Подовжений запірний пристрій

1. Подовжений запірний пристрій для регулювання потоку розплавленого металу з ємності, що містить розплавлений метал, який включає в себе: а) виготовлений з вогнетривкого керамічного матеріалу корпус (10); б) висвердлений отвір (12), що має поздовжню вісь (А) і простирається вниз від верхньої поверхні (10u) корпуса; в) шток (14), що входить одним своїм кінцем (14l) у зазначений висвердлений отвір (12) і нерухомо закріплений усередині корпуса (10); г) герметизуючий елемент (18), розташований усередині простору, що примикає або є частиною зазначеного висвердленого отвору (12); д) при цьому зазначений простір утворений, щонайменше частково, незбіжними протилежними ділянками поверхні (12а, 12і, 14s) штока (14) і корпуса (10), відповідно, з щонайменше одною ділянкою зазначеної поверхні (14s) штока (14) або висвердленого отвору (12), відповідно спрямованою під кутом α>0 і 95 вагових відсотків вуглецю і щільністю близько 1,4г/см3. Зручним у використанні є кільцеподібний ущільнюючий сальник. Герметизуючий елемент може бути виконаний з намотаної стрічки (котушка графітової фольги). Витки зазначеного ущільнюючого елемента повинні, у такому випадку, простиратися в поздовжньому напрямку висвердленого отвору або штока, відповідно. За іншим варіантом, може виявитися корисним використати герметизуючий елемент, виготовлений з низки листоподібних кілець, одне поверх іншого і з'єднаних разом. Зазначений графітовий герметизуючий елемент (сальник) може використатися при робочих температурах, як правило, 800-1200°С без усяких проблем. При таких температурах зазначені графітові сальники не втрачають своєї міцності і не спікаються. З іншого боку, навіть при таких температурах герметизуючий елемент зберігає свою здатність до подальшої деформації з метою як подальшого підвищення ефективності механізму ущільнення, так і поглинання механічних напруг, які, у противному випадку, могли б привести до механічних руйнувань у процесі експлуатації. Стиснений герметизуючий елемент проявляє ці необхідні властивості. Відсутність надходження кисню усередину вузла і інертна атмосфера, створювана інжекцією газу через осьовий отвір зазначеного штока і/або висвердлений отвір керамічного корпуса, запобігають погіршенню робочих властивостей при експлуатації. Найважливіша відмітна риса винаходу полягає в тому, що герметизуючий елемент деформується в зовсім нову форму при вставці штока в керамічний корпус, як описано вище. Він утворює необхідний кільцевий профіль стику, заповнюючи простір між зовнішньою поверхнею металевого штока і відповідною стінкою висвердленого отвору керамічного корпуса запору. Герметизуючий елемент може бути встановлений вище або нижче додаткового кріпильного засобу, що може бути виконаний як втулка з різьбовим отвором, взаємодіюча із зовнішнім різьбленням штока. Зазначений кріпильний засіб може бути виготовлений з будь-якого матеріалу, відмінного від матеріалу вогнетривкого корпуса, і досить міцного для розміщення і закріплення відповідного металевого штока. Наприклад, кріпильний засіб може бути виготовлений з металу або спеціальної кераміки, наприклад, нітриду кремнію, цирконію або оксиду алюмінію. У даному описі винаходу під термінами "вище", "верхній", "нижній", "униз" і т.д., варто розуміти, що мається на увазі типове використання тако 86627 8 го запірного штока, що переміщається переважно вертикально. З наведеного вище опису очевидно, що при використанні зазначеного запірного пристрою для введення газу, відповідний шток має осьовий отвір для подачі газу. Відповідний висвердлений отвір корпуса повинен мати щонайменше один отвір у своєму нижньому кінці. Далі окремі випадки реалізації даного винаходу приводяться в залежних пунктах формули і в інших матеріалах заявки. Далі винахід буде описано на прикладі одного варіанта виконання, що ні в якому разі не обмежує обсягу заявленого запірного пристрою. На Фіг.2 схематично зображена верхня частина запірного пристрою в частковому поздовжньому розрізі. Запірний пристрій містить у собі подовжений вогнетривкий корпус 10 із центральним висвердленим отвором 12, розташованим коаксіально відносно корпуса 10 і призначеним для стійкого розміщення металевого штока 14 для прикріплення його до підйомного механізму (не показаний). Висвердлений отвір 12 має більш-менш циліндричну форму. Він має верхню частину 12u, охарактеризовану діаметром d1, і нижню частину 12l, охарактеризовану меншим діаметром d2. Перехідна ділянка між верхньою частиною 12u і нижньою частиною 12l представлена кільцевою поверхнею 12а, на якій розміщений кільцеподібний графітовий сальник 18. Цей сальник 18 виготовлений із графітової фольги, змотаної в зазначену кільцеподібну форму, зображену на Фіг.2. Нижче зазначеного сальника 18 у корпусі з керамічного вогнетривкого матеріалу 10 виконане керамічне різьблення 16 із внутрішнім різьбленням 16t, у яке ввертається відповідна зовнішня різьбова ділянка 14t штока 14. Шток 14 сконструйований у такий спосіб: його нижня частина 14l, що має зазначене зовнішнє різьблення 14t, має діаметр d3, трохи менший, ніж діаметр d2. Верхня частина 14u штока 14 має діаметр d4, трохи менший ніж d1, але більший, ніж d2. Як видно з Фіг.2, зона переходу між нижньою частиною 14l і верхньою частиною 14u характеризується скошеною ділянкою 14s. У той час як кільцева поверхня 12а розташована перпендикулярно до поздовжньої осі А висвердленого отвору 12 і штока 14, відповідно, то скошена ущільнююча поверхня 14s утворює кут а близько 45° відносно зазначеної осі А. У процесі зборки, коли зазначений шток 14 вводиться (угвинчується) у зазначений висвердлений отвір 12, ущільнююча поверхня 14s стискає герметизуючий елемент 18, що під впливом багатоспрямованих сил, створюваних похилою ущільнюючою поверхнею 14s, змінює свою форму і приймає нову (іншу) стиснену форму, заповнюючи в той же самий час прилягаючі порожнечі (зазори) між штоком 14 і висвердленим отвором 12. Це найкраще показано на Фіг.2а, що відповідає ділянці Фіг.2, обведеній колом, після того, як шток 14 був далі просунутий (вставлений) у корпус 10 (у напрямку стрілки D). 9 З Фіг.2а очевидно, що внутрішнє ущільнення між штоком 14 і корпусом 10 забезпечено, в основному, за рахунок неоднакових (різних) ділянок поверхонь, що формують простір для розміщення в ньому герметизуючого елемента 18. Периферичний елемент герметизації далі при експлуатації ще більше стискується, і герметичність поліпшується за рахунок сил радіального і осьового розширення, що пояснюється більш високим коефіцієнтом розширення сталевого опорного штока 14 у порівнянні з коефіцієнтом вогнетривкого керамічного корпуса 10 запірного пристрою. Крім цього: інший профіль 14s, що прилягає до герметизируючого елемента 18, штока 14, у сполученні з відповідною ділянкою поверхонь 12а і внутрішньою стінкою 12і висвердленого отвору 12, створює засіб деформації для герметизуючого елемента 18 у процесі зборки і при експлуатації. Ефект ущільнення може бути поліпшений шляхом збільшення простору, у якому деформується герметизуючий матеріал. На Фіг.2b зображений відповідний варіант реалізації винаходу, у якому профіль металевого штока 14 має виточення 14с, у яку видавлюється графітовий матеріал, деформуючись при русі штока 14, за рахунок чого збільшується периферійна зона і підвищується надійність герметичності. На Фіг.3 зображений інший варіант реалізації запірного пристрою. У цьому варіанті кругова ущільнююча поверхня 12а утворюється верхньою поверхнею гайки 16. Герметизуючий елемент 18 розміщений безпосередньо на гайці 16. Шток 14 має постійний діаметр d3 всієї своєї частини, що проходить усередині корпуса 10, за рахунок чого утворюється циліндричний простір 22 між штоком 14 і верхньою частиною 12u отвору 12 зі збільшеним діаметром d1. 86627 10 Втулка 24 заставлена в зазначений простір 22. У своєму нижньому кінці втулка 24 являє собою ножеподібний профіль 24k. Варто розуміти, що різні профілі 24k, зображені ліворуч і праворуч на Фіг.3, являють собою два різних варіанти реалізації винаходу, хоча на практиці втулка виготовляє тільки з одним профілем. Для того, щоб затиснути різні компоненти (корпус 10, шток 14, втулку 24 і сальник 18) на верхній поверхні 10г корпуса 10 є тарілчаста шайба 26, у той час як пружинний диск 28 розміщений між шайбою 26 і втулкою 24 для притиснення втулки 24 униз (у напрямку D) і в герметизуючий засіб 18 для деформації герметизуючого засобу 18 і заповнення ним будь-яких просторів (зазорів) між штоком 14 і внутрішньою стінкою 12і висвердленого отвору 12. Винахідники провели випробування для порівняння ефективності описаного нового газопродувного запірного пристрою і, особливо, його герметичності при використанні з доданим тиском в 3 бар. Витрата газу становила 5 літрів у хвилину. Було показано, що повна і інтенсивна герметичність була досягнута із часу запуску в процесі наростання температури (до приблизно 900°С, що типово для температур, вимірюваних у процесі практичного використання) протягом щонайменше 45 хвилин, а також при наступному охолодженні. При порівняльному випробуванні пристрою прототипу, коли сальник не застосовувався, герметичність була порушена через 20 хвилин після нагрівання. У запірному пристрої прототипу (при розташуванні сальника в просторі прямокутного перерізу) герметичність ущільнення втрачалася при температурах вище 800°С, і не спостерігалося достатньої герметичності в ході наступного охолодження. 11 Комп’ютерна верстка М. Ломалова 86627 Підписне 12 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601