Кран запорно-регулирующий с изменяемой пропускной способностью Российский патент 2021 года по МПК F16K3/02 F16K3/24 F16K5/04 

Изобретение относится к области трубопроводной арматуры, а именно к конструкции запорно-регулирующих устройств, используемых в автоматизированных системах управления потоками жидкостей в трубопроводных системах.

Очень часто предпринимаются попытки использовать в качестве регулирующей арматуры шаровые, запорные по сути, краны. Однако в эксплуатации это выявило следующие недостатки: при неполном открытии крана часто происходит турбулизация потока, возникает кавитация и порождаемый ею сильный шум. Расходная характеристика крана при таком применении сугубо нелинейная и неустойчива, а уплотнения подвергаются в этих условиях эрозии и быстро выходят из строя.

Для устранения этих недостатков фирма Naval снабжает свои регулирующие шаровые краны специальными пластинами, устанавливаемыми в отверстие шара-пробки, предназначенное для пропускания рабочей среды. Четкая регулировка возможна даже при высоких перепадах давления, практически без турбулентности и кавитации. Расходная характеристика крана практически линейна [https://www.vexve.com/ru/, дата обращения 07.09.2020].

Для получения требуемой расходной характеристики ряд фирм использует шары-пробки с некруглым проходным отверстием. Так шаровые краны фирмы Vexve имеют равнопроцентную расходную характеристику – зависимость расхода от угла поворота шпинделя. Это достигается за счет W-образной формы отверстия в шаре-пробке [http://vexve-valve.ru/category/produktsiya/balansirovochnyie-klapani/, дата обращения 07.09.2020].

Однако, указанные выше конструктивные изменения не устраняют другого крупного недостатка регулирующих шаровых кранов, связанного с хладотекучестью фторопласта, из которого изготавливаются седла крана, и его недостаточной стойкостью к абразивному износу. При частичном открытии крана в течение некоторого отрезка времени его седла контактируют с шаром-пробкой не по всей своей рабочей сферической поверхности. Под действием давления потока шар вдавливается в седло, на котором с течением времени образуется кольцевая «ступенька». При дальнейшем повороте шара эта «ступенька» сминается или срезается кромкой шара, что приводит к постепенному искажению формы рабочей поверхности седел и потере герметичности затвора. Кроме того, при частичном открытии крана его седла находятся под воздействием рабочей среды, в которой неизбежно содержатся твердые частицы. Происходит абразивный износ седел, уменьшающий срок службы крана. По указанным причинам ряд фирм запрещает использование своих запорных шаровых кранов в качестве регулирующих.

Совмещение функций регулирования и перекрывания потока достигнуто в балансировочных кранах фирм Broen и Danfoss [https://broen.ru/produktsiya/balansirovochnye-klapany/katalog/, дата обращения 07.09.2020], [https://www.danfoss.com/ru-ru/products/valves/dhs/hydronic-balancing-and-control/?sort=default_sort, дата обращения 07.09.2020]. Перекрытие потока осуществляется шаровым краном. В шпиндель крана вмонтирован винтовой механизм, перемещающий шибер. Шибер частично перекрывает цилиндрическое отверстие в шаре-пробке. Поворотом рукоятки крана можно повернуть шар-пробку на 90˚, полностью перекрыв поток, не меняя регулировки крана (положения шибера). Недостатком такой конструкции является консольное закрепление регулирующего шибера. При использовании такого крана в качестве регулирующего в процессе непрерывной работы не исключены вибрации шибера и его заклинивание.

Удачное конструктивное решение запорно-регулирующего шарового крана было предложено ООО «Рар», Россия [http://www.rar.perm.ru/products/kran//, дата обращения 07.09.2020]. В цилиндрическое отверстие шара-пробки вмонтирован дисковый затвор. Шпиндель диска проходит через центральное отверстие в шпинделе шара-пробки. Регулирование потока производится поворотом диска, полное его перекрытие – поворотом шара-пробки на 90˚. Кран снабжен поворотным пневматическим приводом и двойным мальтийским передаточным механизмом. Половина полного угла поворота выходного вала пневмопривода (45˚) затрачивается на поворот шарового затвора, вторая половина – на поворот дискового затвора. Данных о ресурсе таких кранов и их стоимости не приводится. Конструкция привода представляется весьма громоздкой. Недостатком также является снижение пропускной способности из-за сужения прохода для рабочей жидкости, что может приводить и к отказам из-за засорения рабочего канала в процессе эксплуатации.

Также известны конструкции цилиндрических кранов, содержащие корпус с проходным каналом и установленной в нем цилиндрической пробкой и втулкой, в которой выполнены сквозные отверстия, соосные проходному каналу в пробке, а также механизм привода [https://apollo-vostok.ru/products/plug-valve/, дата обращения 04.09.2020] - прототип.

Недостатком крана является ограниченный функционал: кран может только регулировать и запирать поток рабочей жидкости.

Все вышеперечисленные аналоги не обеспечивают выполнения функций регулирования, запирания и настройки пропускной способности в одном устройстве и от одного привода. Поэтому в системах, где необходимо иметь одновременно все эти функции, приходиться ставить несколько устройств каждое со своим приводом (если речь идет о системах с автоматическим управлением), что резко увеличивает стоимость всей системы в целом, поскольку стоимость привода как правило значительно превосходит стоимость самих устройств.

Техническая задача изобретения направлена на расширение функциональных возможностей крана, при сохранении удобства эксплуатации, надежности и долговечности.

Технический результат направлен на обеспечение в одном устройстве регулирования, запирания и настройки пропускной способности от одного привода.

Технический результат достигается тем, что кран запорно-регулирующий с изменяемой пропускной способностью содержит корпус с проходным каналом с запирающим элементом, выполненным в виде поворотного штока, установленного перпендикулярно продольной оси проходного канала и связанного с механизмом привода. При этом нижняя часть поворотного штока выполнена в виде цилиндрической пробки с боковым отверстием для прохода рабочей жидкости, а верхняя часть штока имеет внешнюю резьбу с мелким шагом и установлена в прижиме резьбовом, жёстко соединённым с корпусом и рамкой-кожухом. При этом в верхней части поворотного штока вставлен штифт, внутри корпуса установлено кольцо уплотнительное, поджимаемое прижимом резьбовым, нижнее отверстие корпуса закрыто заглушкой с кольцом уплотнительным. В нижней части корпуса выполнена цилиндрическая проточка.

Обеспечение изменения пропускной способности, регулирования и запирания в одной конструкции от одного привода достигается за счет наличия в центральной части устройства резьбового соединения поворотного штока с прижимом резьбовым, которое при вращении штока обеспечивает его смещение в направлении, перпендикулярном оси крана, и цилиндрической полости – проточки в нижней части корпуса крана, в которую шток заходит по мере уменьшения пропускной способности и уплотнительных колец, установленных в корпусе крана и обеспечивающих герметичность затвора без протечек при запирании.

Сущность заявляемого устройства поясняется графическими материалам, где на фиг. 1 представлен кран запорно-регулирующий с изменяемой пропускной способностью с одним приводом, изометрический вид, на фиг.2 – разрез в положении «открыто», фиг. 3 – разрез положение «настройка пропускной способности», фиг. 4 - разрез положение «запирание».

В корпусе крана 1 установлен поворотный шток 4, нижняя часть которого выполнена в виде цилиндрической пробки (фиг. 2) с боковым отверстием для прохода рабочей жидкости. Верхняя часть поворотного штока 4 имеет внешнюю резьбу с мелким шагом, которая ввинчивается (вывинчивается) в прижим резьбовой 6, соединённый жёстко с корпусом 1 и рамкой-кожухом 2 при помощи винтов 9. Вращение от двигателя 3, закреплённого на рамке-кожухе 2 винтами 11, передается штифтом 5 на поворотный шток 4. Внутри корпуса 1 установлено кольцо уплотнительное 7, поджимаемое прижимом резьбовым 6. Нижнее отверстие корпуса 1 закрыто заглушкой 8 с кольцом уплотнительным 10. Между корпусом и цилиндрической частью поворотного штока в проточке корпуса установлены уплотняющие кольца 12. В нижней части корпуса выполнена цилиндрическая проточка 13, размер которой в корпусе больше цилиндрической части штока.

Работа конструкции сводится к следующему.

Автоматическая настройка пропускной способности (фиг. 2 - фиг.4) осуществляется за счет перемещения штока 4 посредством двигателя 3, штифта 5 и мелкой резьбы на прижиме резьбовом 6. Отверстие в штоке 4 за счет вращения вала двигателя может занимать любое положение относительно отверстия в корпусе 1, изменяя тем самым пропускную способность крана за счет изменения степени перекрытия проходных отверстий в штоке и корпусе.

Регулирование. При настроенной пропускной способности крана за счет вращения двигателя 3 осуществляется сколь угодно долго по времени регулирование, которое осуществляется изменением расхода от минимума до максимума для данного настроенного положения пропускной способности за счет поворота штока с отверстием относительно отверстия в корпусе в пределах только от 0 до 180 градусов.

Запирание. При необходимости прекратить переток через кран по команде системы управления за счет того же двигателя 3 шток 4 перемещается в крайнее нижнее положение по отношению к корпусу крана, перекрывая рабочее отверстие в штоке (фиг. 4) для этого в нижней части корпуса выполнена цилиндрическая проточка 13. За счет прецизионной пары цилиндрическая часть штока - цилиндрическая часть корпуса образуется лабиринтное уплотнение, которое обеспечивает в крайнем нижнем положении штока отсутствие перетока через кран, т.е. запирание крана в этом положении. Для надежности герметизации затвора и обеспечения герметичности затвора без протечек в корпусе крана установлены уплотнительные кольца 12.

Таким образом, заявленная конструкция крана обеспечивает в одном устройстве регулирование, запирание и настройку пропускной способности с помощью одного привода.

Изобретение относится к трубопроводной арматуре и предназначено для использования в автоматизированных системах управления потоками жидкостей в трубопроводных системах. Кран запорно-регулирующий с изменяемой пропускной способностью содержит корпус с проходным каналом с запирающим элементом, выполненным в виде поворотного штока, установленного перпендикулярно продольной оси проходного канала и связанного с механизмом привода. При этом нижняя часть поворотного штока выполнена в виде цилиндрической пробки с боковым отверстием для прохода рабочей жидкости, а верхняя часть штока имеет внешнюю резьбу с мелким шагом и установлена в прижиме резьбовом, жёстко соединённом с корпусом и рамкой-кожухом. При этом в верхней части поворотного штока вставлен штифт, внутри корпуса установлено кольцо уплотнительное, поджимаемое прижимом резьбовым, нижнее отверстие корпуса закрыто заглушкой с кольцом уплотнительным. В нижней части корпуса выполнена цилиндрическая проточка. Таким образом в одном устройстве обеспечиваются функции регулирования, запирания и настройки пропускной способности от одного привода. 4 ил.

Кран запорно-регулирующий с изменяемой пропускной способностью, характеризующийся тем, что содержит корпус с проходным каналом, запирающий элемент, выполненный в виде поворотного штока, установленного перпендикулярно продольной оси проходного канала и связанного с механизмом привода, при этом нижняя часть поворотного штока выполнена в виде цилиндрической пробки с боковым отверстием для прохода рабочей жидкости, верхняя часть штока выполнена с внешней резьбой с мелким шагом и установлена в прижиме резьбовом, жёстко соединённом с корпусом и рамкой-кожухом, при этом в верхней части поворотного штока вставлен штифт, внутри корпуса установлено кольцо уплотнительное, поджимаемое прижимом резьбовым, нижнее отверстие корпуса закрыто заглушкой с кольцом уплотнительным, в нижней части корпуса выполнена цилиндрическая проточка.