RU2180065C2

RU2180065C2 - Disk-type swivel gate

Info

Publication number: RU2180065C2
Application number: RU2000106869/06A
Authority: RU
Inventors: В.М. Сербин; Н.С. Пенкин; В.Г. Копченков; Г.П. Шелудько; А.А. Соловьев
Original assignee: Сербин Виктор Михайлович; Пенкин Николай Семенович; Копченков Вячеслав Григорьевич; Шелудько Геннадий Петрович; Соловьев Александр Александрович
Priority date: 2000-03-20
Filing date: 2000-03-20
Publication date: 2002-02-27

Abstract

FIELD: shut-off and adjusting fittings for pipe lines; mining and concentrating, chemical, oil and other industries; power engineering. SUBSTANCE: disk-type swivel gate has metal body; shut-off member mounted in body on swivel shaft; shut-off member is made in form of metal disk which is rubberized over entire surface; modulus of elasticity of rubber is E_d; seat arranged in body is made from rubber at modulus of elasticity E_s. Modulus of elasticity of disk is larger than that of seat. Seat is mounted in body forming circular cavity between body and seat. This cavity is formed by groove found on inner surface of body; this groove has form of segment in cross section at length of chord "C" greater or equal to width "B" of body of gate, C≤B at radius R_s of segment equal to R_s = (D_у+2δ)/[2cos(α)2)] and central angle α equal to α = 2 • arctg[C/(D_у+2δ)], where B is width of gate body; C is length of chord; D_у is nominal bore of gate; δ is thickness of rubber seat wall; α is central of segment; R_s is radius of segment; thus parameters of groove and circular cavity may be optimized. Body has through hole for communication of circular cavity with surrounding medium. EFFECT: enhanced reliability and durability; extended field of application. 3 dwg

Description

Предлагаемое техническое решение относится к запорно-регулировочной арматуре трубопроводов и может быть использовано в горно-обогатительной, химической, энергетической, нефтяной и других отраслях промышленности. The proposed technical solution relates to shutoff and control valves of pipelines and can be used in mining, chemical, energy, oil and other industries.

Известен дисковый поворотный затвор, включающий корпус с футеровочным слоем из эластичного материала, на котором выполнено кольцевое седло, а также установленный в корпусе на поворотном валу запорный орган в виде диска, футерованного эластичным материалом и снабженного по периметру металлическим уплотнительным кольцом [А.с. 170738 (СССР), кл. F 16 К 1/226]. Known disk butterfly valve, comprising a housing with a lining layer of elastic material on which an annular seat is made, as well as a locking member mounted in a housing on a rotary shaft in the form of a disk lined with elastic material and provided with a metal o-ring around the perimeter [A.S. 170738 (USSR), class F 16K 1/226].

Недостатком известной конструкции является то, что при транспортировании по трубам высокоабразивной пульпы выступ кольцевого седла и металлическое уплотнительное кольцо подвергаются интенсивному абразивному изнашиванию, что нарушает герметичность уплотнения. Известно, что футерование рабочих органов машин эластичным материалом производится прежде всего с целью повышения из износостойкости. В предлагаемой конструкции затвора не защищенной от износа оказывается наиболее ответственная часть диска - его периметр. Практикой также установлено, что в результате уменьшения живого сечения трубопровода в зоне кольцевого седла происходит нарушение сплошности течения пульпы, что, в свою очередь, приводит к интенсивному износу выступов этого элемента. Низкая эффективность предлагаемого затвора также обусловлена необходимостью приложения к поворотному валу значительного крутящего момента при перекрытии пульпопровода из-за плотного прилегания седла к внутренней поверхности корпуса. A disadvantage of the known design is that when transporting highly abrasive pulp through the pipes, the protrusion of the annular seat and the metal o-ring are subjected to intense abrasive wear, which violates the tightness of the seal. It is known that the lining of the working bodies of machines with elastic material is made primarily with the aim of increasing the wear resistance. In the proposed shutter design, which is not protected against wear, the most critical part of the disk is its perimeter. Practice has also found that as a result of a decrease in the living cross section of the pipeline in the annular saddle zone, there is a disruption in the continuity of the pulp flow, which, in turn, leads to intensive wear of the protrusions of this element. The low efficiency of the proposed shutter is also due to the need to apply significant torque to the rotary shaft when the slurry pipe is blocked due to the tight fit of the seat to the inner surface of the housing.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является уплотнительная дроссельная заслонка, в корпусе которой установлены резиновое седло и запорный орган в виде диска, жестко соединенного с поворотным валом, при этом между корпусом и резиновым седлом образована кольцевая полость, сообщающаяся с входным патрубком с помощью канала в резиновом седле [А.с. 376620 (СССР), кл. F 16 К 3/02: F 16 К 1/226]. The closest to the proposed invention in terms of technical nature and the achieved result is a sealing throttle valve, in the housing of which a rubber seat and a locking member are installed in the form of a disk rigidly connected to the rotary shaft, while an annular cavity is formed between the body and the rubber seat, communicating with the inlet pipe using the channel in the rubber saddle [A.S. 376620 (USSR), cl. F 16K 3/02: F 16K 1/226].

В предлагаемом изобретении отсутствует кольцевой выступ на резиновом седле и за счет кольцевой полости повышается податливость запорной системы: диск - седло, что позволяет существенно снизить крутящий момент при перекрытии затвора. К недостаткам предлагаемого затвора относится низкая надежность при эксплуатации на трубопроводах, транспортирующих пульпы. В этом случае кольцевая полость и канал в седле быстро "запесочатся", т.е. окажутся забитыми твердыми частицами, и предлагаемая конструкция потеряет свои преимущества. Если "запесочится" только канал, то при перекрытии затвора под действием внутреннего давления жидкости произойдет неконтролируемая деформация материала седла в кольцевую полость и возможна разгерметизация стыка. Кроме того, цилиндрическая форма внутренней поверхности седла создает неоптимальные условия взаимодействия с внешним контуром запорного органа (диска), который при повороте описывает в пространстве фигуру в форме сферы. В результате этого воздействия в зоне контакта диск - седло развиваются высокая сила трения и сложный комплекс напряжений, приводящих к преждевременному разрушению рабочих элементов. In the present invention, there is no annular protrusion on the rubber seat and due to the annular cavity increases the compliance of the locking system: the disk - the seat, which can significantly reduce the torque when the shutter is closed. The disadvantages of the proposed valve include low reliability during operation on pipelines transporting pulps. In this case, the annular cavity and the channel in the saddle quickly become “sandy", i.e. will be clogged with solid particles, and the proposed design will lose its advantages. If only the channel becomes “sandy”, then when the shutter is closed under the influence of the internal pressure of the liquid, uncontrolled deformation of the seat material into the annular cavity will occur and the joint may be depressurized. In addition, the cylindrical shape of the inner surface of the saddle creates non-optimal conditions for interaction with the external contour of the locking element (disk), which when turning describes in space a figure in the shape of a sphere. As a result of this effect, a high friction force and a complex stress complex, leading to premature failure of the working elements, develop in the disk – saddle contact zone.

Целью настоящего изобретения является повышение надежности и долговечности дисковых поворотных затворов, а также расширение области их применения. The aim of the present invention is to increase the reliability and durability of butterfly valves, as well as expanding the scope of their application.

Для достижения поставленной цели в конструкции дискового поворотного затвора, содержащего установленный в корпусе на поворотном валу запорный орган в виде диска, седло, выполненное из резины с модулем упругости Е_с и установленное в корпусе с образованием кольцевой полости между корпусом и седлом, этот диск выполнен металлическим и гуммирован резиной с модулем упругости E_∂ по всей поверхности, включая периметр, при этом модуль упругости E_∂>E_c, а кольцевая полость образована выполненной на внутренней поверхности корпуса канавкой, имеющей в поперечном сечении форму сегмента с хордой
C≤B, (1)
центральным углом
α = 2•arctg[C/(D_у+2δ)] (2)
и радиусом
R_c= (D_у+2δ)/[2cos(α/2)], (3)
где С - длина хорды канавки,
D_y - диаметр условного прохода затвора,
В - ширина корпуса затвора,
δ - толщина стенки резинового седла, при этом в корпусе выполнено сквозное отверстие для сообщения кольцевой полости с внешней средой.To achieve this goal in the design of a butterfly valve, containing a locking element in the form of a disk mounted in the housing on the rotary shaft, a seat made of rubber with elastic modulus E _c and installed in the housing with the formation of an annular cavity between the housing and the seat, this disk is made of metal and gummed with rubber modulus E _∂ over the entire surface, including the perimeter, wherein the modulus of elasticity E _∂> E _c, and the annular cavity is formed is formed on the inner surface of the housing groove, have s a cross-sectional shape of the segment with the chord
C≤B, (1)
central angle
α = 2 • arctan [C / (D _y + 2δ)] (2)
and radius
R _c = (D _y + 2δ) / [2cos (α / 2)], (3)
where C is the length of the chord of the groove,
D _y is the nominal diameter of the shutter,
B is the width of the shutter body,
δ is the wall thickness of the rubber saddle, while a through hole is made in the housing for communicating the annular cavity with the external environment.

Анализ признаков, отличающих заявляемое техническое решение от существующих признаков известных технических решений (патент Великобритании 1301311, кл. F 16 К 1/226, МКИ F 2 V, 1972 г.; патент ФРГ 2907294, кл. F 16 К 1/226, 1980 г.; патент США 2939674, кл. F 16 К 1/22, НКИ 251-173, 1960 г.; заявка Японии 58-25911, кл. F 16 К 1/226, 1983 г.), сходства не обнаружил и позволяет сделать вывод, что заявляемое техническое решение обладает существенными отличиями. Analysis of the features distinguishing the claimed technical solution from the existing features of the known technical solutions (UK patent 1301311, CL F 16 K 1/226, MKI F 2 V, 1972; German patent 2907294, CL F 16 K 1/226, 1980 g .; US patent 2939674, class F 16 K 1/22, NKI 251-173, 1960; application of Japan 58-25911, class F 16 K 1/226, 1983), did not find any similarities and allows to conclude that the claimed technical solution has significant differences.

Гуммирование диска резиной по всей поверхности, включая периметр, позволит надежно защитить его от износа, а применение более высокомодульной резины (E_∂>E_c) позволит обеспечить оптимальное деформирование мягкого материала седла более жестким индентором (внешним контуром диска) и создание требуемого прожима Δ. Образование кольцевой полости между корпусом и седлом при помощи канавки, выполненной на внутренней поверхности корпуса и имеющей в поперечном сечении форму сегмента с геометрическими параметрами, определяемыми выражениями (1), (2) и (3), позволит обеспечить нормальные условия взаимодействия диска и седла и снизить напряжения в зоне контакта. Отсутствие сквозного канала в резиновом седле позволит избежать "запесочивания" кольцевой полости и применять предлагаемый затвор при транспортировании пульпы. Таким образом, в совокупности с известными новые признаки придают заявляемому объекту новый, не суммарный положительный эффект, т.е. позволяют повысить его надежность и долговечность, а также расширить область применения.Gumming of the disk with rubber over the entire surface, including the perimeter, will reliably protect it from wear, and the use of a higher modulus rubber (E _∂ > E _c ) will ensure optimal deformation of the soft material of the saddle with a more rigid indenter (external contour of the disk) and create the required Δ. The formation of an annular cavity between the casing and the saddle with the help of a groove made on the inner surface of the casing and having a cross-sectional shape of a segment with geometric parameters defined by expressions (1), (2) and (3) will ensure normal conditions for the interaction of the disk and the saddle and reduce stress in the contact zone. The absence of a through channel in the rubber saddle will allow avoiding “sanding” of the annular cavity and applying the proposed shutter when transporting pulp. Thus, in combination with the known new features give the claimed object a new, not cumulative positive effect, i.e. can increase its reliability and durability, as well as expand the scope.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид дискового поворотного затвора, на фиг.2 -его сечение по А-А в ненагруженном состоянии, а на фиг.3 - его сечение по А-А в нагруженном состоянии. The invention is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows a general view of a butterfly rotary shutter, Fig. 2 shows a section along AA in an unloaded state, and Fig. 3 shows a section along AA in a loaded state.

Дисковый поворотный затвор состоит из металлического корпуса 1, снабженного нижним 2 и верхним 3 опорными узлами. В опорных узлах на поворотном валу 4 установлен запорный орган 5, выполненный в виде металлического диска 6, гуммированного по всей поверхности, включая периметр 7, резиной с модулем упругости E_∂. В корпусе также размещено резиновое седло 8, выполненное из резины с модулем упругости Е_с.A butterfly valve consists of a metal housing 1, equipped with a lower 2 and upper 3 support nodes. In the support nodes on the rotary shaft 4 there is a locking member 5 made in the form of a metal disk 6, gummed over the entire surface, including the perimeter 7, with rubber with elastic modulus E _∂ . A rubber saddle 8 made of rubber with an elastic modulus E _{c is} also located in the housing.

На внутренней поверхности корпуса выполнена канавка 9, имеющая в поперечном сечении форму сегмента и образующая между корпусом 1 и седлом 8 кольцевую полость 10, которая сообщается с внешней средой при помощи сквозного отверстия 11. A groove 9 is made on the inner surface of the casing, having a cross-sectional shape of a segment and forming an annular cavity 10 between the casing 1 and the saddle 8, which communicates with the external environment through a through hole 11.

При подаче внутрь затвора жидкой среды с давлением р происходит вытеснение воздуха из кольцевой полости 10 через сквозное отверстие 11, вследствие чего седло принимает форму, показанную на фиг.3. В этом случае при перекрытии затвора все точки внешнего контура диска описывают в пространстве кривые, эквидистантные внутреннему контуру седла, что обеспечивает одинаковый прожим Δ в любой точке контакта, независимо от положения запорного органа. Это позволяет эффективно контролировать и при необходимости регулировать величину деформации поверхности седла и задавать оптимальные значения возникающим при этом напряжениям. When a liquid medium is supplied inside the shutter with a pressure p, air is displaced from the annular cavity 10 through the through hole 11, as a result of which the saddle takes the form shown in Fig. 3. In this case, when the shutter is closed, all points of the outer contour of the disk describe in space curves that are equidistant to the inner contour of the saddle, which ensures the same lived Δ at any point of contact, regardless of the position of the locking element. This allows you to effectively control and, if necessary, adjust the magnitude of the deformation of the surface of the saddle and set the optimal values arising from this stress.

В предлагаемом затворе за счет прожима Δ и давления жидкости обеспечивается плотное прилегание внешней поверхности седла к внутренней поверхности корпуса (фиг.3). При этом между упомянутыми поверхностями развивается сухое трение, препятствующее возникновению значительных деформаций сдвига в материале седла при перемещении диска. Этому также способствует снижение силы трения между диском и седлом за счет смазочного действия жидкости. Снижение силы трения в этой зоне также достигается за счет гуммирования диска более высокомодульным материалом чем материал седла (E_∂>E_c). В этом случае повышается изгибная жесткость периметра диска и в процессе его внедрения в материал седла уменьшается площадь фактического контакта, что, как известно, приводит к снижению коэффициента трения. Кроме того, согласно теории Герца само по себе это внедрение возможно только при выполнении условия E_∂>E_c, т.е. при сочетании высокомодульного и низкомодульного одноименного материала (в данном случае резины).In the proposed shutter due to the lived Δ and fluid pressure, a snug fit of the outer surface of the saddle to the inner surface of the housing is provided (Fig. 3). In this case, dry friction develops between the mentioned surfaces, which prevents the occurrence of significant shear deformations in the saddle material when moving the disk. It also contributes to the reduction of friction between the disk and the seat due to the lubricating action of the fluid. A decrease in the friction force in this zone is also achieved by gumming the disk with a higher modulus material than the seat material (E _∂ > E _c ). In this case, the bending stiffness of the perimeter of the disk increases and during its introduction into the seat material, the area of actual contact decreases, which, as is known, leads to a decrease in the coefficient of friction. In addition, according to Hertz’s theory, this implementation in itself is possible only if the condition E _∂ > E _c is satisfied, i.e. with a combination of high-modulus and low-modulus material of the same name (in this case, rubber).

Для обеспечения надежного перекрытия затвора ширина канавки на внутренней поверхности корпуса на должна превышать его ширину (фиг.2):
C≤B, (4)
где В - ширина корпуса затвора,
С - длина хорды канавки.To ensure reliable shutter overlap, the width of the groove on the inner surface of the housing must not exceed its width (figure 2):
C≤B, (4)
where is the width of the shutter body,
C is the length of the chord of the groove.

При этом ширина корпуса затвора зависит от размеров опорных узлов 2 и 3 и может быть определена с учетом их конструктивных особенностей. The width of the shutter housing depends on the size of the support nodes 2 and 3 and can be determined taking into account their design features.

С учетом неравенства (4) параметры канавки 9 могут быть определены при помощи расчетной схемы, показанной на фиг 2. Согласно этой схеме центральный угол сегмента

и радиус

где D_y - диаметр условного прохода затвора,
δ - толщина стенки резинового седла.Given inequality (4), the parameters of the groove 9 can be determined using the design scheme shown in Fig 2. According to this scheme, the Central angle of the segment

and radius

where D _y is the nominal diameter of the shutter,
δ is the wall thickness of the rubber saddle.

При помощи расчетной схемы, показанной на фиг.3, можно определить диаметр запорного органа 5:

где Δ - прожим.Using the design scheme shown in figure 3, you can determine the diameter of the locking element 5:

where Δ - live.

Величина прожима принимается из конструктивных соображений. The value of the lived is taken from design considerations.

Таким образом, используя выражения (4-7), можно определить оптимальные размеры кольцевой полости и запорного органа. Thus, using expressions (4-7), it is possible to determine the optimal dimensions of the annular cavity and the locking organ.

Гуммирование диска по всей поверхности, включая периметр, позволит надежно защитить его от износа и тем самым повысить долговечность затвора. Gumming the disk over the entire surface, including the perimeter, will reliably protect it from wear and thereby increase the shutter durability.

Этому также способствует полная защита всех металлических частей дискового затвора от воздействия гидроабразивной пульпы. При этом значительно расширяется область применения поворотных затворов. This also contributes to the complete protection of all metal parts of the disk shutter from the effects of waterjet pulp. At the same time, the scope of butterfly valves expands significantly.

Claims

A butterfly valve comprising a housing mounted in a housing on a rotary shaft; a locking member in the form of a disk, a seat made of rubber with an elastic modulus E _c and installed in the housing to form an annular cavity between the housing and the saddle, characterized in that the disk is made of metal and rubberized with elastic modulus E _∂ over the entire surface, including the perimeter, while the elastic modulus E _∂ > E _c , and the annular cavity is formed by a groove made on the inner surface of the casing having a cross-section in mu segment with chord
C ≤ B
radius

and center angle

where C is the length of the chord;
D _y - the diameter of the nominal bore;
B is the width of the shutter body;
δ is the wall thickness of the rubber saddle, while a through hole is made in the housing for communicating the annular cavity with the external environment.