RU2170869C1

RU2170869C1 - Valve-damper

Info

Publication number: RU2170869C1
Application number: RU2000121039/06A
Authority: RU
Inventors: В.А. Иванов; В.В. Сивухин; В.С. Рачук; И.Г. Лачугин
Original assignee: Федеральное государственное унитарное предприятие Конструкторское бюро химавтоматики
Priority date: 2000-08-15
Filing date: 2000-08-15
Publication date: 2001-07-20

Abstract

FIELD: valve engineering, tight separation of high and low pressure spaces working in conditions of widespread temperature interval. SUBSTANCE: valve-damper contains housing provided with a polymer sealing. The housing is separated by cut-off member disk into two cavities of high and low pressures. The cut-off member is connected to the drive. The housing is made of two half-housings separated by sealing. The sealing is made of spiral ring whose inner surface is spherical. The spherical surface interacts with the outer spherical surface of the disc of cut-off member and is spring-loaded in the axial direction to one of the half-housing with the use of flexible sealing ring. The spiral ring is mounted in a spaced relation to the second half-housing. The axis of the disk rotation is displaced from the spiral ring by a such distance that the tangent of the slope of the generatrix arc of the circumference of contact of the disk and the spiral ring is larger or, at least, equal to antifriction coefficient between the spiral disk and the cut-off member disk material. EFFECT: simplified construction, enhanced reliability, expanded functional possibilities. 3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области уплотнительной техники и может найти применение в газовой, нефтяной, химической и других отраслях промышленности. The invention relates to the field of sealing technology and may find application in gas, oil, chemical and other industries.

В агрегатах пневмо- и гидросистем широкое применение находят полимерные уплотнения, обеспечивающие достаточную надежность и эффективность работы запорных устройств. Однако из-за высокого коэффициента трения полимерных материалов по металлу, большого различия коэффициентов температурного расширения полимерных материалов и металла при изменении температурного режима работы часто происходит или нарушение герметичности уплотнения, или недопустимое повышение сопротивления вращению поворотного исполнительного органа относительно уплотнителя, что приводит к отказам. In pneumatic and hydraulic systems, polymer seals are widely used, providing sufficient reliability and operating efficiency of locking devices. However, due to the high coefficient of friction of polymeric materials on metal, the large difference in the coefficients of thermal expansion of polymeric materials and metal when the temperature regime changes, often there is a violation of the tightness of the seal, or an unacceptable increase in the resistance to rotation of the rotary actuator relative to the seal, which leads to failures.

Известно устройство с дисковым поворотным запорным органом, содержащее корпус, разделенный на полости повышенного и пониженного давления с размещенной по его периферийной поверхности эластичной манжетой, где уплотнение происходит за счет прижатия манжеты к уплотняемой поверхности корпуса при воздействии на манжету перепада давления между полостями повышенного и пониженного давления (авторское свидетельство N 1024632, F 16 K 1/22, 1982). A device with a disk rotary locking body, comprising a housing divided into cavities of high and low pressure with an elastic cuff located on its peripheral surface, where the seal is achieved by pressing the cuff against the sealing surface of the casing when the cuff is subjected to a pressure differential between the cavities of high and low pressure (copyright certificate N 1024632, F 16 K 1/22, 1982).

Известно запорное устройство с установленным в корпусе полым поворотным сферическим запорным органом и уплотнительным элементом в виде Y-образного эластичного кольца с упругими стенками, соединенными мембраной, где уплотнение происходит за счет деформации эластичного кольца при воздействии перепада рабочего и атмосферного давления на мембрану (авторское свидетельство N 655863, М.кл. F 16 K 5/20, 1977 - прототип). A locking device is known with a hollow rotary spherical locking element installed in the housing and a sealing element in the form of a Y-shaped elastic ring with elastic walls connected by a membrane, where the seal is formed due to deformation of the elastic ring when the differential pressure and atmospheric pressure influence the membrane (copyright certificate N 655863, M.C. F 16 K 5/20, 1977 - prototype).

Основными недостатками известного устройства является сложность конструкции и недостаточная надежность из-за наличия системы сообщения полостей с различными уровнями давления между собой и с атмосферой, а также системы управления давлением в уплотнительном элементе, обеспечивающей снижение момента трения в контактной паре при повороте запорного органа. The main disadvantages of the known device is the design complexity and lack of reliability due to the communication system of the cavities with different levels of pressure between each other and with the atmosphere, as well as the pressure control system in the sealing element, which reduces the friction moment in the contact pair when the shut-off element is rotated.

Задачей изобретения является устранение вышеперечисленных недостатков, а также повышение работоспособности уплотнения за счет упрощения конструкции, исключения дополнительной системы управления давлением в уплотнительном элементе, уменьшения момента трения в паре уплотнитель - поворотный запорный орган (заслонка). The objective of the invention is to eliminate the above disadvantages, as well as improving the performance of the seal by simplifying the design, eliminating the additional pressure control system in the sealing element, reducing the friction moment in the pair of sealant - rotary locking element (shutter).

Поставленная задача достигается за счет того, что клапан-заслонка, содержащий корпус с полимерным уплотнителем, разделенный на полости повышенного и пониженного давления диском запорного органа, связанным с приводом, согласно изобретению выполнен в виде двух полукорпусов с размещенным между ними уплотнителем в виде спирального кольца с внутренней сферической поверхностью, взаимодействующего с наружной сферической поверхностью диска запорного органа и поджатого к одному из полукорпусов в осевом направлении эластичным герметизирующим кольцом, а относительно второго полукорпуса спиральное кольцо установлено с зазором, при этом ось вращения диска смещена относительно спирального кольца на расстояние, при котором тангенс угла наклона образующей дуги окружности касания диска запорного органа и спирального кольца больше или, по крайней мере, равен коэффициенту трения материала спирального кольца по материалу диска запорного органа. The problem is achieved due to the fact that the damper valve, comprising a housing with a polymer seal, divided into cavities of high and low pressure by a locking disk associated with the actuator, according to the invention is made in the form of two half-bodies with a seal placed between them in the form of a spiral ring with an internal spherical surface that interacts with the outer spherical surface of the valve of the locking member and is pressurized to one of the half-shells in the axial direction by elastic sealing m ring, and with respect to the second half-housing, the spiral ring is installed with a gap, while the axis of rotation of the disk is offset relative to the spiral ring by a distance at which the tangent of the angle of inclination of the arc of contact of the disk of the locking member and the spiral ring is greater than or at least equal to the coefficient of friction material of the spiral ring according to the material of the disk of the locking member.

Для сохранения непрерывного контакта спирального кольца по поверхностям взаимодействия с полукорпусом и поворотным диском при возможном осевом перемещении спирального кольца, связанным с изменением температуры конструкции, рабочей и окружающей среды, наружные поверхности взаимодействия полукорпуса и спирального кольца выполнены коническими. To maintain continuous contact of the spiral ring on the interaction surfaces with the half-shell and the rotary disk with possible axial movement of the spiral ring associated with a change in the temperature of the structure, working and the environment, the outer surfaces of the interaction of the half-shell and spiral ring are made conical.

Для создания дополнительного усилия поджатия спирального кольца в осевом направлении полость с размещенным в ней эластичным герметизирующим кольцом соединена дополнительными каналами с полостью повышенного давления. In order to create an additional force of compressing the spiral ring in the axial direction, the cavity with the elastic sealing ring located in it is connected by additional channels to the cavity of increased pressure.

На фиг. 1 изображен клапан-заслонка; на фиг. 2 - уплотнительный элемент, где
1 - полукорпус входа,
2 - полукорпус выхода,
3 - спиральное кольцо,
4 - эластичное герметизирующее кольцо,
5 - диск запорного органа,
6 - полость повышенного давления,
7 - полость пониженного давления,
8 - конические поверхности взаимодействия спирального кольца и полукорпуса 2,
9 - сферические поверхности взаимодействия спирального кольца и диска,
10 - дополнительные каналы в полукорпусе 1,
δ- осевой зазор спирального кольца с полукорпусом,
α- угол наклона образующей дуги окружности касания диска и спирального кольца.In FIG. 1 shows a shutter valve; in FIG. 2 - sealing element, where
1 - entrance half-housing,
2 - half-housing output
3 - spiral ring,
4 - elastic sealing ring,
5 - disk locking element,
6 - cavity high pressure,
7 - cavity low pressure
8 - conical surface of the interaction of the spiral ring and the half-shell 2,
9 - spherical surface of the interaction of the spiral ring and disk,
10 - additional channels in the half-housing 1,
δ is the axial clearance of the spiral ring with a half-shell,
α is the angle of inclination of the arc of the circle of contact of the disk and the spiral ring.

В клапане между полукорпусами 1 и 2 установлено спиральное кольцо 3, поджатое в осевом направлении к полукорпусу 2 эластичным герметизирующим кольцом 4 и имеющее с полукорпусом 1 в осевом направлении зазор δ. Параллельность торцев спирального кольца 3 обеспечена подрезкой их перед сборкой клапана-заслонки. In the valve between the half-shells 1 and 2, a spiral ring 3 is installed, axially pressed against the half-shell 2 by an elastic sealing ring 4 and having a gap δ with the half-shell 1 in the axial direction. The parallelism of the ends of the spiral ring 3 is provided by trimming them before assembling the damper valve.

В полукорпусе 2 со смещением относительно спирального кольца 3 установлен диск запорного органа 5 со сферической поверхностью, взаимодействующей со сферической поверхностью спирального кольца 3, и разделяющий клапан на полости повышенного 6 и пониженного 7 давления. Образующая дуги окружности касания диска запорного органа 5 со спиральным кольцом 3 наклонена к продольной оси клапана в направлении полости 6 под углом α, причем тангенс α больше или, по крайней мере, равен коэффициенту трения материала спирального кольца 3 по материалу диска запорного органа 5. In the half-shell 2 with an offset relative to the spiral ring 3, a disk of the locking member 5 is installed with a spherical surface interacting with the spherical surface of the spiral ring 3, and a dividing valve on the cavity of high 6 and low 7 pressure. The arc generatrix of the contact circle of the disk of the locking member 5 with the spiral ring 3 is inclined to the longitudinal axis of the valve in the direction of the cavity 6 at an angle α, the tangent α being greater than or at least equal to the coefficient of friction of the material of the spiral ring 3 according to the material of the disk of the locking member 5.

При сборке клапана-заслонки спиральное кольцо 3 устанавливается в посадочное гнездо между полукорпусами 1 и 2 с минимальным натягом по наружным коническим 8 и внутренним сферическим 9 поверхностям контакта с полукорпусом 1 и диском запорного органа 5. Эластичное герметизирующее кольцо 4 предварительно поджимает спиральное кольцо 3 в осевом направлении, при этом выбираются зазоры между витками спирального кольца 3. Под действием рабочего давления, поступающего через зазор δ и каналы 10, эластичным герметизирующим кольцом 4 создается дополнительное поджимающее усилие на спиральное кольцо 3. Таким образом осуществляется непрерывный контакт по всем уплотняемым поверхностям, и диск запорного органа 5 (заслонка) герметично разделяет полости повышенного 6 и пониженного 7 давления. When assembling the flap valve, the spiral ring 3 is installed in the seat between the half-shells 1 and 2 with a minimum interference fit on the outer conical 8 and inner spherical 9 contact surfaces with the half-shell 1 and the locking disk 5. The elastic sealing ring 4 pre-compresses the spiral ring 3 in the axial direction, in this case, the gaps between the turns of the spiral ring 3 are selected. Under the action of the working pressure coming through the gap δ and channels 10, an elastic sealing ring 4 is created to complement Effective pressing force on the spiral ring 3. Thus, continuous contact is made on all sealing surfaces, and the disk of the locking member 5 (shutter) hermetically separates the cavities of increased 6 and reduced 7 pressure.

При работе клапана-заслонки при отрицательной температуре вследствие температурной усадки спиральное кольцо "скручивается", уменьшаясь в осевом и диаметральном направлении, образуя зазор между поверхностями 8 и относительно торца полукорпуса 2 за счет разницы коэффициентов температурного расширения материала спирального кольца и материала полукорпусов и диска. Эластичное кольцо 4 за счет упругих сил и давления рабочей среды сжимает спиральное кольцо и устраняет зазоры в осевом направлении, "раскручивает" спиральное кольцо, стремясь поднять каждый элемент спирали на больший диаметр диска, и устраняет зазор между поверхностями 8. Таким образом, контакт по уплотняемым поверхностям не нарушается и заслонка герметично разделяет полости повышенного и пониженного давления. When the flap valve is operated at a negative temperature due to temperature shrinkage, the spiral ring “twists”, decreasing axially and diametrically, forming a gap between the surfaces 8 and relative to the end of the half-shell 2 due to the difference in the coefficients of thermal expansion of the material of the spiral ring and the material of the half-shell and the disk. The elastic ring 4, due to the elastic forces and pressure of the working medium, compresses the spiral ring and eliminates gaps in the axial direction, “unwinds” the spiral ring, trying to raise each element of the spiral to a larger diameter of the disk, and eliminates the gap between the surfaces 8. Thus, the contact is sealed surfaces is not violated and the damper hermetically separates the cavity of high and low pressure.

При повышенной температуре вследствие температурного расширения спиральное кольцо раскручивается, увеличиваясь в осевом и радиальном направлении, уменьшая зазор δ и сжимая эластичное уплотнительное кольцо. Для исключения "расклинивания" диска спиральным кольцом в радиальном направлении тангенс угла наклона образующей дуги окружности касания диска и спирального кольца задан не менее коэффициента трения материалов спирального кольца и диска, что при повышении температуры обеспечивает перемещение каждого витка спирального кольца на меньший диаметр диска. Таким образом, контакт по уплотнительным поверхностям не нарушается и заслонка герметично разделяет полости повышенного и пониженного давления. Контактное усилие прижатия спирального кольца к диску увеличится незначительно по сравнению с конструктивно заданным при сборке клапана-заслонки усилием прижатия при нормальной температуре. At elevated temperatures, due to thermal expansion, the spiral ring is untwisted, increasing in the axial and radial direction, decreasing the gap δ and compressing the elastic sealing ring. To avoid "wedging" of the disk with a spiral ring in the radial direction, the slope of the generatrix of the arc of the circle of contact of the disk and the spiral ring is set at least the coefficient of friction of the materials of the spiral ring and disk, which, when the temperature rises, ensures that each coil of the spiral ring moves to a smaller disk diameter. Thus, the contact on the sealing surfaces is not broken and the shutter hermetically separates the cavity of high and low pressure. The contact force of the pressing of the spiral ring to the disk will increase slightly compared to the force of compression pressed at the normal temperature set when the damper valve was assembled.

Эффект "раскручивания" и "скручивания" спирального кольца и перемещения зоны контакта по сферической поверхности диска в зависимости от температуры позволяет получать стабильную и более низкую по сравнению с любой формы кольцевым неразрезным уплотнителем величину момента сопротивления в контактной паре при повороте дискового запорного органа за счет исключения воздействия на заслонку сжимающей силы от внутренних напряжений в уплотнителе, возникающих в любом материале при изменении температуры. The effect of "unwinding" and "twisting" of the spiral ring and moving the contact zone along the spherical surface of the disk depending on temperature makes it possible to obtain a stable and lower value of the moment of resistance in the contact pair when compared to any form of continuous ring seal when turning the disk locking member due to the exception impact on the damper of compressive force from internal stresses in the sealant arising in any material with a change in temperature.

Таким образом, предлагаемый клапан-заслонка позволит упростить конструкцию, повысить ее надежность и расширить функциональные возможности устройств с полимерными уплотнителями, особенно в крупногабаритных агрегатах, где на функционирование агрегата оказывают значительное влияние температурные деформации элементов конструкции. Thus, the proposed flap valve will simplify the design, increase its reliability and expand the functionality of devices with polymer seals, especially in large-sized units, where the temperature deformations of the structural elements significantly affect the functioning of the unit.

Данное изобретение может быть использовано в агрегатах систем подачи газов или жидкостей, работающих в широком температурном диапазоне. This invention can be used in units of gas or liquid supply systems operating in a wide temperature range.

Claims

1. The damper valve, comprising a housing with a polymer seal, divided into cavities of high and low pressure by a locking disk associated with the actuator, characterized in that the housing is made in the form of two half-bodies with a seal placed between them, made in the form of a spiral ring with an internal a spherical surface that interacts with the outer spherical surface of the disk of the locking member and is axially pressed against one of the half-bodies by an elastic sealing ring, and relative to W of the half-shell of the spiral ring is set with a gap, while the axis of rotation of the disk is displaced relative to the spiral ring by a distance at which the tangent of the angle of inclination of the arc of the tangent circle of the disk and the spiral ring is greater than or at least equal to the coefficient of friction of the material of the spiral ring over the material of the locking disk body.

2. The damper valve according to claim 1, characterized in that the outer surface of the interaction of the spiral ring with the half-housing is made conical.

3. The damper valve according to claim 1, characterized in that the cavity with an elastic sealing ring disposed therein is connected by additional channels to the pressure cavity.