RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 230624 (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: 423240 (22) Data zgłoszenia: 23.10.2017 (51) Int.Cl. F16K 3/12 (2006.01) F16K 3/14 (2006.01) F16K 3/30 (2006.01) (54) Klin dwudzielny zasuwy (43) Zgłoszenie ogłoszono: 12.02.2018 BUP 04/18 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 30.11.2018 WUP 11/18 (73) Uprawniony z patentu: POLITECHNIKA ŚWIĘTOKRZYSKA, Kielce, PL CHEMAR ARMATURA SPÓŁKA Z OGRANICZONĄ ODPOWIEDZIALNOŚCIĄ, Kielce, PL (72) Twórca(y) wynalazku: ŁUKASZ NOWAKOWSKI, Leszczyny, PL STANISŁAW ADAMCZAK, Kielce, PL EDWARD MIKO, Kielce, PL MAREK JAREMA, Kielce, PL JACEK ŚWIDERSKI, Kielce, PL MIROSŁAW TEKIEL, Kielce, PL ROBERT AMBROZIAK, Kielce, PL (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Antoni Garstka PL 230624 B1
2 PL 230 624 B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest klin dwudzielny zasuwy z przesuwnymi dyskami wahliwymi, zwłaszcza zasuw przeznaczonych do mediów o wysokich parametrach pracy. Zasuwy klinowe z powierzchniami uszczelniającymi klina i siedlisk metal-metal przeznaczone są do odcinania przepływu czynnika o wysokim ciśnieniu czy temperaturze w odcinkach rurociągów służących do transportu czynników ciekłych i gazowych. Takie zastosowanie zasuw wiąże się z wykorzystywaniem ich wyłącznie w dwóch położeniach, całkowicie otwartej lub zamkniętej. Nie nadają się one do regulacji przepływu. Przepływ czynnika przy klinie znajdującym się w położeniu pośrednim może wywoływać drgania i uderzania klina, które mogą doprowadzić do uszkodzenia metalowych powierzchni uszczelniających, a w konsekwencji do utraty szczelności zamknięcia zasuwy. Szczelność zamknięcia zasuwy uzyskiwana jest dzięki zapewnieniu odpowiedniej struktury geometrycznej powierzchni uszczelniających klina i siedlisk takich jak płaskość, falistość i chropowatość. Z rodzajem zastosowanego materiału na te elementy i stereometrią powierzchni związany jest współczynnik tarcia, a w konsekwencji siła niezbędna do zamknięcia i otwarcia zasuwy. Z kinematyką procesu zamykania i otwierania zasuwy związana jest trwałość i niezawodność węzła klin siedliska. Powszechnie znane są rozwiązania zasuw z klinami dwudzielnymi (CN104832672A, CN105318025A, CN106763 849A, CN204459223U, CN205260884U), w których zastosowano sprężyny do łączenia i wywierania nacisku na przesuwne części klina, zazwyczaj w postaci dysków. Niedogodnością takich konstrukcji klinów w zasuwach do odcinania przepływu czynnika o wysokim ciśnieniu czy temperaturze jest to, że zastosowane sprężyny ulegną rozhartowaniu, powodując utratę własności użytkowych zasuwy. Znane jest z publikacji CN203532821U rozwiązanie klina dwudzielnego posiadającego korpus z gniazdem montażowym trzpienia zasuwy. W korpusie klina wykonany jest przelotowy otwór, w którym osadzony jest trzpień w kształcie hantla, którego końce osadzone są w gniazdach wahliwych dysków, usytuowanych symetrycznie po obu stronach klina. Wychylenia dysków są ograniczone poprzez wypusty górnej i dolnej części korpusu klina. Dyski swoimi płaskimi zewnętrznymi powierzchniami współpracują z siedliskami zasuwy, otwierając lub zamykając przepływ medium. Celem niniejszego wynalazku jest opracowanie dwudzielnego klina zasuwy z przesuwanymi dyskami wahliwymi, usprawniającego kinematykę procesu zamykania zasuwy poprzez kompensację błędów wykonania siedlisk w kadłubie zasuwy oraz otwierania umożliwiającego zmniejszenie siły osiowej niezbędnej do wyrwania klina z siedlisk kadłuba. Klin dwudzielny zasuwy, przeznaczonej zwłaszcza do mediów o wysokich parametrach pracy, posiadający korpus z gniazdem na trzpień zasuwy, w którym to korpusie wykonane są gniazda z osadzonymi wahliwie dyskami współpracującymi z siedliskami zasuwy, charakteryzuje się tym, że w korpusie, po obu jego stronach, wykonane są kieszenie w postaci owalnych rowków, natomiast dyski osadzone są w obsadach wyposażonych w owalne wypusty, które we współpracy z wymienionymi rowkami tworzą zamki. Obsady dysków posiadają z jednej strony wklęsłe powierzchnie sferyczne współpracujące z wypukłymi powierzchniami sferycznymi dysków, a z drugiej strony obsady mają wypukłe powierzchnie sferyczne oraz posiadają otwory przez które przełożone są gwintowane trzpienie dysków utrzymywanych na obsadach nakrętkami, które wklęsłymi powierzchniami sferycznymi współpracują z wypukłymi powierzchniami obsad dysków. Korzystnie, w ściankach korpusu wykonane są rowki, w których zamontowane są wymienne pierścienie dystansowe, współpracujące ślizgowo z obsadami dysków. Zaletą klina, według wynalazku, jest kompensacja błędy wykonania siedlisk korpusu zasuwy dzięki wahliwemu osadzeniu dysków na wypukłych powierzchniach sferycznych dysków oraz współpracujących z nimi wklęsłymi powierzchniami obsad dysków. Takie rozwiązanie pozwala na niezależne przesuwanie się dysków po powierzchniach korpusu, co w przypadku zamykania zasuwy pozwala na równomierne dociskanie powierzchni uszczelniających dysków do powierzchni uszczelniających siedlisk w porównaniu do standardowych rozwiązań, w których klin jest wciskany suwliwie w siedliska korpusu zasuwy. Podczas otwierania zasuwy niezależne przesuwanie się dysków po powierzchniach klina umożliwia zmniejszenie siły dociskającej powierzchnie uszczelniające poprzez wysunięcie klina z przestrzeni między dyskami, pozwalające na łagodne wysunięcie klina z siedlisk korpusu, dzięki czemu ulega zmniejszeniu moment niezbędny do otwarcia zasuwy.
PL 230 624 B1 3 Dodatkową zaletą rozwiązania według wynalazku jest to, że dzięki zastosowaniu pierścieni dystansowych wykonanych z trudnościeralnych i odpornych na zużycie materiałów, możliwe jest wydłużenie cyklu życia klina poprzez jego opłacalną naprawę. Elementy konstrukcyjne klina mogą być z łatwością wymienione lub poddane regeneracji. Regeneracja klina może odbywać się bez procesu napawania w odróżnieniu od klinów monolitycznych. W uproszczeniu procedura regeneracji polega na przeszlifowaniu napoiny na dysku i założeniu grubszego pierścienia dystansowo-ślizgowego. Zastosowany pierścień dystansowo-ślizgowy jest wykorzystywany na etapie dopasowywania szerokości klina do rozstawu siedlisk w kadłubie zasuwy. Przedmiot wynalazku uwidoczniono w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia widok dwudzielnego klina zasuwy, fig. 2 widok z boku klina dwudzielnego, fig. 3 widok korpusu klina z przodu, fig. 4 przekrój A-A klina dwudzielnego z fig. 1, fig. 5 przekrój B-B korpusu z fig. 3, fig. 6 widok izometryczny korpusu, fig. 7 widok korpusu klina z zaznaczonym owalnym rowkiem, fig. 8 widok izometryczny zawleczki, fig. 9 widok izometryczny pierścienia, fig. 10 widok obsady od strony korpusu klina, fig. 11 przekrój C-C obsady z fig. 10, fig. 12 widok izometryczny obsady od strony dysku, fig. 13 widok izometryczny obsady od strony korpusu klina, fig. 14 widok izometryczny dysku z przodu, fig. 15 widok izometryczny dysku od strony obsady, fig. 16 widok nakrętki z tyłu, fig. 17 przekrój D-D nakrętki z fig. 16, fig. 18 widok izometryczny nakrętki od strony obsady, fig. 19 schemat faz przesuwu klina podczas zamykania zasuwy, a fig. 20 schemat faz przesuwu klina podczas otwierania zasuwy. Klin dwudzielny zasuwy posiada korpus 1, którego ściany boczne tworzą kąt L, dostosowany do kąta B siedlisk zasuwy. W górnej części korpusu 1 wykonane jest gniazdo 2, z którym współpracuje trzpień zasuwy (nie pokazany na rysunku). W korpusie 1, po obu jego stronach, utworzone są kieszenie w postaci owalnych rowków 6, natomiast obsady 7 dysków 8 wyposażone są w owalne wypusty 20, które we współpracy z wymienionymi rowkami 6 tworzą zamki. Obsady 7 posiadają z jednej strony wklęsłe powierzchnie sferyczne 9 współpracujące z wypukłymi powierzchniami sferycznymi 10 dysków 8, a z drugiej strony obsady 7 posiadają wypukłe powierzchnie sferyczne 13 oraz posiadają otwory 21 przez które przełożone są gwintowane trzpienie 22 dysków 8. Dyski 8 utrzymywane są w obsadach 7 nakrętkami 12, które wklęsłymi powierzchniami sferycznymi 11 współpracują z wypukłymi powierzchniami 13 obsad 7. Korpus 1, po obu stronach, posiada rowki 16, w których zamontowane są wymienne pierścienie dystansowe 4 zapewniające poślizg obsad 7 względem korpusu 1. Obsady 7 posiadają rowki 5 na zawleczkę 3 utrzymującą zadane położenie obsad 7 względem korpusu 1. Zapięcie zamków i tym samym montaż obsad 7 wraz z dyskami 8 odbywa się poprzez wprowadzenie wypustów 20 obsad 7 w owalne otwory 17 w korpusie 1 i obrócenie obsad 7 o kąt 90. Zabezpieczenie obsad 7 przed rozpięciem z korpusem 1 realizowane jest za pomocą zawleczki 3, osadzanej w rowkach 5 obsad 7. Zawleczka 3 blokuje obrót obsad 7 względem korpusu 1. Obsady 7 mają możliwość przesuwu wzdłużnego, w owalnych rowkach 6, po powierzchniach pierścieni 4, o wartość A wynoszącą około 5 mm. Obsady 7 poprzez wklęsłe powierzchnie sferyczne 9 współpracują z wypukłymi powierzchniami sferycznymi 10 dysków 8, umożliwiając wahliwą zmianę ich położenia względem obsad 7, oraz siedlisk zasuwy. Dyski 8 przymocowane są wahliwie do obsad 7 za pomocą gwintowanych trzpieni 22 przechodzących przez otwory 21 w obsadach 7, które to trzpienie 22 wkręcone są w gwintowane otwory 18 nakrętek 12 posiadających otwory 19 pod klucz z bolcami. Wklęsłe powierzchnie sferyczne 11 nakrętek 12 podczas wahliwego przemieszczania się dysków 8 współpracują z wypukłymi powierzchniami sferycznymi 13 obsad 7. Na powierzchniach zewnętrznych dysków 8 wykonane są napoiny 14 odporne na zużycie mechaniczne. Na fig. 19 pokazano proces zamykania zasuwy, w trakcie którego klin dwudzielny wsuwany jest pomiędzy siedliska zasuwy (faza I). Po doprowadzeniu do kontaktu dysków 8 z siedliskami, powierzchnie czołowe dysków 8, dzięki zastosowaniu wahliwego połączenia, dopasowują się do powierzchni siedlisk zapewniając dokładne ich przyleganie (faza II). W następnej fazie, korpus 1 klina wciskany jest pomiędzy nieprzemieszczające się w kierunku pionowym obsady 7 dysków 8 rozpierając je na boki w kierunku poziomym (faza III). Dzięki temu powierzchnie uszczelniające dysków 8 dociskane są do powierzchni uszczelniających siedlisk. Na fig. 20 pokazano proces otwierania zasuwy, w trakcie którego, przy pomocy trzpienia zasuwy, korpus 1 jest wyciągany spomiędzy nieprzemieszczających się w kierunku pionowym dysków 8, luzując je w kierunku poziomym (faza I). Zmniejszana jest siła docisku powierzchni uszczelniających dysków 8 względem powierzchni uszczelniających siedlisk. Dzięki zmniejszeniu siły docisku powierzchni uszczelniających możliwe jest łagodne wysunięcie klina do góry w kierunku pionowym (faza II).
4 PL 230 624 B1 Rozwiązanie według wynalazku umożliwia wykonanie klina, którego kąt L jest równy, bądź różny od kąta siedlisk B. Pozwala to na optymalizację sił potrzebnych do zamknięcia i otwarcia zasuwy. Spis elementów klina: 1. korpus, 2. gniazdo, 3. zawleczka, 4. pierścień, 5. rowek zawleczki, 6. rowek zamka, 7. obsada, 8. dysk, 9. wklęsła powierzchnia sferyczna obsady 7, 10. wypukła powierzchnia sferyczna dysku 8, 11. wklęsła powierzchnia sferyczna nakrętki 12, 12. nakrętka, 13. wypukła powierzchnia sferyczna obsady 8, 14. napoina, 15. rowek prowadzący, 16. rowek pierścienia 4, 17. owalny otwór korpusu 1, 18. otwór gwintowany, 19. otwór pod klucz, 20. owalny wypust zamka, 21. otwór w obsadzie 7, 22. gwintowany trzpień. Zastrzeżenia patentowe 1. Klin dwudzielny zasuwy, przeznaczonej zwłaszcza do mediów o wysokich parametrach pracy, posiadający korpus z gniazdem na trzpień zasuwy, w którym to korpusie wykonane są gniazda z osadzonymi wahliwie dyskami współpracującymi z siedliskami zasuwy, znamienny tym, że w korpusie (1), po obu jego stronach, wykonane są kieszenie w postaci owalnych rowków (6), natomiast dyski (8) osadzone są w obsadach (7) wyposażonych w owalne wypusty (20), które we współpracy z wymienionymi rowkami (6) tworzą zamki, przy czym w obsady (7) dysków (8) posiadają z jednej strony wklęsłe powierzchnie sferyczne (9), którymi współpracują z wypukłymi powierzchniami sferycznymi dysków (8), a z drugiej strony obsady (7) mają wypukłe powierzchnie sferyczne (13) oraz posiadają otwory (21) przez które przełożone są gwintowane trzpienie (22) dysków (8) utrzymywanych na obsadach (7) nakrętkami (12), które wklęsłymi powierzchniami sferycznymi (11) współpracują z wypukłymi powierzchniami (13) obsad (7) dysków (8). 2. Klin według zastrz. 1, znamienny tym, w ściankach korpusu (1) wykonane są rowki (16), w których zamontowane są wymienne pierścienie dystansowe (4), współpracujące ślizgowo z obsadami (7) dysków (8).
PL 230 624 B1 5 Rysunki
6 PL 230 624 B1
PL 230 624 B1 7
8 PL 230 624 B1 Departament Wydawnictw UPRP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)