Кран шаровый Российский патент 2020 года по МПК F16K5/06 F16K27/06 

Изобретение относится к области запорной трубопроводной арматуры, а именно к крану шаровому, выполненному из полимерных композитных материалов, для использования на стальных трубопроводах, а также трубопроводах из полимерных и композитных материалов с высоко агрессивными средами, эксплуатируемых как при повышенных температурах и давлениях, так и при низких температурах окружающего воздуха в условиях Крайнего Севера, а так же в переменных условиях эксплуатации.

Краны шаровые стальные с разборными корпусами просты, но массивны и не обладают коррозионной стойкостью. Краны шаровые полимерные разборные содержат большое количество составных частей, а значит, менее надежны, и обладают невысокими характеристиками.

Известен кран шаровой, содержащий выполненный в виде двух соединенных между собой частей корпус с входным и выходным отверстием, пробку в виде шара, расположенную в средней части корпуса, уплотнение по обе стороны пробки, шпиндель, соединенный с рукояткой и снабженный уплотнением (см. описание полезной модели к патенту № 65601, МПК F16K 5/06, F16K 27/10, опубл. 10.08.2007).

Известный кран шаровой не ремонтопригоден, так как корпус выполнен в виде двух одинаковых, соединенных между собой сваркой полусфер. Недостатком известного крана шарового является также низкая коррозионная стойкость в результате применения углеродистых сталей при изготовлении корпуса и пробки.

Кольцевые уплотнители выполнены из фторопласта и подвержены ползучести, а именно не скомпенсированной деформации под действием повышенной температуры и давления среды, а значит, с течением времени кран потеряет герметичность.

Известен кран шаровой компании George Fisher, содержащий корпус с входным и выходным отверстием, пробку в виде шара, расположенную в средней части корпуса, уплотнение по обе стороны пробки, шпиндель, соединенный с рукояткой и снабженный уплотнением (см. https://www.gfps.com/appgate/ecat/common_flow/10005W/RU/ru/109392/109393/109394/109395/P910107/product.html).

Корпус и пробка известного крана шарового выполнена из поливинилхлорида или полипропилена. Корпус снабжен дополнительно регулировочными втулками из материала аналогичного корпусу. Уплотнения пробки выполнены из фторопласта. Все сопрягаемые детали уплотнены резиновыми кольцами. Начальное контактное давление осуществляют подтяжкой регулировочных втулок к пробке с помощью резьбовых накидных гаек, служащих одновременно соединительными элементами крана.

Устройство ненадежно герметизирует проходное сечение, а необходимость изготовления и установки большого количества втулок, гаек, обойм, седел, использующихся для уплотнения пробки, значительно усложняет конструкцию крана и влечет за собой сложности при эксплуатации. Кроме того, применяемые материалы обладают невысокой теплостойкостью и прочностью, что ограничивает предельные температуры эксплуатации (не более

100^оС), в результате максимальное давление не превышает 1,6 МПа, что снижает область применения устройства.

Известен кран шаровой компании NilCor, содержащий корпус с входным и выходным отверстиями, пробку в виде шара, расположенную в средней части корпуса, уплотнение по обе стороны пробки, шпиндель, соединенный с рукояткой и снабженный уплотнением (см.http://www.nilcor.com/pdf/lit-page/300%20Series%20FBV%20Specification%20Sheet%202016%20REV-8.pdf).

Корпус известного крана шарового выполнен монолитным методом компрессионного прессования из виниловых, фенолоформальдегидных и эпоксидных смол, полисульфона, армированных стекло - и углеволокном.

Корпус известного крана снабжен вворачиваемой с одной или двух сторон заглушкой, выполняющей роль втулки для регулирования усилия поджима седел к пробке.

Недостатком известного крана шарового является наличие металлического шпинделя, изготавливаемого из сплава Хастелой и сальникового узла, требующего постоянной регулировки и обусловливающего высокий крутящий момент, что требует применения громоздких приводов.

Ненадежным также является крепление верхней опорной стальной площадки вворачиваемыми в корпус винтами, так как вворачиваемые в пластмассу винты недолговечны, поскольку резьба в пластмассе быстро выходит из строя, а стальная площадка ржавеет.

К недостаткам следует также отнести отсутствие подпружиненного поджатия фторопластовых седел к шару, что снижает герметичность конструкции. В результате, требуется периодический демонтаж для подтягивания регулировочной втулки.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению, принятому в качестве прототипа, является кран шаровой, содержащий разъемный корпус, состоящий из двух частей, соединенных между собой резьбовым соединением, с входным и выходным отверстиями, пробку в виде шара, расположенную в средней части корпуса, уплотнения по обе стороны пробки, шпиндель, соединенный с рукояткой и снабженный уплотнением (см. описание полезной модели к патенту № 41503, МПК F16K 5/00, опубл.27.10.2004).

Недостатками известного шарового крана является низкая коррозионная стойкость в результате применения углеродистых сталей при его изготовлении, неэффективный уплотнительный узел вала, а также отсутствие уплотнений при соединении частей разъемного корпуса, в результате чего кран имеет низкую герметичность в отношении внешней среды.

Технической задачей изобретения является улучшение технических характеристик, а именно: повышение надежности и герметичности с сохранением антикоррозионных свойств, а также увеличение ресурса использования крана и снижение эксплуатационных расходов.

Техническая задача решается тем, что кран шаровой содержит разъемный корпус из антикоррозийного композитного материала, состоящий из двух частей, соединенных между собой резьбовым соединением, с входным и выходным отверстиями, пробку в виде шара, расположенную в средней части корпуса, уплотнительные седла по обе стороны пробки, шпиндель, соединенный с рукояткой и снабженный уплотнением, при этом пробка и рукоятка выполнены из коррозионностойкого композиционного материала, причём одна часть корпуса расположена внутри другой части с образованием полости для размещения пробки, а другая часть выполнена с выступом, имеющим сечение в виде трапеции, и сквозным отверстием для установки шпинделя, соединенного с рукояткой винтовым соединением, при этом верхняя поверхность выступа выполнена с пазами для взаимодействия с шипами, выполненными на нижней поверхности рукоятки для обеспечения возможности фиксации рукоятки в положениях «открыто» - «закрыто», а уплотнительные седла поджаты к пробке комбинированным уплотнением, установленным в пазу, выполненном на уплотнительном седле. Комбинированное уплотнение может быть выполнено в виде резинового кольца в сплошной фторопластовой оболочке. Шпиндель может быть выполнен металлическим или из композиционного материала.

Кран шаровой иллюстрирован чертежами, где: на фиг. 1 изображено сечение общего вида; на фиг. 2 – то же, сечение А – А на фиг. 1; на фиг.3- выносной элемент Б на фиг.1; на фиг.4- выносной элемент В на фиг.1; на фиг. 5 изображен общий вид крана шарового с рукояткой; на фиг. 6 изображен общий вид крана шарового с приводом.

Кран шаровой содержит корпус, состоящий из двух частей 1 и 2 с фланцами и входным и выходным отверстиями 3 и 4 соответственно (фланцы на чертеже не показаны). Части 1 и 2 корпуса изготовлены литьём под давлением из антикоррозийного композитного материала на основе фенолформальдегидных смол или полифениленсульфида, армированного базальтовым волокном, что придает ему высокую прочность и позволяет эксплуатировать при высоком давлении.

Одна часть 2 корпуса размещена внутри части 1 с образованием полости для размещения пробки 5 в виде шара со сквозным отверстием в средней части, и соединена с частью 1 резьбовым соединением 6, уплотненным эластичным резиновым кольцом 7, обеспечивающим герметичность разъемного соединения (сквозное отверстие пробки и полость для размещения пробки на чертеже не показаны).

Кроме того, часть 1 корпуса выполнена с выступом 8 с сечением в виде трапеции и сквозным отверстием для установки шпинделя 9 для крепления рукоятки 10 (сквозное отверстие на чертеже не показано). Шпиндель 9 может быть выполнен как металлический, так и из композиционного материала.

Выполнение выступа 8 с сечением в виде трапеции позволяет снизить концентрацию напряжений в месте перехода между корпусом 1 и выступом 8 и обеспечить возможность благоприятного расположения волокон в композиционном материале.

Рукоятка 10 выполнена из композиционного материала на основе полиоксиметилена и соединена со шпинделем 9 винтовым соединением 11.

Выступ 8 на корпусе позволяет обеспечить максимально возможную область герметизации шпинделя 9 и использовать вместо сальникового узла уплотнения 12 простой конструкции, например, эластичные резиновые кольца.

Выступ 8 на корпусе служит фиксатором рукоятки 10 в положениях «открыто»-«закрыто» (см. фиг. 6) и естественной площадкой для крепления приводов, обеспечивающих вращение шпинделя 9 (см. фиг. 5), что исключает появление в конструкции стальных элементов с низкой коррозионной стойкостью.

Верхняя поверхность выступа 8 выполнена с пазами 13 для взаимодействия при повороте с шипами 14, выполненными на нижней поверхности рукоятки 10, для обеспечения возможности фиксации рукоятки 10 в положениях «открыто»-«закрыто».

По обе стороны пробки 5 установлены уплотнительные седла 15 и 16, поджатые к пробке 5 уплотнением 17 и 18, каждое из которых выполнено в виде резинового кольца в сплошной фторопластовой оболочке, установленного в пазу, выполненном на уплотнительных седлах 15 и 16 (паз на чертеже не показан). Пробка 5 выполнена из материала аналогичного корпусу.

Уплотнения 17 и 18 выполняют двоякую роль, а именно уплотняют сопряжение седел 15 и 16 с частями 1 и 2 корпуса и поджимают седла 15 и 16 к пробке 5, обеспечивая начальное контактное давление и низкий момент вращения, что позволяет применять экономичные приводы, снижая тем самым энергопотребление.

Кроме того, такая конструкция обеспечивает возможность постоянного контактного давления в уплотнении для компенсации тепловых и механических воздействий. Применение резинофторопластовых колец вместо резиновых для подпружинивания седел 15 и 16 пробки 5 позволяет увеличить коррозионную стойкость и ресурс эксплуатации крана и одновременно увеличить рабочие параметры перекачиваемой среды, а именно, температуру и давление.

Шаровой кран работает следующим образом.

При повороте рукоятки 10 по часовой стрелке на 90° поток рабочей среды перекрывается шаровой пробкой 5, которая поворачивается в седлах 15 и 16 (положение «Закрыто»).

При повороте рукоятки 10 против часовой стрелки на 90° поток рабочей среды свободно проходит через шаровой кран (положение «Открыто»). При этом входное и выходное отверстие 3 и 4 располагаются соосно сквозному отверстию пробки 5.

Ограничение поворота рукоятки 10 обеспечивается взаимодействием шипов 14 рукоятки 10 и пазов 13 выступа 8.

Предлагаемая разборная конструкция корпуса обеспечивает ремонтопригодность предлагаемого крана шарового.

Выполнение корпуса крана шарового и его пробки 5 литьем под давлением из композиционного материала на основе фенолформальдегидных смол или полифениленсульфида, армированного базальтовыми волокнами, позволяет обеспечить возможность перекачивания среды любой агрессивности. Снижение количества соединений (количества деталей) приводит к повышению герметичности по сравнению с прототипом.

Кран шаровой в силу этого значительно более технологичен, а также имеет меньшую массу и габариты по сравнению с прототипом.

Реализация предлагаемого крана шарового обеспечивает технический результат в части существенного повышения рабочих характеристик крана без существенного изменения его конструкции.

Изобретение относится к области запорной трубопроводной арматуры, а именно к крану шаровому, выполненному из полимерных композитных материалов, для использования на стальных трубопроводах, а также трубопроводах из полимерных и композитных материалов с высокоагрессивными средами, эксплуатируемых как при повышенных температурах и давлениях, так и при низких температурах окружающего воздуха в условиях Крайнего Севера, а также в переменных условиях эксплуатации. Изобретение позволяет улучшить технические характеристики, а именно повысить надежность и герметичность с сохранением антикоррозионных свойств, а также увеличить ресурс использования крана и снизить эксплуатационные расходы. Кран шаровой содержит разъемный корпус из антикоррозийного композитного материала, состоящий из двух частей, соединенных между собой резьбовым соединением, с входным и выходным отверстиями, пробку в виде шара, расположенную в средней части корпуса, уплотнительные седла по обе стороны пробки, шпиндель, соединенный с рукояткой и снабженный уплотнением, при этом пробка и рукоятка выполнены из коррозионно-стойкого композиционного материала, причём одна часть корпуса входит внутрь другой части с образованием полости для размещения пробки, а другая часть выполнена с выступом, имеющим сечение в виде трапеции, и сквозным отверстием для установки шпинделя, соединенным с рукояткой винтовым соединением, при этом верхняя поверхность выступа выполнена с пазами для взаимодействия с шипами, выполненными на нижней поверхности рукоятки для обеспечения возможности фиксации рукоятки в положениях «открыто» - «закрыто», а уплотнительные седла поджаты к пробке комбинированным уплотнением, установленным в пазу, выполненном на уплотнительном седле. Комбинированное уплотнение выполнено в виде резинового кольца в сплошной фторопластовой оболочке. Шпиндель может быть выполнен металлическим или из композиционного материала. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Кран шаровой, содержащий разъемный корпус из антикоррозийного композитного материала, состоящий из двух частей, соединенных между собой резьбовым соединением, с входным и выходным отверстиями, пробку в виде шара, расположенную в средней части корпуса, уплотнительные седла по обе стороны пробки, шпиндель, соединенный с рукояткой и снабженный уплотнением, отличающийся тем, что пробка и рукоятка выполнены из коррозионно-стойкого композиционного материала, причём одна часть корпуса размещена внутри другой части с образованием полости для размещения пробки, при этом другая часть выполнена с выступом, имеющим сечение в виде трапеции, и сквозным отверстием для установки шпинделя, соединенного с рукояткой винтовым соединением, при этом верхняя поверхность выступа выполнена с пазами для взаимодействия с шипами, выполненными на нижней поверхности рукоятки, для обеспечения возможности фиксации рукоятки в положениях «открыто» - «закрыто», а уплотнительные седла поджаты к пробке уплотнением, установленным в пазу, выполненном на уплотнительном седле.

2. Шаровой кран, по п.1, отличающийся тем, что уплотнение выполнено комбинированным в виде резинового кольца в сплошной фторопластовой оболочке.

3. Шаровой кран по п.1, отличающийся тем, что шпиндель выполнен металлическим.

4. Шаровой кран по п.1, отличающийся тем, что шпиндель выполнен из композиционного материала.