ШАРОВОЙ КРАН Российский патент 1999 года по МПК F16K5/20 

Изобретение относится к запорной арматуре и может быть использовано для перекрытия потоков рабочей среды, транспортируемой по трубопроводу.

Известны шаровые краны, в которых сферическая пробка размещена в седловых уплотнениях из неметаллических материалов (RU, N 1516701, кл. F 16 K 5/06, 1989). В процессе эксплуатации крана поверхность уплотнения, контактирующая с пробкой, изнашивается либо деформируется, образуется зазор, сквозь который происходит утечка рабочей среды. Известны краны, в которых уплотнительный элемент, непосредственно контактирующий с задорным органом, дополнительно нагружен в его сторону упругодеформируемой деталью, компенсирующей износ рабочей поверхности уплотнения, например, пружиной (RU, N 2000018, кл. F 16 K 5/06, 1991; RU, N 2086843, кл. F 16 K 5/06, 1997).

Наиболее близким решением из известных к заявляемому является шаровой кран (заявка WO 94/23227, кл. F 16 K 5/06, 1994), в котором элемент, поджимающий уплотнение к сферической пробке, выполнен в форме тарельчатой пружины, контактирующей с поверхностями корпуса и пробки опорными плоскостями. При этом велика вероятность нарушения герметичности крана из-за неполного контакта при неравномерном износе несущей поверхности седла, особенно при больших давлениях среды.

Изобретение направлено на решение задачи улучшения герметичности пары седло-пробка путем усиления контакта опорных поверхностей пружины с поверхностями корпуса и уплотнения.

Задача решается тем, что в шаровом кране, содержащем корпус, размещенную в седловых уплотнениях сферическую пробку с приводом вращения, по меньшем мере две тарельчатые пружины, введенные в контакт с уплотнением и корпусом, контактные поверхности пружин выполнены в виде кольцевых кромок большего и меньшего диаметров, при этом кромка большего диаметра образована пересечением под острым углом внутренней конической поверхности пружины с ее наружною цилиндрической поверхностью, а кромка меньшего диаметра образована пересечением под острым углом наружною конической поверхности пружины с ее внутренней цилиндрической поверхностью, причем цилиндрические поверхности коаксиально расположены относительно продольной оси корпуса. Каждая из пружин введена в контакт с уплотнением либо кромкой большего, либо кромкой меньшего диаметра, то есть угол конуса может быть обращен как в сторону пробки, так и от нее. В отличие от пружины с наиболее распространенной формой опорных поверхностей, в заявляемой сила деформации при заданных значениях жесткости распределена на меньшей опорной поверхности, при этом выше удельное давление на поверхности корпуса и уплотнения. В случае, если кромки внедрены в корпус и уплотнение, пружина служит также и уплотнением, наиболее эффективным, если глубина внедрения больше глубины неровностей, определяемых чистотой обработки поверхностей корпуса и уплотнения. Это особенно важно для арматуры, работающей в условиях высоких давлений среды. С целью увеличения силы давления каждая из пружин дополнительно нагружена в сторону уплотнения аналогичной по форме одной или несколькими пружинами, последовательно размещенными между ней и корпусом с образованием "пакета".

Они могут контактировать как коническими поверхностями, так и упомянутыми кольцевыми кромками равного диаметра. Для облегчения требований к точности изготовления деталей крана, в том числе и пружин, при наборе "пакета" между пружинами может быть помещена кольцевая прокладка. Поскольку рабочая среда, транспортируемая через кран, может быть нагрета до высоких температур, пружины изготавливаются из материала, увеличивающего с ростом температуры свои упругие свойства.

На фиг. 1 представлен разрез шарового крана с традиционно расположенными пружинами; на фиг. 2 - узел уплотнения по п.2 в разрезе; на фиг. 3 и 4 - узлы уплотнения в разрезе с "пакетами" пружин по пп.6 и 7, 8; на фиг. 5 - тарельчатая пружина.

Шаровой кран содержит корпус 1, сферическую запорную пробку 2 с приводом вращения 3. Пробка 2 размещена в седловых уплотнениях 4, поджатых в ее сторону тарельчатыми пружинами 5. Пружины контактируют с ответными поверхностями кольцевыми кромками 6, образованными пересечением конической поверхности 7 с цилиндрической поверхностью 8 (кромка меньшего диаметра) и пересечением конической поверхности 9 с цилиндрической поверхностью 10 (кромка большего диаметра). Противоположной от уплотнения кромкой пружины опираются на штуцеры 11, являющиеся частью корпуса 1. В шаровом кране по п.п.6, 7 и 8 уплотнения 4 поджаты в сторону пробки 2 "пакетами" пружин, контактирующих как коническими поверхностями, так и кольцевыми кромками. В кране по п.8 между пружинами помещена кольцевая прокладка 12.

Шаровой кран работает следующим образом. В положении "открыт" проходное отверстие сферической пробки 2 совмещено с проходным отверстием корпуса 1 и рабочая среда свободно проходит через кран. При повороте пробки на угол 90^o посредством привода 3 проходное отверстие корпуса перекрывается телом пробки, а уплотнения, поджатые к ее поверхности пружинами, препятствуют утечке среды за пределы крана.

Шаровой кран может быть изготовлен из доступных материалов по традиционной технологии и использован в качестве трубопроводной арматуры с высокими требованиями по давлению среды.

Изобретение предназначено для перекрытия потоков рабочей среды, транспортируемой по трубопроводу. Шаровой кран содержит корпус, размещенную в седловых уплотнениях сферическую пробку с приводом вращения и по меньшей мере две тарельчатые пружины. Каждая пружина введена в контакт с уплотнением и корпусом. Контактные поверхности каждой из пружин выполнены в виде кольцевых кромок большего и меньшего диаметров. Кромка большего диаметра образована пересечением под острым углом внутренней конической поверхности пружины с наружной цилиндрической поверхностью. Кромка меньшего диаметра образована пересечением под острым углом наружной конической поверхности пружины с внутренней цилиндрической поверхностью. Оси цилиндрических поверхностей совпадают с продольной осью корпуса. В результате повышается герметичность пары седло-пробка. 9 з.п. ф-лы. 5 ил.

1. Шаровой кран, содержащий корпус, размещенную в седловых уплотнениях сферическую пробку с приводом вращения, а также по меньшей мере две тарельчатые пружины, отличающийся тем, что контактные поверхности каждой из пружин выполнены в виде кольцевых кромок большего и меньшего диаметров, при этом кромка большего диаметра образована пересечением под острым углом внутренней конической поверхности пружины с наружной цилиндрической поверхностью, а кромка меньшего диаметра образована пересечением под острым углом наружной конической поверхности пружины с внутренней цилиндрической поверхностью, причем цилиндрические поверхности пружины коаксиально расположены относительно продольной оси корпуса. 2. Шаровой кран по п.1, отличающийся тем, что пружина размещена с возможностью контакта с уплотнением кромкой большего диаметра. 3. Шаровой кран по п.1, отличающийся тем, что пружина размещена с возможностью контакта с уплотнением кромкой меньшего диаметра. 4. Шаровой кран по п.2 или 3, отличающийся тем, что кольцевые кромки пружины внедрены в корпус и уплотнение. 5. Шаровой кран по п.4, отличающийся тем, что глубина внедрения кромок превышает глубину неровностей профиля поверхностей корпуса и уплотнения. 6. Шаровой кран по п.1, отличающийся тем, что между пружиной и корпусом дополнительно размещена по меньшей мере одна тарельчатая пружина. 7. Шаровой кран по п.6, отличающийся тем, что первая и последующие пружины введены в контакт коническими поверхностями. 8. Шаровой кран по п.6, отличающийся тем, что первая и последующие пружины обращены друг к другу кромками равного диаметра. 9. Шаровой кран по п.8, отличающийся тем, что между пружинами размещена прокладка. 10. Шаровой кран по п.1, отличающийся тем, что пружины выполнены из материала с увеличивающимися с ростом температуры упругими свойствами.