ПОВОРОТНЫЙ ПРОБКОВЫЙ КРАН Российский патент 1997 года по МПК F16K5/02 

Изобретение относится к запорным устройствам трубопроводных систем и может применяться в нефтегазодобывающей, нефтеперерабатывающей и химической промышленности, а также в энергетике, водоснабжении и коммунальном хозяйстве.

Известны поворотные пробковые краны, содержащие корпус и герметично установленную в нем пробку с седловой конической поверхностью, проходным каналом, цилиндрическими цапфами по основаниям и резьбовым хвостовиком (1).

Известные краны пригодны лишь для малых давлений рабочей среды и переключение осуществляется силовым физическим воздействием на хвостовик пробки без дополнительных технических ухищрений, а также обладают низкой надежностью и недостаточной герметичностью.

Наиболее близким по достигаемому техническому результату является поворотный пробковый кран, в корпусе которого установлена пробка с седловой конической частью и проходным каналом, цилиндрическими цапфами по основаниям седловой части и резьбовым хвостовиком для обеспечения осевых возвратно-поступательных и угловых перемещений пробки при переключении крана на торце цапфы, размещенной на большем основании седловой конической части пробки, и уплотнение (2).

К недостаткам известного крана относится низкая герметичность при разобщении полостей гидро-пневмосистемы до и после крана при каждом последующем его закрытии. Этот недостаток обусловлен тем, что при осевой посадке пробки в гнездо крана и уменьшении (до полного исчезновения) зазора между седловыми коническими поверхностями пробки и корпуса многократно и резко возрастает скорость потока среды и гидроабразивный их износ, особенно на кромке канала пробки. При этом эластополимерное покрытие теряет адгезию к телу пробки и отслаивается, а кран становится негерметичным.

Задача изобретения состоит в обеспечении стабильной работоспособности и герметичности при более широком диапазоне неблагоприятных факторов внешних и внутренних воздействий в течение нормативного периода эксплуатации.

Этот технический результат достигается тем, что в седловой конической части выполнены расположенные диаметрально противоположно и соосно друг другу цилиндрические глухие выборки, перпендикулярные каналу пробки, при этом уплотнение выполнено в виде втулки из упруго-пластичного материала, например, фторопласта, жестко закрепленной в каждой из выборок, а уплотняющая коническая поверхность втулки, контактирующая с конической седловой поверхностью корпуса крана, выполнена выступающей над конической поверхностью пробки на величину не менее, чем произведение осевого перемещения пробки в корпусе на синус половины угла конической седловой части пробки, причем внутренний диаметр втулки равен не менее суммы диаметра проходного канала пробки с удвоенной величиной ее осевого перемещения в корпусе, а также тем, что угол конической седловой части пробки составляет 5-15^o, а осевое перемещение пробки в корпусе, обеспечиваемое резьбовым хвостовиком, составляет 2-5 мм, а полость каждой из двух глухих цилиндрических выборок, ограниченная дном выборки, внутренней цилиндрической поверхностью размещенной в выборке втулки-уплотнения и конической седловой поверхностью пробки или заполнена металлической вставкой из материала, отличного от материала пробки, или заполнена материалом пробки, или заполнена пластмассой, или эта вставка выполнена коаксиально комбинированной из этих материалов и тем, что втулка выполнена коаксиально комбинированной из двух материалов упруго-пластичного и эластомера с выходом каждого из них на коническую поверхность втулки.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1-6 изображены варианты конструкции крана.

Поворотный пробковый кран, содержит корпус 1 с каналами входа и выхода диаметром d_k, пробку 2 с седловой конической частью 3 и каналом 4 с тем же диаметром d_k, при этом пробка 2 снабжена цилиндрическими цапфами 5 и 6 по основаниям 7 и 8 седловой конической части 3 пробки и резьбовым хвостовиком 9, на торце 10 цапфы 6, размещенной на большем основании 8 конической части пробки, кран содержит также уплотнение 11, при этом отличительной особенностью крана является то, что уплотнение 11 выполнено в виде втулки из упруго-пластичного материала и размещено в глухих цилиндрических выборках 12 и 13 в седловой конической части 3 пробки. Эти выборки в теле пробки расположены диаметрально противоположными, при этом они соосны друг другу и перпендикулярны каналу 4 пробки. Кроме того, уплотняющая коническая поверхность 14 уплотнения-втулки 11 выполнена выступающей над конической поверхностью 15 пробки на величину δ (см. фиг. 2), которая есть не менее, чем величина произведения осевого, конструктивно задаваемого в пределах 2-5 мм, перемещения D пробки на синус половины угла g конусности пробки, конструктивно задаваемого в пределах 5-15^o. Внутренний диаметр d_y втулки 11 равен сумме диаметра d_k проходного канала крана с удвоенной величиной осевого, ограниченного конструктивно перемещения D пробки в корпусе.

Дополнительные существенные отличия крана заключены в конструктивном исполнении (или размещении) уплотнения-втулки 11 в глухой цилиндрической выборке (позиции 12 и 13 на фиг. 1 и 2) пробки, так, например, свободная, оставшаяся после размещения втулки 11, полость цилиндрической выборки 12 (13) может быть или заполнена пластмассой, причем до полного восстановления конфигурации конусной седловой части пробки (как на фиг. 1), или заполнена материалом (металлом) пробки как на фиг. 2, или втулка-уплотнение может быть зафиксирована (дополнительно к вклеиванию) металлическим распоpным кольцом, как на фиг. 3, или полость выборки частично (или полностью) заполнена материалом втулки-уплотнения 11, как на фиг. 4, или полость выборки заполнена металлом (сплавом), отличным от металла (сплава) пробки, как на фигуре 5, или заполнение выборки выполнено комбинированным из двух жестко материалам (металл, сплав) и из эластомера, как на фигуре 6, при всем прочем втулка-уплотнение 11 может быть выполнена коаксиально комбинированной из двух материалов эластомера и упруго-пластичного, с выходом каждого из них на уплотняющую коническую поверхность 14 втулки, выступающую над конусной поверхностью 15 пробки (см. фигуру 5).

Кран работает следующим образом.

При наличии резьбового хвостовика 9 на пробке 2 для взаимодействия с заневоленной в корпусе 1 гайкой (не показана) привода, пробка может участвовать последовательно в двух движениях: сначала в осевом из седла корпуса (при вращении гайки привода на свинчивание ее с хвостовиком), затем во вращательном совместно с гайкой привода при их полном свинчивании до упора гайки (на фигурах не показана) в торец 10 цапфы 6, поскольку силы трения седловых поверхностей корпуса и пробки вкупе с разностью давлений "до" и "после" крана значительно превышают силу трения в резьбе хвостовика пробки. После установки пробки (вращением) в необходимое положение канала 4 относительно входа-выхода корпуса, развинчивание пары "хвостовик пробки - гайка привода" обеспечивает плотную посадку пробки в корпус. При этом обе втулки-уплотнения 11, выполненные или из эластомера, или из упруго-пластичного материала из группы фторопластов (фиг. 1-6), или из их комбинации, в виде коаксиально составных втулок (см. фиг. 5), своей деформируемой уплотняющей поверхностью 14 надежно разобщают оба канала корпуса крана, охватывая их по периметру на сопряженных конических поверхностях корпуса и пробки. Практика расчета на герметичность позволяет утверждать, что, даже при далеко не притертой к седлу пробке, выдавить материал типа фторопласта кольцевой втулки-уплотнения, защемленный в зазоре порядка 0,1-0,05 мм невозможно при всех известных (до 100 МПа) пластовых и устьевых давлениях на нефтегазовых месторождениях. Поскольку поворот пробки предусматривает предварительное исключение контакта уплотнения и исключение трения его об седловую поверхность крана, то износ втулки-уплотнения 11 минимален и возникает лишь кратковременно при осевых перемещениях пробки в момент завершения ее посадки в седло или в момент ее подъема (отрыва) от седла крана, это в свою очередь обеспечивает достижение требуемого технического результата, так как кран в положении "открыто" не требует герметичности между входом-выходом, а в положении "закрыто" не требуется герметичность канала пробки относительно седла корпуса.

Использование: в запорных устройствах гидро-пневмосистем нефтегазодобывающей, нефтегазоперерабатывающей, химической и других отраслях. Сущность изобретения: кран содержит корпус, пробку с конической седловой частью и каналом с цилиндрическими цапфами и на основаниях седловой части. На торце седловой части размещен резьбовой хвостик. В седловой части пробки выполнены глухие, диаметрально противоположные, но соосные друг другу, цилиндрические выборки, перпендикулярные каналу пробки. В каждой из выборок, ограниченной диаметром, несколько большим, чем диаметр канала, и ее дном, размещено по одной втулке-уплотнению, а полость каждой выборки 12 и 13 внутри втулки - уплотнения заполнена или вставкой из материала пробки, или материала, отличного от него. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Поворотный пробковый кран, в корпусе которого установлена пробка с седловой конической частью и проходным каналом, цилиндрическими цапфами по основаниям седловой части и резьбовым хвостовиком для обеспечения осевых возвратно-поступательных и угловых перемещений пробки при переключении крана на торце цапфы, размещенной на большем основании седловой конической части пробки, и уплотнение, отличающийся тем, что в седловой конической части выполнены расположенные диаметрально противоположно и соосно друг другу цилиндрические глухие выборки, перпендикулярные каналу пробки, при этом уплотнение выполнено в виде втулки из упруго-пластичного материала, например, фторопласта, жестко закрепленной в каждой из выборок, а уплотняющая коническая поверхность втулки, контактирующая с конической седловой поверхностью корпуса крана, выполнена выступающей над конической поверхностью пробки на величину не менее, чем произведение осевого перемещения пробки в корпусе на синус половины угла конической седловой части пробки, причем внутренний диаметр втулки равен не менее суммы диаметра проходного канала пробки с удвоенной величиной ее осевого перемещения в корпусе. 2. Кран по п. 1, отличающийся тем, что угол конической седловой части пробки составляет 5 15^o, а осевое перемещение пробки в корпусе, обеспечиваемое резьбовым хвостовиком, составляет 2 5 мм. 3. Кран по п. 1, отличающийся тем, что полость каждой из двух глухих цилиндрических выборок, ограниченная дном выборки, внутренней цилиндрической поверхностью размещенной в выборке втулки-уплотнения и конической седловой поверхностью пробки, или заполнена металлической вставкой из материала, отличного от материала пробки, или заполнена материалом пробки, или заполнена пластмассой, или эта вставка выполнена коаксиально комбинированной из этих материалов. 4. Кран по п. 1, отличающийся тем, что втулка выполнена коаксиально комбинированной из двух материалов упруго-пластичного и эластомера с выходом каждого из них на коническую поверхность втулки.