ШАРОВОЙ КРАН Российский патент 1998 года по МПК F16K5/06 

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

Известны краны, содержащие корпус, сферический запорный орган с приводом вращения и седловые уплотнения из полимерных материалов (патент ЕР N 0233060, F 16 K 5/06; заявка Германии N 3239977, F 16 K 5/06). В процессе эксплуатации крана поверхность полимерных уплотнений, контактирующая с пробкой, деформируется либо изнашивается, образуя зазор, сквозь который происходит утечка рабочей среды.

Известны краны с комбинированным уплотнением, в которых полимерные детали уплотнения, непосредственно контактирующие с поверхностью пробки, нагружены в ее сторону дополнительным элементом различной формы, компенсирующим износ уплотнения (международная заявка WO 93/06390, F 16 J 15/10; патент ЕР N 0278675, F 16 K 5/06; EP N 2834692, F 16 K 5/06).

Наиболее близким решением из известных является шаровой кран, содержащий корпус с размещенной в нем сферической пробкой с приводом вращения и седловое уплотнение, состоящее из непосредственно контактирующего с поверхностью пробки полимерного элемента и элемента, поджимающего уплотнение к поверхности пробки и контактирующего с ответной поверхностью уплотнения по конусу (патент ФРГ N 1154988, кл. 47g 22/04, 1964). Однако при оптимальной с точки зрения распределения сил конической поверхности нажимного элемента, контактирующей с поверхностью уплотнения, упомянутый элемент дополнительно нагружен в сторону пробки пружиной.

Задача изобретения - повышение эффективности и износостойкости уплотнения только за счет улучшения характеристик нажимного элемента путем выбора его формы и материала, из которого он изготовлен.

Задача решается тем, что в шаровом кране, содержащем корпус, в проходном канале которого размещены сферическая поворотная пробка, связанная с приводом ее вращения, и уплотнения с нажимным элементом, выполненным в виде размещенного в расточке корпуса кольца с наружной цилиндрической и внутренней конической поверхностями, контактирующими с соответствующими поверхностями расточки и уплотнения, нажимной элемент выполнен из упругодеформируемого материала, а на его поверхности, контактирующей с поверхностью уплотнения, выполнены выступы. Это либо один кольцевой выступ с торообразной поверхностью, переходящей с одной стороны в цилиндрическую, а с другой - в плоскую торцевую поверхности, либо группа из нескольких кольцевых выступов с торообразными поверхностями, переходящими с одной и другой сторон в конические поверхности, образующие с осью проходного канала острый угол с вершиной, обращенной к сферической пробке, либо один кольцевой выступ с конической поверхностью, переходящий с обеих сторон в торообразную поверхность, сопряженную с конической поверхностью, образующей с осью проходного канала острый угол с вершиной, обращенной к сферической пробке. При этом поверхность нажимного элемента, обращенная в противоположную сторону от сферической пробки, выполнена либо конической, либо сферической вогнутой.

Деформируясь в объеме проточки корпуса за счет упругих свойств материала, из которого он изготовлен, нажимной элемент создает равномерно распределенное по всей конической поверхности контакта с уплотнением усилие, обеспечивающее равномерное поджатие уплотнения к сферической пробке. При этом величина деформации кольца, как правило, не превышает 8% его объема. Кольцевые выступы на конической поверхности кольца создают дополнительные возможности для деформации нажимного элемента и увеличения усилия его поджатия к уплотнению, а уплотнения к пробке. Форма выступов определяется лишь технологическими возможностями изготовителя. Особую роль в работе уплотнения играет форма его поверхности, обращенной в сторону от сферической пробки. Воздух, заполняющий полость между ней и стенками корпуса, сжимает кольцо, создавая дополнительное усилие поджатия. Эффективность уплотнения может быть повышена за счет использования энергии рабочей среды, поступающей в шаровой кран. Это достигается выполнением в корпусе крана (или в патрубке при составном корпусе) каналов, сообщающих его проходной канал с полостью, ограниченной поверхностями расточки и поверхностью нажимного элемента, обращенной в противоположную от сферической пробки сторону.

На фиг. 1 представлен разрез шарового крана; на фиг. 2-4 - разрезы нажимного элемента различной формы.

Шаровой кран (фиг.1) состоит из корпуса 1, в проходном канале которого размещена сферическая пробка 2, жестко соединенная с приводом ее вращения 3, приводимым в движение рукояткой 4. С поверхностью пробки контактирует уплотнение 5 из полимерного материала, например фторпласта. В расточке корпуса размещен нажимной элемент 6, выполненный из упругодеформируемого материала, контактирующий с соответствующей поверхностью уплотнения конической поверхностью 7, а с расточкой корпуса - цилиндрической поверхностью 8 и торцевой 9. На конической поверхности кольца выполнены выступы различной формы: один кольцевой с торообразной поверхностью 10 (фиг.2), переходящей с одной стороны в цилиндрическую 11, а с другой - в плоскую торцевую 12 поверхности, либо группа из нескольких кольцевых выступов с торообразными поверхностями 13 (фиг. 13), переходящими с одной и другой сторон в конические поверхности 14, образующие с осью проходного канала острый угол с вершиной, обращенной к сферической пробке, либо один кольцевой выступ с конической поверхностью 15 (фиг. 4), переходящей с обеих сторон в торообразную поверхность 16, сопряженную с конической поверхностью 17, образующую с осью проходного канала угол с вершиной, обращенной к сферической пробке. Поверхность нажимного элемента, обращенная в сторону от сферической пробки, выполнена либо конической 18, либо сферической вогнутой 19.

Кран функционирует следующим образом.

В положении ОТКРЫТ проходное отверстие сферической пробки 2 совпадает с проходным каналом корпуса 1 и рабочая среда свободно проходит через кран. Изменением положения рукоятки 4 на 90^o пробка устанавливается в положение, перекрывающее поток рабочей среды. Уплотнения 5, поджатые к поверхности пробки 2 нажимным элементом 6, препятствуют вытеканию рабочей среды за пределы конструкции крана.

Предлагаемая конструкция крана наиболее эффективно обеспечивает герметичность пары седло-пробка на протяжении длительного срока его эксплуатации.

Шаровой кран предназначен для использования в составе трубопроводов для перекрытия потока транспортируемой по ним рабочей среды. Кран содержит корпус. В проходном канале корпуса расположены сферическая пробка, связанная с приводом ее вращения, и уплотнения с нажимным элементом. Последний выполнен в виде кольца, размещенного в расточке корпуса. Наружная цилиндрическая и внутренняя коническая поверхность каждого кольца контактируют с соответствующими поверхностями расточки и уплотнения. Нажимной элемент выполнен из упругодеформируемого материала. На его поверхности, контактирующей с поверхностью уплотнения, выполнены выступы различной формы: либо один кольцевой выступ с торообразной поверхностью, переходящей с одной стороны в цилиндрическую, а с другой - в плоскую торцевую поверхности; либо группа из нескольких кольцевых выступов с торообразными поверхностями, переходящими с одной и другой сторон в конические поверхности, образующие с осью проходного канала острый угол с вершиной, обращенной к пробке; либо один кольцевой выступ с конической поверхностью, переходящей с обеих сторон в торообразную поверхность, сопряженную с конической поверхностью, образующей с осью проходного канала острый угол с вершиной, обращенной к сферической пробке. Поверхность нажимного элемента, обращенная в противоположную сторону от сферической пробки, выполнена либо конической, либо сферической вогну той. Такое выполнение повышает эффективность и износостойкость уплотнения крана. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Шаровой кран, содержащий корпус, в проходном канале которого размещены сферическая поворотная пробка, связанная с приводом ее вращения, и уплотнения с нажимным элементом, выполненным в виде размещенного в расточке корпуса кольца с наружной цилиндрической и внутренней конической поверхностями, контактирующими с соответствующими поверхностями расточки и уплотнения, отличающийся тем, что нажимной элемент выполнен из упругодеформируемого материала, а на его поверхности, контактирующей с поверхностью уплотнения, выполнены либо один кольцевой выступ с торообразной поверхностью, переходящей с одной стороны в цилиндрическую, а с другой - плоскую торцевую поверхности, либо группа из нескольких кольцевых выступов с торообразными поверхностями, переходящими с одной и другой сторон в конические поверхности, образующие с осью проходного канала острый угол с вершиной, обращенной к сферической пробке, либо один кольцевой выступ с конической поверхностью, переходящей с обеих сторон в торообразную поверхность, сопряженную с конической поверхностью, образующей с осью проходного канала острый угол с вершиной, обращенной к сферической пробке, при этом поверхность нажимного элемента, обращенная в противоположную сторону от сферической пробки, выполнена либо конической, либо сферической вогнутой. 2. Кран по п.1, отличающийся тем, что в корпусе выполнены каналы, сообщающие его проходной канал с полостью, ограниченной поверхностями расточки и поверхностью нажимного элемента, обращенной в противоположную сторону от сферической пробки.