ШАРОВОЙ КРАН Российский патент 1997 года по МПК F16K5/06 

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 краны, содержащие корпус, шаровой запорный орган с приводом вращения и седловые уплотнения из полимерных материалов (ЕР N 023060, F 16 K 5/06; заявке Германии N 3239977, F 16 K 5/06; авторское свидетельство СССР N 1516701, F 16 K 5/06). В процессе эксплуатации крана поверхности полимерных уплотнений, контактирующие с пробкой, деформируются либо изнашиваются, образуя зазор, сквозь который происходит утечка рабочей среды.

Известны краны с двойным комбинированным уплотнением, в котором полимерные детали, непосредственно контактирующие с поверхностью пробки, нагружены в сторону ее поверхности упругодеформируемым элементом, компенсирующим износ уплотнения (международная заявка WO 93/06390, F 16 K 5/06; EP N 0278675, F 16 K 5/06; заявке EP N 2834692, F 16 K 5/06).

Наиболее близким решением из известных является шаровой кран, содержащий корпус с размещенной в нем сферической поворотной пробкой, снабженной приводом вращения, и уплотнения с нажимным элементом, причем нажимной элемент выполнен в виде размещенного в проточке корпуса кольца с наружной цилиндрической поверхностью и внутренней конической поверхностью (патент ДЕ N 1154988, кл. 47 g, 22/04, 1964). Кроме этого коническая поверхность упомянутого кольца контактирует с ответной поверхностью уплотнения. Однако в описанном устройстве не определен угол конусности нажимного элемента и напряжения, возникающие в процессе эксплуатации, вызывают разрушение его поверхности, в результате чего кольцо теряет свои упругие свойства.

Настоящее изобретение направлено она решение задачи повышения эффективности и износостойкости уплотнения путем выбора оптимальной формы нажимного элемента.

Задача решается тем, что в шаровом кране, содержащем корпус с размещенной в нем сферической поворотной пробкой, снабженной приводом ее вращения, и уплотнения с нажимным элементом, выполненным в виде размещенного в проточке корпуса кольце с наружной цилиндрической и внутренней конической поверхностями, контактирующими с соответствующими ответными поверхностями проточки и уплотнения, нажимной элемент выполнен из упругодеформируемого материала с кольцевыми концентрическими выступами на его внутренней конической поверхности и с торцевой поверхностью, контактирующей с соответствующей поверхностью проточки корпуса, при этом угол конусов нажимного элемента равен 90^o и обращен в сторону от сферической пробки. Деформируясь в объеме проточки, нажимной элемент создает равномерно распределенное по поверхности контакта с уплотнением усилие, горизонтальная и вертикальная составляющие которого равны при выбранном угле конусности и обеспечивают равномерное поджатие уплотнения к сферической поверхности пробки. При этом компенсируется как неравномерность износа уплотнения, так и неточность изготовления контактных поверхностей. На конической поверхности нажимного элемента выполнены кольцевые концентрическе выступы. Профиль упомянутых выступов может быть выбран, например, полусферическим. Возникающая при этом "волнистость" конической поверхности обеспечивает в месте контакта с уплотнением дополнительный зазор и тем самым увеличивает возможности для деформации нажимного элемента, которая при отсутствии упомянутого зазора определяется лишь упругими свойствами материала нажимного кольца и не превышает 8% от его объема.

Под действием подвижного усилия уменьшается высота выступов H и увеличивается их ширина при неизменном объеме, занимаемом неровностями конической поверхности нажимного кольца, поэтому размеры выступов и их количество находятся в обратной зависимости. Сущность изобретения по п. 2 и п. 3 заключается в том, что на цилиндрической и торцевой поверхностях нажимного элемента также выполнены кольцевые выступы. Они сообщают нажимному кольцу дополнительную функцию уплотнения, работающего по типу лабиринтного, а выступы на торцевой поверхности к тому же непосредственно участвуют в поджатии уплотнения к сферической поверхности пробки.

На фиг. 1 представлен продольный разрез шарового крана, на фиг. 2 - продольный разрез уплотнительного узла, на фиг. 3, 4 и 5 представлены сечения нажимного элемента по п.2 и п. 3 соответственно.

Шаровой кран состоит из корпуса 1 со сферической шаровой пробкой 2, жестко соединенной с приводом вращения 3. С поверхностью пробки 2 контактирует уплотнение 4 из полимерного материала, например, фторпласта. В проточке корпуса 1 размещен нажимной элемент 5, представляющий собой кольцо из упругодеформируемого материала, например, резины, контактирующий с уплотнением 4 внутренней конической поверхностью 6. На конической поверхности 6 выполнены концентрические выступы кольцевой формы 7, имеющие, например, полусферический профиль. Такие же выступы выполнены на цилиндрической 8 и торцевой 9 поверхностях нажимного элемента.

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 90^o относительно предыдущего состояния, перекрывая при этом поток рабочей среды. Вращаясь, пробка 2 своей сферической поверхностью опирается на уплотнение 4, отжимая его в сторону корпуса 1. При этом нажимной элемент 5, контактирующий с уплотнением, за счет своих упругих свойств создает обратное усилие, сохраняющее плотный контакт уплотнения с поверхностью пробки.

Шаровой кран выпускается серийно и может быть использован для регулирования потоков жидкости и газов, транспортируемых по трубопроводу.

Использование: в запорной арматуре, в частности в кранах с шаровым запорным органом для регулирования и перекрытия потоков рабочей среды, транспортируемой по трубопроводу. Сущность изобретения: шаровой кран состоит из корпуса, сферической поворотной пробки с приводом вращения и двойного комбинированного уплотнения, содержащего полимерный элемент, непосредственно контактирующий с поверхностью пробки, и нажимной упругодеформируемый элемент с внутренней конической поверхностью. Нажимной элемент снабжен кольцевыми выступами, повышающими эффективность уплотнения. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Шаровой кран, содержащий корпус с размещенной в нем сферической поворотной пробкой, снабженной приводом ее вращения, и уплотнения с нажимным элементом, выполненным в виде размещенного в проточке корпуса кольца с наружной цилиндрической и внутренней конической поверхностями, контактирующими с соответствующими ответными поверхностями проточки и уплотнения, отличающийся тем, что нажимной элемент выполнен из упругодеформируемого материала с кольцевыми концентрическими выступами на его внутренней конической поверхности и с торцевой поверхностью, контактирующей с соответствующей поверхностью проточки корпуса, при этом угол конуса нажимного элемента равен 90^o и обращен в сторону от сферической пробки. 2. Кран по п.1, отличающийся тем, что на цилиндрической поверхности нажимного элемента выполнены кольцевые выступы, аналогичные по форме упомянутым. 3. Кран по п.1 и/или 2, отличающийся тем, что на торцевой поверхности нажимного элемента выполнены кольцевые выступы, аналогичные по форме упомянутым.