, прокладка между фланцем корпуса и крышки выполнена спирально-навитой в виде металлического каркаса.

Устройство требует большого количества механизмов, а установка пары бугелей разводящихся-сводящихся от гидроцилиндров может привести к неравномерному сведению и затяжке бугелей, особенно при провисании крышки, и привести к смещению прокладки, негерметичному закрытию крышки и ненадежности работы затвора. Кроме того, в устройстве затвора отсутствуют элементы страховки от случайной и несанкционированной разгерметизации.

Известен быстродействующий затвор с ручным приводом (Канторович З.Б. «Машины химической промышленности», изд-во «Машиностроение». - М., 1965, с.255-257), включающий привод в виде винтовой пары, представляющий собой втулку с трапецеидальной резьбой, на наружной поверхности которой сидит гайка в виде розетки, элементы уплотнения, крышку, состоящую из фланца и днища, вогнутого внутрь патрубка (фиг.176), элементов стопорения в виде рычагов и фиксаторов в виде скоб с прижимными болтами. Концы рычагов свободно лежат на крышке. К фланцам обечайки аппарата прикреплены скобы регулируемой высоты, в которые входят концы прижимных рычагов при закрытии крышки при начальном вращении маховика. При дальнейшем вращении маховика привода закругленные концы рычагов нажимают на скобы, прижимая при этом крышку к патрубку через уплотнения. Окончательно фиксируют крышку прижимными болтами.

Недостатком известного устройства является ненадежность при высоких давлениях, особенно на затворах больших диаметров (консольное зацепление рычага со скобой), неудобство работы (необходимость регулировки высоты винтовых скоб по контуру фланца обечайки, совмещения положения ушков розетки с рычагами с зевами скоб, фиксации каждой скобы стопорными винтами). Кроме того, устройство предназначено для закрытия легких расположенных горизонтально крышек - нет поворотного шарнира, нет устройства центровки крышки по отношению к патрубку.

В качестве наиболее близкого аналога выбран быстродействующий затвор (патент 2295081 RU, кл. МПК F16J 13/16, 01.02.2006), включающий привод в виде винтовой пары, элементы уплотнения, крышку, состоящую из фланца и вогнутого внутрь патрубка днища, элементов стопорения и фиксации, при этом элементы стопорения крышки выполнены в виде секторов, входящих в круговую расточку патрубка при перемещении в радиальном направлении под действием гайки привода, которая представляет собой усеченную пирамиду или конус с боковыми поверхностями, ответными наклонным поверхностям соприкасающихся торцов секторов с Т-образными шипами, при этом винт привода выполнен полым с расположенным внутри подпружиненным штоком переходного диаметра и подпружиненными фиксаторами, стопорящими гайку по отношению к винту при выдвижении штока под давлением продукта и освобождающими фиксаторы от стопорения при отсутствии давления внутри патрубка, крышка затвора установлена на шарнире с возможностью регулировки ее положения относительно места посадки в патрубок, а патрубок выполнен с расточками под уплотнения крышки, под фланец и под сектора, причем последняя расточка выполнена с наклонной поверхностью, ответной наклонной контактной поверхности на верхней стороне секторов, сверху крышки установлена накладка, удерживающая винт от осевого перемещения и прогиба от веса секторов, прикрепленная к ребрам жесткости через выемки на секторах, например, болтовыми соединениями.

При всех достоинствах данного затвора он имеет ряд недостатков.

- Камеры в полевых условиях устанавливают с некоторым углом к горизонту. Вес крышки затвора, особенно больших диаметров, DN 1000 и более, и на большие давления, PN 80 и более, очень значителен (2 и более тонны). Поэтому при операциях открытия и закрытия крышки вручную работник просто не сможет преодолеть инерцию покоя и погасить инерцию движения массы крышки после страгивания ее с места. Крышка может придавить работника к фланцу затвора, следовательно, необходимо, чтобы крышка могла легко открываться и находиться в состоянии покоя в любом положении при операциях ее открытия и закрытия.

- При закрытии крышки и стопорении ее секторами, последние входят в круговую расточку патрубка с некоторым усилием, так как нужно смять и поджать уплотнения между уплотнительными поверхностями патрубка и фланца крышки; выполнить это вручную без применения каких-либо приспособлений затруднительно, особенно в зимний период времени, когда уплотнительные элементы, например, резина при низких температурах частично теряет свои упругие свойства.

- В процессе длительной работы затвора наступает усталость пружин подпружиненного штока и подпружиненных фиксаторов, осаждение смолопарафиновых отложений в канавку и тогда возможно нарушение условия расположения фиксаторов между гайкой и винтом; при закрытии затвора гайка не застопорится по отношению к винту, а следовательно, может произойти самопроизвольный выход секторов из зацепления с фланцем. Кроме того, выполнение винта привода такой длины полым - очень сложная технологическая операция, так как вход и выход канала должны быть строго соосны.

Жесткое закрепление винта к днищу крышки требует установки его строго по центру и выполнение пары шип-паз (паз на гайке, шип на секторе, или наоборот), обеспечивающей движение секторов в радиально противоположные стороны на строго заданную величину, очень точным, так как это влияет на долговечность и надежность работы затвора. Точность достигается за счет сложных технологических операций.

Задачей изобретения является повышение надежности, удобства и безопасности работы затвора.

В результате решения данной задачи появляется возможность получения технических результатов, состоящих в том, что описываемое устройство обеспечивает требуемую герметичность системы, удобство и безопасность в работе, а также повышается долговечность конструкции и надежность затвора.

Указанная совокупность технических результатов достигается тем, что в затворе, содержащем крышку, состоящую из фланца и вогнутого внутрь патрубка днища, установленную на шарнире с возможностью регулировки ее положения относительно места посадки в патрубок, элементы уплотнения крышки, сектора для стопорения крышки, привод секторов в виде винтовой пары, представляющий собой гайку в виде усеченной пирамиды или конуса и винт, при этом патрубок выполнен с расточками под уплотнения крышки, под фланец и под сектора, причем расточка под сектора выполнена с наклонной поверхностью, ответной наклонной контактной поверхности на верхней стороне секторов, по изобретению на корпусе поворотного устройства крышки установлен редуктор, вал которого соединен через жесткую муфту с валом поворотного устройства. Это делает крышку самотормозящей, позволяет легко открывать и фиксировать ее положение в пространстве в любой отрезок времени при открытии или закрытии крышки, предупреждает ее несанкционированное закрытие во время проведения работ на затворе и повышает безопасность труда обслуживающего персонала.

Для первичного поджима крышки к уплотнительной поверхности патрубка и установки секторов крышки в круговой расточке последнего на корпусе патрубка установлен прижим, конструкция которого может быть выполнена любым образом, однозначно вытекающим из его назначения.

Конец приводного винта со стороны соединения с днищем крышки выполнен шаровым и установлен шарнирно с возможностью качания свободного его конца относительно горизонтальной оси патрубка затвора в ходе перемещения элементов стопорения крышки - секторов для компенсации возможных неточностей изготовления пазов в гайке, шипов у секторов и отклонения крепления винта к днищу крышки, установки направляюще-фиксирующих пазов на секторах и болтов на днище.

Для предупреждения самопроизвольного сворачивания секторов на крышке затвора установлено предохранительное устройство для фиксации секторов при закрытом положении затвора. Устройство представляет собой рычаг, установленный на кронштейне, приваренном к ребру днища крышки, и приводимый в движение через механизм управления движения рычагом, который в свою очередь работает под воздействием давления рабочей среды внутри патрубка, на котором установлен затвор.

На фиг.1 изображен общий вид затвора в разрезе; на фиг.2 - общий вид затвора спереди при горизонтальном расположении патрубка; на фиг.3 - общий вид предохранительного устройства; на фиг.4 - выносной вид Б фиг.3; на фиг.5 - предохранительное устройство в рабочем состоянии; фиг.6 - выносной вид А фиг.1.

Затвор содержит патрубок 1, крышку 2 с вогнутым внутрь патрубка днищем, с фланцем 3 и элементами ее стопорения, выполненными в виде секторов 4, привод для уплотнения крышки, содержащий винт 5, установленный шарнирно на днище крышки затвора (фиг.6 - выносной вид А фиг.1), гайку 6 и съемный штурвал 7 (фиг.1), поворотное устройство 8 (фиг.2) крышки 2, предохранительное устройство 9 (фиг.1, фиг.3), предупреждающее случайный выход секторов 4 из расточки патрубка.

В уплотнительной части патрубка 1 выполнена расточка 10 под фланец 3 крышки 2, расточка 11 под сектора 4, расточки 12 (фиг.3) под уплотнительные кольца 13 (фиг.1).

На цилиндрической поверхности патрубка 1 установлен откидной прижим 14 (фиг.2) для первичного поджатия крышки 2 к уплотнительным поверхностям патрубка 1. Прижим 14 расположен относительно поворотного устройства крышки затвора с возможностью обеспечения вхождения нижнего сектора крышки в расточку патрубка.

На корпусе поворотного устройства 8 через соединительный стакан 15 установлен редуктор 16, выходной вал которого соединен через жесткую муфту 17 с валом поворотного устройства 8 крышки 2, а на входном валу насажен штурвал 18 ручного управления редуктором 16.

Подобная конструкция поворотного устройства 8 крышки 2 выводит обслуживающий персонал из зоны возможного опасного несанкционированного закрытия-открытия крышки 2 во время проведения регламентных работ и позволяет легко открывать и фиксировать ее в нужном положении, что существенно улучшает безопасность труда.

Предохранительное устройство 9 (фиг.3) секторов 4 представляет собой рычаг 19 с пластиной 20, установленный на кронштейне 21 (рис.5), который жестко соединен с ребром жесткости крышки 2. Предохранительное устройство приводится в действие давлением рабочей среды на механизм управления движением рычага 19. Механизм управления движением рычага 19 (фиг.4 - выносной вид Б фиг.3) выполнен в виде цилиндра 22, установленного на резьбе во втулке 23, расположенной в днище крышки 2. Внутри цилиндра 22 и втулки 23 движется стержень 24, один конец которого, расположенный в цилиндре 22, оканчивается штоком 25, а другой конец, расположенный во втулке 23, представляет собой ерш из шайб 26, выполненных на некотором расстоянии друг от друга и имеющих вертикальные пазы на их цилиндрической поверхности. Этот конец стержня при открытом состоянии затвора слегка выступает из втулки 23 в пространство между днищем крышки 2 и внутренней стенкой патрубка 1.

Ход рычага 19 определяет длина направляющего паза 27 (фиг.3) на кронштейне 21, в котором перемещается втулка 28, проходящая через тело кронштейна 21 и рычага 19 и закрепленная в них разъемным соединением.

Затвор работает следующим образом.

Вращая штурвал 18, соединенный с входным валом редуктора 16, установленного посредством соединительного стакана 15 на корпусе поворотного устройства 8, передают вращение штурвала 18 на выходной вал редуктора 16, например червячного, который соединен через жесткую муфту 17 с валом поворотного устройства 8. Поворачивают крышку 2 до соприкосновения уплотнительной поверхности фланца 3 крышки 2 с расточкой 10 патрубка 1. Прижимом 14 производят первичное поджатие крышки 2 к уплотнительным кольцам 13, установленным в расточках 12, так, чтобы сектора 4 крышки 2 вошли в расточку 11 патрубка 1. При помощи съемного штурвала 7 приводят в движение винт 5 и гайку 6 привода для уплотнения крышки 2, которые окончательно устанавливают сектора 4 в расточку 11 патрубка 1 и герметизируют затвор. Затем отводят прижим 14 в сторону и устанавливают защитный кожух.

Подают в систему продукт, последний давит на шайбы 26 стержня 24 предохранительного устройства 9, перемещая стержень 24 в цилиндре 22 и втулке 23 до тех пор, пока шток 25 стержня 24 не войдет в соприкосновение с рычагом 19. Под воздействием штока 25 втулка 28 перемещается в пазу 27 кронштейна 21, поворачивая рычаг 19 на угол, заданный длиной паза 27 кронштейна 21, при этом пластина 20 рычага 19 входит в зазор между секторами 4, расклинивая их и не допуская самопроизвольного свертывания (фиг.5).

После сброса давления в системе рычаг 19 вручную возвращают в исходное положение, стержень 24 со штоком 25 и шайбами 26 занимает первоначальное положение в цилиндре 22 и втулке 23, при этом шайбы 26 прочищают канал в цилиндре 22 и втулке 23 от механических включений, осевших из транспортируемого продукта. Дальнейшее открывание затвора осуществляется в обратном порядке.

Такое усовершенствование затвора повышает надежность, удобство и безопасность его работы в условиях как высоких, так и низких давлений при любых диаметрах перекрываемых трубопроводов.

Изготовлен опытный образец затвора, проведены его опытно-промышленные испытания, результаты которых вполне удовлетворили потребителей.