ШАРОВОЙ КРАН Российский патент 1998 года по МПК F16K5/06 

Изобретение относится к запорной арматуре, используемой в газовой и других областях промышленности.

Известны шаровые краны как для простого перекрытия трубопроводов природного газа, так и для выполнения одновременно двух функций - герметичного перекрытия потока и его регулирования по расходу или давлению газа (Гуревич Д. Ф. и др. Справочник по арматуре для газо- и нефтепроводов.- Л.: Недра, 1988, с.96-179).

Основным недостатком шаровых кранов, используемых для целей продувка газовых сепараторов, фильтров, коллекторов и отдельных участков коммуникаций, т.е. работающих в повторнократковременном режиме открытия-закрытия под большим перепадом давления, является преждевременный выход их из строя из-за эрозии как уплотнительных поверхностей седла со стороны низкого давления, так и самого шарового затвора.

То же самое происходит с шаровыми кранами, работающими в режиме регулирования потока, когда их шаровой затвор длительное время находится в каком-то промежуточном положении между полностью открытым и закрытым состояниями.

Известен также кран шаровой, содержащий корпус с входным и выходным каналами, размещенный в нем шаровой затвор с цилиндрическим осевым отверстием, два седла со стороны входа и выхода, подвижно контактирующие со сферической поверхностью шарового затвора, по меньшей мере одно из которых установлено в крышке, закрывающей один из торцов корпуса, и шток управления шарового затвора выведенный из корпуса через отверстие в его боковой поверхности (патент США N 4605202, кл. F 16 K 5/06, 1986).

Указанный шаровой кран выгодно отличается от отечественных и зарубежных аналогов, но не дает технического решения по достижению эрозионной стойкости шарового затвора как в режиме открытия-закрытия под большим перепадом давления газа, и в режиме регулирования его потока.

Задача изобретения - обеспечение длительной стойкости шарового затвора против эрозии в режиме открытия-закрытия под большим перепадом давления газа, или в режиме регулирования его потока по расходу или давлению.

Технический результат достигается тем, что шаровой затвор выполнен из сплава на алюминиевой основе с керамическим покрытием толщиной, например, 0,1-0,5 мм, сферических уплотнительных поверхностей и поверхности цилиндрического осевого отверстия.

Изобретательский уровень заявляемого решения не следует явным образом из достигнутого уровня арматуростроения.

Предлагаемой техническое решение является промышленно-приемлемым и полезным, так как оно повышает на 1-2 порядка долговечность шарового затвора - его эрозионную стойкость в режиме регулирования краном потока среды или использования в качестве продувочного средства на фильтрах, сепараторах и других аппаратах при добыче и транспортировке природного газа.

На фиг.1 представлен осевой диаметральный разрез крана шарового; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг.1 при неполностью закрытом шаровом затворе (шаровой затвор условно не разрезан).

Кран состоит из корпуса 1, в котором установлен шаровой затвор 2 с цилиндрическим осевым отверстием, контактирующий со стороны входа и выхода корпуса 1 с седлами 3. Плотное контактирование седел 3 с шаровым затвором 2 обеспечивается крышкой 4, установленной в корпусе 1 на резьбе. Переток газа между седлами 3 и корпусом 1, а также крышкой 4 и корпусом предотвращается соответственно резиновыми уплотнителями кольцами 5 и 6. Шаровой затвор 2 через прямоугольный паз 7 взаимодействует с шипом 8 штока управления 9, который выходит из корпуса 1 через отверстие в его боковой поверхности. Шток 9 уплотняется резиновыми кольцами 10. На наружном конце штока управления 9 установлена рукоятка 11, которая ориентирована в открытом положении шарового затвора 2 вдоль оси корпуса 1 (или вдоль оси трубопровода). Шаровой затвор выполнен из сплава на алюминиевой основе с керамическим покрытием толщиной, например, 0,1-0,5 мм, сферических уплотнительных поверхностей и поверхности цилиндрического осевого отверстия.

Кран шаровой устанавливается на трубопроводе с помощью фланцев (не показаны).

Работа крана как запорного устройства заключается в установке шарового затвора 2 с помощью рукоятки 10 или в положение сообщения входа и выхода за счет осевого цилиндрического отверстия или их разобщения при повороте рукоятки 11 на угол П/2 (по часовой стрелке) и соответственно шарового затвора 2 на этот же угол. В закрытом положении шарового крана осевой цилиндрический канал в шаровом затворе 2 располагается перпендикулярно оси, а седла 3 в этот момент контактируют с "глухими" его сферическими поверхностями.

Работа шарового крана как регулирующего устройства заключается в изменении площади проходного сечения осевого цилиндрического канала в шаровом затворе 2 за счет его неполного открытия (закрытия) (фиг.2). Поток среды газа со стороны входа крана (По) отклоняется от оси трубопровода (крана) и входит в осевое цилиндрическое отверстие шарового затвора 2 как бы сбоку и, выходя из него, вновь поворачивается в сторону оси, и после этого идет на выход. За счет изменения площади проходного сечения осевого цилиндрического канала в шаровом затворе 2 становится возможным обеспечить заданные расход или перепад давления до и после крана. Но при таком положении шарового затвора 2 потока природного газа создает множество побочных вихрей (показаны только три - B1, B2, B3), которые проходят не по осевому цилиндрическому отверстию, а обтекают шаровой затвор 2 со всех сторон по зазорам с корпусом 1. Твердые механические частицы, всегда содержащиеся в природном газе, с большой скоростью бомбардируют сферические уплотнительные поверхности, но керамическое покрытие противостоит их абразивно-ударному действию, что обеспечивается его высокой физической твердостью и износоустойчивостью.

При перекрытии потока природного газа шаровой затвор 2, не имея эрозийных каверны, раковин и царапин, обеспечивает полную герметичность крана.

Краны шаровые, устанавливаемые для целей продувки сепараторов, фильтров и т. д. , кратковременно работают как бы в режиме регулирования. Это происходит в связи с тем, что кран открывается, а затем закрывается не моментально, а в какой-то короткий, но фиксируемый промежуток времени (1-5 с). Скорость газа в эти моменты превышает критическую за счет большого перепада давления. Но в этих условиях керамическое покрытие защищает шаровой затвор 2 от разрушительного действия стравливаемого в атмосферу природного газа.

Изобретение относится к запорной арматуре, используемой в газовых и других областях промышленности. Сущность: кран шаровой содержит корпус с входным и выходным каналами. В корпусе размещены шаровой затвор с цилиндрическим осевым отверстием и два седла. Одно из седел установлено в крышке. Крышка закрывает один из торцов корпуса. Шток управления затвора выведен из корпуса через отверстие в его боковой поверхности. Шаровой затвор выполнен из сплава на алюминиевой основе с керамическим покрытием на сферических уплотнительных поверхностях и поверхности цилиндрического осевого отверстия. 2 ил.

Шаровой кран, содержащий корпус с входным и выходным каналами, размещенный в нем шаровой затвор с цилиндрическим осевым отверстием, два седла со стороны входа и выхода, подвижно контактирующие со сферической поверхностью шарового затвора, по меньшей мере одно из которых установлено в крышке, закрывающей один из торцов корпуса, и шток управления шарового затвора, выведенный из корпуса через отверстие в его боковой поверхности, отличающийся тем, что шаровой затвор выполнен из сплава на алюминиевой основе с керамическим покрытием толщиной, например, 0,1 0,5 мм сферических уплотнительных поверхностей и поверхности цилиндрического осевого отверстия.