RS49748B - Zaklopka za regulisanje protočnih medija i postupci za proizvodnju zaklopke - Google Patents

Description

Oblast tehnike

Postupak se odnosi na zaklopku za sudove pod pritiskom, naročito rezervoare ili cevne vodove, sa jednom pločom, zakretnom u odnosu na osu obrtanja, u kućištu, koja u oblasti zaptivanja zatvara protok kroz kućište u dva suprotna smera strujanja, pri čemu je ploča zaklopke postavljena ekscentrično, tj. sa osom obrtanja van srednje linije zaptivanja i pri čemu osa obrtanja u pogodnom izvođenju prolazi kroz glavnu osu zaklopke. Pronalazak se takođe odnosi i na postupke za proizvodnju zaklopke. Prema Međunarodnoj klasifikaciji patenata pronalazak se svrstava u pregradne naprave za cevovode, čiji element ima bar jednu komponentu otvaranja, a bliže u naprave sa rotirajućim elementom za zatvaranje čija osa rotacije prolazi kroz telo ventila, tj. u leptiraste regulatore i može se označiti sa F16K 1/22.

Tehnički problem

Zaklopkom prema pronalasku rešava se sledeći problem: kako konstruisati zaklopku za sudove pod pritiskom, naročito rezervoare i cevovode, sa poboljšanim zaptivanjem i manjim momentom zatvaranja za oba smera strujanja. Pošto se pronalazak odnosi i na postupke za proizvodnju njime se rešava i tehnički problem kako proizvesti zaklopku uz primenu postojećih mašina i alata.

Stanjetehnike

U cevovodima za protočne medije strujanje se prekida ventilima, zasunima ili zaklopkama. Zaklopke se koriste zbog toga što je njihova konstrukcija relativno kraća.

Najjednostavnije izvođenje zaklopke ima obrtnu osu koja prolazi kroz sredinu ploče zaklopke. Poznate su i ekscentrične konstrukcije, kod kojih je obrtna osa na nekom odstojanju od ploče zaklopke. Time se po pravilu poboljšava funkcija zaptivanja ploče zaklopke, jer zaptivač ploče nije prekinut delom obrtnog vratila koje se delimično nalazi van kućišta. Vratilo se radije postavlja ispred ili iza ploče. U opštem slučaju, obrtna osa, odnosno vratilo se postavlja na sredini ispred ploče i seče glavnu osu ploče, a time po pravilu i glavnu osu cevovoda.

Na kraju, poznate su i takozvane dvostruko ekscentrične zaklopke. Kod ovog tipa je obrtna osa, odnosno vratilo pored već opisane ekscentričnosti postavljena i van glavne ose, tj. na određenom rastojanju od nje. Omogućeno je samozatvaranje, odnosno prisilno zatvaranje za jedan smer strujanja. Kod drugog smera strujanja, kao nedostatak, javlja se permanentan pritisak otvora, tako da se mora primeniti velika sila zatvaranja i njoj odgovarajući veliki moment pokretanja. Nakon duge upotrebe, naročito na visokom pritisku javljaju se i procepi koji čine nemogućim bezbedan rad na zatvorenom delu cevovoda.

Iz opisanog stanja tehnike proizilazi i gore navedeni tehnički problem.

Izlaganje suštine pronalaska

Gore naveden tehnički problem rešen je zaklopkom sa tehničkim karakteristikama prema prvom patentnom zahtevu.

U razradi pronalaska je predviđeno da ploča zaklopke ima samozatvaranje za oba smera strujanja. To znači da je završni deo pokreta zatvaranja (da je zatvaranje na kraju dodatno) potpomognut/o rezultujućim radnim pritiskom medija na ploču, nezavisno od smera strujanja. U najjednostavnijem slučaju ovo je omogućeno centričnom pločom zaklopke koja u položaju zatvoreno za oba smera strujanja ima površine različitih veličina sa obe bočne strane obrtne ose, gde veće i manje površine leže međusobno dijagonalno sa naspramnih strana osa. Ova prividno nemoguća konstrukcija je omogućena određenom debljinom ploče i zakošenom zaptivnom površinom u bočnoj oblasti, na najvećem rastojanju od obrtne ose. Zaptivač ima prostorno udubljenja u pravcu glavne ose i u pravcu prečnika. Upravo udubljenje u pravcu prečnika omogućava da se ostvare različiti odnosi veličina površina za oba smera strujanja. Strana ploče, koja stoji čeono u odnosu na smer strujanja, podeljenja je obrtnom osom na levu i desnu površinu. Za stvaranje sile zatvaranja važna je razlika u veličini površina. Posmatrajući iz smera strujanja ploču zaklopke sa desnim zatvaranjem sila zatvaranja nastaje kada je leva površina veća od desne površine. Isti uslov važi na drugoj stranici ploče zaklopke za suprotan smer strujanja. Oba uslova se mogu ispuniti pomoću bočno zakošene zaptivne površine, tako da je takozvana leva površina zatvaranja na jednoj strani veća od desne površine (ovde naspramne površine) zatvaranja na drugoj strani.

Pogodno je da prstenasti elementi za zaptivanje budu postavljeni po obimu ploče zaklopke i da prilikom zatvaranja ploče prionu („upresuju se") na obimnu zaptivnu površinu. U tom slučaju nastaje prstenasto opterećenje, tako da je pritisak ravnomerno raspoređen po obimu i da se po ćelom obimu ostvaruje snažan efekat zaptivanja.

Opisano zakošenje zaptivne površine može na bočnim naspramnim ivicama ili po ćelom obimu biti različitog intenziteta, tako da se nastaje takozvano konusno, kupasto sedište tj. kupa. Ploča zaklopke takođe može biti izvedena ekscentrično, tj. sa obrtnom osom van ploče zaklopke, odnosno odgovarajuće srednje linije zaptivanja. I kod ovog izvođenja je omogućeno prinudno zatvaranje u oba smera strujanja.

Pogodno je da obrtna osa bude na glavnoj osi ili da je seče. Na taj način se pojednostavljuje konstrukcija zaklopke. Tada su sile i momenti koji se javljaju skoro simetrični.

Prilikom primene ili konstrukcije kupastog sedišta pogodan je veći ugao kupe sedišta radi smanjenja trenja prilikom zatvaranja. Kupasto sedište je definisano položajem ose kupastog sedišta, odnosno ose konusa i položajem vrha konusa. Kupasto sedište mora biti tako izabrano ili proračunato da je onemogućeno zaglavljivanje ploče u oblasti zaptivanja. Jedno naročito pogodno izvođenje pronalaska odnosi se na zaklopku sa kupastim sedištem, pri čemu sedište ima geometrijski oblik dobijen na osnovu posebnih kriterijuma, videti patentne zahteve od 1 do 9.

Položaj obimne zaptivne površine definisan u prvom patentnom zahtevu može se na drugi način opisati kao što je dato u nastavku: a) obimna zaptivna površina je deo omotača kupe, čije izvodnice određuju ugao zaptivne površine u odnosu na glavnu osu zaklopke;

b) izvodnice se seku u oblasti vrha kupe, čiji se položaj određuje na sledeći način:

b1) srednja zaptivna linija seče glavnu osu zaklopke pod pravim uglom;

b2) obrtna osa ploče je na rastojanju od srednje zaptivne linije, naročito na glavnoj osi, i poprečna je na srednju zaptivnu liniju i glavnu osu;

b3) definisan je krug zaptivanja sa centrom u obrtnoj tački obrtne ose, čiji je prečnik manji od nazivnog prečnika cevovoda ili raspoloživog prečnika unutar zaklopke;

b4) tačke preseka kruga zaptivanja sa srednjom zaptivnom linijom su obeležena sa A i C, tačka preseka kruga zaptivanja sa pravom kroz tačku A preseka i srednju tačku je obeležena sa B, pri čemu se tačka B preseka i prva tačka A preseka nalaze na naspramnim stranama srednje tačke;

b5) poluprečnik zaklopke se dobija kao polovina rastojanja AC;

b6) povlači se paralelna linija glavnoj osi udaljena od nje za trostruku dužinu poluprečnika zaklopke, gde paralelna linija, baš kao i tačke A i C, leži naspramno tački A u odnosu na glavnu osu;

b7) tangenta na krug zaptivanja kroz tačku B preseca paralelu glavnoj osi u tački koja definiše vrh kupe.

Svrsishodno je poći od toga da vrh kupe i obrtna tačka leže na različitim stranama srednje linije zaptivanja. Smer zaptivanja ploče zaklopke se dobija tako što ploča u svom otvorenom položaju leži nasuprot vrha kupe u odnosu na glavnu osu.

Kako je navedeno na početku opisa, poznate su ekscentrične i dvojno ekscentrične konstrukcije. Zaklopka, sa karakteristikama prema ovom pronalasku, omogućava ekscentričnu konstrukciju sa posebnom osobinom da obrtna osa preseca glavnu osu i omogućava pokretanja ploče zaklopke u oba smera zakretanja i sa znatno manjim pokretačkim momentima od onih potrebnih kod svih do sada poznatih vrsta zaklopki. Ovo važi i za konstrukcije kod kojih je obimna zaptivka na ploči zaklopke, npr. obimni kružni prsten, skoro proizvoljno tanka. Takva ploča zaklopke, doduše, nije više samozatvarajuća. Verovatno će biti potreban još neki manji moment, koji drži zaklopku u zatvorenom položaju. Pogonski moment za otvaranje ploče zaklopke je takođe značajno manji nego kod poznatih zaklopki. Može se dimenzionisati znatno manji pogon zaklopke nego do sada. Ovo je velika prednost upravo za zaklopke koje se brzo otvaraju i zatvaraju.

Iz razloga lakog otvaranja zaklopke primenjuje se plivajući opružni prsten kao obimna zaptivka na zaklopci. On treba da leži unutar kupastog sedišta obimne zaptivne površine u kućištu zaklopke. Što jače opružni prsten naleže na kupasto sedište kupastog omotača, bilo usled razlike pritisaka sa obe ploče zaklopke ili usled pogonskog momenta, utoliko je veća sila reakcije usled deformacije opružnog prstena (kompenzacija sile), odnosno veći je reakcioni moment, zahvaljući kome je moguće lako otvaranje ploče zaklopke. Uglovi omotača kupe se biraju tako da ne postoji mogućnost zagiavljivanja, odnosno nema samozaglavljivanja.

Najzad, pronalazak se odnosi i na različite postupke proizvodnje zaklopke. Tačnije, radi se o obradi zaptivnih površina na ploči zaklopke i na kućištu. U praksi elementi zaptivanja su obimna zaptivna površina na ploči zaklopke ili na kućištu i komplementarni zaptivni elementi na odgovarajućem delu konstrukcije. Npr. može se predvideti paket zaptivnih prstenova ili lamela. Elementi zaptivanja se obrađuju analogno zaptivnoj površini. Pogodnije je da su elementi zaptivanja postavljeni na ploču.

Ostale karakteristike pronalaska proizilaze iz patentnih zahteva i opisa.

Kratak opis slika nacrta

Primeri izvođenja pronalaska detaljnije se opisuju pomoću priloženih slika. Na slikama je prikazano:

slika 1: centrična zaklopka u preseku,

slika 2: ekscentrična zaklopka u preseku sa oznakom smera strujanja,

slika 3: zaklopka sa slike 2 u preseku, sa strujanjem u suprotnom smeru,

slike 4 do 6: zaklopka za jedan smer strujanja u izgledu odozgo, vertikalnom preseku i

horizontalnom preseku slično kao na slikama od 1 do 3,

slika 7: zaklopka u horizontalnom preseku sa pomoćnim linijama za određivanje

kupastog sedišta, odnosno linije zaptivanja,

slika 8: zaklopka kao na slici 7 sa dodatnim pomoćnim linijama,

slika 9: uvećani detalj sa slike 8,

slika 10: funkcionalni prikaz zaklopke u horizontalnom preseku sa radnim stolom

CNC alatne mašine;

slika 11: kućište zaklopke, kao na slici 10, pričvršćeno za obrtni sto,

slika 12: ploča zaklopke, kao na slici 10, pričvršćena za obrtni sto,

slika 13: prikaz kao na slici 10 za nešto drugačiji način obrade,

slika 14: prikaz kao na slici 11,

slika 15: prikaz kao na slici 12,

slike 16 do 19: geometrijsko objašnjenje određivanja mera neophodnih za konstrukciju, slika 20: prikaz sila, koje se javljaju prilikom zatvaranja zaklopke u oblasti jednog obimnog zaptivnog prstena,

slika 21: zaptivni prsten u poprečnom preseku,

slika 22: nastavak grafičkog prikaza sila sa slike 20,

slika 23: prikaz kao na slici 21,

slika 24: prikaz sličan prikazima na slikama 8 i 16 za objašnjenje još jednog postupka proračuna tačke S1 vrha kupe i eliptičnog oblika zaptivnog

sedišta,

slika 25: projekcija za objašnjenje eliptičnog oblika,

slika 26: prikaz strujanja kroz zaklopku u poprečnom preseku radi objašnjenja sila i

momenata koji se javljaju,

slika 27: prikaz kao na slikama 9 i 17 za bliže objašnjenje eliptičnog oblika,

slika 27a: uvećan detalj sa slike 27 na kome je označena zaptivna površina DF.

Detaljan opis pronalaska

Prvo će, pomoću slike 1, biti objašnjeni neki važni osnovni pojmovi za zaklopku prema pronalasku. Ploča 11 zaklopke je smeštena u kućište 12 sa centričnom obrtnom osom 13. Dovodni i odvodni cevovodi nisu prikazani.

Zaptivno sedište 14 u kućištu 12 označeno je pozivnom oznakom 14 i ima jednu obimnu zaptivnu površinu 15 (Potrebno je naglasiti da se zaptivna površina koja je u ovom izvođenju obeležena pozivnom oznakom 15, može u opštem slučaju ili kod nekog drugog izvođenja biti označena sa DF). Odgovarajuća zaptivna površina 16 je izvedena na ploči 11 zaklopke 10.. U praksi je ovde ili u kućištu 12 moguće predvideti više zaptivnih lamela.

Glavna osovina 17 zaklopke 10 pruža se paralelno smerovima 18, 19 strujanja i u datom slučaju prolazi kroz obrtnu osu 13. Tačnije, glavna osa 17 se dobija kao osa paralelna smerovima 18, 19 strujanja koja prolazi kroz težište ploče 11 zaklopke 10. Glavna osa 17 je uobičajeno i osa cevovoda.

Zaptivne površine 15,16 nagnute su u odnosu na glavnu osu 17, tako da se dobijaju mere u pravcu glavne ose 17 (debljina TL u pravcu glavne ose i debljina TD u pravcu poluprečnika). Nagib zaptivnih površina 15,16 je najveći tamo, gde je rastojanje od obrtne ose 13 najveće. Na prolazu obrtne ose 13 kroz zaptivne površine 15, 16 ove poslednje su paralelne glavnoj osi 17 i tu nemaju nagib. Na osnovu debljina TL, TD zaptivnih površina 15, 16 u pravcu glavne ose 17 može se odrediti srednja zaptivna linija 20. Njen presek 21 sa zaptivnom površinom 16 opisuje pri zakretanju ploče 11 zaklopke 10 zaptivni krug 22. U datom slučaju ploča 11 zaklopke 10 treba da se zakreće udesno za otvaranje u smeru strelice 23, a za zatvaranje ulevo u smeru strelice 24.

Zaklopka 10 je tako konstruisana, da se ploča 11 zaklopke 10 pri oba smera 18, 19 strujanja zatvara prinudno. Pri strujanju u smeru 18, označenom strelicom, vrši se pritisak na desnu stranu 25 ploče 11, a pri strujanju u suprotnom smeru 19, na levu stranu 26. Obe strane 25, 26 mogu se podeliti na suprotno postavljene bočne površine 27, 28, 29, 30, pri čemu se podela vrši kroz položaj glavne ose 17. Ako pretpostavimo da je smer strujanja smer 18 na levo (prema slici 1), dobija se sila zatvaranja zbog različite veličine površina 29, 30. Bočna površina 29 je veća od bočne površine 30 usled zakošenja zaptivne površine 16. Na suprotnoj strani 26 odnosi su obrnuti. Prema tome, u slučaju strujanja u suprotnom smeru 19 i ovde se javlja sila zatvaranja usled različite veličine površina 27, 28. Opisani odnosi se vide na slikama 2 i 3, na nešto drugačije izvedenoj zaklopci 31. U odnosu na sliku 1 ovde su međusobno zamenjeni smerovi zakretanja. Tako se ploča 32 zaklopke 31 zatvara pri zakretanju udesno, strelica 33, i otvara pri zakretanju ulevo, strelica 34. Različiti smerovi strujanja označeni su strelicama 35, 36, kućište 37, glavna osa 38 i srednja linija 39 zaptivanja. Različite bočne površine A1, A2 su označene na desnoj strani 40 i bočne površine A3, A4 na levoj strani 41. Isto kao u primeru izvođenja sa slike 1 i ovde se dobijaju sile zatvaranja za oba smera kretanja.

Za razliku od slike 1, ploča 11 zaklopke 10 ima jedno kupasto sedište, sa kupastim zaptivnim površinama 42, 43 na kućištu 37, koje su međusobno usmerene jedna ka drugoj, kao i odgovarajuće postavljenim zaptivnim lamelama 44 na obimu ploče 32 zaklopke 31. Zamišljeni produžeci površina 42,43 zaptivanja se seku u ravni slike, što nije prikazano, levo od ploče 32 zaklopke 31 i iznad glavne ose 38 obrazujući kupu. Prema obimu se dobija obimna površina DF zaptivanja, kao deo omotača kupe. Kosa linija, povučena kroz srednju liniju 39 zaptivanja i kroz glavnu osu 38 predstavlja osu kupe.

Za razliku od zaklopke 10, ploča 32 zaklopke 31 je ekscentrična, sa dva mala ekscentra, i sa obrtnom osom neposredno pored glavne ose 38. Ekscentritet, tj. rastojanje obrtne ose 46 od glavne ose 38, izabran je toliko mali da se za oba smera strujanja, usled razlike u

veličini površina, javlja sila zatvaranja. U ovom slučaju to je rastojanje manje od polovine

debljine TD zaptivne površine zaptivnih lamela 44. Pri tom se debljina TD u pravcu

>zaptivne linije 39 dobija poprečno na glavnu osu 38, videti i si. 1.

Slike 4 do 6 prikazuju izgled zaklopke 31 u dve projekcije i jednom pravcu, blizak stvarnom izgledu (neki elementi su prikazani veći nego što su kod pogodnijih izvođenja pronalaska, kako bi se na slici jasno videli). Opet se radi o ekscentričnoj zaklopki 31 iste konstrukcije kao na slikama 2 i 3. Zato su zadržane iste pozivne oznake. Dopunski su prikazani obrtna osovina 47, cevne prirubnice 48,49 i ležišta 50, 51 obrtne osovine 47. Sa slike 6 se dobro vidi da su zaptivne površine 42, 43kod uspravne osovine 47 u gornjoj obimnoj oblasti 52, odnosno donjoj obimnoj oblasti 53, pod sasvim malim nagibom u odnosu na glavnu osu 38. Prelaz između ovih obimnih oblasti 52 i bočnih obimnih oblasti ka zaptivnim površinama 42, 43 je postupan. U stvari, oblasti 52, 53 su pod određenim uglom zbog „kupastog sedišta" prikazanog na slikama 2 i 3.

Pomoću slika 7 i 9 se bliže objašnjava konstrukcija „kupastog sedišta" i time i nagib zaptivnih površina 42, 43 odnosno prelaznih obimnih oblasti 52, 53. Pri tom se polazi od konstrukcije zaklopke 31 prema slikama 4 do 6.1 ovde se koriste iste pozivne oznake.

Cevovod koji treba zatvarati je nazivnog prečnika DN. Prirodno je da je ploča 32 zaklopke 31 nešto manjeg prečnika. U datom slučaju je ploča 32, za razliku od slika 4 do 6, postavljena centrično (postoji samo prost ekscentritet usled postavljanja obrtne osovine 47 van linije zaptivanja), sa obrtnom osom 46 na glavnoj osi 38. Glavna osa 38 je ovde istovremeno i osa cevovoda. Zaptivni krug 55 se dobija u obrtnoj osi 46 u vezi sa jednom tačkom A preseka iz srednje linije 39 zaptivanja i zaptivnih površina 42, 43 koje treba konstruisati. U toj fazi poznat je prečnik u oblasti zaptivnih površina 42, 43, odnosno prečnik se može usvojiti.

Prava kroz obrtnu osu 46 i tačku A preseka vodi do tačke B preseka, koja leži sa suprotne strane. Nasuprot tački A preseka i duž zaptivne linije 39 na krugu 55 zaptivanja dobija se tačka C preseka.

Pomoću tačaka A, B, C konstruišu se pomoćne linije, tj. tangenta T1 na krug 55 zaptivanja kroz tačku A i jedna prava G1 kroz tačke B i C. Tangenta T1 i prava G1 se seku u tački

SO.

Translacijom duži A-B duž tangente T1, tačka A se dovodi do poklapanja sa tačkom SO, dok tačka B definiše novu tačku S1. Polazeći od tačke S1 povlače se izvodnice K1 i K2 kupe, kroz tačke A i C. Izvodnice K1 i K2 kupe opisuju omotač kupe (linije omotača), koji istovremeno definiše kupasto sedište zaptivnih površina 42, 43 i pripadajućih zaptivnih elemenata na ploči 32 zaklopke 31.

Kao rezultat, tačka S1 je na rastojanju a od glavne ose 17, odnosno linije 39 koje odgovara trostrukoj veličini poluprečnika rKploče 32 zaklopke 31.

Osa KAkupe se pruža od tačke preseka S1 kroz ploču 32 zaklopke 31 i to između obrtne ose 46 i jedne tačke 56 preseka glavne ose 38 i srednje linije 39 zaptivanja. Opisani položaj ose KAkupe je sporedan uslov za delovanje zatvaranja u slučaju oba smera strujanja.

Na slikama kućište 37 uvek ima obimnu zaptivnu površinu 42, 43 i ploču 32 zaklopke 31 sa zaptivnim lamelama 44. U stvari, ovi elementi se mogu međusobno zameniti, tako da, npr. ploča 32 zaklopke 31 poseduje glatke zaptivne površine 42, 43.

Površina i obrada zaptivnih površina 42, 43 odnosno paketa lamela 44 će biti objašnjena pomoću slika 11 do 15. Pri tom su ploče 32 zaklopke 31 uvek jednostruko ekscentrično postavljene, a obrtnom osom 46 na glavnoj osi 38.

Slike 10 do 12 prikazuju izradu sedišta i ploče kupe. Pri tom slika 10 predstavlja funkcionalni izgled uz prikaz ploče 32 zaklopke 31 i kućišta 37. U stvari oba ova dela se obrađuju odvojeno, prema slikama 11 i 12.

Prema slici 11 kućište 37 je stegnuto u pomoćnu stegu 60 pod određenim uglom. Ugao a se dobija između glavne ose 38 i ose KAkupe. Ona je istovremeno i obrtna osa DAza obrtni sto 61, koji je opisan u nastavku.

Pomoćna stega 60 je pričvršćena na obrni sto 61. Iznad pomoćne stege 60 postavljen je obrtni alat 62, recimo glodalo ili brusna ploča. Alat 62 je postavljen sa svojom cilindričnom gornjom površinom 63 paralelno omotaču kupe, odnosno izvodnici K1 kupe. Shodno tome se dobija prava linija 64 obrade skidanjem materijala alatom 62, u datom slučaju u oblasti obimne zaptivne površine 42, 43 na kućištu 37. Alat 62 se obrće oko ose 65, koja je paralelna željenoj konturi zaptivnih površina 42, 43 i omotaču kupe.

Obrada se izvodi na obradnom centru sa računarskim numeričkim upravljanjem (CNC). Pri tom obrtni sto 61 definiše osu B (položajem obrtnog stola određen je položaj ose B). Tokom obrade obimne zaptivne površine 42, 43 izrađuju se u kućištu relativno velikim brojem obrtaja alata 62. Istovremeno se odvija i relativno sporo obrtanje obrtnog stola 61 zajedno sa aksijalnim kretanjem alata 62 po pravcu označenom strelicom 66. Veoma je važno da se postavljanje alata 62 prilagodi proračunatom omotaču kupe, kao i postavljanje kućišta 37 u pomoćnu stegu 60.

Prema slici 12 ploča 32 zaklopke 31 ima zaptivne lamele 44. Njihov spoljašnji prečnik takođe mora biti prilagođen kupastom sedištu, odnosno omotaču kupe. U tom cilju se ploča 32 zaklopke 31 pričvršćuje u drugu pomoćnu stegu 67 na obrtnom stolu 61 i kućište 37 se obrađuje alatom 62 kao i u prethodnoj obradi, ali sa spoljašnje strane. U skladu sa tim osa 65 leži van omotača kupe (izvodnice K1, K2). U toku obrade se odvija obrtanje stola 61 kretanjem koji posmatrano spolja predstavlja ljuljanje kućišta 37 i ploče 32 zaklopke 31. Obimna zaptivna površina 42 leži u prostoru na omotaču proračunske kupe. Na osnovu geometrijskih odnosa dobija se zaptivna površina 42 elipsastog oblika.

Nešto drugačiji način obrade prikazuju slike 13 do 15. Slika 13 prikazuje međusobni položaj svih delova analogno slici 10.

Slika 14 prikazuje obradu kućišta 37. Za razliku od prikazanog na slici 11 ovde je predviđen alat 68, koji nije obrtan i koji ima reznu ivicu 69. Kućište 37 je ponovo pričvršćeno na pomoćnu stegu 60. Radi obrade kućište 37 se obrće oko ose KA kupe (istovremeno obrtne ose DA), dok se alat 68 pokreće samo paralelno omotaču kupe, videti strelicu 711.

Obrada konture u oblasti ploče 32 zaklopke 31 opet se izvodi kao spoljašnja obrada, analogno prikazanom na slici 12.

Umesto opisanih postupaka obrade mogu se primeniti i drugi, npr. obrada laserom ili obrada vodenim mlazom.

Pomoću slika 16 do 19 u nastavku se objašnjava proračun konstruktivnih podataka. Indeksi i promenljive veličine u proračunu se razlikuju od gore navedenih pozivnih oznaka. Za konstruisanje, kao polazni podatak je dat poluprečnik R zakretanja neke zaklopke i rastojanje a od obrtne ose do zaptivne površine.

Veličina poluprečnika R proizilazi iz potrebnog nazivnog prečnika, a rastojanje a se dobija iz statičkih uslova krutosti (izbor materijala, opterećenje pritiskom itd.). Obrtna osa prolazi kroz osu cevovoda.

U tom slučaju važe sledeći odnosi:

R- du MUnaravno i dužiMViMW

a- du MA.

Određivanje, proračun mera potrebnih za konstruisanje:

Određivanje ugla a:

Određivanjeugla p:

Određivanjeugla y:

OdređivanjedužiUW:

Određivanje tačke Q pomoću dužiWQ(tačakaD.je prikazan na slici 16) :

Za dalji proračun treba odrediti položaj tačke 0>: Pravougli trougao sa temenima Q, Q> i r je podudaran sa trouglom a temenima U, V iW.

Zbog toga važi sledeće:du<MT =2a;

a du fa = UW = 2UA(videti jednačinu IV).

A zbog toga za duž TO važi sledeće:

Veličina i položaj uglova kupe mogu se sada odrediti na sledeći način:

Pa je odatle ugao kupe:

.9-77-?

Položaj centra kupe definisan je uglom:

Ukoliko se odnos obrtnog rastojanjaa- MAi poluprečnika R obeleži sa e, gdee = — R,prethodne jednaćine od (I) od (X) se mogu napisati na jednostavniji način.

Ako se izraz

zameni sa simbolom a jednačine

od (I) do (X) mogu se zapisati kraće, kao što je dato u nastavku:

jednačina (I) a = arccos£

jednačina/? = arcsinf

(II)

jednačinay =90° - arcsins

(III)

jednačinajj^=a

(IV)

<je>dnačinawn=atan[90<o>- arcsins]

(V)

jednačina= aVax^ y>-arcsinfj-ža

(VI)

jednačina

(VII)

jednačina

(VIII)

jednačina

(IX)

jednačina

(X)

Pomoću slika 20 do 23 u nastavku se objašnjavaju sile prilikom zatvaranja zaklopke 31. Ploča 32 zaklopke 31 ima zaptivni element u obliku zaptivnih lamela 44, videti slike 2 i 3. Radi pojednostavljenja, na slikama 20 do 23 se polazi od opružnog prstena 71. On sam može da obrazuje zaptivni element zaklopke 31 ili da sa drugim tankim zaptivnim elementima formira paket lamela 44. Iz tog razloga u nastavku se polazi od toga da je zaptivni element zaklopke 31 relativno tanak, tako da je predviđen samo jedan opružni prsten 71, postavljen u obimni žleb 79 ili urez.

Pri zatvaranju zaklopke 31 opružni prsten 71 naleže na obimno zaptivno sedište 14, odnosno površina DF, na kućištu 37 zaklopke 31. Usled kretanja za zatvaranje u smeru strelice 72, na bočne oblasti 73, 74 deluje snažan pritisak, izazvan kupastim oblikom zaptivnog sedišta 14, što bi se moglo uporediti sa uspinjanjem uz strmu ravan.

U gornjoj obimnoj oblasti 52 i donjoj obimnoj oblasti 53 ne deluju sile usmerene ka unutrašnjosti, jer ovde opružni prsten 71 seče obrtnu osu (obrtnu osu 46). Shodno tome u ovim obimnim oblastima 52, 53 dobija se kao reakcija pritisak opružnog prstena 71 usmeren ka spolja. Na taj način opružni prsten 71 se prilagođava zaptivnom sedištu 14. Nastale sile se ravnomemo raspoređuju tj. prenose dalje pomoću elastičnog opružnog prstena 71. Zbog toga je važno da uležištenje opružnog prstena 71 bude takvo, da omogućava kretanje kojim se on prilagođava i odmiče normalno na pravac strujanja.

Slika 22 prikazuje grafički nastale sile. Skupljen krug 75, svojim odstupanjem u odnosu na spoljni prečnik opružnog prstena 71 prikazuje da sile imaju različit intenzitet. U bočnim oblastima 73, 74 spoljašnje sile pritiska koje deluju na opružni prsten 71 su najveće, dok u gornjoj i donjoj obimnoj oblasti 52, 53 dominiraju sile reakcije, nastale kao posledica opterećenja. Naravno, njihov smer je ka spoljašnjosti.

Pomoću slika 23 i 24 u nastavku se objašnjava eliptični oblik ploče 32 zaklopke 31, odnosno zaptivnog sedišta 14. Kako je već ranije prikazano, zaptivno sedište 14, tj. obimna zaptivna površina 42, 43 u kućištu 37 zaklopke 31 je deo jednog omotača kupe, koja ima u tački S1 vrh. Pošto vrh kupe u tački S1 ne leži na glavnoj osi 38, odgovarajući presek kupe se proteže pod određenim uglom u odnosu na osu KAkupe i ima oblik elipse. Obimna zaptivna površina 42, 43 na taj način ima dva prečnika (dve dvostruke poluose) koji odgovaraju uobičajenim odnosima za elipsu, jedan veći prečnik 2a i manji prečnik 2b. Pri tome veći prečnik 2a sa slike 24 odgovara duži između tačaka A i C. Manji prečnik 2b, tj. visina ploče 32 zaklopke 31, dobija se povlačenjem vertikalne prave 76 kroz osu KAkupe i kroz tačku p, pri čemu ova vertikala preseca tačku 56 preseka srednje linije 39 zaptivanja i glavne ose 38. Pored toga mogu se prepoznati tačke s i t linije 76 sa izvodnicama K1 i K2 razvijene kupe. Manji prečnik 2b elipse jednak je rastojanju tačka s i t duž linije 76.

Prema slici 24 tačka S1 leži na paraleli 77 glavne ose 38, pri čemu je ta paralela 77 na rastojanju od glavne ose 38, jednakom trostrukom poluprečniku rK(rKje međusobno rastojanje tačke 56 i tačke C). Mesto tačke S1 na paraleli 77 dobija se kao presek sa tangentom 78 na krug 55 zaptivanja u tački B (odnosno tački V na slikama 16 do 18). Što je obrtna osa 46 udaljenija od srednje linije 39 zaptivanja (ekscentričnost zaklopke 31), utoliko se tačka S1 pomera na paraleli 77 ulevo u smeru srednje linije 39 zaptivanja.

Pomoću slike 25 može se objasniti eliptični oblik obimne zaptivke. Kupa sa vrhom Z i izvodnicama Z1fZ2ima osu ZA, koja istovremeno polovi ugao 9 kupe. Presek kroz kružnu kupu u tački H na polovini visine kupe i normalno na osu ZAkupe daje sa izvodnicama Z1, Z2 tačke preseka H1, H2. Odgovarajući kosi kupasti presek označen je dvostrukom linijom. Ona se sastoji od dva odsečka D1 i D2, iste dužine a. Tačka H između odsečaka D1 i D2 ne leži na osi ZAkupe, nego je odmaknuta od nje i tačke p na osi ZAkupe. Rastojanje između tačaka H i p je mera ekscentriteta, prema pravilima za proračun elipse.

Linearna ekscentričnost elipse se izračunava prema formulie=yja2 - b2, a numerička

vrednost istog kaoe = —.

a

Već prema položaju kosog kupastog preseka tačka H se nalazi na većem ili manjem rastojanju od ose ZAkupe. U tom cilju je na slici 25 ucrtano nekoliko kupastih preseka, polazeći od tačke Zs. Na slici se može uočiti i visina elipse kupastog preseka kroz tačku H. Elipsa je visine 2b, koja odgovara međusobnom rastojanju tačka H1 i H2. Tačke H i p sa slike 25 odgovaraju tačkama 56 i p na slici 24. Radi jasnijeg prikaza ucrtani su i odsečci D1, D2.

Osobenost zaklopke 31 prema ovom pronalasku, a u vezi sa relativno tankim zaptivnim prstenom, je u malom momentu zakretanja u odnosu na dosadašnje zaptivke. Teorijski, u slučaju beskonačno malog zaptivnog prstena ne postoje sile, koje su gore opisane, a koje su potrebne za samozatvaranje i samodržanje. Usled simetrične konstrukcije zaklopke 31, obrtna osa na glavnoj osi 38, slučaj jednostruke ekscentričnosti, dolazi do izjednačavanja sila sa obe strane ploče 32 zaklopke 31. Momenti potrebni za otvaranje i zatvaranje zaklopke 31 su relativno mali. Shodno tome moguće je manje dimenzionisanje sile/momenta pogonskog mehanizma.

Kada je zaklopka 31 zatvorena, usled različitih pritisaka sa obe strane ploče 32 zaklopke 31 javlja se neznatan ugib, koji je po svojoj prirodi najveći na polovini visine, na slici 26

duž X ose. Zbog ovog ugiba i prethodno objašnjenog oblika kupastog sedišta dolazi do poprečnog pomeranja zaptivnog prstena, odnosno opružnog prstena 71. Ovo poprečno pomeranje je, međutim, tako malo da ono zahteva povećanje momenta neophodnog za pokretanje samo u neznatnoj meri. U nastavku se pomoću slike 26 i dobijenih jednačina objašnjavaju momenti koji deluju normalno na ploču 32 zatvorene zaklopke 31 nakon pomeranja opružnog prstena 71. Objašnjenja važe i za debele zaptivne prstenove ili

pakete zaptivnih lamela i na različite momente koji deluju na obe strane ploče 32 zaklopke'31.

Važe sledeće jednačine:

Opružni prsten 71 sa pripadajućom pločom 32 zaklopke 31 obrazuje površinu oblika elipse sa dužom osom (prečnikom, širina) 2a i kraćom osom (prečnikom, visina) 2b. Obrtna osa 46 ploče 32 zaklopke 31 leži odmaknuto, nasuprot liniji koja polovi (y osa) širinu 2a. Usled razlike pritisaka sa obe strane ploče 32 nastaje rezultujući moment, koji u zavisnosti od smera, odnosno znaka pospešuje ili se odupire pomeranju ploče 32 zaklopke 31. Površine A1, A2 sa obe strane vertikalne linije, definisane kroz obrtnu osu 46, proračunavaju se prema jednačinama (XI) i (XII). Kao funkcija y=f(x) može se navesti jednačina elipse. Na osnovu opšte formule y=f(x) mogu se pomoću jednačina (XI) do (XVIII) proračunati ostali momenti M1, M2 kod ploča 32 zaklopki 31 drugih oblika. Potrebno je samo da funkcija bude određena. Sila momenta se određuje pomoću položaja težišta SXi, Sx2pritisaka, videti jednačine (XIII) i (XIV). Rezultujući moment, videti jednačine (XV) do (XVIII) dobija se kao razlika pojedinačnih momenata, pri čemu se određuje u opsegu aktivnog pritiska p, proračunatih površina A1 i A2, kao i sila momenta („aktivnih poluga"). U jednačinu (XVIII) unete su odgovarajuće veličine i skraćene koliko god je to bilo moguće. Granice određenih integrala (koje određuju u kojoj oblasti se izračunava odgovarajuća veličina), tačke c, d i e prikazane su na slici 26, a tačke c i e su istovremeno i tačke na bokovima opružnog prstena 71, nakon njegovog poprečnog pomeranja, odnosno aktivne bočne ivične tačke (tačke na delu kojim se ostvaruje zatvaranje) na svakoj od posmatranih strana ploče 32 zaklopke 31, dok tačka d označava položaj ose definisane obrtnom osom 46.

Jednačina (XIX) predstavlja opšti izraz za momente savijanja, koji se javljaju van obima opružnog prstena 71 na slici 20, a u zavisnosti od ugla ep radijusa R naspram horizontale, pri čemu ti momenti nastaju pritiskom bočnih delova konusnog sedišta na obimnu zaptivnu površinu DF prilikom zatvaranja ploče 32 zaklopke 31. FAoznačava silu koja u tom slučaju deluje. Vrednosti za (1/it-1/2sincp) u desnoj koloni donje table treba da odgovaraju dužini strelica, slika 22, prikazanih između suženog („utegnutog") kruga 75 i obima opružnog prstena 71. Jednačina (XIX) daje veoma tačnu vrednost za moment MR((p) ukoliko je vrednost b/a između 0,9 i 1.

Najzad, slika 27 prikazuje još i ugradnju opružnog prstena 71 u ploču 32 zaklopke 31. Opružni prsten 71 je smešten u jedan obimni žleb 79, koji je obrazovan pločom 32 zaklopke 31 i jednim graničnim prstenom 80, koji je na ploču 32 zaklopke 31 učvršćen vijcima, i čiji je spoljašnji prečnik nešto manji od spoljašnjeg prečnika opružnog prstena 71. Nasuprot graničnom prstenu 80, tj. sa druge strane opružnog prstena 71, u jednom aksijalno usmernom žlebu 81 ploče 32 zaklopke 31, smešten je zaptivni prsten 82, tako da neki medijum zatvoren zaklopkom 31 ne može da struji mimo opružnog prstena 71. Slika 27 prikazuje još jednu osobenost. Ucrtana elipsa E predstavlja kupasti presek duž linije LRopružnog prstena 71, prikazanog na desnoj strani slike. U tom slučaju se elipsa E polovi glavnom osom 38, koja seče obrtnu osu 46 i tačku 56 preseka. Kada bi se, umesto toga, kupasti presek postavio duž leve strane opružnog prstena 71, dobila bi se tačka preseka odgovarajuće linije kupastog preseka (nije prikazan), gde ta linija polovi pripadajuću elipsu, a presek bi bio tačno u tački PL, koja je na slici 27 označena krstićem.

Kupasto sedište obimne zaptivne površine DF je podatkom o položaju vrha kupe S1 tačno definisano i daje glavnu kupu, kako je to ovde označeno. Kupasto sedište na bazi neke druge kupe nije isključeno. Trebalo bi da budu moguće takve kupe, čiji vrhovi leže bliže uz glavnu osu 38 i istovremeno bliže uz srednju zaptivnu liniju 39 nego što je to slučaj sa S1, videti sliku 24. To naročito važi za vrhove kupa koji leže unutar glavne kupe, dakle između izvodnica K1 i K2.

U prethodno opisanim primerima izvođenja, kupa je uvek bila kupa sa kružnom osnovom. U stvari moguće su i kupe drugog oblika, npr. neka kupa čiji bi presek davao obimnu zaptivnu površinu u obliku kruga. U opštem slučaju kupasti presek upravan na osu kupe trebalo bi da ima samo ispupčenu obimnu liniju, odnosno da nema ulegnuća. Važna je samo jednostruka ekscentričnost ploče zaklopke, u svakom slučaju postojanje samo malog rastojanja obrtne ose od glavne ose (mala dvojna ekscentričnost), tako da se javljaju samo male razlike momenata za različite smerove strujanja.

Claims (15)

1.Zaklopka za regulisanje protočnih medijaza sudove pod pritiskom, naročito za rezervoare i cevne vodove, koja u kućištu (12, 37) ima ploču (11, 32), zakretnu u odnosu na obrtnu osu (13, 46), za zatvaranje protoka kroz kućište (12, 37) u dva suprotna smera strujanja, u oblasti zaptivanja, pri čemu je ploča (32) postavljena ekscentrično sa obrtnom osom (47) izvan srednje zaptivne linije (39) i gde obrtna osa (46) prolazi kroz glavnu osu (17, 38) zaklopke (31),naznačena time,što je zaptivanje izvedeno sa obimnom zaptivnom površinom (DF) koja je postavljena na sledeći način: (a) zaptivna površina (DF) je deo omotača kupe, čije izvodnice (K1, K2) određuju ugao zaptivne površine (DF) u odnosu na glavnu osu (17, 38) zaklopke (31); (b) izvodnice (K1, K2) se seku u oblasti tačke (S1) vrha kupe, čiji položaj je određen tako što: (b1) srednja zaptivna linija (39) seče glavnu osu (38) pod pravim uglom; (b2) obrtna osa (46) se nalazi na rastojanju (a) od srednje zaptivne linije (39), seče glavnu osu (38), upravna je na srednju zaptivnu liniju (39) i glavnu osu (38); (b3) definisan je krug (55) zaptivanja sa centrom u obrtnoj osi (46), čiji je prečnik manji od nazivnog prečnika (DN); (b4) definisane su tačke (A, C) preseka kruga (55) zaptivanja sa srednjom zaptivnom linijom (39), tačka (B) preseka kruga (55) zaptivanja sa pravom kroz tačku (A) preseka i obrtnu osu (46), pri čemu se tačaka (B) preseka i prva tačka (A) preseka nalaze na naspramnim stranama obrtne ose (46); (b5) definisana je tačka (SO) preseka tangente (T1) na krug (55) zaptivanja u tački (A) sa pravcem duži (B-C); (b6) duž (A-B) je translatorno pomerena po tangenti (T1) do naleganja tačke (A) preseka i tačke (SO) i definisana je tačka (S1) vrha kupe koja odgovara pomerenom položaju tačke (B); odnosno duž (A-SO) je translatorno pomerena po duži (A-B), do naleganja tačke (A) na tačku (B), pri čemu je definisana tačka (S1) vrha kupe koja odgovara pomerenom položaju tačke (SO).

2.Zaklopkaprema zahtevu 1,naznačena time,što je ploča (11, 32) samozatvoriva za oba smera strujanja, i što pored toga ploča (11, 32) u položaju zatvaranja u oba smera strujanja ima površine različite veličine bočno uz obrtnu osu (13, 46), pri čemu su veće površine dijagonalno naspramne u odnosu na obrtnu osu (13, 46), a što takođe važi i za manje površine.

3.Zaklopkaprema zahtevu 1,naznačena time,što se zakretna ploča (11, 32) zakreće oko obrtne ose (13, 46), koja prolazi kroz glavnu osu (17, 38) zaklopke (10, 31), a naročito izvedenu u obliku cilindrične osovine.

4.Zaklopkaprema zahtevu 1,naznačena time,što zaptivanje ima obimnu zaptivnu površinu (15, 16, 42, 43) postavljenu na ploču (11, 32) i/ili kućište (12, 37), a koja je po obliku deo omotača kupe.

5.Zaklopkaprema zahtevu 1,naznačena time,što omotač kupe ima tačku (S1) vrha izvan glavne ose (17, 38) zaklopke (10, 31), a naročito na rastojanju od nje, koje je veće od poluprečnika radijusa (rK) ploče (11, 32) zaklopke (10, 31).

6.Zaklopkaprema zahtevu 5, naznačenatime,što je tačka (S1) vrha kupe na rastojanju (a') od glavne ose (17, 38), pri čemu je rastojanje (a') normalno u odnosu na obrtnu osu (13,46) i glavnu osu (17, 38) zaklopke (10, 31).

7.Zaklopkaprema zahtevu 1,naznačena time,što obrtna osa (13, 46) ploče (11, 32) leži blisko glavnoj osi (17, 38), odmaknuta od nje za određeno rastojanje, pri čemu je to rastojanje manje ili jednako polovini maksimalne debljine (TD) zaptivne površine (15, 16, 42, 43) u pravcu normalnom na glavnu osu (17, 38).

8.Zaklopkaprema zahtevu 1,naznačena time,što vrh kupe leži van tačke (S1), bliže od nje glavnoj osi (38), a time istovremeno bliže srednjoj zaptivnoj liniji (39).

9.Zaklopkaprema zahtevu 1,naznačena time,što vrh kupe leži van tačke (S1), između izvodnica (K1, K2) koje prolaze kroz tačku (S1).

10.Postupak za proizvodnju zaklopkeprema jednom od zahteva od 1 do 9,naznačentime, što se za obradu geometrije zaptivanja u kućištu (12, 37), ono čvrsto postavi na obrtni sto (61), pri čemu je obrtna osa (DA) stola (61) istovremeno i osa (KA) kupe koju formira zaptivna površina (42, 43) i što obrtni alat (62) skida materijal kućišta (37) duž jedne od izvodnica (k1, K2) omotača kupe po liniji (64) obrade i gde se sto (61) obrće.

11.Postupakprema zahtevu 10,naznačentime, što se obrtni alat (62) kreće duž izvodnice (K1) kupe u smeru vrha kupe i nazad.

12.Postupak za proizvodnju zaklopkeprema jednom od zahteva od 1 do 9,naznačen time,što se za obradu geometrije zaptivanja ploče (11, 32), ona čvrsto postavi na obrtni sto (61), pri čemu je obrtna osa (DA) stola (61) istovremeno i osa (KA) kupe koju formira zaptivna površina (15, 16) i što obrtni alat (62) skida materijal sa ploče (32), odnosno materijal elemenata za zaptivanje na ploči (32) po liniji (64) obrade duž jedne od izvodnica omotača kupe i gde se sto (61) obrće.

13.Postupakprema zahtevu 12,naznačen time,što se obrtni alat (62) kreće duž izvodnice (K1) kupe u smeru vrha kupe i nazad.

14.Postupak za proizvodnju zaklopkeprema jednom od zahteva od 1 do 9,naznačen time,što se za obradu geometrije zaptivanja kućišta (12, 37), ono čvrsto postavi na obrtni sto (61) ili posredno, pomoću steznih čeljusti (70) na mašinu alatku sa obrtnim kretanjem, pri čemu je obrtna osa (DA) stola (61) ili osa mašine alatke istovremeno i osa (KA) kupe koju formira zaptivna površina (42, 43), i što alat (68) za obradu rezanjem reznom ivicom (69) skida materijal sa kućišta (37) usled obrtnog kretanja stola (61) odnosno alatne mašine i pri čemu se alat (68) za obradu rezanjem sa reznom ivicom (69) kreće duž izvodnice (K1) kupe.

15.Postupak za proizvodnju zaklopkeprema jednom od zahteva od 1 do 9,naznačen time,što se za obradu zaptivne geometrije ploče (32), ona čvrsto postavi na obrtni sto (61) ili indirektno pomoću steznih čeljusti (70) na mašinu alatku sa obrtnim kretanjem, pri čemu je obrtna osa (DA) stola (61), odnosno osa mašine alatke istovremeno i osa (KA) kupe koju formira zaptivna površina (15, 16), i što alat (68) za obradu rezanjem reznom ivicom (69) skida materijal sa ploče (32), odnosno zaptivnih elemenata na ploči (32) usled obrtnog kretanja stola (61) odnosno mašine alatke i pri čemu se alat (68) za obradu rezanjem sa reznom ivicom (69) kreće duž neke izvodnice kupe do tačke (SO) vrha kupe i nazad.