КРАН ЭКСЦЕНТРИКОВЫЙ Российский патент 2017 года по МПК F16K5/14 F16K31/524 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к трубопроводной арматуре, в частности к кранам, и предназначено для управления потоками рабочей среды в трубопроводах.

Уровень техники

Широкое применение среди трубопроводной арматуры получили краны. Характерной особенностью кранов является вращательное движение запорного органа (поворот осуществляется на 90° вдоль уплотнительных поверхностей). Преимуществами кранов являются малые габариты, быстрое срабатывание и малое гидравлическое сопротивление. Однако существующие конструкции кранов не лишены и недостатков.

Для обеспечения герметичности при закрытии крана создается определенное удельное давление между уплотнительными поверхностями седел и затвора. Из-за такого принципа работы возникают два недостатка: износ уплотнительных поверхностей в процессе работы крана и, как следствие этого, потеря герметичности в процессе эксплуатации, и высокое значение момента управления вследствие необходимости преодоления высоких сил трения, возникающих между запорным органом и уплотнительными элементами, что приводит к необходимости применения тяжелых и дорогостоящих приводных устройств.

Помимо этого, высокие силы трения подталкивают конструктора к выбору материалов для уплотнительных поверхностей с низким коэффициентом трения. Сама по себе подобная ситуация не является негативной, однако в этом случае иногда приходится жертвовать другими характеристиками материала, например устойчивостью к агрессивным средам, отсутствием ползучести под нагрузкой и др.

С целью устранения указанных недостатков опубликованы технические решения, общий принцип которых заключается в конструктивном обеспечении отсутствия постоянного контакта уплотнительных поверхностей седел и запорного органа в процессе поворота крана (SU 389341 A1, 01.01.1973; RU 94003567 A1, 01.02.1994; RU 2135869 C1, 27.08.1997; RU 2158866 C2, 12.05.1998; RU 47473 U1, 24.11.2003; RU 2319879 C1, 10.05.2006; RU 75230 U1, 19.03.2008; RU 122 738 U1, 20.07.2012; RU 127 159 U1, 20.07.2012).

Наиболее близким прототипом является пробковый кран SU 823727 А2, 23.04.1981. Технический результат здесь обеспечивается наличием подпружиненной втулки, кулачка со штифтом, ответным пазом в запорном органе и пружиной кручения. Недостатком данного устройства является необходимость преодоления усилия пружины при закрывании крана и внецентренное приложение усилия к подвижной втулке, что может вызвать ее перекос и заклинивание.

Раскрытие изобретения

Задачей данного изобретения является исключение трения уплотнительных поверхностей при повороте крана и, соответственно, снижение крутящего момента на приводном валу и повышение срока эксплуатации крана за счет уменьшения износа уплотнительных поверхностей.

Поставленная задача решается путем разделения движения запорного органа на две фазы: вращение вокруг оси приводного вала и перемещение вдоль оси трубопровода. Таким образом исключается трение запорного органа о седла, что способствует снижению момента управления и уменьшению износа.

Это достигается тем, что на приводном валу имеется кулачок-толкатель, имеющий определенную форму поверхности, который, воздействуя на рычаг, жестко связанный с запорным органом, сообщает ему путем взаимодействия с неподвижным копиром требуемый характер движения. Поворот приводного вала при этом осуществляется на угол, больший 90°.

Описание чертежей

На фиг. 1 представлена схема крана в открытом положении, на фиг. 2 - вид сверху в отрытом положении, на фиг 3 представлена схема крана закрытом положении, на фиг. 4 - вид сверху в закрытом положении, на фиг. 5 приведен профиль кулачка-толкателя, обеспечивающий требуемый характер движения, на фиг. 6 изображен профиль копира, обеспечивающий требуемый характер движения.

Осуществление изобретения

Устройство состоит из корпуса 1, патрубков 2 и 3, запорного органа 4 с рычагом 5, на котором расположены пальцы 6 и 7, установленного на шарнирной оси 8, седла 9, приводного вала 10 с кулачком-толкателем 11, копира 12.

Поскольку закон движения запорного органа обеспечивается формой поверхностей кулачка-толкателя 11 и копира 12, то на фиг. 5 и фиг. 6 указаны поверхности 13-21, определяющие характер движения.

Запорный орган 4 может иметь цилиндрическую, коническую или сферическую форму уплотнительной поверхности.

Устройство работает следующим образом.

В исходном положении «открыто» между седлом 9 и запорным органом 4 имеется зазор. При повороте приводного вала 10 против часовой стрелки кулачок-толкатель 11 толкает рычаг запора 5 через палец 6, в результате чего запорный орган 4 вращается вокруг собственной оси без трения об уплотнительные поверхности седла. Когда палец 6 упирается в поверхность 13 копира 12, кулачок-толкатель 11 перемещает его вдоль поверхности 13 копира 12 за счет скольжения пальца 6 по наклонной плоскости 14 кулачка-толкателя 11, устраняя зазор между седлом 9 и запорным органом 4 и приводя кран в положение «закрыто». Окончательное запирание крана и создание необходимого для поддержания герметичности удельного давления между седлом 9 и запорным органом 4 происходит при скольжении пальца 6 по поверхности 15 толкателя 11, выполненной с малым эксцентриситетом относительно оси приводного вала 10, что обеспечивает большое прижимающее усилие при малом моменте на приводном валу 10. Заключительный этап скольжения пальца 6 по поверхности кулачка-толкателя 11 - холостой ход- происходит по поверхности 16, выполненной без эксцентриситета с осью приводного вала 10, что позволяет устранить крутящий момент и исключить необходимость фиксации приводного вала 10. При открывании крана указанная очередность действий имеет обратный порядок: после периода холостого хода (скольжения по поверхности 17 кулачка-толкателя 11) кулачок-толкатель 11 отжимает запорный орган 4 от седла 9 через палец рычага 7 (сначала скольжение осуществляется по поверхности с небольшим эксцентриситетом 18, затем по наклонной плоскости 19), после чего вращает запорный орган до упора пальца рычага 7 в поверхность копира 20. Для обеспечения устойчивости запорного органа 4 при вращении в копире 12 выполнена прорезь 21.

Кран эксцентриковый, предназначенный для управления потоками жидкости в трубопроводах. Содержит корпус, патрубки, приводной вал, седло, запорный орган с рычагом, кулачок-толкатель и копир. Кулачок-толкатель жестко соединен с валом, копир - с корпусом. Между запорным органом и валом жесткая связь отсутствует. Форма поверхностей кулачка-толкателя и копира обеспечивает разделение движения запорного органа на 2 фазы: вращение вокруг оси приводного вала и перемещение вдоль оси трубопровода. Первая фаза соответствует совместному повороту запорного органа и вала на 90°. Во время второй фазы вращается только вал. Общий угол поворота вала более 90°. Техническим результатом является обеспечение отсутствия трения уплотнительных поверхностей запорного органа и седла при открывании и закрывании крана. Это позволяет снизить момент на приводном валу и уменьшить износ уплотнительных поверхностей. Герметичность в закрытом состоянии при этом обеспечена эксцентриситетом кулачка-толкателя. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Кран эксцентриковый, характеризующийся тем, что он состоит из корпуса, патрубков, приводного вала, седла и запорного органа и, с целью уменьшения износа уплотнительных поверхностей и уменьшения крутящего момента на приводном валу, содержит кулачок-толкатель и копир, форма поверхности которых при вращении приводного вала на угол, превышающий 90°, обеспечивает разделение движения запорного органа на две фазы: поворот вокруг оси приводного вала на 90° и перемещение вдоль оси трубопровода.

2. Кран эксцентриковый по п. 1, характеризующийся тем, что запорный орган имеет цилиндрическую, коническую или сферическую форму уплотнительной поверхности.