ШАРОВОЙ КРАН Российский патент 2008 года по МПК F16K5/06 F16K27/06 

Изобретение относится к арматуростроению, а именно к запорной трубопроводной арматуре, и может быть использовано в качестве запорного или регулировочного органа для работы с жидкими или газообразными средами.

Цель изобретения - упрощение конструкции, повышение технологичности изготовления, а также расширение функциональных возможностей путем обеспечения снятия штока при любом положении запорного или регулировочного органа работающего крана.

Уровень техники

Из большого количества и разнообразия пробковых шаровых кранов, клапанов и задвижек выбраны наиболее характерные технические решения и объединены в группы аналогов по сходности существенных признаков и некоторых элементов.

Известны шаровые краны, каждый из которых содержит корпус с входным и выходным патрубками, поворотную шаровую пробку, размещенную в корпусе, седла с уплотнительными кольцами, шпиндель и привод в виде рукоятки для поворота упомянутой шаровой пробки. А.С. СССР №130302, Кл. 47g, 22₀₁, 1959 г., опубл. Бюл. №14, 1960 г.[1], А.С. СССР №232689, Кл. 47g, 22/01, МПК F16К, 1966 г., опубл. Бюл. №1, 1968 г. [2], А.С. СССР №327354, М. кл. F16k 5/06, 1970 г., опубл. Бюл. №5, 1972 г. [3], А.С. СССР №1288418, МКИ⁴ F16К 5/20, 1985 г., опубл. Бюл. №5, 1987 г. [4] и А.С. СССР №1330392, МКИ⁴ F16К 5/06, 1985 г., опубл. Бюл. №30, 1987 г. [5].

Перекрытие или регулировка потока жидкости или газа осуществляется поворотом шаровой пробки при помощи шпинделя и рукоятки, при этом упомянутая пробка разворачивается своим центральным отверстием поперек потока, а при возобновлении течения - вдоль потока рабочей среды.

Недостатками известных кранов являются сложность конструкции, обусловленная наличием уплотняющих элементов - седел с кольцами и нетехнологичность сборки.

Известны пробковые шаровые краны, каждый из которых содержит корпус с входным и выходным патрубками, поворотную шаровую пробку в корпусе, седла с уплотнениями, шпиндель и привод, кроме того, в отличие от группы аналогов [1-5] конструкцией этой группы кранов предусмотрено осевое перемещение (вдоль потока) или пробки или седла (седел) с уплотнениями, что позволяет уменьшить или компенсировать износ уплотняющих элементов. А.С. СССР №389341, М. Кл. F16k 5/06, 1971 г., опубл. Бюл. №29, 1973 г. [6], А.С. СССР №609014, М. Кл.² F16K 5/00, 1975 г., опубл. Бюл. №20, 1978 г. [7], А.С. СССР №739298, М. Кл.² F16K 5/06, 1976 г., опубл. Бюл. №21, 1980 г. [8], А.С. СССР №830066, М. Кл.³ F16К 5/06, 1978 г., опубл. Бюл. №18, 1981 г. [9], А.С. СССР №918620, М. Кл.³ F16К 5/06, 1980 г., опубл. Бюл. №13, 1982 г. [10], А.С. СССР №1196588, МКИ⁴ F16К 5/06, 1984 г, опубл. Бюл. №45, 1985 г. [11], А.С. СССР №1479775, МКИ⁴ F16К 5/06, 1987 г., опубл. Бюл. №18, 1989 г. [12], А.С. СССР №1516703, МКИ⁴ F16К 5/06, 1986 г., опубл. Бюл. №39, 1989 г. [13], А.С. СССР №1523815, МКИ⁴ F16К 5/06, 1987 г, опубл. Бюл. №43, 1989 г. [14] и А.С. СССР №1629667, МКИ⁵ F16К 5/06, 1989 г., опубл. Бюл. №7, 1991 г. [15].

Работа с известными кранами осуществляется аналогично кранам [1-5], но благодаря осевой подвижке пробок или седел с уплотнениями различными способами уменьшается или компенсируется зазор между входным или выходным патрубками и пробкой, что, в свою очередь, повышает долговечность эксплуатации.

Недостатками аналогов [6-15] являются сложность конструкции, обусловленная наличием подвижных элементов, и нетехнологичность изготовления.

Известны также шаровые краны, каждый из которых содержит корпус с входным и выходным патрубками, поворотную шаровую пробку, шпиндель и приводы, причем шаровая пробка является составной из двух полусфер или разных частей и при повороте или при воздействии на нее различных по конструктиву приводов прижимается к седлам с уплотнениями или непосредственно к самим патрубкам, обеспечивая тем самым или разгрузку пробки, или необходимую герметичность. А.С. СССР №344201, М. Кл. F16k 5/06, 1970 г., опубл. Бюл. №21, 1972 г. [16], А.С. СССР №431352, М.Кл. F 16k 5/20, 1973 г., опубл. Бюл. №21, 1974 г.[17], А.С. СССР №872886, М. Кл³ F16К 5/20, 1978 г., опубл. Бюл. №38, 1981 г. [18], А.С. СССР №1605068, МКИ⁵ F16К 5/06, 1988 г., опубл. Бюл. №41, 1990 г. [19] и А.С. СССР №1756712, МКИ⁵ F16К 5/06, 5/20, 1990 г., опубл. Бюл. №31, 1992 г. [20].

Недостатками известных устройств являются сложность конструкции, обусловленная наличием механизма не только поворота пробки, но и механизма раздвижения ее полусфер или составных частей и, как следствие, нетехнологичность изготовления.

Известны шаровые краны, предназначенные для применения на гибких эластичных трубопроводах в химической и нефтеперерабатывающей промышленностях, каждый из которых содержит эластичный пластмассовый корпус с входным и выходным патрубками, шаровую пробку, шпиндель и привод, выполненные также из пластмассы, кроме того, в последнем из аналогов описываемой группы имеется подтяжной механизм по аналогии с [6-15]. А.С. СССР №318768, МПК F16k 5/20; F16k 27/06, 1970 г., опубл. Бюл. №32, 1971 г. [21], А.С. СССР №493582, M. Кл. F16k 5/06, 1972 г. опубл. Бюл. №44, 1975 г. [22] и А.С. СССР №543802, М. Кл.² F16К 5/06, 1973 г., опубл. Бюл. №3, 1977 г. [23].

Работа осуществляется аналогично описанным выше кранам, но недостатками являются малая прочность из-за применения пластмасс для изготовления корпуса и патрубков.

Известен шаровый кран, содержащий корпус, в котором размещены поворотный шток с шаровой пробкой с проходным отверстием, взаимодействующей с седлами входного и выходного патрубков, и уплотнительные элементы патрубков и штока, при этом шаровая пробка выполнена из высокопрочного композиционного полимерного материала. Патент РФ №2003905, МКИ⁵ F16К 5/06, 1991 г., опубл. Бюл. №43-44, 1993 г. [24].

При необходимости пропуска рабочей среды шток и соответственно шаровую пробку устанавливают таким образом, чтобы проходное отверстие последней совпало с отверстиями патрубков, для перекрытия потока среды поворотный шток поворачивают на 90°, для регулирования расхода - на угол меньше 90°.

Недостатками известного крана являются сложность конструкции, обусловленная наличием уплотнительных элементов патрубков и поворотного штока и, как следствие, нетехнологичность сборки, а также невозможность снятия штока при повороте шаровой пробки на угол меньше 90°, поскольку при этом рабочая среда имеет возможность попадания в рабочую полость корпуса с выходом наружу через отверстие для установки штока.

Известен шаровой кран, содержащий корпус с шаровой пробкой, входной и выходной патрубки с седловыми поверхностями, взаимодействующими с упомянутой пробкой, установленный на верхнем фланце корпуса третий патрубок с седловой поверхностью, также взаимодействующей с пробкой, и поворотный шток с уплотнением в корпусе. Патент ФРГ №4206423, Кл. F16К 27/06, 1993 г.[25].

При необходимости пропуска рабочей среды шток и соответственно шаровую пробку устанавливают таким образом, чтобы проходное отверстие последней совпало с отверстиями патрубков, для перекрытия потока среды поворотный шток поворачивают на 90°, для регулирования расхода - на угол меньше 90°.

Недостатками известного крана являются сложность конструкции, обусловленная наличием уплотнительных элементов патрубков и поворотного штока и, как следствие, нетехнологичность сборки, а также невозможность снятия штока при повороте шаровой пробки на угол меньше 90°, поскольку при этом рабочая среда имеет возможность попадания в рабочую полость корпуса с выходом наружу через отверстие для установки штока.

За прототип как наиболее близкий по технической сущности к заявляемому выбран шаровой кран по патенту ФРГ №4209356, МКИ⁵ F16К 5/20, 1993 г. [26].

Шаровой кран, выбранный в качестве прототипа, содержит корпус в виде полого цилиндра с фланцами и входным и выходным патрубками с седловыми поверхностями, шаровую пробку, взаимодействующую с последними, и поворотный шток, на верхнем фланце выполнено отверстие для штока, а на нижнем - установлена опора для упомянутой пробки.

Шаровой кран - прототип работает следующим образом. При необходимости пропуска рабочей среды шток и соответственно шаровую пробку устанавливают таким образом, чтобы проходное отверстие последней совпало с отверстиями входного и выходного патрубков, для перекрытия потока среды шток поворачивают на 90°, для регулирования расхода - на угол меньше 90°. Кроме того, для снижения трения при переключении крана (повороте пробки) при помощи специального механизма приподнимают пробку относительно патрубков, уменьшая тем самым площадь контакта.

Недостатками крана - прототипа являются сложность конструкции, обусловленная наличием уплотнительных элементов патрубков и поворотного штока и, как следствие, нетехнологичность сборки, а также невозможность снятия штока при повороте пробки на угол меньше 90°, поскольку при этом рабочая среда имеет возможность попадания в рабочую полость корпуса с выходом в атмосферу (разгерметизация работающего крана).

Цель изобретения - упрощение конструкции, повышение технологичности изготовления, а также расширение функциональных возможностей путем обеспечения снятия штока при любом положении пробки для предотвращения несанкционированного переключения работающего крана.

Указанная цель достигается тем, что в шаровом кране, содержащим корпус в виде полого корпуса с фланцами и входным и выходным патрубками, имеющими седловые поверхности, шаровую пробку с проходным отверстием, взаимодействующую с последними, поворотный шток, отверстие в верхнем фланце под шток и опору на нижнем фланце для упомянутой пробки, на верхнем фланце установлен третий патрубок с седловой поверхностью, взаимодействующей с упомянутой пробкой, а поворотный шток установлен в полости третьего патрубка, герметизированной относительно внутреннего рабочего объема корпуса, с возможностью снятия при сохранении герметичности работающего крана.

Сущность изобретения

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в получении простой и технологичной конструкции шарового крана для пропускания, регулирования и перекрытия потока рачей среды, а также в обеспечении возможности снятия штока с работающего крана с сохранением герметичности корпуса.

При изготовлении заявляемой конструкции могут быть использованы стандартные трубы, как для патрубков, так и для корпуса, а применение шаровой пробки из композиционного полимерного материала, уплотняющей помимо отверстий входного и выходного патрубков также и пространство (полость третьего патрубка), в котором установлен поворотный шток, позволяет снимать последний при любом положении шаровой пробки. Последнее преимущество дает возможность исключить несанкционированное переключение крана при снятом поворотном штоке, что особенно актуально в жилищно-коммунальном хозяйстве (ЖКХ).

На чертеже изображен предлагаемый шаровой кран в разрезе.

Шаровой кран содержит корпус 1 с входным и выходным патрубками 2 и 3 с седловыми поверхностями 4 и 5, шаровую пробку 6 из композиционного полимерного материала, взаимодействующую с последними, и поворотный шток 7, при этом корпус 1 выполнен в виде полого цилиндра с торцевыми фланцами 8 и 9, на верхнем фланце 8 установлен третий патрубок 10 с седловой поверхностью 11, взаимодействующей с пробкой 6, и имеется отверстие 12 для штока 7, а на нижнем фланце 9 установлена опора 13 для упомянутой пробки 6.

Шаровой кран работает следующим образом.

При сборке шарового крана прирабатывают седловые поверхности 4, 5 и 11 патрубков 2, 3 и 10 к сферической поверхности шаровой пробки 6, устанавливают последнюю в корпус 1 и поджимают с четырех сторон патрубками 2 и 3, фланцем 8 с патрубком 10 и фланцем 9 с опорой 13, закрепляют патрубки 2 и 3 на образующей поверхности, а фланцы 8 и 9 на торцах цилиндрического корпуса 1, затем устанавливают поворотный шток 7 через отверстие 12 таким образом, чтобы он вошел в ответную часть (на чертеже не обозначена) пробки 6, и закрепляют его пластиной (на чертеже не обозначена) на фланце 8.

Для открытия крана, т.е. для пропуска рабочей среды, поворачивают шаровую пробку 6 при помощи штока 7 таким образом, чтобы проходное отверстие (на чертеже не обозначено) шаровой пробки 6 совпало с отверстиями патрубков 2 и 3, для перекрытия потока рабочей жидкости поворачивают пробку 6 на 90°, для регулирования расхода - на угол меньше 90°.

При необходимости предотвращения несанкционированного переключения крана снимают поворотный шток 7, предварительно сняв пластину (на чертеже не обозначена), и на место последней устанавливают заглушку (на чертеже не показана).

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Разработана конструкция шарового крана стального, полнопроходного, патрубкого.

Применение - системы тепловодоснабжения с условным давлением Р_у 2,5 МПа (25,5 кгс/см²) и 4,0 МПа (40,8 кгс/см²), а также устройства и системы промышленного назначения.

Установочное положение крана на трубопроводе - любое.

Рабочая среда - вода систем тепловодоснабжения по ГОСТ 2874-82.

Температура рабочей среды до +200°С.

Направление потока рабочей среды - любое.

Класс герметичности шарового затвора А по ГОСТ 9544-85.

Морозостойкость - до минус 40°С.

Шаровой кран содержит стальной цилиндрический корпус 1 диаметром 120, высотой 100 и толщиной стенки 6 мм, с торцевыми стальными фланцами 8 и 9 толщиной 6 мм стальные входной и выходной патрубки 2 и 3 диаметром 52 и толщиной стенки 6 мм установленные на образующей поверхности корпуса 1 и имеющие седловые поверхности 4 и 5. Третий стальной патрубок 10 диаметром 30 и толщиной стенки 6 мм, с седловой поверхностью 11, установленный на фланце 8. Шаровую пробку 6 диаметром 80 мм с проходным отверстием диаметром 40 мм, взаимодействующую с седловыми поверхностями 4, 5 и 11, при этом радиусы кривизны последних больше радиуса кривизны пробки 6. Пробка 6 выполнена из высокопрочного композиционного материала, содержащего 10-70 мас.% высокопрочного волокна длиной 0,01-100 мм и химстойкое полимерное связующее. Стальной поворотный шток 7 диаметром 20 мм, установленный на фланце 8, в полости патрубка 10 через отверстие 12. Опору 13 диаметром 10 мм, установленную на фланце 9.

Для изготовления корпуса 1 и патрубков 2,3 и 10 применены стандарные трубы по ГОСТ 9941-72 "Бесшовные холодно- и теплодеформированные трубы из коррозионно-стойкой стали".

Корпус 1, патрубки 2, 3 и 10, фланцы 8 и 9 и опора 13 соединяются при помощи сварки по ГОСТ 14771-76 "Дуговая сварка в защитном газе. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры".

Работа с краном описана в разделе "Перечень фигур чертежей".

Заявляемый шаровой кран позволяет пропускать, регулировать расход и перекрывать поток рабочей среды, а также снимать поворотный шток 7 при любом положении шаровой пробки 6 для предотвращения несанкционированного переключения.

Изобретение относится к запорной трубопроводной арматуре и предназначено для использования в качестве запорного и регулировочного устройства при работе с жидкими или газообразными средами. Шаровой кран содержит корпус в виде полого цилиндра с входным и выходным патрубками с седловыми поверхностями, шаровую пробку, взаимодействующую с последними, и поворотный шток. На верхнем фланце корпуса выполнено отверстие для штока. На нижнем фланце корпуса установлена опора для упомянутой пробки. На верхнем фланце корпуса установлен третий патрубок с седловой поверхностью. Последняя взаимодействует с шаровой пробкой. Поворотный шток установлен в полости третьего патрубка с возможностью снятия при сохранении герметичности крана. Изобретение направлено на упрощение конструкции и повышение технологичности изготовления шарового крана, а также на расширение его функциональных возможностей. 1 ил.

Шаровой кран, содержащий корпус в виде полого цилиндра с входным и выходным патрубками с седловыми поверхностями, шаровую пробку, взаимодействующую с последними, и поворотный шток, на верхнем фланце корпуса выполнено отверстие для штока, а на нижнем установлена опора для упомянутой пробки, отличающийся тем, что на верхнем фланце корпуса установлен третий патрубок с седловой поверхностью, взаимодействующей с шаровой пробкой, а поворотный шток установлен в полости третьего патрубка с возможностью снятия при сохранении герметичности крана.