УПЛОТНЕНИЕ ШАРОВОГО КРАНА Российский патент 1998 года по МПК F16K5/06 

Изобретение относится к запорной арматуре и может быть использовано в качестве седлового уплотнения в кранах с шаровым запорным органом.

Известны уплотнения для шаровых кранов, выполненные из неметаллических материалов (авторское свидетельство СССР N 1516701, кл. F 16 К 5/06, 1989). В процессе эксплуатации крана поверхность уплотнения, контактирующая с запорным органом, изнашивается либо деформируется, образуя зазор, сквозь который происходит утечка рабочей среды.

Известны комбинированные уплотнения, где элемент, непосредственно контактирующий с запорным органом, дополнительно нагружен в сторону пробки упругодеформируемой деталью, компенсирующей износ основной детали уплотнения (заявка ЕР N 0278675, кл. F 16 К 5/08, 1988).

Известны уплотнения из неметаллических материалов, в которых упругие свойства обусловлены специальной формой (авторское свидетельство СССР N 655863, кл. F 16 К 5/06, 1979).

Наиболее близким решением к заявляемому является уплотнение шарового крана по патенту ФРГ N 1172914, кл. 47g 22/04, 1965. Оно выполнено в форме упругодеформируемого кольца с выполненными на его внешней и торцевой поверхностях и на поверхности, контактирующей с шаровой пробкой, кольцевыми профилированными канавками. Однако предложенная форма уплотнения имеет ограниченные возможности для деформации, а также не обеспечивает равномерности поджатия уплотнения к контактной поверхности.

Изобретение направлено на решение задачи повышения эффективности уплотнения путем придания ему упругих свойств за счет создания дополнительных объемов для деформации.

Задача решается тем, что в уплотнении шарового крана, выполненном в форме упругодеформируемого кольца, установленного в расточке корпуса, с выполненными на его внешней и торцевой поверхностях и на поверхности, контактирующей с шаровой пробкой, кольцевыми профилированными канавками, ось симметрии поперечного сечения последней совпадает с линией, делящей пополам угол, образованный внешней и торцевой поверхностями кольца. Такая конструкция позволяет распределить усилие, воздействующее на уплотнение со стороны шаровой пробки, плавно по всей контактной поверхности и тем самым обеспечить более плотное прилегание уплотнения к ответной поверхности. Кроме того, упомянутые канавки служат дополнительным запорным каналом по типу лабиринтного уплотнения, что увеличивает его герметичность. Расположенная на внешней поверхности кольца канавка выполнена такой формы, что поверхность ее, размещенная ближе к торцевой поверхности кольца, выполнена параллельной ей и плавно переходящей по окружности в образующую тела вращения относительно оси кольца, при этом тело вращения может быть конусом с углом при вершине, обращенным в сторону от шаровой пробки, а высота конуса меньше или равна ширине кольца от поверхности канавки, параллельной торцевой поверхности кольца, до его второй торцевой поверхности, а диаметр основания конуса меньше диаметра внешней поверхности кольца. Тело вращения может быть также цилиндром, при этом основание цилиндра совмещено с второй торцевой поверхностью кольца, а диаметр основания цилиндра меньше диаметра внешней поверхности кольца.

Упомянутая канавка может быть выполнена также такой, что ее боковые поверхности параллельны первой торцевой поверхности кольца, при этом диаметр части внешней поверхности кольца между канавкой и второй торцевой поверхностью меньше диаметра внешней поверхности кольца. Канавка, размещенная на торцевой поверхности кольца, выполнена такой, что ее боковая поверхность, размещенная дальше от оси кольца, параллельна ей и плавно сопряжена по окружности с образующей конуса, угол которого обращен в сторону от пробки, высота усеченного конуса меньше глубины канавки относительно торцевой поверхности кольца, а диаметр основания усеченного конуса больше или равен диаметру внутренней поверхности кольца. Канавка может иметь и другой профиль, при этом ее боковая поверхность сопряжена по окружности с поверхностью, лежащей в плоскости, параллельной торцевой поверхности кольца. Обе поверхности канавки могут быть также параллельными друг другу и оси кольца, а длина наиболее удаленной от оси кольца поверхности больше длины другой ее боковой поверхности. Форма обеих канавок, а также тот факт, что между поверхностями кольца и корпуса крана образован дополнительный зазор, увеличивает объем для деформации кольца при давлении со стороны пробки и тем самым повышает его упругие свойства, а следовательно, и надежность уплотнения. Выбор конкретной формы канавок зависит от давления среды, проходящей через кран: чем выше давление, тем больше должна быть площадь опоры кольца от канавки до торцевой поверхности кольца, обращенной в сторону пробки.

На фиг. 1 изображено уплотнение шарового крана в сборе; на фиг. 2 - узел 1 на фиг. 1; на фиг. 3, 4 - варианты выполнения узла 1 на фиг. 1.

Уплотнение выполнено в виде кольца 1 из упругодеформируемого материала, например, фторпласта, контактирующего поверхностью 2 с ответной поверхностью шаровой пробки. Внешней и торцевой поверхностями 3 и 4 кольцо опирается на ответные поверхности расточки корпуса крана. На поверхности 2 выполнена кольцевая канавка 5, ось симметрии поперечного сечения которой совпадает с линией, делящей пополам угол, образованный поверхностями 3 и 4. На внешней поверхности 3 выполнена кольцевая канавка 6. Ее боковая поверхность 7, размещенная ближе к торцевой поверхности 4 кольца, параллельна торцевой поверхности 4 кольца и плавно сопряжена по окружности с образующей 8 тела вращения (конуса на фиг. 2 и цилиндра на фиг. 3) относительно оси кольца либо плавно переходит в параллельную себе поверхность (фиг. 1). Угол конуса (фиг. 1) обращен в сторону от шаровой пробки, а высота усеченного конуса меньше или равна ширине кольца 1 от поверхности канавки, параллельной торцевой поверхности 4 кольца, до его второй торцевой поверхности 9. Диаметр основания конуса меньше диаметра внешней поверхности 3 кольца 1. При выполнении тела вращения в виде цилиндра (на фиг. 3) с основанием, совмещенным со второй торцевой поверхностью 9 кольца 1, диаметр основания цилиндра меньше диаметра внешней поверхности 3 кольца 1. Боковые поверхности расположенной на внешней поверхности кольца канавки 6 (фиг. 3) выполнены параллельными торцевой поверхности 4 кольца 1, при этом диаметр части внешней поверхности 3 кольца между канавкой 6 и второй торцевой поверхностью 9 меньше диаметра внешней поверхности кольца. При этом между кольцом 1 и поверхностями крана образован зазор 10. На торцевой поверхности 4 выполнена канавка 11. Боковая поверхность 12, размещенная дальше от оси кольца 1, выполнена параллельной оси кольца 1 и плавно сопряжена по окружности с образующей усеченного конуса 13 (фиг. 2). При этом угол конуса 13 обращен в сторону от шаровой пробки, а высота усеченного конуса 13 меньше глубины канавки 11 относительно торцевой поверхности кольца, а диаметр усеченного конуса 13 больше или равен диаметру внутренней поверхности кольца 1.

На фиг. 1 боковая поверхность 12 канавки 11 выполнена параллельной оси кольца и сопряжена по окружности с поверхностью 14, лежащей в плоскости, параллельной торцевой поверхности 4 кольца 1. На фиг. 3 боковые поверхности 15 канавки 11 параллельны оси кольца 16, а длина наиболее удаленной от оси кольца боковой поверхности канавки больше длины другой ее боковой поверхности. На фиг. 1 ширина кольца между осью 16 и канавкой 12 меньше полной ширины кольца на величину зазора 17.

Уплотнение работает следующим образом. При сборке крана уплотнение элементами конструкции крана поджимается к шаровой пробке. Давление рабочей среды, воздействующей на пробку, равномерно воспринимается контактной поверхностью уплотнения, при этом кольцо деформируется, заполняя зазоры, обусловленные неточностью изготовления и сборки узлов крана, препятствуя выходу рабочей среды за его пределы.

Уплотнение характеризуется высокой надежностью и долговечностью и может быть использовано в шаровых кранах для перекрытия потока рабочей среды, транспортируемой по трубопроводу. Уплотнение внедрено в серийное производство.

Уплотнение шарового крана, предназначенное для использования в запорной арматуре в качестве седлового уплотнения в кранах с шаровой пробкой. Уплотнение выполнено в форме упругодеформируемого кольца, установленного в расточке корпуса. На внешней и торцевой поверхностях кольца и на его поверхности, контактирующей с шаровой пробкой, выполнены профилированные канавки, придающие ему дополнительные упругие свойства. Ось симметрии канавки, размещенной на контактирующей с шаровой пробкой поверхности кольца расположена на линии, делящей пополам угол. Угол образован внешней и торцевой поверхностями кольца. 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Уплотнение шарового крана, выполненное в форме упругодеформируемого кольца, установленного в расточке корпуса, с выполненными на его внешней и торцевой поверхностях и на поверхности, контактирующей с шаровой пробкой, кольцевыми профилированными канавками, отличающееся тем, что ось симметрии поперечного сечения кольцевой канавки, размещенной на контактирующей с шаровой пробкой поверхности кольца, расположена на линии, делящей пополам угол, образованный внешней и торцевой поверхностями кольца. 2. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что боковая поверхность расположенной на внешней поверхности кольца канавки, размещенная ближе к торцевой поверхности кольца, выполнена параллельной торцевой поверхности кольца и плавно сопряжена по окружности с образующей тела вращения относительно оси кольца. 3. Уплотнение по п.2, отличающееся тем, что тело вращения выполнено в виде конуса, причем угол конуса обращен в сторону от шаровой пробки, а высота усеченного конуса меньше или равна ширине кольца от поверхности канавки, параллельной торцевой поверхности кольца, до его второй торцевой поверхности, а диаметр основания конуса меньше диаметра внешней поверхности кольца. 4. Уплотнение по п.2, отличающееся тем, что тело вращения выполнено в виде цилиндра с основанием, совмещенным с второй торцевой поверхностью кольца, причем диаметр основания цилиндра меньше диаметра внешней поверхности кольца. 5. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что боковые поверхности расположенной на внешней поверхности кольца канавки выполнены параллельными первой торцевой поверхности кольца, при этом диаметр части внешней поверхности кольца между канавкой и второй торцевой поверхностью меньше диаметра внешней поверхности кольца. 6. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что боковая поверхность расположенной на торцевой поверхности кольца канавки, размещенная дальше от оси кольца, выполнена параллельной оси кольца и плавно сопряжена по окружности с образующей усеченного конуса, причем угол конуса обращен в сторону от шаровой пробки, высота усеченного конуса меньше глубины канавки относительно торцевой поверхности кольца, а диаметр основания усеченного конуса больше или равен диаметру внутренней поверхности кольца. 7. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что боковая поверхность расположенной на торцевой поверхности кольца канавки выполнена параллельной оси кольца и сопряжена по окружности с поверхностью, лежащей в плоскости, параллельной торцевой поверхности кольца. 8. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что боковые поверхности расположенной на торцевой поверхности кольца канавки параллельны оси кольца, а длина наиболее удаленной от оси кольца боковой поверхности канавки больше длины другой ее боковой поверхности.