ШАРОВОЙ КРАН Российский патент 1994 года по МПК F16K5/06 F16K31/12 

Изобретение относится к трубопроводной арматуре и может быть использовано в конструкции шаровых кранов.

Целью изобретения является повышение герметичности.

На фиг. 1 изображен шаровой кран, общий вид; на фиг. 2 - вид по стрелке А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1 /повернуто/; на фиг. 4 - сечение В-В на фиг. 3; на фиг. 5 - сечение Г-Г на фиг. 1; на фиг. 6 - сечение Д-Д на фиг. 2; на фиг. 7 - сечение Е-Е на фиг. 1.

Шаровой кран содержит разъемный корпус 1 с двумя патрубками 2, 3, торцы которых являются седлами 4, 5. Корпус 1 выполнен разъемным с фланцами и имеет сферический объем для размещения пробки 6 и цилиндрический объем для размещения шпинделя 7 и узла крепления 8. Выходные концы патрубков 2, 3 снабжены стыковочными фланцами 9. Корпус 1 выполнен сварным из штампованных стальных элементов. В корпусе размещена опора 10 для пробки 6 и упоры 11, ограничивающие поворот пробки 6 на угол 90^о в одну сторону.

Пробка 6 выполнена в виде сварного узла из пересекающихся проходной трубы 12 и базовой трубы 13. Посредством шлицевого соединения 14 пробка 6 связана со шпинделем 5, который установлен с возможностью поворота в узле 8 и центрирован пальцем 15.

В каждом конце базовой трубы 13 размещена одна из двух исполнительных гидрокамер 16 /17/, мембрана 18 которой оперта своей центральной частью на проходную трубу 12 и соединена по контуру с тарелкой 19, которая установлена в базовой трубе 13 с возможностью ограниченного осевого смещения.

Исполнительные гидрокамеры 16 и 17 соединены между собой гибким трубопроводом 20. Между тарелкой 19 и седлом 4 /5/ каждой исполнительной гидрокамеры 16 /17/ расположен с возможностью ограниченного осевого смещения золотник 21, который с рабочей стороны имеет посадочную поверхность 22 для контакта с седлом 4 /5/ и с тыльной стороны имеет центральный выступ 23 с осевым отверстием 24. В кольцевом зазоре между золотником 21 и тарелкой 19 размещен пружинный элемент 25, например, пружинное кольцо.

В рабочем положении золотник 21 поджат к седлу 4 /5/ посредством осевого усилия, развиваемого исполнительной гидрокамерой 16 /17/.

Полости базовой трубы 13, корпуса 1 и кольцевого зазора между золотником 21 и тарелкой 19 соединены между собой с образованием части байпасного канала, который в рабочем состоянии крана перекрыт центральным выступом 23 золотника 21, т. к. тарелка 19 поджата к этому выступу.

Посадочные поверхности седел 4, 5 и золотников 21 выполнены по конусу, образующая 26 которых перпендикулярна радиусу 27, проведенному из центра 0 пробки 6 в середину этой образующей.

Привод поворота пробки 6 содержит перпендикулярно расположенные шпиндель 7 с кривошипом 28 на верхнем конце, двуплечий рычаг 29 с вилкой 30 на одном конце, гильзу 31, пневмокамеру 32 и управляющую гидрокамеру 33. Пневмокамера 32 связана с источником сжатого воздуха, а ее мембрана 34 контактирует с первым торцем гильзы 31. Второй торец гильзы 31 контактирует с мембраной 35 управляющей гидрокамеры 33, объем которой связан гибким трубопроводом 36 с исполнительными гидрокамерами 16 и 17. Объемы гидрокамер 16, 17, 33 и трубопроводов 20 и 36 заполнен кремнийорганической жидкостью типа ПЭС.

Гильза 31 установлена на корпусе 1 с возможностью ограниченного осевого перемещения и снабжена возвратной пружиной 37 и двумя встречно ориентированными толкателями 38 и 39, один из которых /39/ установлен в гильзе с возможностью осевого смещения и подпружинен посредством пружины сжатия 40.

Второй конец рычага 29 пропущен сквозь отверстие 41 в стенке гильзы 31 и расположен между толкателями 38 и 39 с расчетным зазором 42.

Рычаг 29 шарнирно закреплен в корпусе посредством полуосей 43, при этом первое плечо рычага посредством вилки 30 взаимодействует с кривошипом 28 и с помощью качающегося сильфона 44 герметизировано. Один торец сильфона 44 закреплен на этом плече, а другой торец сильфона 44 закреплен на корпусе 1.

Шаровой кран работает следующим образом.

В нормально - закрытом положении шарового крана в пневмокамере 32 имеется давление сжатого воздуха /порядка 0,4-0,6 МПа/, мембрана 34 выгнута в сторону гильзы 31 и давит своей центральной частью на торец этой гильзы 31, которая смещена в осевом направлении и давит другим торцем на мембрану 35 управляющей гидрокамеры 33, создавая в ней повышенное давление рабочей жидкости 3,6 МПа. Поскольку гидросистема замкнута и герметична, давление жидкости передается к исполнительным гидрокамерам 16 и 17, в которых под воздействием этого давления мембраны 18 прогибаются и тарелки 19 смещены в осевом направлении, воздействуя на золотники 21 и надежно запирая канал. Поскольку мембраны 18 оперты своими центрами на проходную трубу 12, то имеет место замыкание на проходной трубе 12 распорных усилий мембран 18 обеих гидрокамер 16 и 17.

В нормально - закрытом положении шарового крана пробка 6 стоит на одном ограничительном упоре 11, кривошип 28 шпинделя 7 расположен под 45^о к средней линии расположения рычага 29, а сам рычаг 29 повернут на угол 8^о /см. фиг. 3/. Конец рычага 29 /см. фиг. 2/ контактирует с толкателем 39, который подпружинен пружиной сжатия 40 и обеспечивает поджатие пробки 6 к упору 11 и выборку зазоров в кинематической цепи. Возвратная пружина 37 находится в сжатом состоянии.

Команда на открытие шарового крана осуществляется сбросом воздушного давления в пневмокамере 32. При сбросе этого давления мембрана 34 прогибается в обратную сторону под действием сил упругости и воздействием возвратной пружины 37 и мембраны 35. В первый период осевого смещения гильзы 31 до момента касания упором 38 рычага 29 /до выбора зазора 42/ рычаг 29 неподвижен, мембрана 35 управляющей гидрокамеры прогибается на 1 мм, приводя к сбросу давления в гидросистеме, в том числе и в исполнительных гидрокамерах 16 и 17. Сброс давления позволяет тарелке 19 каждой гидрокамеры 16 и 17 под воздействием пружинного кольца 25 переместиться в осевом направлении к центру пробки 6 на небольшое расстояние ≈ 5 мм. При этом открывается проход между тыльным выступом 23 золотника 21 и тарелкой 19 и образуется полный байпасный канал для выравнивания давления с обеих сторон золотника 21. Со стороны входного патрубка отжиму золотника будет способствовать и давление проходящей жидкости.

Второй период осевого смещения гильзы 31 начинается с момента касания упором 38 рычага 29, который плавно поворачивается и обеспечивает поворот шпинделя 7 на 90о посредством кинематической пары кривошип 28 - вилка 30. Шпиндель 7 обеспечивает поворот пробки 6 на 90^о до срабатывания упора 11 при открытом состоянии шарового крана.

При повороте пробки 6 на угол 90^о происходит окружное и радиальное смещение золотников 21 из конических седел патрубков 2 и 3 за счет воздействия тарелок 19 гидрокамер 16 и 17, т. к. золотники 21 установлены в них. При повороте пробки 6 золотники 21 не выпадают из тарелок 19, т. к. этому препятствует сферическая стенка корпуса 1.

Для поворота шарового крана в закрытое положение в пневмокамеру 32 подается давление воздуха, что приводит к выгибанию мембраны 34 и к осевому смещению гильзы 31, которое можно разделить на две части. В первой части движения гильзы 31 посредством толкателя 39 осуществляется плавный поворот рычага 29, поворот шпинделя 7 на 90^о и установка золотника 21 на седла патрубков 2 и 3. Пробка 6 посредством упора 11 останавливается в крайнем положении и фиксирует положение рычага 29. Во второй части движения гильзы 31 происходит давление ее торца на мембрану 35 управляющей гидрокамеры 33, что создает повышенное давление в гидросистеме и обеспечивает поджатие золотников 21 к седлам патрубков 2 и 3. Во второй части движения гильзы 31 образуется зазор 42 между рычагом 29 и упором 38, рычаг 29 подпружинен пружиной 40, а возвратная пружина 37 дополнительно сжата.

(56) Авторское свидетельство СССР N 1516703, кл. F 16 K 5/06, 1986.

Авторское свидетельство СССР N 1185945, кл. F 16 K 5/20, 1984.

Сущность изобретения: пробка выполнена в виде пересекающихся проходной и базовой труб. В каждом конце базовой трубы размещена с возможностью ограниченного осевого перемещения исполнительная камера, в которой размещены тарелка, исполнительная мембрана, опертая торцем на проходную трубу, и золотник с центральным тыльным выступом и осевым отверстием. Золотник взаимодействует с седлами и тарелками. В зазоре между золотником и тарелкой размещен пружинный элемент. Полости базовой трубы, корпуса и кольцевого зазора сообщены между собой с образованием части байпасного канала. Посадочные поверхности седел и золотников выполнены по конусу, образующая которого перпендикулярна к радиусу из центра пробки к середине образующей. На корпусе размещена управляющая гидрокамера, ограниченная управляющей мембраной и связанная гибким трубопроводом с обеими исполнительными гидрокамерами. Мембрана установлена с возможностью контакта с одним торцем гильзы, снабженной двумя встречно ориентированными толкателями. 7 ил.

ШАРОВОЙ КРАН, содержащий корпус с двумя седлами, пробку, шарнирно закрепленный на корпусе двуплечий рычаг с вилкой, перпендикулярно расположенные шпиндель с гильзой, снабженной возвратной пружиной и установленной в корпусе с возможностью осевого перемещения посредством привода, и узел герметизации, отличающийся тем, что, с целью повышения герметичности, пробка выполнена в виде пересекающихся проходной и базовой труб, в каждом конце последней размещены с возможностью ограниченного осевого перемещения исполнительная камера, в которой размещены тарелка, исполнительная мембрана, опертая своим центром на проходную трубу, и золотник с центральным тыльным выступом и осевым отверстием, взаимодействующий с седлом и тарелкой исполнительной гидрокамеры, при этом в кольцевом зазоре между золотником и тарелкой размещен пружинный элемент, полости базовой трубы, корпуса и кольцевого зазора сообщены между собой с образованием части байпасного канала, а посадочные поверхности седел и золотников выполнены по конусу, образующая которого перпендикулярна радиусу из центра пробки к середине этой образующей, на корпусе размещена управляющая гидрокамера, ограниченная управляющей мембраной и связанная гибким трубопроводом с обеими исполнительными гидрокамерами, при этом управляющая мембрана управляющей гидрокамеры установлена с возможностью контакта с одним торцом гильзы, снабженной двумя встречно ориентированными толкателями, один из которых установлен с возможностью осевого перемещения и подпружинен, а второй торец гильзы связан с приводом, шпиндель снабжен кривошипом, взаимодействующим с одним плечом указанного рычага посредством вилки, а конец второго плеча размещен с зазором между толкателями гильзы, при этом двуплечий рычаг с вилкой и управляющая гидрокамера расположены перпендикулярно шпинделю.