ШАРОВОЙ КРАН Российский патент 2007 года по МПК F16K5/20 

Изобретение относится к арматуростроению, в частности к шаровым кранам, и может быть использовано для перекрытия трубопроводов больших диаметров, находящихся под высоким давлением.

Известны шаровые краны [патенты SU 1639437, SU 1479010, SU 1516704, SU 1523815]. Все они содержат корпус, в котором установлены шаровая сферическая пробка в опорах и подпружиненные седла с уплотнениями, состоящие из нескольких частей, причем торцевые поверхности металлических частей и упругого уплотнения контактируют со сферической поверхностью пробки.

Однако в них не обеспечивается высокая степень надежности в течение длительного времени работы шарового крана на высоких давлениях и при больших условных проходах трубопроводов.

Известен также шаровой кран [патент RU 2000018], в котором между седлом с уплотнениями расположена сферическая пробка. Седла в корпусе установлены неподвижно и с зазором к пробке. Уплотнитель выполнен составным, одна из сопрягаемых частей выполнена в виде упора с кольцевой проточкой под уплотнение и подпружинена в осевом направлении относительно седла. Вторая сопрягаемая часть выполнена ступенчатой и установлена с зазором относительно седла. Обе части выполнены с уступами, между которыми установлены уплотнения. Торцевые поверхности выступов и уплотнений контактируют со сферической поверхностью пробки. Пробка установлена относительно седла с возможностью осевого перемещения. Уплотнитель снабжен третьей сопрягаемой частью, выполненной с двумя уступами, подпружиненной относительно седла и установленной с зазором относительно двух частей. Между уступом второй части и одним уступом третьей установлен уплотнительный элемент. Вторая и первая части, третья и первая части сопряжены между собой по направляющим поверхностям.

Однако и этот шаровой кран с течением времени не обеспечивает высокой степени надежности на высоких давлениях и при больших условных проходах трубопроводов.

Наиболее близким аналогом является шаровой кран [авт. свид. SU 1455108]. Он содержит размещенную в корпусе шаровую пробку и узел ее уплотнения в виде разъемных кольцевых седел, каждое из которых состоит из наружной и внутренней втулок, контактирующих между собой по цилиндрической поверхности и образующих гнездо заделки упругого уплотнительного кольца, имеющее кольцевую щель для выхода указанного кольца. Гнездо заделки образовано наружной поверхностью внутренней втулки и внутренней кольцевой расточкой в наружной втулке, цилиндрическая поверхность которой ограничена со стороны пробки конической поверхностью, а с противоположной стороны - упорной поверхностью, перпендикулярной к продольной оси крана. Уплотнительное кольцо выполнено с аналогичным гнезду заделки профилем поперечного сечения. Для повышения надежности работы наружная поверхность внутренней втулки в зоне гнезда заделки выполнена конической, сходящейся с конической поверхностью наружной втулки, а линия перехода к конической поверхности внутренней втулки расположена в плоскости упорной поверхности наружной втулки. Конфигурация профиля поперечного сечения уплотнительного кольца выполнена с припуском по конической его поверхности относительно конической поверхности внутренней втулки.

Выполнение наружной поверхности внутренней втулки в зоне гнезда заделки конической, сходящейся с конической поверхностью наружной втулки и выполнение профиля уплотнительного кольца с припуском относительно конической поверхности внутренней втулки обеспечивают в процессе запрессовки уплотнительного кольца в гнездо заделки наличие клинового эффекта, при котором получаются высокие усилия обжатия уплотнительного кольца в гнезде заделки и уменьшается интенсивность износа кольца при вращении шаровой пробки.

Однако данный шаровой кран не обеспечивает высокой степени надежности под высоким давлением и при больших условных проходах трубопроводов.

Задача изобретения заключается в повышении надежности уплотнения шарового крана под высоким давлением и при больших условных проходах трубопроводов.

Сущность изобретения заключается в том, что в шаровом кране, содержащем размещенные в корпусе шпиндель, шаровую пробку и узел ее уплотнения в виде разъемных кольцевых седел, каждое из которых имеет втулки - наружную и внутреннюю, плотно контактирующие своей торцевой поверхностью со сферической поверхностью пробки, взаимодействующие по цилиндрическим поверхностям и образующие гнездо заделки упругого уплотнительного кольца, имеющее кольцевую щель для выхода указанного кольца, причем гнездо заделки образовано наружной поверхностью внутренней втулки и внутренней кольцевой расточкой в наружной втулке, цилиндрическая поверхность которой ограничена со стороны пробки конической поверхностью, причем уплотнительное кольцо выполнено с аналогичным гнезду заделки профилем поперечного сечения, между внутренней и наружной втулками помещена подвижная промежуточная втулка с возможностью перемещения по наружной цилиндрической, не имеющих выступающих частей, поверхности внутренней втулки, причем промежуточная втулка имеет со стороны шаровой пробки на своей наружной поверхности выступ, на котором выполнена резьба для соединения с наружной втулкой, а коническая поверхность наружной втулки выполнена с возможностью обеспечения зазора со сферической поверхностью шаровой пробки.

Кроме того, неподвижность внутренней втулки обеспечена гайкой, помещенной в корпусе крана с наружного торца внутренней втулки. Кроме того, между уплотнительным кольцом и внутренней втулкой по всей длине уплотнительного кольца установлена втулка из антифрикционного материала, например из фторопласта.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в возможности обеспечения герметичности за счет устранения причин, ограничивающих возможности увеличения усилия, передаваемого на уплотнительное кольцо. Эта проблема не позволяла всем предшествующим техническим решениям, включая и наиболее близкий аналог, получить надежную работу шарового крана при высоких давлениях и при больших условных проходах трубопроводов. Конструктивно осуществление сохранения герметичности при износе уплотняющего кольца достигается предлагаемым усовершенствованием шарового крана, заключающемся в устранении контакта наружной втулки со сферической поверхностью шаровой пробки на все время работы шарового крана, а также введением в узел уплотнения подвижной промежуточной втулки для передачи значительно больших усилий на уплотняющее кольцо, что в конечном результате приводит к значительному повышению надежности работы шарового крана. Механизм осуществления данного технического замысла изложен в формуле изобретения в виде ряда особенностей выполнения: поверхностей контактирующих втулок, например, без выступающих частей в отличие от прототипа; введением новых деталей - гайки с наружного торца внутренней втулки для обеспечения ее неподвижности, фторопластовой втулки для снижения усилия трения между внутренней втулкой и уплотнительным кольцом.

Величина зазора определяется величиной внешнего усилия, сообщаемого на перемещаемую промежуточную втулку.

На фиг.1 изображен общий вид шарового крана в разрезе; на фиг.2 - узел уплотнения шаровой пробки крана.

Шаровой кран имеет корпус 1, в котором установлены шаровая пробка 2, которая имеет верхнюю 3 и нижнюю 4 опоры, шпиндель 5, соединенный с пробкой 2 штифтами 6 и узлы уплотнения в виде разъемных кольцевых седел 7, каждое из которых имеет внутреннюю втулку 8. На внутренней втулке 8 с возможностью перемещения по ее наружной цилиндрической поверхности, не имеющей выступающих частей, установлена промежуточная втулка 9, на которой, в свою очередь, помещена наружная втулка 10. Две последние втулки 9, 10 соединены резьбой, выполненной на выступе на наружной поверхности промежуточной втулки 9 со стороны шаровой пробки 2, и вместе с внутренней втулкой 8 образуют гнездо заделки упругого уплотнительного кольца 11, имеющее кольцевую щель для выхода уплотнительного кольца 11, причем гнездо образовано наружной поверхностью внутренней втулки 8, внутренней кольцевой расточкой в наружной втулке 10 и торцевой поверхностью промежуточной втулки 9. Наружная втулка 10 имеет со стороны шаровой пробки 2 коническую поверхность, которая выполнена с возможностью обеспечения зазора со сферической поверхностью шаровой пробки 2. Уплотнительное кольцо 11 имеет аналогичный гнезду заделки профиль поперечного сечения. Между внутренней втулкой 8 и уплотнительным кольцом 11 для снижения коэффициента трения установлена втулка 12 из фторопласта. Внутренняя втулка 8 имеет на наружной поверхности проточку 13 и сообщающиеся с ней каналы 14 для подачи герметизирующей смазки к сферической поверхности шаровой пробки 2, с которой контактируют торцевые поверхности внутренней втулки 8 и уплотнительного кольца 11. Уплотнительное кольцо 11 прижимается к сферической поверхности шаровой пробки 2 пружинами 15, а торцевая поверхность внутренней втулки 8 - гайкой 16. Промежуточная втулка 9 герметизируется на внутренней втулке 8 уплотнением 17. В корпусе 1 внутренняя втулка 8 герметизируется уплотнениями 18 и 19.

Шаровой кран работает следующим образом. Под действием привода шпиндель 5 поворачивает по ходу часовой стрелки на 90° шаровую пробку 2 и перекрывает поток рабочей среды. В этом положении пробки уплотнительное кольцо 11 предотвращает переток рабочей среды из участка трубопровода, находящегося под давлением, в участок, предохраняемый от поступления рабочей среды. При этом при малом перепаде давления герметичность достигается под давлением пружин 15, а при большом - за счет усилия, создаваемого на уплотнении 18 рабочим давлением. Возможность передачи этого усилия обеспечивается подвижностью промежуточной втулки 9, соединенной по резьбе с наружной втулкой 10 и зазором между сферической поверхностью шаровой пробки 2 и торцевой конической поверхностью наружной втулки 10. Внутренняя втулка 8, контактирующая торцевой поверхностью с шаровой пробкой 2, защищает основное уплотнительное кольцо 11 от попадания твердых частиц из рабочей среды, которые могут разрушить его. В случае аварийной ситуации к сферической поверхности шаровой пробки 2 через каналы 14 и проточку 13 внутренней втулки 8 может быть подана герметизирующая смазка. При повороте шпинделя 5 против хода часовой стрелки на 90° шаровая пробка 2 устанавливается в положение «открыто».

Заявляемый вариант шарового крана конструктивно практически завершен, и апробирован на территории завода - заявителя изобретения, и показал высокий результат.

Изобретение относится к области трубопроводной арматуры и предназначено для герметизации шаровых кранов больших диаметров, находящихся под большим давлением. Шаровой кран содержит размещенные в корпусе шпиндель, шаровую пробку и узел уплотнения в виде разъемных кольцевых седел. Каждое из седел имеет три втулки: наружную, и внутреннюю, и добавленную между ними подвижную промежуточную. Внутренняя втулка неподвижна и плотно контактирует торцевой поверхностью со сферической поверхностью шаровой пробки. Промежуточная втулка со стороны шаровой пробки на своей наружной поверхности имеет выступ. На нем выполнена резьба для соединения с наружной втулкой. Коническая поверхность наружной втулки выполнена с возможностью обеспечения зазора со сферической поверхностью шаровой пробки. На внешней цилиндрической поверхности внутренней втулки отсутствуют выступы для возможности перемещения по ней промежуточной втулки. Соответствующие поверхности втулок образуют гнездо заделки упругого уплотнительного кольца с кольцевой щелью для его выхода. Уплотнительное кольцо выполнено с аналогичным гнезду заделки профилем поперечного сечения. Изобретение направлено на повышение надежности уплотнения шарового крана. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Шаровой кран, содержащий размещенные в корпусе шпиндель, шаровую пробку и узел ее уплотнения в виде разъемных кольцевых седел, каждое из которых имеет плотно контактирующую своей торцевой поверхностью со сферической поверхностью пробки внутреннюю втулку и наружную втулку, взаимодействующие по цилиндрическим поверхностям и образующие гнездо заделки упругого уплотнительного кольца, имеющее кольцевую щель для выхода указанного кольца, причем гнездо заделки образовано наружной поверхностью внутренней втулки и внутренней кольцевой расточкой в наружной втулке, цилиндрическая поверхность которой ограничена со стороны пробки конической поверхностью, причем уплотнительное кольцо выполнено с аналогичным гнезду заделки профилем поперечного сечения, отличающийся тем, что между внутренней и наружной втулками помещена подвижная промежуточная втулка с возможностью перемещения по наружной цилиндрической не имеющей выступающих частей поверхности внутренней втулки, причем промежуточная втулка имеет со стороны шаровой пробки на своей наружной поверхности выступ, на котором выполнена резьба для соединения с наружной втулкой, а коническая поверхность наружной втулки выполнена с возможностью обеспечения зазора со сферической поверхностью шаровой пробки.2. Шаровой кран по п.1, отличающийся тем, что неподвижность внутренней втулки обеспечена гайкой, помещенной в корпусе крана с наружного торца внутренней втулки.3. Шаровой кран по п.1, отличающийся тем, что между уплотнительным кольцом и внутренней втулкой по всей длине уплотнительного кольца установлена втулка из антифрикционного материала, например из фторопласта.