Шаровой кран Советский патент 1989 года по МПК F16K5/20 

Изобретение относится к арматуре- строению, в частности к шаровым крайнем, и может быть использовано для обеспечения герметичности затворов шаровых кранов, предназначенных для перекрытия трубопроводов больших диаметров, находящихся под высоким давлением.

Целью изобретения является повыше- |ние надежности работы крана за счет обеспечения равномерного по поперечному сечению предварительного напряженно-деформированного состояния уп- лотнительного элемента.

На фиг; 1 изображен шаровой кран с фиксированной шаровой пробкой и плавающим узлом уплотнения, разрез; на фиг. 2 - узел уплотнения в сборе; I на фиг.З - уплотнитель при его обжа- : тин (на нижней части фиг. 3 показано I Положение в процессе обжатия, а на i верхней части - момент окончания i сборки седла и полного обжатия уп- I лотнителя в гнезде). ; . Шаровой кран содержит установлен- 1 ную в корпусе 1 шаровую пробку 2 со ; шпинделем 3, уплотненную узлами уп- : лотнения, состоящими из металличес- ких разъемных кольцевых седел, каждое из которых включает наружную 4 и внутреннюю 5 втулки, контактирую- ; щие между с обой по цилиндрической I поверхности и образующие гнездо за- I делки упругого уплотнительного коль- I ца 6 с кольцевой щелью 7 для выхода кольца 6. Гнездо заделки образовано I внутренней кольцевой расточкой в на- ружной втулке 4 и наружной поверхностью 8 внутренней втулки 5. Цилиндрическая поверхность 9 расточки ограничена со стороны пробки конической поверхностью 10, а с противоположной стороны - упорной поверхностью 11, расположенной перпендикулярно к продольной оси крана. Наружная поверхность 8 внутренней втулки 5 в зоне гнезда заделки выполнена конической с углом 1 полуконуса не более 30 . Конические поверхности 10 и 8 соответственно расточки и внутренней втулки 5, образзтощие кольцевую щель 7 для выхода уплотнительного кольца 6, выполнены сходящимися. Уплотни - тельное кольцо 6 выполнено с аналогичным гнезду заделки профилем, поперечного сечения, причем коническая поверхность уплоткительного кольца 6, контактирующая с конической по

5

0

5

0

5

40

45

50

55

верхностью 8 внутренней втулки 5, выполнена с припуском по отношению к состоянию обжатия (т.е. предварительному напряженно-деформированному состоянию в гнезде, соответствующему полной сборке уплотнения, осуществляемому стягиванием втулок 4 и 5 посредством болтов или шпилек 12.

Линия перехода к наружной конической поверхности 8 внутренней втулки 5 расположена в плоскости упорной поверхности 11 наружной втулки 4.

Предварительное прижатие уплотни- тельных колец 6 к поверхности пробки 2 осуществляется с помощью пружин 13, действующих в осевом направлении на плавающие разъемные седла.

Шаровой кран работает следующим образом.

Под действием привода через шпин- дель 3 крутящий момент передается на пробку 2. Поворачиваясь на 90, пробка 2 открывает или перекрывает поток рабочей среды в трубопроводе. Положение пробки 2, при котором ее проходное сечение совпадает с проходным сечением трубопровода, соответствует открытому положению крана. При за1срь1- той пробке 2 уплотнительные кольца 6 предотвращают переток рабочей среды из участка трубопровода, находящегося под давлением, в участок, предохраняемый от поступления рабочей среды. При этом герметичность уплотнения пробки обеспечивается за счет прижатия выступающей из щели 7 гнезда части колец 6 к поверхности пробки 2 посредством действия на плавающие седла, состоящие из втулок 4 и 5, осевого усилия от пружин 13 и перепада давления на каждом седле уплотнения. Герметичность уплотнения достигается за счет превьшгения значений максимальных контактных напряжений (удельных давлений) в стыке уплотнительного кольца 6 с поверхностью пробки 2 над величиной запираемого давления.

В шаровом кране достижение высоких усилий обжатия уплотнителя обеспечивается за счет использования клинового эффекта при запрессовке уплотнительного кольца 6 в гнездо заделки механическим путем посредством стягивания внутренней 5 и наружной 4 втулок шпильками или болтами 12 в процессе сборки узла уплотнения. При этом усилия запрессовки (обжатия)

314

уплотнителя во много раз превышают предельные усилия затяжки шпилек (болтов) 12, что вытекает из анализа сил действующих на уплотнительное кольцо (фиг.З),

При равномерном стягивании втулок сила стягивания втулок от суммарного усилия затяжки болтов действует в осевом направлении как на наружную 4 так и на внутреннюю 5 втулки, причем векторы сил направлены навстречу дру другу (стягивание втулок). Коническа поверхность внутренней втулки контактирует при этом с конической поверх- ностью уплотнительного кольца, имею щей припуск h. На этой конической поверхности контакта возникают две силы, действующие на уплотнительное кольцо (реакции конической поверхнос ти втулки) - это сила нормального давления и сила трения.

Эти силы образуют равнодействующую силу, действующую на уплотнительное кольцо 6.

Сила нормального давления являетс активной силой, запрессовывающей уплотнительное кольцо 6 в гнездо заделки..

Сила трения в данном случае явля- ется вредной силой.

При запрессовке уплотнительного кольца в гнездо имеет место клиновой эффект, заключающийся в превышении силы нормального давления (запрессовывающей силы) над силой стягивания втулок и в скольжении контактирующих конических поверхностей уплотнительного кольца и внутренней втулки друг относительно друга, что ис- ключает выворачивание уплотнительного кольца из гнезда при его запрессовке.

Величина угла cf, определяющая возможность получения указанного клинового эффекта, выбирается в зависимости от соотношения сил, действующих на уплотнительное кольцо в проекциях на продольную ось кгана, и от коэффициента трения (fтр) контактирующих поверхностей уплотнительного кольца и внутренней втулки, при этом должно соблюдаться неравенство

f тр (0,5 - sin o(,)/coso. Формула изобретения

Шаровой кран, содержащий размещенную в корпусе, шаровую пробку и узел ее уплотнения в виде разъемного кольцевого седла, состоящего из наружной и внутренней втулок, контактирующих между собой по цилиндрической поверхности и образующих гнездо заделки упругого уплотнительного кольца, имеющее кольцевую щель для выхода ука- занного кольца, причем гнездо заделки образовано наружной поверхностью внутренней втулки и внутренней кольцевой расточкой в наружной втулке, цил 1ндрическая поверхность которой ограничена со стороны пробки конической поверхностью, а с противоположной стороны - упорной поверхностью, перпендикулярной к продольной оси крана, причем уплотнительное кольцо выполнено с аналогичным гнезду заделки профилем поперечного сечения, отличающийся тем, что, с целью 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, причем конфигурация профиля поперечного сечения уплотнительного кольца выполнена с припуском по конической его поверхности относительно конической поверхности внутренней втулки.

ftie.3

//

Изобретение относится к армату- ростроению, в частности к шаровым кранам, и может быть использовано для перекрытия трубопроводов больших диаметров, находящихся под высоким давлением. Цель изобретения 5 12 повышение надежности работы крана за счет обеспечения равномерного по по- -перечному сечению предварительного напряженно-деформированного состояния уплотнения. Выполнение наружной поверхности 8 внутренней втулки 5 в зоне гнезда заделки конической, сходящейся с конической поверхностью 10 наружной втулки 4, и вьтолнение профиля уплотнительного кольца 6 с припуском относительно конической поверхности 8 внутренней втулки 5 обеспечивают в процессе запрессовки уплотнительного кольца 6 в гнездо заделки наличие клинового эффекта, при котором получаются высокие усилия обжатия уплотнительного кольца 6 в гнезде заделки и уменьшается интенсивность его (кольца) износа при вращении шаровой пробки 2. 3 ил. 4 О . (О (Л СП С71 // цзиг.2