RU2241886C2

RU2241886C2 - Seat of ball valve

Info

Publication number: RU2241886C2
Application number: RU2002118727/06A
Authority: RU
Inventors: А.П. Андреев (RU); А.П. Андреев; Ю.С. Панчеха (RU); Ю.С. Панчеха
Original assignee: Андреев Александр Павлович; Панчеха Юрий Степанович
Priority date: 2002-07-16
Filing date: 2002-07-16
Publication date: 2004-12-10

Abstract

FIELD: valving.

SUBSTANCE: seat of ball valve is made of a ring member. One part of the ring member is set into the ring groove provided in the housing of the valve. The other part is made for permitting engagement over the side of the spherical valving member. The ring member is made of the reinforcing member made of penetrable material and flexible material. The rigidity of the penetrable material is higher than that of the flexible material.

EFFECT: enhanced reliability.

7 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к запорной арматуре, в частности к седлам шаровых кранов.The invention relates to valves, in particular to the seats of ball valves.

Известно седло шарового клапана, выполненное в виде отформованного кольцевого блока из упругодеформируемого уплотнительного материала, одна часть которого установлена в кольцевую канавку корпуса клапана, а другая выполнена с возможностью контакта по боковой поверхности сферического запорного элемента (см. патент США №5904337А от 18.05.99, № з-ки 0352888, 05.03.98, МКИ F 16 K 5/06, ИСМ в.70, №10, 2000).Known ball valve seat, made in the form of a molded annular block of elastically deformable sealing material, one part of which is installed in the annular groove of the valve body, and the other is made with the possibility of contact on the side surface of a spherical locking element (see US patent No. 5904337A from 05/18/99, Z-ki 0352888, 03/05/98, MKI F 16 K 5/06, IMS c.70, No. 10, 2000).

Недостатком данной конструкции является то, что при больших давлениях рабочей среды эластомерный материал седла "течет", что приводит к его повреждению и разгерметизации. Применение более твердых и прочных материалов не обеспечивает герметичность узла из-за их малой упругости и эластичности. Кроме этого, седло не защищено от попадания твердых частиц загрязнений в зону трения со сферической поверхностью запорного элемента.The disadvantage of this design is that at high pressures of the working medium, the elastomeric material of the seat "flows", which leads to damage and depressurization. The use of harder and stronger materials does not ensure the tightness of the node due to their low elasticity. In addition, the seat is not protected from the ingress of solid particles of contaminants into the friction zone with the spherical surface of the locking element.

Известно седло шарового клапана, состоящее из двух уплотнительных деталей, установленных в выемку на внутренней поверхности корпуса, одна из которых является несущей и осуществляет удаление загрязняющих веществ с поверхности сферического запорного элемента перед соприкосновением его со второй уплотнительной деталью, отформованной из мягкого эластомерного материала (см. см. патент США №6047952А от 11.04.00, № з-ки 115049, 14.07.98, МКИ F 16 K 5/06, ИСМ в.70, №7, 2001). Может быть принято за прототип.A ball valve seat is known, consisting of two sealing parts installed in a recess on the inner surface of the housing, one of which is a carrier and carries out the removal of contaminants from the surface of the spherical locking element before it contacts the second sealing part molded from soft elastomeric material (see see US patent No. 6047952A from 04/11/00, No. z-ki 115049, 07/14/98, MKI F 16 K 5/06, ISM c. 70, No. 7, 2001). May be taken as a prototype.

Данная конструкция частично устраняет недостатки в вышеописанном аналоге. В данной конструкции использовано два уплотнительных элемента разной жесткости, один из которых работает как грязесъемник и опорный элемент, что снижает доступ загрязнений в зону трения седла со сферической поверхностью запорного элемента.This design partially eliminates the disadvantages of the above analogue. In this design, two sealing elements of different stiffness were used, one of which works as a wiper and a supporting element, which reduces the access of contaminants to the friction zone of the saddle with the spherical surface of the locking element.

Недостатком данной конструкции является то, что при больших давлениях и повышенных температурах рабочей среды эластомерный материал седла "течет", что приводит к его повреждению и разгерметизации. При работе с рабочей средой в виде нефти, насыщенных высокомолекулярных соединений на рабочей поверхности сферического запорного элемента образуются очень прочно (явление адгезии) прикрепленные наросты из смолоподобных соединений, которые эластичному материалу удалить затруднительно. Особенно, когда работе шарового клапана предшествовал длительный период бездействия и в условии работы при пониженных температурах.The disadvantage of this design is that at high pressures and elevated temperatures of the working medium, the elastomeric material of the saddle "flows", which leads to its damage and depressurization. When working with a working medium in the form of oil, saturated macromolecular compounds on the working surface of a spherical locking element, very firmly formed (adhesion phenomenon) attached outgrowths of resin-like compounds that are difficult to remove for an elastic material. Especially when the operation of the ball valve was preceded by a long period of inactivity and in the condition of operation at low temperatures.

Задача изобретения - повышение надежности и долговечности работы седла в сложных условиях эксплуатации.The objective of the invention is to increase the reliability and durability of the saddle in difficult operating conditions.

Поставленная задача достигается тем, что в седле шарового клапана, выполненном в виде кольцевого блока, одна часть которого установлена в кольцевую канавку корпуса клапана, а другая выполнена с возможностью контакта по боковой поверхности сферического запорного элемента, кольцевой блок выполнен в виде армирующего элемента из объемного проницаемого материала и пронизывающего его эластичного материала, причем показатели прочности и твердости объемного проницаемого материала армирующего элемента более высокие, чем показатели прочности и твердости его эластичного материала, кроме того;The problem is achieved in that in the seat of the ball valve, made in the form of an annular block, one part of which is installed in the annular groove of the valve body, and the other is made with the possibility of contact along the lateral surface of the spherical locking element, the annular block is made in the form of a reinforcing element of permeable material and elastic material penetrating it, and the strength and hardness indices of the volumetric permeable material of the reinforcing element are higher than the strength indices and the hardness of its elastic material, moreover;

армирующий элемент выполнен из проволоки с упругодемпфирующими свойствами, например из металлорезины,the reinforcing element is made of wire with elastic damping properties, for example, of metal rubber,

проволока выполнена из высокопрочного материал, например из стали.the wire is made of high strength material, such as steel.

проволока выполнена из антифрикционного материала, например из бронзы,the wire is made of antifriction material, for example, bronze,

проволока выполнена из высокопрочного материал с антифрикционным покрытием,the wire is made of high strength material with an anti-friction coating,

армирующий элемент выполнен с покрытием, повышающим адгезионные свойства по отношению к эластичному материалу,the reinforcing element is made with a coating that increases the adhesive properties with respect to the elastic material,

в радиальном направлении от крайних частей к средней части седла жесткость армирующего элемента уменьшается,in the radial direction from the extreme parts to the middle part of the saddle, the stiffness of the reinforcing element decreases,

в качестве эластичного материала использован фторопласт.fluoroplastic is used as an elastic material.

Суть изобретения заключается в том, что используется армирующая объемная проницаемая конструкция, монолитно связанная с более мягким эластичным уплотнительным материалом. Регулируя жесткость, проницаемость, тип армирующей объемной проницаемой конструкции, возможно изменять уплотняющие, грязезащитные, прочностные свойства седла.The essence of the invention lies in the fact that a reinforcing volumetric permeable structure is used, which is integral with a softer elastic sealing material. By adjusting the stiffness, permeability, type of reinforcing volumetric permeable structure, it is possible to change the sealing, dirt-resistant, strength properties of the saddle.

На фиг.1, 2 показана конструкция выполнения седла.In Fig.1, 2 shows the design of the saddle.

Седло шарового клапана выполнено в виде отформованного кольцевого блока 1. Часть 2 кольцевого блока 1 установлена в кольцевую канавку 3 корпуса 4 клапана, а часть 5 выполнена с возможностью контакта по боковой поверхности 6 сферического запорного элемента 7. Кольцевой блок 1 выполнен в виде армирующего элемента из объемного проницаемого материала (АЭОПК) 8 и пронизывающего его эластичного материала, причем показатели прочности и твердости объемного проницаемого материала армирующего элемента более высокие, чем показатели прочности и твердости его эластичного материала. АЭОПК 8 может быть выполнен проволочным и упругодемпфирующим из металлорезины. В качестве материала проволоки может быть использован высокопрочный материал, например сталь, антифрикционный материал, например бронза, высокопрочный материал с антифрикционным покрытием. Алюминиевые, медные сплавы обладают хорошей адгезией к резине. Это свойство можно усилить, если обработать проволоку АЭОПК 8 веществом, повышающим адгезионные свойства по отношению к применяемому эластичному материалу, например Хемасилом. В радиальном направлении от крайних частей 9, 10 к средней части 11 седла жесткость АЭОПК 8 может уменьшаться, а его проницаемость эластичным материалом увеличиваться.The ball valve seat is made in the form of a molded ring block 1. Part 2 of the ring block 1 is installed in the annular groove 3 of the valve body 4, and part 5 is made with the possibility of contact along the side surface 6 of the spherical locking element 7. The ring block 1 is made in the form of a reinforcing element of permeable bulk material (AEOPC) 8 and elastic material penetrating it, and the strength and hardness of the permeable bulk material of the reinforcing element are higher than the strength and hard sti its elastic material. AEOPK 8 can be made wire and elastic damping from metal rubber. As the material of the wire can be used high-strength material, such as steel, anti-friction material, such as bronze, high-strength material with an anti-friction coating. Aluminum, copper alloys have good adhesion to rubber. This property can be enhanced by treating the AEOPC 8 wire with a substance that improves adhesive properties with respect to the elastic material used, for example, Hemasil. In the radial direction from the extreme parts 9, 10 to the middle part 11 of the saddle, the stiffness of AEOPK 8 can decrease, and its permeability with elastic material can increase.

Работа устройства.The operation of the device.

Кольцевой блок 1 воспринимает значительные радиальные усилия, связанные с давлением рабочей среды и усилием прижима седла, тангенциальные усилия, связанные с силами трения по поверхности 6 сферического запорного элемента 7. АЭОПК 8, монолитно связанная с уплотнительным материалом, обеспечивает жесткость, необходимую для восприятия усилий прижима седла к боковой поверхности 6 сферического запорного элемента 7, с другой стороны, "чистящий" эффект за счет более жесткого и твердого материала АЭОПК 8 (сталь, бронза и т. д.), что позволяет счищать с поверхности 6 сферического запорного элемента 7 хорошо прикрепленные к нему смолоподобные отложения. Наличие в порах, каналах, неровностях АЭОПК 8 уплотнительного материала обеспечивает хороший уплотняющий эффект и низкую проницаемость для рабочей среды. Уплотнительный материал может удерживаться механически за счет разветвленной системы связанных между собой каналов и полостей и за счет адгезионных связей. Использование проволочного АЭОПК 8 с упруго-демпфирующими свойствами из металлорезины, позволяет обеспечить достаточную для восприятия перепадов давления среды податливость, упругость. При этом седло 1 может одинаково хорошо работать и при низких, и при высоких давлениях рабочей среды. Эластичный материал, равномерно распределенный в АЭОПК 8, обеспечивает при этом герметичность узла. "Текучесть" эластичного материала ограничена каркасом АЭОПК 8. Относительно твердый уплотнительный материал - фторопласт, распределенный в матрице АЭОПК 8 из металлорезины, приобретает лучшие демпфирующие и уплотняющие свойства по сравнению со случаем без армирования, что связано с изменением формы уплотнительного материала, отдельные частички которого связаны нитевидными связующими элементами (по форме каналов и пустот) в матрице АЭОПК 8 и с упругими свойствами АЭОПК 8. АЭОПК 8 обеспечивает интенсивный отвод тепла из зоны трения к корпусу 4, что не допускает перегрева уплотнительного материала и снижения его прочностных свойств, износа и разрушения. На этот процесс можно влиять, например, применяя материал армирующего элемента с высоким коэффициентом теплопроводности (медь, алюминий и их сплавы).The ring unit 1 accepts significant radial forces associated with the pressure of the working medium and the clamping force of the saddle, the tangential forces associated with the friction forces on the surface 6 of the spherical locking element 7. AEOPK 8, seamlessly connected with the sealing material, provides the rigidity necessary for the perception of the pressing forces saddles to the side surface 6 of the spherical locking element 7, on the other hand, have a “cleaning” effect due to the stiffer and harder material AEOPK 8 (steel, bronze, etc.), which allows cleaning the surface 6 of the spherical locking element 7, resinous deposits well attached to it. The presence in the pores, channels, irregularities AEOPK 8 sealing material provides a good sealing effect and low permeability to the working environment. The sealing material can be retained mechanically due to a branched system of interconnected channels and cavities and due to adhesive bonds. The use of wire AEOPK 8 with elastic-damping properties of metal rubber allows us to provide sufficient flexibility and elasticity for the perception of pressure drops. In this case, the seat 1 can work equally well both at low and at high pressures of the working medium. Elastic material uniformly distributed in AEOPK 8, while ensuring the integrity of the site. The "fluidity" of the elastic material is limited by the AEOPK 8 framework. A relatively solid sealing material - fluoroplastic distributed in the AEOPK 8 matrix made of metal rubber, acquires better damping and sealing properties compared to the case without reinforcement, which is associated with a change in the shape of the sealing material, individual particles of which are connected filamentary binding elements (in the form of channels and voids) in the matrix AEOPK 8 and with elastic properties AEOPK 8. AEOPK 8 provides intensive heat removal from the friction zone to the body 4 in that a sealing material prevents overheating and reduction of its strength properties, wear and destruction. This process can be influenced, for example, by using a material of a reinforcing element with a high coefficient of thermal conductivity (copper, aluminum and their alloys).

Выполнение в радиальном направлении крайних частей 9, 10 АЭОПК 8 более жесткими и с меньшей проницаемостью, чем средняя часть 11 кольцевого блока 1, позволяет усилить грязезащитные (грязеочищающие) и "антитекучие" свойства (функция опорного кольца уплотнительного элемента), т.к. крайние части 9, 10 более наполнены АЭОПК 8, более жесткие, твердые, прочные. Это очень важно, так как в момент пересечения переходной кромки отверстия и наружной сферы сферического элемента 7 с уплотняемой поверхностью 6 кольцевого блока 1 возникают значительные сминающие и касательные напряжения в поверхности трения части 5 кольцевого блока 1, что обычно является причиной его выдавливания, вытекания. В данном случае это не происходит, т.к. армирующий элемент воспринимает основную часть нагрузки, является "направляющим" элементом и предохраняет эластичный материал и все седло в целом от деформации и выдавливания. Выполнение средней части 11 АЭОПК 8 менее жесткой и с большей проницаемостью (больше % порового пространства) позволяет сконцентрировать в этой части большее количество уплотнительного материала по сравнению с материалом АЭОПК 8 для обеспечения высокой герметизирующей способности кольцевого блока 1.The radial direction of the extreme parts 9, 10 of AEOPK 8 is more rigid and with less permeability than the middle part 11 of the ring block 1, it allows to strengthen the antisplash (dirt-cleaning) and “anti-fluid” properties (function of the support ring of the sealing element), because the extreme parts 9, 10 are more filled with AEOPK 8, more rigid, solid, durable. This is very important, since at the moment of the intersection of the transition edge of the hole and the outer sphere of the spherical element 7 with the sealing surface 6 of the ring block 1, significant crushing and tangential stresses arise in the friction surface of the part 5 of the ring block 1, which is usually the reason for its extrusion, leakage. In this case, this does not happen, because the reinforcing element accepts the main part of the load, is a "guiding" element and protects the elastic material and the entire saddle as a whole from deformation and extrusion. The execution of the middle part 11 AEOPK 8 less rigid and with greater permeability (more than% of the pore space) allows you to concentrate in this part a greater amount of sealing material compared to the material AEOPK 8 to ensure high sealing ability of the ring block 1.

Выполнение седел с проницаемым для уплотнительного материала АЭОПК 8 обеспечивает их улучшенные эксплуатационные характеристики: неподверженность выдавливанию и вытеканию уплотнительного материала, высокие грязезащитные и грязеочищающие способности, возможность применения уплотнительного материала при высоких давлениях рабочей среды, высокие антифрикционные свойства, которые обеспечиваются и материалом армирующего элемента, высокие теплоотводящие способности из зоны трения седла с запорным элементом. Это повышает надежность и долговечность работы седла.The implementation of saddles with permeable for sealing material AEOPK 8 provides their improved operational characteristics: non-susceptibility to extrusion and leakage of sealing material, high anti-dirt and dirt-cleaning ability, the ability to use sealing material at high pressures of the working medium, high antifriction properties, which are provided by the material of the reinforcing element, high heat dissipation from the friction zone of the saddle with a locking element. This increases the reliability and durability of the saddle.

Данная конструкция седла может быть использована в запорной, регулирующей, предохранительной арматуре в различных отраслях промышленности.This saddle design can be used in shutoff, control, safety valves in various industries.

Claims

1. The seat of the ball valve, made in the form of an annular block, one part of which is installed in the annular groove of the valve body, and the other is made with the possibility of contact along the lateral surface of the spherical locking element, characterized in that the annular block is made in the form of a reinforcing element of a permeable volumetric material and penetrating elastic material, and the strength and hardness of the permeable volumetric material of the reinforcing element are higher than the strength and hardness of its electric asthmatic material.

2. The saddle according to claim 1, characterized in that the reinforcing element is made of wire with elastically deforming properties, for example, metal rubber.

3. The saddle according to claim 2, characterized in that the wire is made of high strength material, such as steel.

4. The saddle according to claim 2, characterized in that the wire is made of antifriction material, for example, bronze.

5. The saddle according to claim 2, characterized in that the wire is made of high strength material with an anti-friction coating.

6. The saddle according to claim 1, characterized in that the reinforcing element is made with a coating that increases the adhesive properties with respect to the elastic material.

7. The saddle according to claim 1, characterized in that in the radial direction from the extreme parts to the middle part of the saddle, the stiffness of the reinforcing element decreases.

8. The saddle according to claim 1, characterized in that fluoroplastic is used as an elastic material.