ШАРОВОЙ КРАН Российский патент 1997 года по МПК F16K5/20 

Изобретение относится к запорной арматуре, касается кранов с шаровым запорным органом и может быть использовано для регулирования и перекрытия потоков рабочей среды, транспортируемой по трубопроводу.

Известны шаровые краны, содержащие корпус, шаровой запорный орган с приводом вращения и седловые уплотнения из полимерных материалов. В процессе эксплуатации крана поверхность уплотнения, контактирующая с пробкой, деформируется либо изнашивается, образуя зазор, через который происходит утечка рабочей среды. К тому же уплотнения из полимерных материалов малопригодны для работы в агрессивных и высокотемпературных средах (патент ЕР N 0233060, F 16 К 5/06; заявка Германии N 3239977, F 16 К 5/06; авторское свидетельство СССР N 1516701, F 16 К 5/06).

Известны шаровые краны с металлическим уплотнением, более пригодные для работы в жестких условиях (авторское свидетельство СССР N 1642167, F 16 К 5/06; патент США N 5205536, F 16 К 5/06; патент РФ N 2000018, F 16 К 5/06). Наиболее близким решением из известных является шаровой кран по заявке ЕР N 0096645, F 16 К 5/06, 1983. Кран содержит корпус, шпиндель, сферическую поворотную пробку и составной уплотнитель, состоящий из двух металлических и одной неметаллической частей, контактирующих с поверхностью пробки своими торцевыми поверхностями. Герметичность уплотнения обеспечивается тем, что упомянутые торцевые поверхности с высокой точностью повторяют форму поверхности пробки, что технологически сложно в исполнении.

Изобретение направлено на решение задачи создания герметичного уплотнения с менее жесткими требованиями к точности обработки поверхности деталей путем многократного резервирования зон контакта уплотнения с поверхностью запорного органа.

Технический результат достигается тем, что в шаровом кране, содержащем корпус, размещенную в седловых уплотнениях сферическую поворотную пробку с приводом вращения, каждое уплотнение выполнено в виде коаксиально расположенных одна в другой цилиндрических втулок, причем базовая втулка частью наружной поверхности введена в контакт с внутренней поверхностью корпуса, а диаметр внутренней поверхности упомянутой втулки равен диаметру проходного канала сферической пробки, а втулки подпружинены в осевом направлении в сторону сферической пробки посредством упругодеформируемого элемента, при этом сферическая пробка установлена с возможностью взаимодействия с кольцевыми ребрами, образованными торцевой и внутренней цилиндрической поверхностями втулок, а базовая втулка уплотнена относительно внутренней поверхности корпуса эластичным кольцом, размещенным в кольцевой канавке. При этом зона контакта уплотнения и пробки представляет собой кольцевую линию, толщина которой определяется степенью притертости упомянутых ребер к поверхности пробки. Количество зон уплотнения определяется числом втулок, а число втулок, в свою очередь, конструктивными размерами крана.

В шаровом кране по п. 2 втулки размещены с возможностью взаимного перемещения, а упругодеформируемый элемент выполнен в виде эластичного кольца, охватывающего наружную поверхность базовой втулки и контактирующего своей торцевой поверхностью с торцевыми поверхностями втулок, обращенными в сторону от сферической пробки. Усилие, поджимающее втулки к поверхности пробки, создается за счет упругих свойств материала кольца, а величина его при свободной посадке втулок дифференцирована для каждой из втулок по степени износа контактной поверхности и неточности ее изготовления.

В шаровом кране по п. 3 торцевые поверхности втулок, контактирующие с эластичным кольцом, выполнены выпуклыми. При этом между кольцом и упомянутыми поверхностями образуется зазор и кольцо приобретает дополнительные возможности для упругой деформации.

В шаровом кране по п. 4 уплотнение дополнительно снабжено жесткой кольцевой пластиной, закрепленной внутренней поверхностью на наружной поверхности базовой втулки и контактирующей с торцевой поверхностью эластичного кольца, обращенной к корпусу. Пластина нагружена в сторону пробки по меньшей мере тремя пружинами, равномерно размещенными в проточке корпуса. При этом функции упругодеформируемого элемента, поджимающего втулки к сферической пробке по мере износа поверхности, выполняет пружина, а эластичное кольцо лишь компенсирует неточности изготовления и сборки.

В шаровом кране по п. 5 втулки расположены с возможностью взаимного перемещения, а упругодеформируемый элемент выполнен в виде металлической ленты типа гребенки с размещенными вдоль лепестками переменной высоты. Лента свернута в кольцо и размещена в проточке корпуса, а лепестки отогнуты к центру кольца и упруго контактируют с торцевыми поверхностями втулок. Различие в размерах лепестков гарантирует их контакт с втулками разных диаметров.

Сущность шарового крана по п. 6 заключается в том, что он снабжен жестко насаженной на наружную поверхность базовой втулки металлической тонкостенной шайбой с по меньшей мере тремя группами радиальных лепестков по три в каждой, равномерно расположенными по окружности шайбы.

Лепестки отогнуты в сторону пробки до контакта с торцевыми поверхностями втулок, а упругодеформируемый элемент выполнен в виде по меньшей мере трех пружин, размещенных в проточке корпуса и опирающихся на ее торцевую поверхность. Другим концом пружина контактирует с упомянутой шайбой, а втулки при этом посажены свободно. В этой конструкции шайба выполняет роль связующего элемента, при этом усилие пружины передается одновременно на все втулки.

В изобретении по п. 7 лепестки в каждой группе выполнены переменной длины и опираются на разные втулки, что повышает надежность контакта уплотнения и пробки.

В шаровом кране по п. 8 втулки жестко связаны между собой, например, по резьбе или герметиком, а упругодеформируемый элемент выполнен в виде пружины, размещенной в проточке корпуса. Поджатие уплотнение к пробке при этом осуществляется усилием пружины, опирающейся на любую часть поверхности связанных между собой втулок.

Сущность изобретения по п. 9 заключается в том, что пружина выполнена аналогично используемой в шаровом кране по п. 5, но с равновеликими лепестками, поскольку контактируют лепестки с втулками, жестко связанными между собой.

На фиг. 1 приведен продольный разрез шарового крана по п. 1, на фиг. 2-5 разрез уплотнения шарового крана по п. 2-5, на фиг. 6 то же по п. 6 и 7, на фиг. 7 и 8 то же по п. 8 и 9.

Шаровой кран (фиг. 1) состоит из корпуса 1, внутри которого размещена сферическая поворотная пробка 2, жестко соединенная с приводом вращения 3. С поверхностью пробки 2 контактируют уплотнения, состоящие из насаженных одна на другую первой базовой 4, второй 5 и третьей 6 цилиндрических втулок. Базовая втулка 4 частью внешней цилиндрической поверхности соединена с внутренней поверхностью корпуса 1 и уплотнена относительно нее резиновым кольцом 7, размещенным в кольцевой канавке на поверхности втулки. На внешней поверхности базовой втулки 4 размещено охватывающее ее эластичное кольцо 8, опирающееся торцевой поверхностью на торцевые поверхности втулок (фиг. 2 и фиг. 3). С эластичным кольцом 8 со стороны корпуса 1 контактирует жесткая пластина 9, также закрепленная на поверхности базовой втулки 4. На торцевую пластину 9 опирается пружина сжатия 10, размещенная в проточке корпуса 11 и опирающаяся другим концом на торцевую поверхность проточки. На фиг. 5 и 8 с поверхностями втулок контактирует лепестками пружина 12 гребенчатого типа. На фиг. 6 шайба 13 с радиальными лепестками насажена жестко на поверхность базовой втулки 4 и огибает торцевые поверхности втулок. На фиг. 7 и 8 втулки 4, 5 и 6 жестко связаны между собой по резьбе.

Шаровой кран работает следующим образом.

В положении крана ОТКРЫТ проходное отверстие сферической пробки 2 совпадает с входным и выходным отверстиями корпуса 1, и рабочая среда свободно проходит через кран. Для приведения крана в закрытое состояние пробку 2 посредством привода 3 поворачивают на угол 90^o относительно предыдущего состояния, перекрывая поток рабочей среды. Вращаясь, пробка 2 своей сферической поверхностью опирается на ребра втулок 4, 5 и 6, отжимая втулки в сторону корпуса. При этом детали 8, или 10, или 12 за счет своих упругих свойств создают обратное усилие, сохраняющее плотный контакт втулок с поверхностью пробки 2, предотвращая перетекание рабочей среды из напорной магистрали на выход крана.

Шаровой кран выпускается серийно и используется для регулирования и перекрытия потоков агрессивных и высокотемпературных сред.

Использование: в запорной арматуре для регулирования и перекрытия потоков агрессивных и высокотемпературных сред. Сущность изобретения: шаровой кран состоит из корпуса, сферической шаровой пробки с приводом вращения и металлического уплотнения, выполненного в виде насаженных одна на другую цилиндрических втулок, контактирующих с поверхностью пробки кольцевыми ребрами. Ребра образованы внутренней цилиндрической и торцевой поверхностями втулок. Втулки подпружинены в сторону пробки посредством упругодеформируемых элементов в форме эластичного кольца или пружин, обеспечивая герметичное уплотнение пробки. 8 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Шаровой кран, содержащий корпус, размещенную в седловых уплотнениях сферическую поворотную пробку с приводом вращения, причем каждое уплотнение выполнено в виде коаксиально расположенных одна в другой трех цилиндрических втулок, при этом частью наружной поверхности базовая втулка введена в контакт с внутренней поверхностью корпуса, а диаметр внутренней поверхности упомянутой втулки равен диаметру проходного канала сферической пробки, кроме этого, втулки подпружинены в осевом направлении в сторону сферической пробки посредством упругодеформируемого элемента, отличающийся тем, что сферическая пробка установлена с возможностью взаимодействия с кольцевыми ребрами, образованными торцевой и внутренней цилиндрической поверхностями втулок уплотнения, а базовая втулка уплотнена относительно внутренней поверхности корпуса упругим эластичным кольцом, размещенным в кольцевой канавке. 2. Кран по п.1, отличающийся тем, что втулки размещены с возможностью взаимного перемещения, а упругодеформируемый элемент выполнен в виде эластичного кольца, охватывающего с контактом наружную поверхность базовой втулки и контактирующего своей торцевой поверхностью с торцевыми поверхностями втулок, обращенными в сторону от сферической пробки. 3. Кран по п.2, отличающийся тем, что торцевые поверхности втулок, контактирующие с эластичным кольцом, выполнены выпуклыми. 4. Кран по п.3, отличающийся тем, что уплотнение дополнительно снабжено жесткой кольцевой пластиной, закрепленной внутренней поверхностью на наружной поверхности базовой втулки и контактирующей с торцевой поверхностью эластичного кольца, обращенной к корпусу, а упомянутая пластина нагружена в сторону сферической пробки пружинами, равномерно размещенными в проточке корпуса. 5. Кран по п.1, отличающийся тем, что втулки расположены с возможностью взаимного перемещения, а упругодеформируемый элемент выполнен в виде металлической ленты типа гребенки с размещенными вдоль нее лепестками, при этом лента свернута в кольцо по диаметру проточки в корпусе, а лепестки выполнены переменной высоты отогнутыми к центру кольца и упруго контактирующими поверхностью с торцевыми поверхностями втулок. 6. Кран по п.1, отличающийся тем, что он снабжен жестко насаженной на поверхность базовой втулки металлической тонкостенной шайбой с равномерно расположенными по окружности по меньшей мере тремя группами радиальных лепестков по меньшей мере с тремя лепестками в каждой группе, причем лепестки отогнуты в сторону втулок до контакта с их торцевыми поверхностями, а упругодеформируемый элемент выполнен в виде пружины, размещенной в проточке корпуса и опирающейся на ее торцевую поверхность и упомянутые лепестки. 7. Кран по п.6, отличающийся тем, что радиальные лепестки выполнены переменной длины. 8. Кран по п. 1, отличающийся тем, что цилиндрические втулки жестко связаны между собой, а упругодеформируемый элемент выполнен в виде пружины, размещенной в проточке корпуса. 9. Кран по п.8, отличающийся тем, что пружина выполнена в форме металлической ленты типа гребенки с размещенными вдоль нее лепестками, при этом лента свернута в кольцо по диаметру проточки в корпусе, а лепестки выполнены отогнутыми к центру кольца и упругоконтактирующими поверхностью с торцевыми поверхностями втулок.