ШАРОВОЙ КРАН Российский патент 1995 года по МПК F16K5/06 

Изобретение относится к химическому машиностроению, в частности к трубопроводной арматуре, и предназначено для управления потоками рабочей среды в системах их транспортирования.

Известен шаровой кран для высокотемпературных сред, содержащий поворотный сферический запорный орган с каналом для прохода рабочей среды и седло, герметично соединенное с корпусом посредством упругого элемента, причем в корпусе и в запорном органе выполнены подающие охлаждающую жидкость каналы, а в седлах выполнена кольцевая проточка, стенка которой образует при контакте седла и сферического запорного органа камеру сбора утечек, соединенную каналом подвода охлаждающего газа [1].

Приведенная известная конструкция защищает нерабочую полость от проникновения рабочей среды, в данном случае высокотемпературного газа, утилизирует небольшие протечки.

К недостаткам указанного крана следует отнести то, что корпус, элементы уплотнения (кольца, сальники, прокладки) корпуса и шпинделя находятся под воздействием высокого давления газа, что также ведет к устранению их износа. Конструкция крана отличается сложностью, требуются дополнительные источники управляющей среды и при этом не обеспечивается полная разгрузка запорного органа при его повороте.

Известен шаровой кран, содержащий корпус, соединенный с ним посредством мембран седла с уплотнительными поверхностями, поворотный сферический запорный орган, причем уплотнительная поверхность выполнена в виде упругодеформируемой стенки, ограничивающей герметичную полость, связанную каналами со средствами подвода и отвода охлаждающей и управляющей сред [2].

К недостаткам крана следует отнести сложность его конструкции, необходимость введения дополнительного источника технологической среды, а также устройств для его управления.

Наиболее близким к предложенному устройству по технической сущности и достигаемому эффекту является шаровой кран, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, поворотный запорный орган с приводным валом и рукояткой, шток, связанный с клапаном сброса, полость которого соединена каналом отвода с выходным патрубком, и уплотнительные кольца [3].

Цель изобретения состоит в упрощении конструкции и улучшении технических характеристик путем устранения контактных напряжений на уплотнителях и снижения энергоемкости приводного механизма.

На фиг.1 представлена конструкция шарового крана в положении "Закрыто"; на фиг.2 - то же, в момент разгрузки, при открытом клапане сброса.

Шаровой кран состоит из корпуса 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками и крышками 4 и 5, запорного органа, выполненного из двух одинаковых частей 6 и 7 сферы, приводного вала 8 с жестко закрепленными на нем направляющими 9-12, штока 13, установленного в осевой проточке 14 вала, взаимодействующего верхним концом с рукояткой 15, а нижним - с подпружиненным пружиной 16 затвором 17 клапана, собранного в крышке 5.

На направляющих 9-12 соответственно подвижно в радиальном направлении относительно вала 8 установлены части 6 и 7 сферы, причем в части 6 со стороны входного патрубка 2 выполнено сквозное отверстие 18. В нижнем конце штока 13 выполнены седло 19 клапана, с которым взаимодействует затвор 17, осевая расточка 20, заканчивающаяся сквозным радиальным отверстием 21, сообщающая образованную частями 6 и 7 сферы полость 22 с осевой расточкой 20. Полость клапана соединена с выходным отверстием патрубка 3 каналом 23 отвода.

Для обеспечения работоспособности и герметизации относительно внешней среды между приводным валом 8 и крышкой 4, приводным валом 8 и штоком 13, корпусом 1 и крышками 4 и 5, направляющими 10, 12 и частями сферы 6 и 7 установлены герметизирующие элементы соответственно 24-29. Между направляющими 9-12 и частями 6 и 7 сферы выполнены равные лимитированные зазоры 30-33. Сечение отверстия 18 выполнено меньшим в сравнении с сечениями отверстия 21, проточки 20, канала 23 отвода.

Работа шарового крана.

На фиг. 1 шаровой кран показан в положении "Закрыто". Для обеспечения герметизации сферического затвора на частях 6 и 7 установлены уплотнительные элементы 34 и 35. На фиг.2 - то же, при открытом клапане разгрузки.

Рабочая среда через входной патрубок 2 и сквозное отверстие 18, выполненное в части 6 сферы, поступает в полость 22, образованную частями 6 и 7 сферы, установленными на направляющих 9-12 вала 8 и подвижными в радиальном направлении на величину зазоров 30-33, определяемых деформацией уплотнительных элементов 34 и 35, а также снятием контактных напряжений между частями сферы 6 и 7, корпусом 1 и крышкой 4. Клапан сброса, состоящий из затвора 17, поджат пружиной 16 к седлу 19 и перекрывает канал 23 отвода, сообщающий выходной патрубок 3 с полостью 22, образованной частями 6 и 7 сферы посредством радиальных отверстий и осевой расточки 20. В полости 22 устанавливается давление, равное входному, которое поджимает части 6 и 7 сферы с уплотнительными элементами 34 и 35 к корпусу 1 и крышке 4, образующих в совокупности шаровой затвор с усилием, определяемым разностью внутренней площади частей сферы и площадью условного прохода крана. Кран закрыт. Условием открытия крана является сброс давления из полости 22.

Для этого, как показано на фиг.2, с помощью рукоятки 15 перемещают шток 13, установленный в осевой проточке 14 вала 8, и контактирующий с ним затвор 17 канала сброса, поджатый пружиной 16, т.е. сообщая полость 22 через радиальные отверстия 21, проточки 20 с каналом 23 отвода к выходным патрубкам 3. При этом сечения отверстий 21, проточки 20, канала 23 отвода выбираются больше, чем сечения сквозного отверстия 18, выполненного на части 6 сферы, что и обеспечивает полный сброс давления из полости 22. Под воздействием напора рабочей среды составные части 6 и 7 сферы перемещают к центру крана вдоль направляющих 9-12 на величину выбранных зазоров, производя при этом снятие контактных напряжений между сферическим затвором и корпусом 1 с крышкой 4. Сферический затвор крана в показанном положении является разгруженным и для открытия крана необходимо выполнить поворот затвора на угол, равный 90^о, с помощью рукоятки 15, после чего ее отпустить. Закрытие крана производится в обратном порядке.

Использование: для управления потоками рабочей среды в системах их транспортирования. Сущность изобретения: на приводном валу жестко закреплены направляющие, и в нем выполнена осевая расточка, переходящая в сквозное осевое отверстие и сообщенная радиальным отверстием с наружной поверхностью приводного вала. Шток установлен в сквозном осевом отверстии с возможностью взаимодействия верхним концом с рукояткой, нижним - с клапаном сброса. Поворотный запорный орган выполнен из двух полых одинаковых частей сферы с уплотнительными элементами на внешней поверхности. Части сферы установлены в направляющих приводного вала с возможностью ограниченного перемещения в радиальном направлении. В части сферы со стороны входного патрубка выполнено сквозное отверстие, площадь проходного сечения которого меньше соответственно площади проходного сечения радиального отверстия, осевой расточки и канала отвода. Входной патрубок через сквозное отверстие соединен с полостью запорного органа, которая через радиальное отверстие соединена с осевой расточкой приводного вала. В торце вала выполнено седло, перекрытое клапаном сброса. 2 ил.

ШАРОВОЙ КРАН, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, поворотный запорный орган с приводным валом и рукояткой, шток, связанный с клапаном сброса, полость которого соединена каналом отвода с выходным патрубком, и уплотнительные кольца, отличающийся тем, что на приводном валу жестко закреплены направляющие и в нем выполнена осевая расточка, переходящая в сквозное осевое отверстие и сообщенная радиальным отверстием с наружной поверхностью приводного вала, при этом шток установлен в сквозном осевом отверстии с возможностью взаимодействия верхним концом с рукояткой, а нижним - с клапаном сброса, а поворотный запорный орган выполнен из двух полых одинаковых частей сферы с уплотнительными элементами на внешней поверхности, установленных в направляющих приводного вала с возможностью ограниченного перемещения в радиальном направлении, и в части сферы со стороны входного патрубка выполнено сквозное отверстие, площадь проходного сечения которого меньше соответственно площади проходного сечения радиального отверстия, осевой расточки и канала отвода, причем входной патрубок через упомянутое сквозное отверстие соединен с полостью поворотного запорного органа, которая через радиальное отверстие соединена с осевой расточкой приводного вала, в торце которого выполнено седло, перекрытое клапаном сброса.