ШАРОВОЙ КРАН Российский патент 1995 года по МПК F16K5/06 F16K31/02 

Изобретение относится к трубопроводной арматуре и может быть использовано в трубопроводах газа или жидкости с дистанционным управлением потоков рабочих сред.

Из патентной литературы известны ряд шаровых кранов, конструкции которых предусматривают снижение трения в затворе, а также поддержание герметичности в процессе эксплуатации.

Известен шаровой кран [1] в котором шаровая пробка взаимодействует с уплотнительными седлами, на которых выполнены уплотнительные кольца, контактирующие с кольцевым выступом жесткого нажимного кольца.

Данный шаровой кран повышает герметичность, однако в процессе работы по мере механического износа, остаточной деформации нажимного кольца требуются дополнительные мероприятия по восстанов- лению герметичности. Кроме того, приведенная конструкция не обеспечивает разгрузки приводного устройства.

Известен также шаровой кран [2] содержащий подвижные подпружиненные седла, взаимодействующие с уплотнительными кольцами. Данная конструкция обеспечивает возможность восстановления герметичности крана путем извлечения и замены уплотнительных колец, что является во многих случаях недопустимым, так как приводит к остановке непрерывного технологического цикла и т.д. Усилие, необходимое для перевода затвора крана из одного положения в другое, находится в прямой зависимости от его контактных напряжений, зависящих от трения, давления рабочей среды и других факторов, определяющих энергоемкость, массу и габариты приводного устройства.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по технической сущности является шаровой кран [3] содержащий корпус с входным и выходным патрубками, поворотный запорный орган с уплотнением и приводным валом и установленный в магистрали управляющей среды клапан сброса, седло которого выполнено на корпусе, а проходное отверстие соединено с каналом отвода.

К недостаткам прототипа следует отнести сложность и примитивность конструкции в целом и сложность его конструктивных элементов, в частности корпуса.

Целью изобретения является упрощение конструкции шарового крана, используемого в том числе и для высокотемпе- ратурных сред, улучшение герметизации путем уменьшения износа уплотнительных колец за счет равномерного распределения усилия герметизации и введения разгрузки запорного органа.

Цель достигается тем, что в шаровом кране, содержащем корпус с входным и выходным патрубками, поворотный запорный орган с уплотнением и приводным валом и установленный в магистрали управляющей среды клапан сброса, седло которого выполнено на корпусе, а проходное отверстие соединено с каналом отвода, в корпусе напротив клапана сброса одним концом жестко закреплена втулка, а клапан сброса выполнен с электромагнитным приводом, при этом поворотный запорный орган выполнен разрезным из двух полых одинаковых частей сферы, взаимодействующих с приводным валом посредством жестко закрепленной на нем шпильки и свободным концом втулки, и образующих камеру переменной емкости, соединенную через нагнетательное отверстие в одной части сферы с входным патрубком, а через соответственно отверстие втулки, проходное отверстие клапана сброса и канал отвода с выходным патрубком, причем обе части сферы установлены с возможностью ограниченного перемещения в осевом направлении.

Кроме того, в шаровом кране проходное отверстие клапана сброса выполнено соосным с отверстием втулки, а его седло выполнено на корпусе.

В сравнении с известными в науке и технике техническими решениями существенные отличительные признаки в совокупности обеспечивают получение более высокого эффекта, конструктивно новой и технологически совершенной конструкции, удобной в обслуживании, что позволяет одновременно и упростить конструкцию и повысить надежность.

На фиг. 1 приведен шаровой кран в положении "Закрыто", продольный разрез; на фиг. 2 то же, в момент разгрузки запорного органа перед его поворотом на 90^о, обеспечивающим полное открытие шарового крана.

Шаровой кран содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками, поворотный запорный орган 4 сферического типа с уплотнительным элементом 5, причем запорный орган 4 выполнен разрезным вдоль оси, перпендикулярной плоскости чертежа, и состоит из двух полусфер 6 и 7, образующих камеру 8 переменной емкости, взаимодействующих с приводным валом 9 посредством шпильки 10 и направляющей втулки 11, закрепленной в корпусе 1.

На полусфере 6, установленной со стороны входного патрубка 2, выполнено нагнетательное отверстие 12, сообщающее вход крана с камерой 8, которая в свою очередь сообщается с выходным патрубком 3 посредством канала 13, перекрываемого электромагнитным клапаном 14, содержащим подпружиненный золотник 15, взаимодействующий с седлом 16 и каналом 17, проходящим через втулку 11 и корпус 1, на котором со стороны электромагнита 14 выполнено седло 16.

На верхней крышке 18 установлен электромеханический привод 19, взаимодействующий с запорным органом 4 посредством приводного вала 9 и шпильки 19, причем полусферы 6 и 7 установлены с зазором δ, обеспечивающим их перемещение в осевом направлении на ход, определяемый величиной деформации уплотнителя 5, а также величиной, необходимой для снятия контактных усилий между полусферами 6 и 7 с корпусом 1 и крышкой 18.

Работа шарового крана.

Рабочая среда со стороны входного патрубка 2 через нагнетательное отверстие 12 поступает в камеру 8 переменной емкости, образованную сферическим запорным органом 4, состоящим из двух полусфер 6 и 7. При этом проходное отверстие 17, выполненное в корпусе и проходящее через втулку 11, перекрыто подпружиненным золотником 15, что способствует установлению в камере переменной емкости давления, равного входному. Вследствие того, что площадь внутренних поверхностей полусфер 6 и 7 больше, чем площадь проходного отверстия крана со стороны полусферы 6, образуются внутри камеры переменной емкости силы, направленные на прижатие полусфер 6 и 7 к корпусу 1 и крышке 18, т.е. кран самоуплотняется и, чем больше давление рабочей среды, тем сильнее будет прижатие полусфер, обеспечивающее заданную герметичность в затворе.

Для открытия крана на электромагнит 14 подается управляющее напряжение от источника питания, под действием сил, развиваемых электромагнитом, подпружиненный золотник 15 перемещается от седла 16, расположенного на корпусе 1, и открывает канал 13, сообщая его через отверстие 17, проходящее через втулку 11 и корпус 1, с камерой 8 переменной емкости. Вследствие того, что сечение канала 13, отверстия 17 выбирается больше сечения нагнетательного отверстия 12, давление в камере уменьшается до нуля, а под действием напора рабочей среды полусферы 6 и 7 смещаются в центр крана на величину δ, освобождая при этом запорный орган от контактных усилий, т.е. разгружая его от действия рабочей среды и сил трения. После этого включается электромеханический привод 19, установленный на крышке 18, и осуществляется проворот запорного органа 4 на угол, равный 90^о, при котором происходит совмещение оси патрубков и отверстия в запорном органе, образуемом двумя полусферами 6 и 7. После этого электромагнит 14 и привод 19 отключаются от источника питания.

Закрытие крана производится в обратном порядке.

Эффект будет получен у изготовителя за счет упрощения конструкции и у потребителя за счет повышения надежности и долговечности, улучшения герметизации и эксплуатационных характеристик при обслуживании и ремонте.

Использование: в трубопроводах газа или жидкости с дистанционным управлением потоков рабочих сред. Сущность изобретения: в магистрали управляющей среды установлен клапан сброса. Седло клапана выполнено на корпусе, проходное отверстие сообщено с каналом отвода. В корпусе напротив клапана одним концом жестко закреплена втулка. Клапан выполнен с электромагнитным приводом. Поворотный запорный орган выполнен разрезным из двух полых одинаковых частей сферы, взаимодействующих с приводным валом жестко закрепленной на нем шпонкой и свободным концом втулки. Часть сферы образуют камеру переменной емкости, соединенную через нагнетательное отверстие в одной части с входным патрубком, через соответственно отверстие втулки, проходное отверстие клапана и канал отвода - с выходным патрубком. Обе части сферы установлены с возможностью ограниченного перемещения в осевом направлении. 0проходное отверстие клапана выполнено соосным с отверстием втулки. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. ШАРОВОЙ КРАН, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, поворотный запорный орган с уплотнением и приводным валом и установленный в магистрали управляющей среды клапан сброса, седло которого выполнено на корпусе, а проходное отверстие соединено с каналом отвода, отличающийся тем, что в корпусе напротив клапана сброса одним концом жестко закреплена втулка, а клапан сброса выполнен с электромагнитным приводом, при этом поворотный запорный орган выполнен разрезным из двух полых одинаковых частей сферы, взаимодействующих с приводным валом посредством жестко закрепленной на нем шпильки и свободным концом втулки и образующих камеру переменной емкости, соединенную через нагнетательное отверстие в одной части сферы с входным патрубком, а через соответственно отверстие втулки проходное отверстие клапана сброса и канал отвода с выходным патрубком, причем обе части сферы установлены с возможностью ограниченного перемещения в осевом направлении. 2. Кран по п.1, отличающийся тем, что проходное отверстие клапана сброса выполнено соосным с отверстием втулки.