Уплотнительный узел клапана

(51)5 Е 16 К 25/00, 1/3 САНИЕ ИЗОБРЕТЕН ВТ рганов и Г.А,Баво СССР1971.51, кл. 479 1/38,ЗЕЛ КЛАПАНА к арматуростроьзовано в конст- в, работающих в тур. Цель изобрежности работы в ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(57) Изобретение относитсяению и может быть исполрукциях запорных клапаноусловиях низких температения - повышение наде условиях колебания температур рабочей среды в пределах 70-700 К, Уплотнительный узел содержит седло 1 и запорный элемент 2 с тороидальной прокладкой 3. На торце запорного элемента 2 закреплен упор 5 с тороидальным углублением 6 под прокладку 3, Поверхности седла 1 и запорного элемента 2 выполнены вогнутыми таким образом, что обеспечивается постоянный контакт прокладки 3 с поверхностью седла 1 и запорного элемента 2 во всем диапазоне изменения температур, Прокладка 3 при открытом клапане всегда располагается на упоре 5, а при закрытом занимает положение на запорном элементе 2, соответствующее температуре рабочей среды. 1 ил.510 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Изобретение относится к арматуростроению и может быть использовано в конструкциях запорных клапанов,Цель изобретения - повышение надежности работы в условиях колебания температуры рабочей среды в пределах 70-700 К.На чертеже изображен уплотнительный узел, разрез,Уплотнительный узел клапана содержит седло 1 и запорный элемент 2 с тороидальной прокладкой 3. На торце запорного элемента 2, обращенном к седлу 1, закреплен при помощи винта 4 упор 5 с тороидальным углублением б, радиус которого равен радиусу прокладки 3. Седло 1 и запорный элемент 2 выполнены сужающимися в направлении закрытия клапана и имеют вогнутую поверхность соответственно 7 и 8, при этом образующие поверхностей седла 1 и запорного элемента 2 представляют собой дуги окружностей, параметры которых связаны следующим математическим выражением:м у+%,где в - угол дуги окружности, центр которой расположен на плоскости торца 1-го уплотняемого элемента;1 - условное обозначение уплотняемого элемента (седло или запорный элемент);и - угол трения между материалами 1-го уплотняемого элемента и прокладкойу = агс 19 б,5 - коэффициент трения между материалами 1-го уплотняемого элемента и прокладкой;ф - угол, определяемый условиями относительного термического расширения материалов 1-го уплотняемого элемента и прокладкиЬВ --%агссоз2ВВ - радиус дуги окружности образующей поверхностей 1-ых уплотняемых элементов;Ь - величина относительного изменения диаметров ых уплотняемых элементов и прокладки в диапазоне изменения температуры рабочей средыЬ = О( а 1 - а)(тмакс - мнн),О - диаметр прокладки в месте контакта ее с 1-ым уплотняемым элементом;а 1 - коэффициент линейного термического расширения материала прокладки;а - коэффициент линейного термического расширения материала поверхности 1-го уплотняемого элемента;1 макс- максимальное значение температуры рабочей среды; ънн - минимальное значение температуры рабочей среды.Наружный диаметр упора 5 и запорного элемента 2 выполнен меньше внутреннего диаметра проходного отверстия 9 седла 1.Формирование сопрягаемых поверхностей седла 1 и запорного элемента 2 осуществляется следующим образом,Определяют параметры и условия работы уплотнительного узла клапана, т.е, диаметр сечения материала прокладки 3, диаметр прокладки 3 при температуре окружающего воздуха, диаметр проходного отверстия 9 в седле 1, максимальное 1 макс и минимальное тонн значение температуры рабочей среды, вид материала седла 1, прокладки 3 и запорного элемента 2, коэффициенты трения между сопрягаемыми поверхностями прокладки 3 и седла 1, а также прокладки 3 и запорного элемента 2, коэффициенты линейного термического расширения материалов седла 1, запорного элемента 2 и прокладки 3, наружный диаметр запорного элемента 2 и т.п. Определяют угол трения между поверхностями седла 1 и прокладки 3, а также запорного элемента 2 и прокладки 3. Из формулыгц = О( й 1 - й)(тмакс Тмин),где О - диаметр прокладки 3 в месте контакта ее с седлом 1 Ос или с запорным элементом 2 Оз;а 1 - коэффициент линейного термического расширения материала прокладки 3;а - коэффициент линейного термического расширения материалов седла 1 ас илизапорного элемента 2 аз;1 макс - максимальное значение температуры рабочей среды;1 нн - минимальное значение температуры рабочей среды;определяют величину относительного изменения диаметров сопрягаемых поверхностей седла 1 и прокладки 3 йс, прокладки 3 и запорного элемента 2 йз в диапазоне изменения температуры рабочей среды,Из выраженияИ 1В --%агссоз2Вгде В - радиус дуг окружностей образующих поверхностей седла 1 Вс и запорного элемента 2 Ва, определяют угол, зависящий от условий относительного термического расширения материалов седла 1 Рс и прокладки 3, запорного элемента 2 /3 а и. прокладки 3. При этом величину радиуса дуг окружностей образующих поверхностей седла 1 Вс и запорного элемента 2 Ва опре 1679112деляют методом последовательных приближений, исходя иэ условияФс ) )с +сЙЬ ) )а +Рзи с учетом того, что отсчет угла ае начинается от верхней плоскости седла 1, а угла в, - от нижней плоскости запорного элемента 2 с отклонением от внутреннего диаметра проходного отверстия 9 в седле 1 и от наружного диаметра запорного элемента 2 на половину разности диаметра сечения материала прокладки 3 и зазора между диаметром проходного отверстия 9 седла 1 и диаметром упора 5,При изменении температуры рабочей среды от макс до 1 мин или от тмин до Ьакс устройство работает следующим образом.Обычно изменения температуры рабочей среды происходят впроцессе, когда клапан открыт, т,е. рабочая среда проходит через отверстие 9. Обычно коэффициент линейного термического расширения материала прокладки 3 выше, чем у материалов седла 1 и запорного элемента 2, При работе клапана в условиях максимальной температуры внутренний диаметр прокладки 3 становится больше, чем у сопрягаемой поверхности запорного элемента 2, в результате чего прокладка 3 под воздействием своего веса опускается на упор 5. При движении запорного элемента 2 вниз прокладка 3 упирается в верхнюю часть поверхности 7 седла 1 и останавливается, а запорный элемент 2 продолжает движение вниз до контакта своей поверхностью 8 с прокладкой 3, Под воздействием прилагаемой силы к запорному элементу 2 прокладка 3 упруго деформируется в местах ее контакта с поверхностями 7 и 8, в результате чего уплотнение происходит по линии, ширина которой зависит от степени приближения кривизны поверхностей 7 и 8 к кривизне поверхности прокладки 3. В положении, когда клапан закрыт и течение рабочей среды через проходное отверстие 9 прекращено, рабочая среда, находящаяся в полостях клапана, начинает охлаждаться за счет теплообмена клапана с окружающей средой. Охлаждаются также седло 1, запорный элемент 2 и прокладка 3. В результате этого прокладка 3 начинает оказывать воздействие на поверхность 8 запорного органа 2, которое разлагается на составляющие, Одна из этих составляющих направлена вниз и, преодолевая силу трения между прокладкой 3 и поверхностью 8, стремится сдвинуть прокладку 3 вниз, чем достигается дополнительное воздействие со стороны поверхности прокладки 3 на поверхность 7 седла 1 и 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 дополнительное сжатие прокладки 3 между уплотняемыми поверхностями 7 и 8. В случае, когда в момент открытия клапана на седло 1, запорный элемент 2 и прокладку 3 воздействует рабочая среда при максимальном значении температуры, при закрытом клапане прокладка 3 располагается в верхней части поверхностей 7 и 8, где угол наклона образующей поверхности 8 больше, чем у образующей поверхности 7, что способствует большему воздействию со стороны поверхности 8 через прокладку 3 на поверхность 7 при закрытом клапане, При открывании клапана перемещают запорный элемент 2 вверх. Так как угол наклона образующей поверхности 8 больше, чем у образующей поверхности 7, то прокладка 3 вначале отсоединяется от поверхности 8, запорный элемент 3 продолжает свое перемещение вверх до контакта прокладки 3 с поверхностью тороидального углубления 6 упора 5, при дальнейшем движении запорного элемента 2 вверх прокладка 3 отсоединяется от поверхности 7 и перемещается вместе с запорным элементом 2 и упором 5 до верхнего крайнего положения, при котором проход для рабочей среды через отверстие 9 полностью открыт,Цикл работы устройства при минимальной температуре рабочей среды осуществляется следующим образом.В этом случае прокладка 3 располагается в нижней части поверхностей 7 и 8, при закрытом клапане среда в полостях клапана нагревается, нагреваются также седло 1, прокладка 3 и запорный элемент 2, в результате чегоо прокладка 3, расширяясь, оказывает уже воздействие на поверхность 7 седла 1, которое разлагается на составляющие. Одна из этих составляющих направлена вверх и стремится сдвинуть прокладку 3 вверх, в результате чего прокладка 3 испытывает дополнительное сжатие между поверхностями 7 и 8. В этом случае угол наклона поверхности 7 в месте контакта с прокладкой 4 больше угла наклона повер-. хности 8, что способствует большему воздействию со стороны поверхности 7 через прокладку 3 на поверхность 8 при закрытом клапане, При открывании клапана прокладка 3 отрывается вначале от поверхности 7, положение же прокладки 3 на поверхности 8 может сохраниться до пропуска через отверстие 9 рабочей среды при масимальной величине температуры, После этого прокладка, расширяясь, под воздействием своего веса перемещается вниз до тороидального углубления 6 упора 5.Движение прокладки 3 вдоль уплотняемых поверхностей 7 и 8 при закрытом кла1679112 Составитель М.КольцоваТехред М. Моргентал Корректор М,Кучерявая Редактор М.Янкович Заказ 3196 Тираж 429 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 пане под воздействием разности тепловых расширений материалов седла 1, прокладки 3 и запорного, элемента 2 обеспечивается за счет того, что контакт прокладки 3 осуществляется на участках поверхностей 7 и 8, имеющих угол наклона, превышающий значение угла трения ус и уэ.При значениях температуры рабочей среды, равных 1 маке, прокладка 3 находится в верхней части поверхностей 7 и 8 и воздействие от разности термических расширений седла 1, запорного элемента 2 и прокладки 3 передается от запорного элемента по направлению к седлу 1. Дри температуре тмин указанное воздействие передается от седла 1 по направлению к запорному элементу 2, а прокладка 3 расположена в нижней части поверхностей 7 и 8, Вогнутость поверхностей 7 и 8 увеличивает площадь контакта с прокладкой 3, что повышает вероятность перекрытия микронеровностей на поверхности сопрягаемых деталей, или же уменьшает величину усилий, воздействующих на уплотняемый элемент, Это позволяет производить герметизацию клапана при упругих деформациях 5 прокладки, что повышает срок ее службы иувеличивает надежность уплотнительного узла в условиях колебаний температуры рабочей среды. 10 Формула изобретенияУплотнительный узел клапана, содержащий сужающиеся в направлении его закрытия седло и запорный элемент с тороидальной прокладкой, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности в работе в условиях колебания температуры рабочей среды, поверхности седла и запорного элемента выполнены вогнутыми, а на торце запорного элемента, обращен ном к седлу, установлен упор с тороидальным углублением, радиус которого равен радиусу прокладки.