Охлаждаемый диск задвижки - RU2133398C1
Код документа: RU2133398C1
Чертежи
Описание
Настоящее изобретение относится к охлаждаемому диску задвижки, главным образом к диску задвижки с водяным охлаждением, контактирующему с горячим воздухом.
На практике широко распространены диски задвижек согласно патенту ФРГ N DE 2366032. Они служат для перекрытия труб, по которым протекает горячий газ и которые имеют диаметр до двух метров и более.
Обычно такой известный диск задвижки содержит уплотнение, проходящее по его периметру, и это уплотнение ограничивает часть диска задвижки, лежащую радиально внутри него. В соответствии с патентом ФРГ N DE 2366032 эта часть диска задвижки охлаждается с помощью охлаждающей среды. Ввиду того, что диск задвижки, находящийся в закрытом положении, может подвергаться воздействию температуры свыше 1000oC, необходима отдельная система охлаждения для того, чтобы уменьшить температурные напряжения и вызываемую ими деформацию диска задвижки.
В известных конструкциях часть диска задвижки, ограниченная уплотнением, включает в себя два диска, которые расположены соосно на некотором расстоянии друг от друга с выполненными в форме спирали разделительными стенками между ними. С помощью этих разделительных стенок образован непрерывный канал для охлаждающей среды от входного отверстия для охлаждающей среды, расположенного на периферийной кромке диска задвижки, к выходному отверстию, также расположенному на периферийной кромке диска задвижки, причем охлаждающая среда направляется вначале внутрь спирали, а затем из точки разворота потока, расположенной в центральной области диска задвижки, наружу к выходному отверстию для охлаждающей среды вновь по спирали.
Недостатком этой известной конструкции является высокая стоимость изготовления диска задвижки. Например, единственно возможным способом изготовления является связанная с относительно большими затратами сварка разделительных стенок, ограничивающих охлаждающий канал, выполненный в форме двойной спирали, с двумя дисками. В дополнение к этому в известных конструкциях требуется большое количество охлаждающей среды для того, чтобы достигнуть адекватного охлаждения диска задвижки. Соответственно, требуется высокая производительность насоса. Кроме того, в этой известной конструкции процесс идет с излишне большой потерей тепла. Различное охлаждение между диском задвижки и уплотнительной поверхностью дает особенно неблагоприятный эффект, так как вследствие этого возникают дополнительные напряжения, которые могут уменьшить как надежность, так и долговечность диска задвижки.
Из патента ФРГ N DE-A 2243588 известен диск задвижки, который конструктивно значительно проще, чем диск задвижки по упомянутому патенту ФРГ N DE-C 2366032. Однако поверхность, покрываемая охлаждающей средой относительно мала, поэтому диск задвижки, описанный в патенте ФРГ N DE-A 2243588 только условно пригоден для использования в качестве высокотемпературного запорного органа.
Задачей настоящего изобретения является создание охлаждаемого диска задвижки указанного выше типа, который обеспечивает простоту и низкую стоимость в изготовлении и может быть использован в качестве высокотемпературного запорного органа.
Эта задача была решена в нескольких вариантах в соответствии с отличительными признаками, указанными в отличительных частях пп. 1, 7, 9 или 11 формулы изобретения.
Диск задвижки согласно изобретению может быть просто и недорого изготовлен, так как только лишь простая труба должна быть изогнута в форме двойной спирали. Кроме того, посредством выбора определенных значений внутреннего диаметра или толщины стенок могут быть учтены конкретные требования по охлаждению или устойчивости диска задвижки.
Согласно изобретению, соседние участки изогнутой в виде двойной спирали трубы прилегают друг к другу, за исключением участка, образующего область разворота потока, так что образуется линия контакта. Вдоль линии контакта прилегающие участки трубы, предпочтительно, соединены между собой, так что образуется элемент диска, имеющий особенно стабильную форму. Для соединения особенно пригодна сварка, которую можно просто осуществить на легко доступных участках линии контакта.
Разворот потока происходит, как уже было указано, в центральной части диска на S-образно изогнутом отрезке трубы, который образует единое целое с трубой, изогнутой в форме двойной спирали, и является соединением, обеспечивающим протекание потока между двумя частями трубы, выполненными в форме спирали.
В центральной области разворота потока между S-образно изогнутым участком трубы и примыкающими к нему участками трубы спиральной формы имеется пространство, которое не охлаждается с помощью охлаждающей среды, протекающей по трубе. В предпочтительном варианте для охлаждения этого пространства в области двух наружных поверхностей расположены в осевом направлении на некотором расстоянии друг от друга металлические листы так, что они вместе с примыкающими участками трубы спиральной формы перекрывают это пространство. При этом в это пространство из трубы и обратно в нее через входное и выходное отверстия в S-образном участке трубы может быть направлена охлаждающая среда.
В частности, можно разделить пространство, ограниченное двумя металлическими листами, с помощью промежуточной пластины так, что образуются отдельные полости, через каждую из которых может прогоняться охлаждающая среда.
Для улучшения прохождения потока через пространство, ограниченное металлическими листами, проход, образованный в S-образном участке трубы, может быть сужен или полностью прерван в области между входным и выходным отверстиями. В альтернативном варианте может быть изъята часть S-образной трубы.
В соответствии со вторым вариантом выполнения охлаждаемого диска задвижки, выполненного по изобретению согласно п. 7 формулы изобретения, охлаждающий канал, выполненный в форме двойной спирали, образован в диске основания, который имеет канавку в форме двойной спирали и закрыт покрывающим диском. Разворот потока происходит вновь в центральной области диска задвижки, причем радиус изгиба S-образной канавки не ограничен в процессе изготовления в зависимости от используемого материала, как это было в варианте с трубой. Для подачи и удаления охлаждающей среды закрытая в осевом направлении канавка должна в каждом случае быть соединена на своих концах со входным или выходным отверстием для охлаждающего агента. Этот альтернативный вариант также предлагает недорогой путь изготовления просто охлаждаемого диска задвижки с желаемой поверхностью канала для протекания среды.
Особенно простой и быстрый способ присоединения покрывающего диска к диску основания заключается в использовании соединения посредством взрыва.
В третьем альтернативном варианте выполнения, изложенном в п. 9 формулы изобретения, охлаждающий канал сформирован между несущим диском и металлическим листом, образующими часть диска задвижки, окруженную уплотнением. Металлический лист имеет деформацию в форме двойной спирали или двойного меандра, образующую соответствующий канал. Деформация, образованная в металлическом листе, может быть выполнена до (например, с помощью штамповки), во время (например, с помощью формообразования взрывом) или после (например, с помощью гидравлического вытягивания) присоединения листа металла к несущему диску. Так как металлический лист особенно легко поддается формообразованию и обработке, вышеуказанный вариант обеспечивает особенно дешевый альтернативный способ изготовления охлаждающего канала в диске задвижки или на нем, причем размеры охлаждающего канала задаются выбором размеров ложа канала.
Металлический лист, предпочтительно, присоединяется к несущему диску посредством взрыва (формообразование с помощью взрыва с поверхностным контактом) или герметично соединяется с ним с помощью сварки прокаткой (с контактом по линии). В этих обоих процессах достигается быстрое и надежное соединение двух подлежащих соединению частей с образованием охлаждающего канала, герметично изолированного от окружающей среды.
Особенно простой вариант выполнения охлаждаемого диска задвижки представлен в п. 11 формулы изобретения. В нем в центральном диске выполняются отверстия, которые пересекаются, образуя охлаждающий канал, преимущественно в форме меандра, и имеют гидравлическое сообщение друг с другом.
Для образования желаемого направления потока в отверстиях могут быть расположены заглушки. Особенно просто расположить эти заглушки в осевых отверстиях, выполненных в центральном диске в области отверстий, которые должны быть закрыты. За исключением входного и выходного отверстий для охлаждающей среды отверстия, образующие охлаждающий канал, со своей внешней стороны уплотнены с помощью заглушек или аналогичных блокирующих элементов. Для закрытия этих отверстий в радиальном направлении может быть использовано уплотнение, окружающее диск задвижки по его периметру, в особенности приваренное к нему.
Диск задвижки, выполненный в соответствии с четвертым вариантом выполнения, также может быть изготовлен дешево и просто, причем выбором диаметра отверстий и конфигурации решетки отверстий можно обеспечить выполнение необходимых требований к охлаждению конкретного диска.
Для того, чтобы диск задвижки требовал минимального охлаждения, при использовании системы охлаждения невысокой производительности изоляция диска задвижки должна быть хорошей настолько, насколько это возможно. Соответственно, это предполагает, что теплоизоляционное покрытие должно быть создано на обеих сторонах, а также по периметру, в каждом случае из двух слоев, в частности, с внутренним слоем изоляции преимущественно из материала с торговой маркой "Mikrotherm" (микропористый керамический защитный слой с коэффициентом теплопроводности λ = 0,02 Вт/мК при 20oC) и наружной изоляцией, выполненной преимущественно из пены из керамических волокон или из плиты из жароупорного бетона.
Так как, несмотря на охлаждение, изгиб диска задвижки и/или температурные напряжения не могут быть полностью исключены, то наружная изоляция предпочтительно выполнена с зазорами в радиальном и осевом направлениях, так что на случай, если диск будет изгибаться или расширяться, имеются достаточные зазоры, чтобы наружная изоляция не могла быть повреждена действующими на нее силами. Повреждений такого рода необходимо избегать в любом случае, так как, если наружная изоляция будет повреждена, горячий газ будет находиться в прямом контакте с внутренней изоляцией или центральной и охлаждаемой частью диска задвижки. Как следствие, прежде всего будет повреждена внутренняя изоляция (например, вследствие расплава материала изоляции) или охлаждение диска задвижки перестанет быть эффективным.
Изоляция или слои изоляции закреплены, предпочтительно, фиксирующими болтами или штифтами, преимущественно приваренными к указанным слоям и расположенными наподобие решетки на диске задвижки.
Для того чтобы гарантировать радиальную и осевую подвижность наружного слоя изоляции фиксирующие болты или штифты могут быть снабжены покрытием, которое при первом использовании при высоких температурах выгорает, так что образуются зазоры между изоляцией и болтами или штифтами.
В альтернативном варианте для закрепления наружного слоя изоляции могут использоваться осуществляющие натяжение элементы, преимущественно натяжные тросы, выполненные из изоляционного материала, главным образом из керамического материала, которые располагаются в наружном слое изоляции и проходят через кольца или петли, так что изоляция имеет предварительное натяжение в радиальном и/или тангенциальном направлениях. Натяжные элементы закреплены преимущественно в виде решетки внутри наружного слоя изоляции и проходят в двух взаимно перпендикулярных направлениях, главным образом наподобие сетки или соответственно в форме меандра. Таким образом может быть гарантировано наличие зазоров для наружного слоя изоляции в осевом и радиальном направлениях без тепловых мостов, возникающих между охлаждаемой частью диска задвижки и окружающими частями.
Согласно следующему предпочтительному варианту выполнения изобретения натяжной трос расположен внутри изоляционного кольца, проходящего по наружному периметру диска задвижки, и этот трос, по аналогии с предыдущим вариантом, выполнен из изоляционного материала, преимущественно из керамического материала, и натянут с помощью элементов арматуры в виде колец или Y-образных элементов, расположенных примерно на одинаковом угловом расстоянии друг от друга, так что наружный слой изоляции удерживается радиально.
На фиг. 1 изображен вид сбоку несущей части первого варианта выполнения охлаждаемого диска задвижки; на фиг. 2 - вид в разрезе по линии II-II на фиг. 1, причем элементы изоляции диска задвижки показаны в верхней части чертежа; на фиг. 3а - 3d изображены в увеличенном масштабе виды в разрезе различных конструктивных вариантов выполнения фрагмента III фиг. 2, с детальной проработкой частных вариантов конструкции и компоновки уплотнения; на фиг. 4a и 4b изображены в увеличенном масштабе в разрезе различные конструктивные варианты выполнения фрагмента IV фиг. 2, и, в частности, центральную область диска задвижки; на фиг. 5a и 5b изображены в увеличенном масштабе в разрезе варианты конструкции крепления изоляции к диску задвижки, выполненному согласно первому варианту; на фиг. 6 изображен в увеличенном масштабе вид в разрезе по линии VI - VI фиг. 1; на фиг. 7 - вид сбоку несущей части второго варианта выполнения охлаждаемого диска задвижки; на фиг. 8 - вид в разрезе по линии VIII - VIII фиг. 7, с изображением покрывающего диска, соединенного с диском основания, с изображением слоев изоляции в верхней половине чертежа; на фиг. 9 - вид сбоку несущей части третьего варианта выполнения охлаждаемого диска задвижки; на фиг. 10 - вид в разрезе по линии X - X фиг. 1, показывая также изоляцию диска задвижки; на фиг. 11 изображен в увеличенном масштабе с подробностями фрагмент XI фиг. 10, показывая конструкцию крепления изоляции диска задвижки; на фиг. 12 изображен в увеличенном масштабе с подробностями вид, изображенный на фиг. 9, но без уплотнения, окружающего диск задвижки по его периметру и без изоляции в радиальном направлении; на фиг. 13а - вид в разрезе по линии XIII - XIII фиг. 12, без изоляции; на фиг. 13b изображено в увеличенном масштабе выходное отверстие для охлаждающего агента; на фиг. 14 - вид сбоку несущей части четвертого варианта выполнения охлаждаемого диска задвижки, в котором отверстия, выполненные в центральном диске, изображены пунктирными линиями; на фиг. 15 - вид сбоку по линии XV - XV фиг. 14, вместе с изоляцией диска задвижки; на фиг. 16 изображен в увеличенном масштабе фрагмент XVI фиг. 15, показывая конструкцию крепления изоляции диска задвижки; на фиг. 17 - вид сбоку охлаждаемого диска задвижки, показанного на фиг. 14, но с изображением расположения натяжного троса, имеющегося в наружном слое изоляции; на фиг. 18 изображен в увеличенном масштабе штифт с кольцевой головкой, который служит для разворота и натяжения натяжного троса на диске задвижки; на фиг. 19а и b изображена схематично и в увеличенном масштабе часть диска, выполненного согласно изобретению, с иллюстрацией способа соединения листа металла с несущим диском для образования канала охлаждения; на фиг. 20a и b изображена схематично и в увеличенном масштабе часть диска, выполненного согласно изобретению, с иллюстрацией еще одного способа соединения листа металла с несущим диском для образования канала охлаждения.
На всех чертежах одни и те же номера позиций соответствуют одним и тем же элементам.
Диск 10 задвижки, показанный на чертежах, при работе установлен в корпусе диска задвижки, здесь не показанном, причем проход в корпусе диска задвижки открыт, когда диск задвижки находится в открытом положении, и перекрыт, когда он находится в закрытом положении. В этой конструкции уплотнение, которое будет описано позже и которое окружает диск 10 задвижки радиально снаружи, или поверхность указанного уплотнения, примыкает к посадочному месту уплотнения корпуса, так что проход, подлежащий перекрытию, в корпусе диска задвижки перекрывается, образуя затвор. В альтернативном варианте две поверхности уплотнения, обращенные друг к другу, могут также служить для образования затвора с посадочными местами для уплотнения, предусмотренными в корпусе диска задвижки.
На фиг. 1 - 6 показаны различные версии первого варианта выполнения охлаждаемого диска 10 задвижки.
Диск 10 задвижки имеет металлическую несущую конструкцию, к которой присоединено кольцеобразное уплотнение 1, проходящее по периметру диска и ограничивающее диск задвижки. Этот диск задвижки - как показано на фиг. 1 - образован из трубы 24, изогнутой в форме двойной спирали. Труба 24, которая в исходном состоянии является прямой, сгибается в нагретом состоянии.
Изогнутая в виде двойной спирали труба 24 расположена в плоскости диска задвижки и изогнута таким образом, что секции трубы, расположенные рядом друг с другом, соединяются друг с другом встык, так что образуется подобная двойной спирали линия контакта (см. фиг. 1).
Как показано в разрезе на фиг. 2, соседние участки трубы отрезков 29 и 30 спирали по всей длине приварены друг к другу (см. сварной шов 38). Так образуется часть диска, которая, с одной стороны, имеет особенно устойчивую форму, и, с другой стороны, имеет достаточную гибкость. Выполненный таким образом диск задвижки может при обычных значениях давлений без труда приспосабливаться к измененному профилю посадочной поверхности корпуса диска задвижки.
В центральной части диска задвижки труба 24 имеет S-образную форму, причем два участка 29 и 30 трубы в виде спирали соединены друг с другом с помощью участка 28 трубы, изогнутого в форме буквы S. Этот S-образный участок 28 трубы образует область 27 разворота потока, в которой охлаждающая среда, протекающая через трубу 24, меняет направление своего течения.
Размеры S-образного участка 28 трубы ограничены технологически заданным минимальным радиусом 56 гибки, зависящим от используемого материала, а также от необходимой толщины стенок охлаждающей трубы. Соответственно, между S-образным участком 28 и примыкающими спиральными участками 29 и 30 трубы образуются свободные от трубы области 70.
Для того чтобы иметь возможность охлаждать диск задвижки в этой области, как показано на фиг. 2, 4a, 4b и 6, в каждом случае два металлических листа, расположенные соосно на некотором расстоянии друг от друга и лежащие в области наружных поверхностей диска задвижки, приварены как к участку 28 трубы, изогнутому в форме буквы S, так и к спиралевидным участкам 29 и 30 трубы, к которым участок 28 примыкает. С помощью металлических листов 21, S-образного участка 28 и примыкающих спиральных участков 29 и 30 трубы образуется закрытая полость 70. Через входное и выходное отверстия 34 и 35 охлаждающая среда может соответственно входить из S- образного участка 28 в закрытую полость 70 или выходить из нее снова, так что в этой области также происходит охлаждение.
Как показано на фиг. 2, 4a, 4b и 6, между двумя металлическими листами 21 в каждом случае установлена промежуточная пластина, разделяющая закрытую полость 70 на отдельные полости 32 и 33. Через каждую из отдельных полостей 32 и 33 протекает охлаждающая среда, как показано на фиг. 6. Номером позиции 67 обозначено направление потока охлаждающей среды. Кружки с точками обозначают направление потока от плоскости чертежа, а кружки с крестом обозначают направление потока к плоскости чертежа. Кроме того, в промежуточном диске 20 могут быть выполнены отверстия (не показаны), так что охлаждающая среда может протекать из одной отдельной полости в другую.
Для того чтобы достичь лучшего протекания охлаждающей среды через пространство, ограниченное металлическими листами 21, или через отдельные полости 32 и 33, поперечное сечение трубы 24 может быть уменьшено на S-образном участке 28 между входным 34 и выходным 35 отверстиями и поток может быть соответственно ограничен (см. позицию 65 на фиг. 2). Заслонка несколько смещена в продольном направлении от геометрического центра спирали.
В экстремальном случае возможно также полностью перекрыть канал между входным отверстием 34 и выходным отверстием 35. При этом охлаждающая среда будет протекать полностью через полость 70 или отдельные полости 32 и 33. В другом варианте возможно также перекрыть прямую среднюю часть двойной спирали и позволить охлаждающей среде свободно протекать между двумя металлическими листами 21 без промежуточного диска 20. Входная и выходная области показаны на фиг. 1 под номерами позиций 58 и 59.
На фиг. 1 - 6 не показаны ни входное, ни выходное отверстия, через которые подается и выводится охлаждающая среда. Они показаны в нижеследующих вариантах выполнения, данных как примеры.
Уплотнение 1, окружающее часть диска задвижки, сформированную с помощью трубы 24, образовано, как показано в частности на фиг. 3а - 3c, кольцом 22 с U-образным сечением и плоским кольцом, расположенным радиально внутри, причем указанные кольца сварены друг с другом (сварной шов 38). Согласно фиг. 3a - 3c, кольцо 22 с U-образным сечением расположено радиально на кольце 23. Таким образом, сварные швы 38> должны проходить в осевом направлении.
Так как одна из опор кольца 22 с U-образным сечением является смежной с вышеуказанной посадочной поверхностью уплотнения корпуса диска задвижки, предпочтительно выбрать такое расположение сварного шва, при котором он не проходит по поверхности контакта. Кроме того, следует обратить внимание на то, чтобы сварной шов лежал за пределами зоны главных напряжений между охлаждаемой посадочной поверхностью уплотнения и нагретыми окружающими элементами, когда диск задвижки находится в открытом положении. Согласно фиг.3d эта цель может быть достигнута тем, что плоское кольцо 23 примыкает и приварено к опорам кольца 22 U- образного сечения.
Благодаря объединению вместе кольца 22 U-образного сечения и плоского кольца 23 в уплотнении 1 образуется кольцевая полость, через которую аналогичным образом может подаваться охлаждающая среда. Поперечное сечение кольцевой полости соответствует сечению канала охлаждения диска задвижки, так что можно избежать возникновения напряжений вследствие различного охлаждения уплотнительного кольца и остальной части диска задвижки.
По отношению к части диска задвижки, образованной трубой 24 в виде двойной спирали (см. фиг.2), уплотнение 1 сварено со смещением от центра в направлении к обращенной к потоку стороне (на всех чертежах - правая сторона).
Несущая часть диска 10 задвижки, содержащая выполненную в виде двойной спирали трубу 24 и уплотнение 1, полностью изолирована вплоть до части уплотнения 1, примыкающей к посадочной поверхности уплотнения корпуса диска задвижки. Теплоизоляционное покрытие диска 10 задвижки выполнено двухслойным и, как на обеих сторонах диска задвижки, так и по периметру диска, включает в себя внутренний и наружный слои изоляции.
Внутренние слои 2 и 17 изоляции на обеих сторонах диска задвижки, проходящие радиально внутри вдоль всей части диска, образованной трубой 24, изогнутой в форме двойной спирали, а также внутренний слой изоляции 8, окружающий уплотнение 1 по его периметру, состоят из материала Mikrotherm, причем название "Mikrotherm" является зарегистрированной торговой маркой и указанный материал имеется на рынке.
Наружные слои изоляции, расположенные в радиальном и осевом направлениях снаружи внутренних слоев, а именно наружные слои 3 и 4 изоляции на обеих сторонах диска задвижки, а также наружный слой изоляции 6 по периметру диска задвижки состоят из пластины, выполненной из вспененного керамического волокнистого материала, которая поддерживает температуру поверхности изоляции из материала Mikrotherm ниже, чем 1100oC и, таким образом, ниже ее максимальной нагрузки. Пластины из вспененного керамического волокнистого материала могут, в определенных пределах, растягиваться в радиальном и осевом направлениях и между этими пластинами и слоем изоляции Mikrotherm имеется достаточный зазор для того, чтобы обеспечить максимальную гибкость для компенсации изгиба несущей металлической конструкции. Несколько возможных способов крепления изоляции, обеспечивающих свободное растяжение в радиальном направлении наружных слоев изоляции 3, 4 и 5, описаны ниже.
Наружный слой 3 изоляции на обращенной к потоку стороне диска 10 задвижки, как и внутренний слой 2 изоляции на обращенной к потоку стороне, проходит радиально внутри уплотнения 1 по всей поверхности диска 10 задвижки. На противоположной, подвергаемой давлению стороне (на чертежах слева), наружный слой 4 изоляции проходит в радиальном направлении поверх уплотнения 1 и стыкуется с внутренним слоем 8 изоляции, окружающим уплотнение 1. В совокупности образуется поперечное сечение в форме прямоугольника посредством наружных слоев 3, 4 и 5 изоляции и части уплотнения.
Крепление отдельных слоев изоляции осуществляется следующим образом. Как показано на фиг. 3a, структура 6 из керамических волокон окружает в радиальном направлении наружный слой 5 изоляции по периметру и удерживает слой 5 изоляции на уплотнении, причем указанный слой изоляции оканчивается на одном уровне с уплотнением 1 или с внутренним слоем изоляции 4. В другом варианте вместо структуры 6 из керамических волокон может быть также использован керамический уплотнительный защитный слой (типа Interam), который подвергается радиальному растяжению при первом воздействии пороговой температуры. Таким образом создается давление, обеспечивающее постоянство радиуса.
В альтернативном варианте также возможно скрепить радиальный наружный слой 5 изоляции с уплотнением с помощью материала "Hexmesh" (зарегистрированная торговая марка).
Как показано на фиг. 3b, удерживающие штифты 15, выступающие в радиальном направлении наружу, приварены по наружному периметру уплотнения приблизительно через равные угловые промежутки. Эти удерживающие штифты 15 проходят полностью сквозь внутренний слой 8 изоляции и входят в наружный слой 5 изоляции. Они предотвращают как осевое, так и тангенциальное смещение слоев 5 и 8 изоляции.
Как показано на фиг. 3a и 3b, или 2 и 4a, внешний слой 4 изоляции на подвергаемой внешнему давлению стороне удерживается, в
частности, с помощью литого натяжного троса 7, который расположен внутри
этого слоя изоляции и поддерживается и направляется посредством проушин или штифтов с кольцевой головкой 50, приваренных к
уплотнению 1, к трубе 24 и/или к металлическим листам 21. Натяжной трос 7
создает на наружном слое 4 изоляции предварительное натяжение 1 в радиальном и тангенциальном направлениях. Тем не менее,
натяжной трос 7 обеспечивает радиальный и осевой зазоры слоя изоляции. В
частности, благодаря использованию натяжного троса 7 этого типа, расположенного внутри наружного слоя 4 изоляции, не
образуется никаких тепловых мостов между элементами, окружающими диск 10 задвижки и
охлаждаемыми элементами указанного диска задвижки, так что изоляция полностью сохраняет свою эффективность по всей
поверхности диска 10 задвижки
Другие варианты крепления внешнего слоя 4
изоляции на стороне давления представлены на фиг. 3c. В этом случае крюки, разнесенные друг от друга на примерно
равные углы или дуги окружности, приварены к уплотнению 1, причем одно колено крюка
направлено наружу в осевом направлении, а другое колено направлено радиально внутрь от наружного конца, выступающей
наружу в осевом направлении части. Это второе колено входит в канавку, выполненную
на наружном периметре внешнего слоя 4 изоляции, так что последний прижимается в осевом направлении. С помощью
подбора размеров канавки, выполненной в наружном слое 4 изоляции, может быть обеспечен
зазор, так что в определенных пределах возможно и радиальное и осевое перемещение наружного слоя 4 изоляции.
Как показано на фиг. 3d, наружный слой 4 изоляции на подвергаемой давлению стороне соединен в единое целое с наружным слоем 5 изоляции, расположенным по периметру, и, аналогично конструкции, показанной на фиг. 3b и 3c, удерживающие штифты 15 расположены радиально наружу по периметру с некоторыми промежутками, причем указанные штифты проходят через внутренний слой 8 изоляции и частично входят в выполненный как единое целое слой изоляции 4, и аналогичным образом предотвращают осевое и тангенциальное смещение слоя 4 изоляции. Из соображений симметрии удерживающие штифты 15 в этом конструктивном варианте расположены не в центральной плоскости, а на подвергаемой давлению стороне в шахматном порядке.
Возможные варианты крепления слоев изоляции, показанные на фиг. 3а - 3d, обеспечивают свободное радиальное расширение составных частей изоляции.
На фиг. 4b, 5a и 5b показаны дополнительные возможные варианты крепления внутреннего и наружного слоев изоляции.
Как показано на фиг. 4b, в середине части диска задвижки, образованной трубой 24, изогнутой в форме двойной спирали, приварена удерживающая пластина 62, расширяющаяся наружу в виде конуса, проходящая через внутренний слой 17 изоляции и закрепленная в наружном слое 4 изоляции. Благодаря конической форме удерживающей пластины 62, имеющей расширение наружу, и полости, выполненной в наружном слое 4 изоляции для установки в нее пластины 62, наружный слой изоляции 4 закреплен центрированно в центре диска задвижки 10. Благодаря наличию зазора, образующегося в результате выгорания оболочки 78, между наружным слоем 4 или 3 изоляции и наружной частью или наружной торцевой поверхностью удерживающей пластины 62 сохраняется возможность осевого и радиального перемещения наружного слоя изоляции относительно внутреннего слоя изоляции. Упомянутый зазор может быть заменен также эластичным наполнителем 71, который может выдерживать высокие температуры.
Как показано на фиг. 5a и 5b, удерживающие болты 11, проходящие перпендикулярно плоскости диска задвижки, расположены на трубе 24 или на S-образном участке 28 трубы, указанные болты имеют головку 12 большего диаметра. Если удерживающий болт 11 проходит в варианте выполнения, показанном на фиг. 5b, через внутренний слой 17 до наружной поверхности наружного слоя 4 изоляции, то в варианте, показанном на фиг. 5a, удерживающий болт 11 или его головка 12, расположены внутри наружного слоя 4 изоляции. Таким образом, в варианте выполнения, показанном на фиг. 5a, никаких тепловых мостов не образуется.
Осевая и радиальная подвижность наружных слоев 3 и 4 изоляции по отношению к удерживающим болтам 11 достигается благодаря тому, что на болт наносится сгорающий слой - показанный жирной линией - (например пластик, краска, битум и т.п.), указанный слой выгорает, когда диск задвижки впервые вводится в эксплуатацию, так что между соответствующим слоем изоляции и удерживающим болтом 11 или его головкой 12 образуется зазор для расширения.
Удерживающий болт 11 может, разумеется, также быть выполнен таким образом, что резьбовой конец приваривается к трубе 24 или к другой несущей части диска задвижки, и удерживающая гайка может быть навинчена на этот резьбовой конец.
Наружный слой 3 изоляции на обращенной к потоку стороне, как показано на фиг. 3a - 3c, может удерживаться с помощью удерживающих элементов 62, а именно удерживающих штифтов или кольцевых дисков, приваренных радиально внутри к уплотнению и проходящих радиально внутрь, и входящих в соответствующие отверстия наружного слоя 3 изоляции, расположенной на обращенной к потоку стороне.
Как показано на фиг. 3d, наружный слой 3 изоляции ограничен кольцом 64, приваренным заподлицо к уплотнению 1, удерживающим наружный слой 3 изоляции в осевом направлении, в частности с наличием зазора.
Соответствующие внутренние слои 2, 8 и 17 изоляции по существу удерживаются на своем месте только посредством наружных слоев изоляции.
На наружных слоях 3 и 4 изоляции во всех случаях важно избежать возникновения усилий, особенно усилий сжатия. Решению этой задачи могут помочь, наряду с уже упоминавшимися веществами, наносимыми на удерживающие болты и выгорающими после первого использования, заданные при изготовлении зазоры на усадку и/или одно или большее количество отверстий 72 для баланса давлений, как показано на фиг. 5b. Подвижность в осевом и радиальном направлениях наружного слоя изоляции обеспечивается здесь таким образом, что компенсируется различие в значениях коэффициента линейного расширения для стали и материала изоляции. Помимо этого, указанные зазоры на усадку образуют теплоизоляционные слои воздуха, благодаря которым общая величина изоляции дополнительно увеличивается.
Так как диск задвижки, находящийся в закрытом состоянии, со стороны слоя горячего воздуха подвергается воздействию только вторичных вихрей, например так называемых Cowper, и в открытом состоянии внутри корпуса задвижки также подвергается воздействию только вторичных вихрей, а не какого-либо динамического потока, то никакого динамического изменения температуры не происходит. Таким образом, максимальная нагрузка, по которой и должны регулироваться величины зазоров на расширение, возникает в процессе переключения.
Для того, чтобы предотвратить преждевременный износ наружного слоя 5 изоляции, к радиально наружной периферийной поверхности уплотнения 1 на обращенной к потоку стороне приварены отражательные диски 61 (фиг. 2), расположенные радиально снаружи.
На фиг 7 и 8 показан второй вариант выполнения охлаждаемого диска 10 задвижки. Несущая часть диска 10 задвижки, ограниченная уплотнением 1, образована диском 39 основания круглой формы и более тонким покрывающим диском 40, имеющим такой же диаметр. В диске 39 основания выполнена канавка 41 в форме двойной спирали, например, с помощью фрезерования. Посредством наложения покрывающего диска 40 на диск 39 основания канавка закрывается и таким образом образуется охлаждающий канал. Канавка 41 соединена во всех случаях на своих концах с входным отверстием 51 для охлаждающей среды и выходным отверстием 52 для охлаждающей среды, через которые охлаждающая среда подается в канал охлаждения или выходит из него обратно.
Аналогично в рассматриваемом варианте разворот потока происходит на S-образном участке канавки, выполненном в центральной части диска 10 задвижки и соединенном со спиральными участками 29 и 30. Радиус 56 кривизны канавки 41 в области 27 разворота потока не ограничен свойствами материала, как в предыдущем описанном варианте выполнения, так что никаких дополнительных мер для адекватного охлаждения в центральной области предпринимать не нужно.
Конструкция, компоновка и крепление изоляции аналогичны предыдущему варианту, данному для примера.
Прикрепление покрывающего диска 40 к диску 39 основания происходит с помощью соединения взрывом, причем необходимы одна или большее количество операций в соответствии с требуемой толщиной покрывающего диска 40. В процессе соединения покрывающего диска 40 и диска 39 основания канавка 41 в форме двойной спирали заполнена материалом, сохраняющим форму поперечного сечения канавки 41 в процессе соединения. Вследствие чрезвычайно высокой скорости соединения материал не должен удовлетворять каким-либо особенным требованиям прочности или выдерживать конкретные температуры. Может быть использован сплав или металл с низкой температурой плавления и низкой смачиваемостью, который может быть легко удален вновь после окончания процесса соединения путем нагрева всего элемента. Перед соединением две поверхности, подлежащие соединению, должны быть обработаны для того, чтобы гарантировать определенную минимальную шероховатость поверхностей. Благодаря процессу соединения взрывом, обеспечивается быстрая, простая и надежная технология соединения, гарантирующая создание канала охлаждения без утечек. В результате взрыва покрывающий диск по всей своей плоскости соединен с диском 39 основания.
В альтернативном варианте возможно использование двух более тонких дисков, в которых, на обеих поверхностях, повернутых друг к другу, выполнены зеркальные канавки в форме двойной спирали. При достижении точного и сцентрированного соединения полученных таким образом дисков при этом также образуется канал охлаждения в форме двойной списали. Преимуществом этого варианта является более равномерное распределение температур по металлической поверхности охлаждаемого диска 10 задвижки.
На фиг. 9 - 13b показан третий вариант выполнения охлаждаемого диска задвижки. Несущая конструкция диска 10 задвижки состоит из круглого несущего диска 37. К одной его стороне присоединяется металлический лист 42 такого же диаметра. Металлический лист 42 имеет выемки в форме двойной спирали, так что при соединении металлического листа 42 с несущим диском 37 между несущим диском 37 и приложенным металлическим листом 42 образуется охлаждающий канал в форме двойной спирали (см. фиг. 13а).
Выемки или деформации в форме двойной спирали на листе 42 могут быть получены, например, следующим образом.
На несущий диск 37 наносят в форме двойной спирали ранее упомянутый сплав или металл 78 (см. фиг. 19a) с низкой температурой плавления и низкой смачиваемостью. Этот материал служит в качестве образующего профиля для металлического листа 42. При соединении металлического листа 42 (см. стрелки 79 на фиг. 19a) с несущим диском 37, в частности при соединении взрывным способом, формируется ложе канала на металлическом листе 42, и тем самым образуется охлаждающий канал между металлическим листом 42 и несущим диском 37, и одновременно металлический лист в недеформированных местах надежно и герметично соединяется с несущим диском 37 (см. соединительные поверхности 77 на фиг. 19b). Высота охлаждающего канала связана с необходимой при этом длительностью ускоренного движения металлического листа 42, который при падении на несущий диск 37 создает давление порядка в несколько сотен Кбар, в результате чего в местах контакта создается соединение металл-металл большой прочности. Величина скоса боковых сторон отлитого на несущем диске материала, который задает профиль, зависит от ударной вязкости металлического листа 42. Формовочный сплав или металл для металлического листа может быть нанесен на несущий диск 37 с помощью стойких к температурам пресс-форм с поперечными сечениями различной формы, например, полукруглой или прямоугольной. Пресс-форма может проходить вдоль несущего диска в форме двойной спирали, зигзага или меандра.
На фиг. 19a и 19b показана поперечина 73, вставленная в формовочный сплав для металлического листа и соединенная с указанным сплавом до того, как металлический лист 42 и несущий диск 37 соединятся вместе. Металлический лист 42, когда он скреплен с несущим диском, надежно соединяется с верхней гранью поперечины 73, которая имеет форму, аналогичную двойной спирали, меандру или зигзагу. Таким образом, после того, как сплав в расплавленном состоянии удаляют, поперечина 73 разделяет каналы входного и выходного потоков охлаждающего агента.
В другом варианте, выемки в металлическом листе 42 могут также быть выполнены перед тем, как металлический лист 42 прикрепляют к несущему диску 37. Соединение между металлическим листом 42 и несущим диском 37 может при этом быть сделано с помощью сварки прокаткой.
Еще один возможный путь создания охлаждающего канала 18 показан на фиг. 20a и 20b. Металлический лист 42 прикладывают к несущему диску 37 в определенных местах (см. стрелки 79 и 80) с помощью соединения взрывом. Поверхность несущего диска 37, которая позже будет находиться в охлаждающем канале и располагается в соответствии с формой канала 18, имеет шероховатость 81 такую, что в этой зоне не может быть никакого соединения между металлическим листом 42 и несущим диском 37. Таким образом, только в областях, обозначенных жирными линиями 75 и 77, имеет место соединение по линии или по поверхности.
После того как металлический лист 42 соединен с несущим диском 37, между двумя частями диска подается жидкость под давлением до 5000 бар. Таким образом, охлаждающий канал 18 образован с помощью гидравлического вытягивания металлического листа 42. Вытянутая часть металлического листа является границей охлаждающего канала 76.
В отличие от первых двух описанных вариантов выполнения диска задвижки, данных в качестве примера, согласно варианту выполнения, показанному на фиг. 9 -13b, уплотнение 1 образовано так, что кольцо с U-образным сечением расположено в торцевой области несущего диска 37 на обращенной к потоку стороне (во всех прилагаемых чертежах всегда справа !). Уплотнение оканчивается радиально снаружи заподлицо с несущим диском 37. Указанная конструкция уплотнения 1 изображена, например, на фиг. 15, которая показывает еще один вариант конструкции диска задвижки, который будет подробно описан ниже.
Радиально внутри уплотнения 1 и на обращенной к потоку стороне, а также на металлическом листе 42 на подвергаемой давлению стороне расположены наружные слои 3 и 4 изоляции, а также внутренние слои 2 и 17 изоляции, как описано выше. При этом в качестве удерживающего штифта 15 использован, как показано на фиг. 11, штифт с резьбой, приваренный к металлическому листу 42. На этот штифт может быть навинчена гайка 13 с головкой. Как уже было указано выше, гайка 13 с головкой имеет по меньшей мере по периметру покрытие из материала, который может легко выгорать, так что после первого использования диска задвижки образуется зазор для расширения.
Удерживающие штифты 15 расположены, как показано на фиг. 9, в виде решетки на металлическом листе 42, так что гарантируется равномерное крепление слоев изоляции по всей поверхности диска 10 задвижки.
Охлаждающий канал, образованный полостями в металлическом листе 42, соединен на своем конце со входным отверстием 51 для охлаждающей среды, а также с выходным отверстием 52 для охлаждающей среды. В центральной области диска 10 задвижки направление потока охлаждающей среды также меняется на противоположное (область 27 разворота потока).
На фиг. 13b показана возможная конструкция выхода охлаждающего канала. В ней в радиально наружном конце несущего диска 37 выполнены два взаимно перпендикулярных и соединяющихся друг с другом отверстия, причем отверстие, проходящее по существу горизонтально, обеспечивает гидравлическое сообщение с каналом охлаждения, а отверстие, проходящее радиально наружу, обеспечивает соединение, например, с выходным отверстием 52 для охлаждающей среды. Как показано на фиг. 10, охлаждающий канал может также иметь непосредственное гидравлическое сообщение с полостью, имеющейся в уплотнении 1,через отверстие, проходящее в осевом направлении через несущий диск 37.
На фиг. 14 - 18 показан четвертый вариант выполнения охлаждаемого диска 10 задвижки. В отличие от предыдущего варианта, данного для примера, несущий диск 37 и металлический лист 42 заменены на центральный диск 43. В центральном диске 43 выполнены отверстия 44 и 45, расположенные перпендикулярно друг другу и проходящие в центральной плоскости диска и пересекающиеся друг с другом, образуя охлаждающий канал. Расположение отверстий 44, 45 показано на фиг. 14 пунктирными линиями. Первое из них - вертикальное глухое отверстие 45 проходит вниз от входного отверстия 51 для охлаждающей среды и пересекает в своем нижнем конце глухое отверстие 44, проходящее горизонтально. В области наружного конца этого глухого отверстия выполнено отверстие 45, проходящее в вертикальном направлении и соединяющееся у своего нижнего конца с горизонтальным глухим отверстием. Оно соединено с вертикальным глухим отверстием, которое пересекается у своего верхнего конца со следующим горизонтальным глухим отверстием. Таким образом по существу образуется половина охлаждающего канала. Другая половина выполнена аналогичным образом, как хорошо видно на фиг. 14.
Для того чтобы получить заранее определенное направление потока, в отверстие 44 вставляется заглушка 46 (см. фиг. 14). Для этой цели образовано осевое отверстие 54, пересекающееся с горизонтальным глухим отверстием 44 таким образом, что путем вставки заглушки 46 в осевое отверстие 54 канал в горизонтальном глухом отверстии закрывается. Таким образом образуется канал приблизительно в форме меандра, через который может протекать охлаждающая среда внутри диска 10 задвижки.
Имеющиеся в центральном диске отверстия закрыты посредством закрытия радиально снаружи отверстий 44 и 45, так что никакой утечки охлаждающей среды не происходит.
На фиг. 17 показана, в качестве примера, направляющая, по которой расположен натяжной торс 7 внутри внешнего слоя 4 изоляции на подвергаемой давлению стороне диска 10 задвижки. Натяжной трос 7 проходит в двух параллельных направлениях в форме меандра или с образованием сетки из натяжных тросов. Таким образом достигается равномерное натяжение наружного слоя 4 изоляции в радиальном и тангенциальном направлениях, с образованием в радиальном и осевом направлениях определенной величины зазора, предусмотренного для изоляции. В этой конструкции направление натяжного троса 7 устанавливается с помощью проушин или штифтов с кольцевой головкой, приваренных к несущей части диска 10 задвижки, одна из указанных проушин показана на фиг. 18.
В верхней части фиг. 15 показано, что через осевое отверстие в центральном диске 43 полость уплотнения 1 имеет гидравлическое сообщение с охлаждающим каналом, выполненным в центральном диске 43, таким образом уплотнение также может иметь охлаждение.
Вышеуказанные четыре варианта выполнения охлаждаемого диска задвижки обеспечивают простые и экономичные конструктивные решения, причем необходимо лишь минимальное охлаждение вследствие использования двухслойной изоляции и избавления от тепловых мостов. В результате это приводит к низкому потреблению воды и низкой требуемой производительности насоса. Более того, поперечное сечение охлаждающего канала в вышеуказанных вариантах может быть приспособлено к необходимой производительности системы охлаждения для охлаждаемого диска задвижки. Кроме того, в любое время возможен ремонт неплотных соединений, которые могут появиться, посредством неразрушающей замены элементов изоляции.
Реферат
Изобретение относится к охлаждаемому диску задвижки, имеющему канал, через который протекает охлаждающая среда. Обе стороны диска задвижки имеют покрытие из теплоизоляционного материала. Часть диска, ограниченного уплотнением, образована с помощью трубы, изогнутой в форме двойной спирали в плоскости диска и образующей охлаждающий канал. В альтернативном варианте в диске основания выполнена канавка в форме двойной спирали, прикрываемая закрывающим диском, соединенным с диском основания с помощью взрывной технологии. Часть диска задвижки, ограниченная уплотнением, образована с помощью несущего диска, к по меньшей мере одной стороне которого прикреплен металлический лист, образующий охлаждающий канал в форме двойной спирали. Часть диска задвижки, ограниченная уплотнением, образована с помощью центрального диска, имеющего отверстия, проходящие в плоскости диска, причем указанные отверстия имеют гидравлическое сообщение друг с другом, образуя охлаждающий канал. Техническим результатом изобретения является упрощение и повышение экономической эффективности изготовления. 4 с. и 22 з.п. ф-лы, 20 ил.
