RU2153116C2

RU2153116C2 - Device for shutting-off aggressive media flows

Info

Publication number: RU2153116C2
Application number: RU97120157A
Authority: RU
Inventors: Л.С. Ермоленко
Original assignee: Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики
Priority date: 1997-12-05
Filing date: 1997-12-05
Publication date: 2000-07-20

Abstract

FIELD: shutting-off pipe lines carrying superclean aggressive media. SUBSTANCE: device has housing, shut-off member, labyrinth seal in form of circular bores made from material possessing yield properties. Labyrinth seal is made on working surface of shut-off members; rings made from flexible material are fitted in bores of labyrinth seal. Definite relationship is provided among structural components. EFFECT: enhanced reliability of sealing; simplified construction. 2 dwg

Description

Заявляемое техническое решение относится к области арматуростроения, а более конкретно к кранам для запирания трубопроводов с особо чистыми агрессивными средами. The claimed technical solution relates to the field of valve manufacturing, and more particularly to valves for locking pipelines with very clean aggressive environments.

Известна конструкция устройства, содержащая фторопластовое седло, к которому прижимается мембрана из фторопластовой пленки. Специально выполненное кольцо предохраняет мембрану от разрывов. Устройство защищено а.с. N 374465, F 16 К 7/17, 1973 г. A known device design comprising a fluoroplastic saddle to which a membrane of a fluoroplastic film is pressed. A specially made ring protects the membrane from tearing. The device is protected by A.S. N 374465, F 16 K 7/17, 1973

Недостатком описанного устройства является то, что значительные расстояния между кольцом и седлом клапана при высоких нагрузках на мембрану могут привести к значительному утонению и, как следствие, к нарушению герметичности, что недопустимо при работе с агрессивными и особо чистыми веществами. The disadvantage of the described device is that significant distances between the ring and the valve seat at high loads on the membrane can lead to significant thinning and, as a result, to leakage, which is unacceptable when working with aggressive and very clean substances.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому относится устройство клапана для агрессивных сред, защищенное а.с. N 520481, F 16 К 7/00, 1976 г., которое выбрано в качестве прототипа заявляемого устройства. The closest in technical essence to the claimed device of the valve for aggressive environments, protected A. with. N 520481, F 16 To 7/00, 1976, which is selected as a prototype of the claimed device.

Клапан содержит седло из фторопласта, запорный орган в виде конической пробки из упругого материала, например резины, на поверхности чехла выполнено лабиринтное уплотнение в виде кольцевых проточек, а коническая пробка снабжена коническим чехлом из фторопласта. The valve contains a fluoroplastic seat, a locking member in the form of a conical tube made of an elastic material such as rubber, a labyrinth seal in the form of annular grooves is made on the surface of the cover, and the conical tube is equipped with a conical fluoroplastic cover.

Наличие контакта фторопластового седла, имеющего проточки, с фторопластовым чехлом позволяет герметизировать трубопроводную арматуру, однако время и надежность герметизации не велики, т.к. имеем контакт по двум деформируемым поверхностям. Для повышения надежности необходим привод, обеспечивающий механическое усилие сжатия упругой конической пробки. Устройство сложно конструктивно. The presence of the contact of the fluoroplastic saddle having grooves with the fluoroplastic cover allows you to seal the pipe fittings, however, the time and reliability of the sealing is not large, because we have contact on two deformable surfaces. To increase reliability, a drive is needed that provides the mechanical compression force of the elastic conical plug. The device is difficult constructively.

Разработанным устройством решалась задача повышения надежности герметизации агрессивных сред при упрощенной конструкции устройства и увеличении ресурса его работы. The developed device solved the problem of increasing the reliability of sealing aggressive environments with a simplified design of the device and increasing the resource of its work.

Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве перекрытия потока агрессивных сред, содержащем корпус, запорный элемент, кольцевые проточки лабиринтного уплотнения, выполненные в материале, обладающем свойством текучести, согласно изобретению лабиринтное уплотнение выполнено на рабочей поверхности запорного элемента, в проточках установлены кольца из упругого материала, при этом размеры корпуса, запорного элемента и колец уплотнения выбираются из соотношения
D_у < D_к < D_з,
где
D_у - наружный диаметр кольца уплотнения при установке;
D_к - внутренний диаметр проточки корпуса под запорный элемент;
D_з - наружный диаметр запорного элемента, а сечение кольца соответствует форме полости проточки.The problem is solved due to the fact that in the device for blocking the flow of corrosive media containing a housing, a locking element, annular grooves of the labyrinth seal made in a material with the property of fluidity, according to the invention, the labyrinth seal is made on the working surface of the locking element, the grooves are made of elastic material, while the dimensions of the housing, the locking element and the seal rings are selected from the ratio
D _y <D _to <D _s
Where
D _у - outer diameter of the seal ring during installation;
D _to - the inner diameter of the groove of the housing under the locking element;
D _s - the outer diameter of the locking element, and the cross section of the ring corresponds to the shape of the groove cavity.

Наличие отличительных признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "новизна". The presence of distinctive features allows us to conclude that the proposed solution meets the criterion of "novelty."

В процессе поиска не выявлено технических решений, содержащих признаки, сходные с отличительными признаками заявляемого решения, что позволяет сделать вывод о соответствии решения критерию "изобретательский уровень". In the search process, no technical solutions were found that contain features similar to the distinguishing features of the proposed solution, which allows us to conclude that the solution meets the criterion of "inventive step".

Возможность решения поставленной задачи обусловлена тем, что герметизация обеспечивается за счет заполнения полости при течении материала, обладающего свойством текучести, в зазор небольшой величины между материалами достаточно высокой жесткости по сравнению с герметизирующим материалом (например, фторопластом), которые не изменяют своих размеров и, следовательно, сохраняют величину зазора. Наличие зазора конечной величины позволяет говорить о надежности герметизации в продолжении значительного времени. The possibility of solving this problem is due to the fact that the sealing is ensured by filling the cavity during the flow of a material with a flow property into a small gap between materials of sufficiently high stiffness compared to a sealing material (for example, fluoroplastic), which do not change their sizes and, therefore retain the amount of clearance. The presence of a gap of finite magnitude allows us to talk about the reliability of the seal for a considerable time.

Предлагаемое устройство иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1 и 2. The proposed device is illustrated by the drawings shown in figures 1 and 2.

На фиг.1 представлен общий вид устройства: справа - до установки запорного элемента, слева - после установки запорного элемента. Figure 1 shows a General view of the device: on the right - before installing the locking element, on the left - after installing the locking element.

На фиг. 2 представлен вид лабиринтного уплотнения, увеличено. In FIG. 2 shows a view of the labyrinth seal, enlarged.

Устройство содержит корпус 1 из кварца с седловой поверхностью 2. Запорный элемент 3 из фторопласта. На цилиндрической поверхности элемента 3 выполнено лабиринтное уплотнение в виде кольцевых канавок 4. В канавки 4 уложены кольца 5, поперечное сечение которых соответствует форме канавки 4. Наружный диаметр кольца 4 (D_у) меньше наружного диаметра запорного элемента 3 (D_з).The device comprises a housing 1 made of quartz with a saddle surface 2. The locking element 3 is made of fluoroplastic. On the cylindrical surface of element 3, a labyrinth seal is made in the form of annular grooves 4. Rings 5 are laid in grooves 4, the cross-section of which corresponds to the shape of groove 4. The outer diameter of the ring 4 (D _y ) is smaller than the outer diameter of the locking element 3 (D _h ).

Работа устройства для перекрытия потока агрессивных сред осуществляется следующим образом. Запорный элемент 3 с установленным в канавках 4 кольцами 5 устанавливается в полость корпуса 1, при этом торец 6 элемента 3 садится на седловую коническую поверхность 2 и при пластическом деформировании перекрывает поток агрессивной среды. Наружный диаметр запорного элемента 3 (D_з) больше, чем диаметр полости корпуса (D_к).The operation of the device to block the flow of aggressive media is as follows. The locking element 3 with the rings 5 installed in the grooves 4 is installed in the cavity of the housing 1, while the end face 6 of the element 3 sits on the saddle conical surface 2 and blocks the flow of aggressive medium during plastic deformation. The outer diameter of the closure element 3 (D _z) is greater than the diameter of the housing (D _k).

При запрессовывании запорного элемента 3 из фторопласта в кварцевый корпус фторопласт деформируется, в теле запорного элемента создаются напряжения, которые деформируют кольцо 5. Материал кольца 5 стремится заполнить свободную полость 7 канавки 4. Однако часть этой полости уже занята, а именно фторопласт элемента 3, сминаясь по острой кромке и под действием напряжений, течет в полость 7, образует язычки 8 и способствует целенаправленному деформированию кольца 5 в центральной части. Кольцо 5 изменяет свой размер и, заполняя полость 7, упирается в поверхность 9 корпуса 1, образует цилиндрический поясок 10 в месте контакта кольца с поверхностью 9. When the locking element 3 is pressed from the fluoroplastic into the quartz body, the fluoroplastic is deformed, stresses are created in the body of the locking element that deform the ring 5. The material of the ring 5 tends to fill the free cavity 7 of the groove 4. However, part of this cavity is already occupied, namely the fluoroplastic of element 3, crushing along a sharp edge and under the action of stresses, flows into the cavity 7, forms tongues 8 and contributes to the targeted deformation of the ring 5 in the central part. Ring 5 changes its size and, filling the cavity 7, abuts against the surface 9 of the housing 1, forms a cylindrical girdle 10 at the point of contact of the ring with the surface 9.

В зависимости от величины полости 7 и усилия запрессовки величина кольцевого пояска 10 может быть больше или меньше. В таком положении устройство перекрывает поток агрессивной особо чистой жидкости. При необходимости открытия запорный элемент 3 при сообщении ему вращательного движения выдвигают из корпуса 1. Наличие кольцевых поясков 10, по которым имеем контакт колец 5 с поверхностью корпуса 1, обеспечивает поступательное движение запорного элемента по винтовой линии вдоль оси устройства под действием осевых и вращающих сил без пробуксовки за счет большого коэффициента трения. Таким образом, даже во время, когда поток не перекрыт, устройство обеспечивает герметичность потока агрессивного вещества и предотвращает их контакт с атмосферой, обеспечивая высокую экологическую чистоту процесса без дополнительных усилий от механических приводов. С другой стороны, предотвращается загрязнение особо чистых веществ потока веществами атмосферы. Depending on the size of the cavity 7 and the pressing force, the size of the annular girdle 10 may be larger or smaller. In this position, the device blocks the flow of aggressive highly pure liquid. If it is necessary to open the locking element 3, when it is rotated, it is pushed out of the housing 1. The presence of annular belts 10, through which we have the rings 5 in contact with the surface of the housing 1, provides translational movement of the locking element along a helical line along the axis of the device under the action of axial and rotational forces without slippage due to the large coefficient of friction. Thus, even when the flow is not blocked, the device ensures the tightness of the flow of aggressive substances and prevents their contact with the atmosphere, ensuring high environmental cleanliness of the process without additional effort from mechanical drives. On the other hand, pollution of highly pure substances of the flow by atmospheric substances is prevented.

Если величина полости 7 мала, то кольцевой поясок 10 будет иметь значительную площадь и может привести к раздавливанию корпуса. If the size of the cavity 7 is small, then the annular girdle 10 will have a significant area and can lead to crushing of the housing.

Если величина полости 7 велика, то усилий при запрессовке будет недостаточно для значительной деформации кольца 5 и не будет образован поясок 10, не будет касания кольцом 5 поверхности корпуса 1. Отсутствие пояска приведет к проскальзыванию при движении запорного элемента и проворачиванию его без осевого движения, это приведет к снижению надежности открытия или перекрытия потока. С другой стороны, отсутствие пояска 10 приведет к герметизации только по месту контакта корпуса с фторопластом по цилиндрической поверхности. Фторопласт, обладая свойством текучести под нагрузкой, будет постоянно перемещаться по поверхности контакта с корпусом и не обеспечит надежной герметизации без дополнительных механических усилий поджима. Наличие поясков 10 предотвращает течение фторопласта и позволяет сохранить герметичность при отсутствии дополнительного постоянного усилия поджатия. Наличие язычков 8 предотвращает контакт резиновых колец с агрессивной средой и с особо чистыми веществами. Это позволяет исключить загрязнение особо чистых веществ продуктами разложения резины и удлиняет срок надежной работы устройства, т.к. резина не разлагается, не имея контакта с агрессивной средой. Экспериментально было установлено, что для надежного перекрытия потока должно выполняться соотношение
D_у < D_к < D_з,
где
D_у - наружный диаметр кольца уплотнения при установке;
D_к - внутренний диаметр проточки корпуса под запорный элемент;
D_з - наружный диаметр запорного элемента.If the size of the cavity 7 is large, then the pressing forces will not be enough for significant deformation of the ring 5 and the belt 10 will not be formed, the ring 5 will not touch the surface of the housing 1. The absence of the belt will lead to slipping during movement of the locking element and turning it without axial movement, this will reduce the reliability of opening or closing the stream. On the other hand, the absence of the belt 10 will lead to sealing only at the point of contact of the housing with the fluoroplastic on a cylindrical surface. Fluorine plastic, having the property of fluidity under load, will constantly move along the contact surface with the housing and will not provide reliable sealing without additional mechanical pressing forces. The presence of belts 10 prevents the flow of fluoroplastic and allows you to maintain tightness in the absence of additional constant compressive force. The presence of reeds 8 prevents contact of the rubber rings with an aggressive environment and with highly pure substances. This eliminates the pollution of highly pure substances with decomposition products of rubber and lengthens the term of reliable operation of the device, because Rubber does not decompose without contact with aggressive media. It was experimentally established that for reliable flow shutoff, the relation
D _y <D _to <D _s
Where
D _у - outer diameter of the seal ring during installation;
D _to - the inner diameter of the groove of the housing under the locking element;
D _s - the outer diameter of the locking element.

В институте устройство реализовано при перекрытии потоков химически агрессивных и особо чистых веществ - галогенидов. Корпус устройства изготовлен из стекла с внутренним диаметром полости корпуса D_к = 8 мм, диаметр запорного элемента из фторопласта D_з = 8,2 мм, кольцо из резины наружным диаметром D_у = 7,9 мм, поперечное сечение кольца в виде прямоугольника размером 2 х 1,95 укладывали в канавку лабиринтного уплотнения размером 2 х 2, при сборке полость 7 между уплотнением и корпусом, равная 0,05 мм, заполнялась фторопластом. Без применения привода устройство надежно и герметично перекрывало поток агрессивной жидкости в течение нескольких смен, затем запорный элемент был поднят с седловой поверхности, и жидкость перекачивали для использования в технологическом процессе. Это также происходило в течение нескольких смен. Устройство надежно работало в течение значительного количества повторяющихся циклов - "открытие-закрытие" в течение года. При этом не наблюдалось загрязнения перекрываемого вещества продуктами разложения резины и не было необходимости менять кольца в связи с их износом.At the institute, the device was implemented by shutting off flows of chemically aggressive and highly pure substances - halides. The device case is made of glass with an internal diameter of the body cavity D _k = 8 mm, the diameter of the locking element made of fluoroplastic D _z = 8.2 mm, a rubber ring with an external diameter D _y = 7.9 mm, the ring cross section in the form of a rectangle of size 2 x 1.95 was placed in the groove of the labyrinth seal 2 x 2 in size; during assembly, the cavity 7 between the seal and the body, equal to 0.05 mm, was filled with fluoroplastic. Without the use of a drive, the device reliably and tightly shut off the flow of aggressive fluid for several shifts, then the shut-off element was lifted from the saddle surface, and the fluid was pumped for use in the process. This also occurred over several shifts. The device worked reliably for a significant number of repeating cycles - “opening-closing” during the year. In this case, there was no contamination of the blocked substance with decomposition products of rubber and there was no need to change the rings due to their wear.

Claims

A device for blocking the flow of aggressive media, comprising a housing, a locking element, a labyrinth seal in the form of annular grooves, made in a material with a flow property, characterized in that the labyrinth seal is made on the working surface of the locking element, rings of elastic material are installed in the grooves of the labyrinth seal while the dimensions of the housing, the locking element and the seal rings are selected from the ratio
D _y <D _to <D _s
where D _y is the outer diameter of the seal ring during installation;
D _to - the inner diameter of the groove of the housing under the locking element;
D _s - the outer diameter of the locking element,
and the cross section of the ring corresponds to the shape of the groove.