Поворотный затвор

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик 1 1848838по делам изобретений н открытийОпубликовано 23.07.81. Бюллетень27 Дата опубликования описания 25.07. 81(72) Авторы изобретения В. И. Большаков и Г. В. Дракин Институт черной металлургии(54) ПОВОРОТНЫЙ ЗАТВОР Изобретение относится к арматуростроению и может быть использовано в качестве газоотсекающего клапана загрузочного устройства доменной пе- ЧИИзвестна конструкция газоотсекаю 5 щего клапана загрузочного устройства доменной печи, содержащая корпус, размещенную в нем запорную тарель, шарнирно установленную на рычаге ва 1 О ла клапана и контактирующую с седлом, причем контактные поверхности тарели и седла выполнены по круговой сфере 1 1Однако такие основные параметры конструкции клапана, как расположение шарнира тарели относительно вала клапана и контактных поверхностей, а также величина допустимого угла повоорота тарели на шарнире относительно рычага, выбраны не рационально, без учета характера взаимодействия тареги с седлом при закрывании, что приводит к уменьшению стойкости и нарушению герметичности клапана. При закрывании в звеньях механизма клапана и его кинематических парах возникают нагрузки, приводящие к повышенному износу контактных поверхностей и повреждению шарнирного соединения.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является поворотный затвор для доменной печи, содержащий корпус с седлом и запорную тарель, шарнирно связанную с поворотным рычагом приводного вала. Центр сферы вращения тарели на рычаге находится на одной горизонтали с уплотняющими поверхностями тарели и седла и с центром вращения рычага тарели. Перемещение тарели осуществляется вращением рычага на валу клапана 21.Однако нерациональное взаиморасположение центров вращения вала клапана и шарнирного соединения тарели относительно нижней кромки контактной Поверхности седла, отсутствие8488 10 40 ГФ 390-2 асс оо р и+с+1е 5 с седлом го 3допустимого значения величины угла поворотатарели относительно рычага на шарнирном соединении приводит к тому, что при закрывании клапана этой конструкции, для всех значений5 углов поворота тарели на шарнире, в точке контакта ее с седлом возникает сила трения, препятствующая установке тареля в седле и плотному сопряжению контактных поверхностей. При этом в звеньях механизма клапана и его кинематических парах возникают разрушающие нагрузки, снижающие его стойкость. Определенные значения коэффициентов трения между контактными д поверхностями перекошенной тарели и,седла вызывают заклинивание системы и исключают возможность герметичного перекрытия газовой магистрали.Цель изобретения - повышение гер метичности затвора.Поставленная цель достигается тем, что шарнирое соединение запорной тарели с поворотным рычагом установлено по вертикальной оси седла в промежут ке, ограниченном перпендикулярно к ней, проходящим через центр вращения вала, и прямой, соединяющей этот центр с нижней точкой контактной поверхности , седла со стороны, противоположной это му центру, причем центр вращения вала расположен в зоне; ограниченной прямой, проходящей через нижнюю кромку контактной поверхности седла, и прямой, соединяющей центр сферы седла 35 с нижней точкой его контактной поверхности со стороны вала, а допустимый угол поворота запорной тарели на шарнирном соединении определяется выра- жением полупериод треугольника, замыкающего точку контакта тарели на седле, с ценгром шарнирного соединения тарели с рычагом и центром сферы контактной поверхности тарели;радиус сферы контактной поверхности тарели; расстояние центра сферы тарели от шарнира; минимальное расстояние от шарнира до точки контакта тарелисо стороны вала 38 4и 8=огс - углы, характеризующиепбложение шарнира тарелив закрытом положениизатвора и точки контакта на седле относительно вала;о и Ъ - расстояние точки контакта тарели и седла соответственно до горизонтальной и вертикальнойосей вала.На фиг.1 схематично изображен поворотный затвор в закрытом положении на фиг.2 - то же, в критическом положении системы рычаг-тарель-седло, когда происходит изменение направления силы трения в точке контакта тарели с седлом. Поворотный затвор содержит корпус 1, седло 2, запорную тарель 3, связанную с поворотным рычагом 4 вала 5 посредством шарнирного соединения 6. Контактные поверхности тарели и седла выполнены по круговой сфере радиусом Й с центром в точке С. Расположение центра вращения 00, тарели 3 шарнирного соединения 6 и точки контакта А на седле относительно центра сферы С контактной поверхности тарели принято соответственно с и п.Центр вращения О вала 5 расположен в зоне, ограниченной прямыми 1, проведенной через нижн 1 ою кромку контактной поверхности седла 2, и И, проведенной через центр С сферической поверхности седла 2 и точку контакта А на седле со стороны вала 5, С целью более рационального использования мощности привода, центр О вращения ва" ла 5 максимально приближен к оси седла на расстояние 1 насколько позволяют конструкции седла 2 и корпуса 1. Для обеспечения беспрепятственного выхода тарели 3 из седла 2 при открывании, с учетом монтажных и технологических отклонений размеров, центр враащения О вала расположен на прямой 11, соединяющей центр сферы С седла с точкой, расположенной ниже контактной поверхности седла со стороны этого центра э плоскости чертежа и образующей с ней "компенсационный" зазор ф. Практически зазор может приниматься в пределах 10-20 мм в зависимости от размеров элементов затвора и допускаемых отклонений размеров при монтаже. Центр вращения тарели (шарнирносоединения 6) относительно рычага5 8488 4 расположен по вертикальной оси седла 2 в промежутке, ограниченном перпендикуляром 1 Ч к ней, проходящим через центр вращения О вала 5, и прямой Ч, соединяющей этот центр с нижней точкой контактной поверхности седла В со стороны противопложной вану.Угол поворота тарели 3 1 перекос) на шарнирном соединении 6 отноСитель но рычага 4 обозначен У , его допустимое значение Р, угол поворота вала 5, его значение в закрытом положении затвора 0Закрывание затвора сопровождает ся процессом установки тарели 3 в седле 2 поворотом ее на шарнире 6 и скольжением контактной поверхности тарели 3 относительно точки контакта на седле 2. Монтажные и технологичес кие отклонения размеров в закрытом положении клапана компенсируются за счет поворота тарели на шарнире.Этим обеспечивается плотное сопряжение контактных поверхностей таре-. 25 ли и седла. Кинематическое взаимодействие запорной тарели 3 с седлом 2 при закрывании и открывании затвора, а также величины и направления таких кинетостатических параметров систе мы, как усилия в точке контакта тарели 3 с седлом 2 и в шарнирном соединении 6, в значительной степени зависят от расположения центра вращения О вала 5 и шарнирного соединения 6 относительно контактных поверхностей седла 2, а также величины допустимого конструкцией угла поворота Щтарели 3 на шарнире 6Первоначальный контакт тарели 3, перекошенной от сил собствен ного веса и инерционных нагрузок, с седлом 2 происходит в точках А и В и располагается в плоскости чертежа. Наиболее жесткие условия на систему рычаг-тарель-седло накладываются для ф 5 случая контакта в точке А, расположенной на нижней кромке седла со стороны вала 5, поэтому величина допустимого угла поворота Щ тарели отнрсительно рычага определена для этого 50 случая контакта. В точке контакта тарели с седлом, в зависимости от величины конструктивно возможного угла поворота тарели 55 на шарнире и расположения шарнира тарели и вала относительно контактных поверхностей, могут возникать силы трения двух взаимно противоположных 38 Ь направлений. Это объясняется конструктивной особенностью системы рычагтарелв-седло, которая заключается в том, что после первоначального контакта перекошенной тарели с седлом.,пока условная ось ОО рычага не переЭсечет точку контакта на седле ( фиг.2), уменьшение угла поворота Р тарели,(перекос) происходит за счет скольхения вниз ее контактной поверхности(поворот тарели по часовой стрелкена фиг.2) относительно точки контакта А на седле. Сила трения при этомнаправлена в сторону, противоположнуюперемещению, и препятствует установкетарели в седле. При определенных величинах коэффициентов трения междуконтактными поверхностями и в шарнирном соединении может произойти заклинивание системы, Результирующая силав точке контакта пересекает круг трения в шарнире и дальнейшее закрывание становится невозможным. После 1пересечения условной осью ООш рычага4 точки контакта на седле 2 перемещение контактирующей поверхности тарели относительно седла, а следова"тельно, и сектор сил трения, меняютнаправление, Дальнейшая установкатарели в седле происходит при благопрепятствующих условиях. Таким образом, расположение шарнира тарели в закрытом положении клапана ниже прямой, соединяющей центр вращенйя О вала с возможной точкой контакта на седле, вызывает при установке тарели в седле независимо от величины угла ее поворота Р препятствующие силы, способные привести систему к заклиниванию. Шарнирное соединение следует располагать выше, этой прямой настолько, чтобы система позволила за счет возможного перекоса тарели на шарнире компенсировать монтажные и технологические отклонения размеров без возникновения в точке контакта препятствующих сил трения, способных вызвать заклинивание системы. Располагать шарнирное соединение вьппе оси вала клапана нецелесообразно, так как в этом случаеувеличивается угол поворота вала,достаточный для вывода тарели из эоны действия абразивного потока, а следовательно, увеличивается цикл работы устройства, его габариты и вес. Установка тарели в седле при этом приобретает, сложный характер848838 8со сферическим седлом, о т л и ч а -ю щ и й с я тем, что, с целью повышения герметичности, шарнирное соединение запорной тарели с поворотнымрычагом установлено по вертикальнойоси седла в промежутке, ограниченномперпендикуляром к ней, проходящимчерез центр вращения вала, и прямой,соединяющей этот центр с нижней точкой контактной поверхности седла состороны, противоположной этому центруУпричем центр вращения вала расположен в зоне, ограниченной прямой, проходящей через нижнюю кромку контактной поверхности седла, и прямой, соединяющей центр сферы седла с нижнейточкой его контактной поверхности. со стороны вала, а допустимый уголповорота запорной тарели на шарнирномсоединении определяется выражением ГР 1 А 90- 2 оц" су 25 р о+С+Я где Р 30 35 50 Формула изобретения 55 и .сопровождается изменением места расположения точки контакта на седле.Величина допустимого угла перекоса тарели на шарнире определяется из условия, что вектор силы трения в точке контакта тарели с седлом, при закрывании клапана, принимает трубемое направление после пересечения условной осью ОО.рычага точки контакта на седле.Величина допустимого угла поворота тарели на шарнире существенно влияет на характер взаимодействия тарели и седла при закрывании. Даже при рациональном выборе основных конструктивных параметров клапана, но сверхдопустимых величинах угла поворота тарели 9 , закрывание сопровождается возникновением в точке контакта перекошенной тарели с седлом сил трения, препятствующих процессу самоустановки тарели и способ-ных вызвать заклинивание системы, Причем силы, возникающие при закрывании, в точке контакта и в шарнире увеличиваются с увеличением угла поворота тарели.Рациональное расположение центров вращения вала и шарнирного соединения тарели с рычагом, а также ограничение угла поворота тарели на шарнире по допустимому значению, исходя из принятых конструктивных параметров устройства,позволяет обеспечить его надежную работу в эксплуатации при минимальных нагрузках в механизме затвора.Создание конструкции уплотняю- щего клапана с более благоприятным распределением сил в системе рычагтарель-седло исключает возможность ее заклинивания при закрывании и способствует увеличению его надежности и долговечности. Снижение уровня нагрузок, возникающих в зоне контакта тарели с седлом, обеспечивает длительную эксплуатацию клапана без износа его рабочих поверхностей, что позволяет осуществить высокую герметичность клапана в течение длительного срока службы. Поворотный затвор, в корпусе которого размещена запорная тарель, шарнирно соединенная с поворотным рычагом приводного вала и контактирующая полупериметр треугольника, замыкающего точку контакта тарели наседле с центром шарнирноГо соединения тарелис рычагом и центромсферы контактной поверхности тарели;Р - радиус сферы контактной поверхности тарелиС - расстояние центра сферы тарели от шарнира6и= -- в . -- минимальное расстояниесоь 5 щ 9от шарнира до точкиконтакта тарели с седлом со стороны валаи Ю=аигсф- - углы, характеризующиеположение шарнира тарели в закрытом положении затвора и точкиконтакта на седле относительно вала"О и Ь - расстояние точки контакта тарели и седласоответственно до горизонтальной и вертикальной осей вала.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССР У 522235, кл. С 21 В 7/18, 1975.2. Авторское свидетельство СССР В 136397, кл. С 21 В 7/18, 1960.848838 иг Составитель Т, КолясинсНиколайчук Техред И. Асталош К Редакто ектор ан Заказ 6052 В45 Тираж 1006 НИИПИ Государственного комитета СССР но делам изобретений и открытий 035, Москва, Ж, Раушская наб., дписн 5 иал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4