ШАРОВОЙ КРАН Российский патент 2004 года по МПК F16K5/06 

Изобретение относится к шаровому крану, имеющему
- корпус с впускным и выпускным каналами,
- два уплотнительных кольца, одно из которых связано с впускным каналом, а другое - с выпускным каналом,
- переключающий шарик, прилегающий к обоим уплотнительным кольцам, выполненный с возможностью вращения и имеющий сквозное отверстие, которое в открытом положении переключающего шарика вместе с впускным и выпускным каналами представляет пропускной канал, причем уплотнительные кольца, когда переключающий шарик находится в запертом положении, окружают свои уплотнительные области на поверхности переключающего шарика.

Такие шаровые краны хорошо показали себя на деле, хотя до настоящего времени не годились для водопроводов, снабжающих пресной или питьевой водой, так как при открытой арматуре она не проходит через их мертвый объем. Если переключающий шарик находится в открытом положении, то уплотнительные кольца прилегают вокруг сквозного отверстия к поверхности переключающего шарика и создают уплотнение для центральной внутренней камеры корпуса, который кольцом окружает переключающий шарик. И только во время закрытия через эту камеру в течение короткого промежутка времени проходит поток.

Таким образом, при открытой арматуре образуется мертвый объем, в котором находящаяся там вода застаивается. Это недопустимо для пресной или питьевой воды. Используемые в водопроводной сети арматуры частично остаются открытыми до 10 лет. Застоявшаяся вода угрожает образованием микробов, которые затем при запирании арматуры могут попасть в основной поток водопровода, снабжающего питьевой водой, чего, безусловно, допустить никак нельзя.

Задачей изобретения является создание шарового крана указанного типа, который можно использовать в трубопроводах, снабжающих пресной или питьевой водой.

В соответствии с изобретением эта задача решается с помощью указанного шарового крана, который отличается тем, что промывочные каналы выполнены на поверхности переключающего шарика в виде канавок, которые в открытом положении переключающего шарика находятся на одно прямой с соответствующими пазами, которые выполнены на концах впускного и выпускного каналов, находящихся с внутренней стороны корпуса.

Положительный технический результат достигается благодаря тому, что шаровой кран имеет корпус с впускным и выпускным каналами, два уплотнительных кольца, одно из которых соединено с впускным каналом, а другое - с выпускным каналом, и вращающийся переключающий шарик, прилегающий к обоим уплотнительным кольцам и имеющий сквозное отверстие, которое в открытом положении переключающего шарика вместе с впускным и выпускным каналами образует пропускной канал, причем, когда переключающий шарик находится в запертом положении, уплотнительные кольца охватывают соответствующие уплотнительные области на поверхности переключающего шарика, при этом в переключающем шарике имеется по меньшей мере один промывочный канал со стороны впуска и по меньшей мере один промывочный канал со стороны выпуска, причем промывочные каналы начинаются в пропускном канале и проходят к областям, находящимся за пределами по меньшей мере одной из уплотнительных областей на поверхности переключающего шарика, при этом промывочные каналы выполнены на поверхности переключающего шарика в виде канавок, которые в открытом положении переключающего шарика находятся на одной прямой с соответствующими пазами, которые выполнены на концах впускного и выпускного каналов, находящихся с внутренней стороны корпуса.

Когда переключающий шарик находится в открытом положении, то центральная область корпуса между уплотнительными кольцами прилегает к пропускному каналу как со стороны впуска, так и со стороны выпуска. Таким образом, эта область корпуса эффективно промывается и поэтому не является мертвым пространством, в котором застаивается вода. Когда же переключающий шарик находится в закрытом положении, то по меньшей мере в одной из уплотнительных областей нет входных отверстий промывочных каналов, благодаря чему обеспечивается герметизация арматуры. Эта уплотнительная область находится предпочтительно на выпускной стороне арматуры, так что находящееся там уплотнительное кольцо находится под давлением прижима рабочего тела.

Как правило, шаровой кран выполняется таким образом, что ему не задается определенное положение. То есть обе стороны могут работать как для впуска, так и для выпуска. При этом предлагается симметричная форма, при которой в обеих уплотнительных областях на поверхности переключающего шарика нет входных отверстий промывочных каналов.

Наиболее выгодно предусмотреть промывочные каналы как в верхней, так и в нижней областях переключающего шарика. Число промывочных каналов и площадь поперечного сечения потока выбирают в соответствии с действительными условиями, то есть номинальными параметрами арматуры и преобладающими скоростями потока. Неожиданным образом обнаружилось, что достаточная промывка внутренней камеры корпуса возможна и с помощью вытекающей воды, и при очень незначительных скоростях потока.

Совершенно особенная в технологическом плане конструкция получается благодаря тому, что промывочные каналы выполнены в виде канавок на поверхности переключающего шарика. В открытом положении переключающего шарика эти канавки пересекают соответствующие уплотнительные кольца и связывают, таким образом, осевые крайние области внутренней камеры корпуса с пропускным каналом. Так происходит интенсивная промывка всей внутренней камеры корпуса. Согласование площадей поперечных сечений потока с соответствующими размерами конструкции и скоростью потока возможно без проблем, если выбрать соответствующую ширину и высоту канавок.

При этом наиболее выгодный признак заключается в том, что в открытом положении переключающего шарика канавки, представляющие собой промывочные каналы, совпадают с соответствующими им пазами, выполненными на концах впускного и выпускного каналов, находящихся с внутренней стороны корпуса. Благодаря этому получается благоприятный характер потока в областях между канавками и пропускным каналом. Пазы могут располагаться наклонно относительно канавок, но могут, разумеется, проходить и радиально.

В качестве альтернативы пазам или в качестве дополнительного признака предлагается еще один вариант выполнения изобретения: поперечное сечение концов впускного и выпускного каналов, находящихся по меньшей мере с внутренней стороны корпуса, больше, чем поперечное сечение сквозного отверстия переключающего шарика. При этом речь может идти об увеличении площади поперечного сечения в виде конического расширения или также о площади поперечного сечения, которая на соответствующем расстоянии от конца, расположенного с внутренней стороны корпуса, резко увеличена. В любом случае сквозное отверстие переключающего шарика, которое в сечении меньше, создает потоку помеху с соответствующей разностью давления на впуске и выпуске, в результате чего ускоряется промывка внутренней камеры корпуса.

Наиболее выгодный признак заключается в том, что конец впускного и выпускного каналов, расположенный с внутренней стороны корпуса, образован опорным кольцом для соответствующего уплотнительного кольца. Это опорное кольцо, являющееся опорой для уплотнительного кольца, и без того изготавливается как отдельная деталь, в которой при этом с минимальными затратами можно выполнить пазы и/или увеличить площади поперечного сечения для примыкания канавок, служащих промывочными каналами, к переключающему шарику.

Хороших результатов можно добиться также с такой конструкцией, где по меньшей мере часть поперечного сечения канавок, представляющих собой промывочные каналы, оказывается в сквозном отверстии переключающего шарика. Этот признак может сочетаться предпочтительно с признаком, касающимся пазов на концах впускного и выпускного каналов с внутренней стороны корпуса, а также с признаком, касающимся увеличения площади поперечного сечения впускного и выпускного каналов.

В качестве существенной альтернативы далее предлагается выполнить промывочные каналы в виде сверленых отверстий, которые начинаются из сквозного отверстия переключающего шарика и проходят к его поверхности. Входные отверстия промывочных каналов можно распределить на поверхности переключающего шарика таким образом, чтобы они при его срабатывании не соприкасались с уплотнительными кольцами, и последние меньше изнашивались. Эффект промывки получается такой же, и его можно регулировать в такой же степени, как и в случае с канавками, выполняющими функцию промывочных каналов.

Для регулирования эффекта промывки предлагается уменьшить площадь поперечного сечения сквозного отверстия переключающего шарика между сверлеными отверстиями, выступающими в качестве промывочных каналов и расположенными со стороны впуска и выпуска. В результате получается эффект нагнетания с соответствующей разностью давления на впуске и выпуске. Для потока благоприятно, если площадь поперечного сечения неуклонно уменьшается, причем в центре переключающего шарика площадь поперечного сечения наименьшая. Рядом с наименьшим сечением с внутренней стороны находятся входные отверстия промывочных каналов, выполненных в виде сверленых отверстий, причем особенно выгодно, чтобы отсюда они проходили наклонно в направлении впускного или выпускного канала. Наружные входные отверстия промывочных каналов, выполненных в виде сверленых отверстий, располагаются затем в аксиальных крайних областях внутренней камеры корпуса, благодаря чему, как было сказано выше, ускоряется процесс промывки.

Изобретение поясняется более подробно с помощью предпочтительных вариантов его выполнения, представленных на чертеже.

Фиг. 1 - осевое сечение шарового крана согласно первому варианту выполнения изобретения;
Фиг. 2 - осевое сечение шарового крана согласно второму варианту выполнения изобретения;
Фиг. 3 - осевое сечение шарового крана, третий вариант выполнения изобретения.

Согласно фиг.1 шаровой кран имеет корпус 1, в котором находятся впускной канал 2 и выпускной канал 3. Направление потока может быть изменено - это зависит от того, в каком положении установлено устройство, то есть канал 2 может стать выпускным, а канал 3 - впускным каналом. Для простоты в нижеследующем описании за условие принято первоначально заданное направление потока.

В корпусе имеются два уплотнительных кольца 4, одно из которых соединено с впускным каналом 2, а другое - с выпускным каналом 3. Кроме того, в корпусе находится переключающий шарик 5, который прилегает к обоим уплотнительным кольцам 4 и может вращаться вокруг своей оси при помощи исполнительного устройства 6.

В переключающем шарике 5 предусмотрено сквозное отверстие 7, которое при открытом положении арматуры - как это представлено на чертеже - образует соединение между впускным каналом 2 и выпускным каналом 3 и вместе с ними образует пропускной канал.

Этот пропускной канал связан через промывочные каналы с внутренней камерой корпуса 8, находящейся между уплотнительными кольцами 4. Эти промывочные каналы образованы канавками 9, выполненными на поверхности переключающего шарика 5, а также пазами 10, образованными на концах впускного 2 и выпускного 3 каналов, расположенных с внутренней стороны корпуса. Когда переключающий шарик 5 находится в запертом положении, пазы 10 и канавки 9 находятся на одной прямой, т.е. соосны.

Канавки 9 в соединении с пазами 10 способствуют интенсивной промывке внутренней камеры корпуса 8, когда переключающий шарик 5 находится в открытом положении. Таким образом предотвращается появление микробов в застоявшейся воде. Канавки 9 оканчиваются в областях внутренней камеры 8, находящихся аксиально снаружи, и таким образом даже крайние области промываются достаточно хорошо.

Вообще устройство выполнено так, что канавки 9 вне уплотнительных областей 11 прилегают к поверхности переключающего шарика 5. Эти уплотнительные области 11 охватываются уплотнительными кольцами 4, как только переключающий шарик 5 устанавливается в запертом положении. На фиг.1 это отмечено с помощью уплотнительной поверхности 12.

По техническим соображениям паз 10 выполнен в каждом опорном кольце 13 для соответствующего уплотнительного кольца 4, так как опорные кольца 13 и без того изготавливаются как отдельные элементы.

Вариант выполнения изобретения, представленный на фиг.2, отличается от представленного на фиг. 1 тем, что опорные кольца 13 не имеют пазов, но площади их поперечного сечения увеличены и имеют вид конического расширения, что позволяет потоку в крайних областях на впуске в области канавок 9 ударяться о переключающий шарик 5, благодаря чему между впуском и выпуском возникает перепад давления, в результате чего усиливается промывка внутренней камеры корпуса 8.

В варианте выполнения изобретения, представленном на фиг.3, промывочные каналы образованы сверлеными отверстиями 14, которые начинаются из сквозного отверстия 7 переключающего шарика 5 и, пройдя сквозь последний, оканчиваются в области внутренней камеры корпуса 8 на поверхности переключающего шарика 5. Эти концы находятся вне уплотнительной области 11 переключающего шарика 5.

Как видно, площадь поперечного сечения сквозного отверстия 7 уменьшена, и наименьшее сечение 15 наблюдается в центре переключающего шарика 5. А рядом находятся промывочные каналы - сверленые отверстия 14, сообщающиеся со сквозным отверстием 7. Сверленые отверстия 14 направлены радиально и аксиально наружу, так что они включают в процесс промывки и крайние области внутренней камеры корпуса 8, находящиеся на оси.

Уменьшение площади поперечного сечения сквозного отверстия 7 вызывает эффект нагнетания с соответствующей разностью давления на концах отверстий 14 - со стороны впуска и выпуска, благодаря чему повышается интенсивность промывки.

В рамках изобретения возможны, разумеется, варианты. Так, пазы 10, изображенные на фиг. 1 наклонными, могут проходить исключительно в радиальном направлении. Независимо от своей направленности пазы могут также сочетаться с увеличением площади поперечного сечения в виде конического расширения опорных колец 13. Вместо увеличения площади поперечного сечения в виде конического расширения согласно фиг.2 допускается любая разность площадей поперечного сечения между впускными и выпускными каналами, с одной стороны, и сквозным отверстием переключающего шарика, с другой стороны, для достижения желаемой помехи потоку. Наконец, в зависимости от конструкции опорные кольца или сопоставимые элементы могут представлять собой устойчивые компоненты корпуса.

Еще один, не представленный здесь, вариант выполнения изобретения заключается в том, что промывочные каналы в виде канавок оканчиваются в сквозном отверстии 7 переключающего шарика 5, а именно туда входит по меньшей мере часть их поперечного сечения. Кроме того, можно предусмотреть пазы 10, хотя потом и не требуется, чтобы в открытом положении переключающего шарика пазы и канавки были обязательно соосными. Согласно варианту выполнения изобретения, представленному на фиг.3, промывочные каналы в виде сверленых отверстий 14 могут проходить также в радиальном направлении или наклонно, как это показано на фиг.3. Сверленые отверстия могут быть смещены к краям переключающего шарика, так что на коротком участке они окружают соответствующее уплотнительное кольцо. По желанию потоку можно создать помеху с помощью изменения площади поперечного сечения проходного канала в области концов сверленых отверстий.

Изобретение относится к области арматуростроения, в частности к шаровым кранам, и предназначено для использования на трубопроводах, снабжающих пресной или питьевой водой. Шаровой кран имеет корпус с впускным и выпускным каналами, два уплотнительных кольца, одно из которых соединено с впускным каналом, а другое - с выпускным каналом, и вращающийся переключающий шарик. Шарик прилегает к обоим уплотнительным кольцам и имеет сквозное отверстие. Это отверстие в открытом положении переключающего шарика вместе с впускным и выпускным каналами образует пропускной канал. Когда перекрывающий шарик находится в запертом положении, уплотнительные кольца охватывают соответствующие уплотнительные области на поверхности переключающего шарика. В переключающем шарике имеется, по меньшей мере, один промывочный канал со стороны впуска и, по меньшей мере, один промывочный канал со стороны выпуска. Промывочные каналы начинаются в пропускном канале и проходят к областям, находящимся за пределами, по меньшей мере, одной из уплотнительных областей на поверхности переключающего шарика. Промывочные каналы выполнены на поверхности переключающего шарика в виде канавок. Эти канавки в открытом положении переключающего шарика находятся на одной прямой с соответствующими пазами, которые выполнены на концах впускного и выпускного каналов, находящихся с внутренней стороны корпуса. Изобретение направлено на устранение застойных зон в кране с помощью их промывки. 3 ил.

Шаровой кран, имеющий корпус с впускным и выпускным каналами, два уплотнительных кольца, одно из которых соединено с впускным каналом, а другое - с выпускным каналом, и вращающийся переключающий шарик, прилегающий к обоим уплотнительным кольцам и имеющий сквозное отверстие, которое в открытом положении переключающего шарика вместе с впускным и выпускным каналами образует пропускной канал, причем, когда переключающий шарик находится в запертом положении, уплотнительные кольца охватывают соответствующие уплотнительные области на поверхности переключающего шарика, при этом в переключающем шарике имеется, по меньшей мере, один промывочный канал со стороны впуска и, по меньшей мере, один промывочный канал со стороны выпуска, причем промывочные каналы начинаются в пропускном канале и проходят к областям, находящимся за пределами, по меньшей мере, одной из уплотнительных областей на поверхности переключающего шарика, отличающийся тем, что промывочные каналы выполнены на поверхности переключающего шарика в виде канавок, которые в открытом положении переключающего шарика находятся на одной прямой с соответствующими пазами, которые выполнены на концах впускного и выпускного каналов, находящихся с внутренней стороны корпуса.