Шаровой кран Советский патент 1991 года по МПК F16K5/20 

Фиг. 1

движным вспомогательным поршнем (Л) 20. И 20 отделяет внутреннюю полость т длиндра 19 от управляющей камеры (К) 21, сообщенной каналом 22 с внутренней полостью 14 корпуса. Основной и вспомогательный П 17, 20 соединены между собой. К 23, образованная П 17, 20, сообщена с атмосферой и в ней размещена пружина 25 сжа- тия, нагружающая Л 17, 20 в направлении К 21. В канале 22 установлен обратный клапан 26, обращенный входом сторону полости 14. Параллельно клапану 26 подключен регулирующий дроссель 27. В К 21 соосно П 20 установлен плавающий II 29 между торцовой поверхностью к-рого и внутренней поверхностью К 21 образована герметичная К 30, заполненная газом под давлением. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение м.б. использовано в шаровых кранах двойного герметизирующего действия. Цель изобретения - повышение надежности срабатывания крана путем выравнивания сверхдопус- тимого давления в полости корпуса с давлением в проходном канале за счет торможения основного поршня при обратном его ходе. Основной цилиндр 16 снабжен вспомогательным цилиндром 19 с размещенным в нем аксиально по

Изобретение относится к трубопроводной арматуре, в частности к шаровым кранам двойного герметизирующего , действия.

Целью изобретения является повышение надежности срабатывания крана путем выравнивания сверхдопустимого давления во внутренней полости корпуса с давлением в проходном канале за счет торможения основного поршня при обратном его ходе.

На фиг. 1 изображен шаровой кран в положении, когда проходной канал разобщен с внутренней полостью корпу- са, разрез; на фиг. 2 - многоходовой клаьаг до фиг. 1 в положении, когда через него проходной канал сообщен с внутренней полостью корпуса, разрез; на фиг 3 - 4 - упрощенные ва рианты выполнения многоходового клапана, представленного на фиг. 1, разрез; на фиг. 5 - вариант выполнения многоходового клапана, представленного на фиг. 1| на фиг. 6 - другой ва- риант выполнения многоходового клапана , представленного на фиг.5, оснащенного газовой герметичной камерой.

| аровой кран содержит корпус 1 с проходным каналом 2 для рабочей жид- кости. Для открытия и перекрытия проходного канала 2 в корпусе 1 установлена шаровая пробка 3. В ступенчатой расточке 4 корпуса 1 размещена с возможностью перемещения упорно-уплотнн- тельная гильза 5 с закрепленным в ней уплотнительным кольцом 6, рабочая кромка 7- которого постоянно поджата к шаровой пробке 3 под действием пружин 8 сжатия, расположенных равномер- но по окружности. Наружная поверх- , ность упорной гильзы 5 выполнена ступенчатой. Диаметр I) одной поверхности ступени 9 выполнен больше диаметра D рабочей кромки 7 уплотнитель- ного кольца 6, а диаметр D.J другой поверхности ступени 10 - меньше диаметра D2 рабочей кромки 7. Между указанными поверхностями большего и меньшего диаметров ступеней 9 и 10 и внутренней поверхностью 11 корпуса 1 образована кольцевая камера 12, герметизированная уплотнением 13. Внутренняя полость 14 корпуса 1 сообщена с проходным каналом 2 через многоходовой клапан 15, который выполнен в виде основного цилиндра 16 с размещенным в нем аксиально подвижным основным поршнем 17, образующим с внутренней поверхностью основного цилиндра 16 камеру 18, соединенную с внутренней полостью 14 корпуса 1. Основной цилиндр 16 снабжен вспомогательным цилиндром 19 с размещенным в нем аксиально подвижным вспомогательным поршнем 20. Внутренняя полость вспомогательного цилиндра 19 разделена вспомогательным поршнем 20 на управляющую камеру 21, сообщенную каналом 22 с внутренней полостью 14 корпуса 1. Основной 17 и вспомогательный 20 поршни соединены между собой. Между ними образована камера 23, сообщенная с атмосферой отверстием 24. В камере 23 размещена пружина 25 сжатия, нагружающая поршни 17 и 20 в направлении управляющей камеры 21. В канал-е 22, соединяющем внутреннюю полость 14 корпуса 1 с управляющей камерой 21, установлен обратный клапан 26, обра- щенный своим входом в сторону внутренней полости 14 корпуса 1. Параллельно обратному клапану 26 подключен регулирующий дроссель 27. В основном поршне 17 выполнен канал 28, соеди- няющий внутреннюю полость 14 корпуса 1 с проходным каналом 2. Вспомогательный поршень 20 имеет дополнительный поршневой поясок 29 диаметром d, располагающийся в полости 23 рядом с поршнем 20. Между вспомогательным поршнем 20 и поршневым пояском 29 образована кольцевая камера 30 с внутренним диаметром d5. Камера 30 сообщается с проходным каналом 2 через отверстие 31 и соединительный канал 32, через канал 28 - с кольцевым пазом 33.

Усилие пружины 25 сжатия выбирается таким, чтобы вспомогательный поршень 20 мог перемещаться влево лишь тогда, когда давление Р( во внутренней полости 14 корпуса 1 выходит за определенный допустимый диапазон и достигает заданного сверхдопустимого давления Р,1 . Лиаметр d2 вспомогательного поршня 20 выбран большим диаметра d. основного поршня 17.

Когда давление Рг в проходном канале 2 выше давления Р внутренней полости 14 корпуса 1, поршень 17 располагается справа (фиг. 1). При этом полость 14 отделена от проходного канала 2, а упорно-уплотнительная гильза 5 поджата самоподдерживающимся усилием к шаровой пробке 3.

Когда давление Р( во внутренней полости 14 становится выше давления Рг, действующего со стороны проходного канала 2, но остается в пределах допустимого диапазона, вспомогательный поршень 20 удерживается в крайнем правом положении под действием пружины 25 сжатия, в результате чего с тыльной стороны на упорно- уплотнит едьную гильзу 5 действует поджимающее.самоподдерживающееся усилие, герметизирующее шаровой кран.

Когда давление Р( во внутренней полости 14 достигает сверхдопустимого давления Р , поршень 17 смещается влево, преодолевая усилие пружины 25 сжатия, до тех пор, пока кольцевой паз 33 не совпадет с отверстием 34, как это показано на фиг. 2, В этом случае кольцевая камера 30 сообщается с отверстием 34 через соединительный канал 28 и далее - с внутренней полостью 14 через каналы 35 и 22.

Таким образом осуществляется сброс давления Р из внутренней полости 14 в проходной канал 2 для компенсации недопустимого роста этого давления.

0

5

0

5

С целью стабилизации многоходового клапана 15 используют регулирующий дроссель 27 в сочетании с обратным (контрольным) клапаном 26, установленные в канале 22.

На фиг. 3 и 4 представлены упрощенные варианты выполнения многоходового клапана Т5, предназначенные для использования в данном шаровом кране. Вспомогательный поршень 20 (фиг. 3 и 4) выполнен без вспомогательного пояска 29 (фиг. 1), а камера 23, образованная между поршнями Т7 и 20, сообщена с проходным каналом 2 через отверстия 36 и камеру 3 (фиг. 3) или с атмосферой отверстием 24 (фиг. 4), поэтому действующее в камере 23 давление (фиг. 4) не равно давлению в камере 37.

На фиг, 5 и 6 изображены варианты конструкции многоходового клапа- . на 15, показанного на фиг. 1.

Многоходовой клапан 15, показанный на фиг. 5, имеет цилиндрический корпус 38, внутри которого установлена цилиндрическая обойма 39, имеющая с одной стороны вспомогательный цилиндр 40 с концевой цилиндрической 0 частью 41, выполненной с относительно большим внутренним диаметром, а с другой стороны обойма 39 переходит в основной цилиндр 42. Внутри основного цилиндра 42 размещен цилиндрический золотниковый плунжер 43, перемещающийся в продольном направлении. Этот плунжер имеет ос новной поршень 44 с меньшим диаметром, выполненным с торца. Поршень 44 ограничивает проходную камеру 45, образованную со стороны уменьшенного в диаметре торца основного цилиндра 42. Камера 45 сообщается с внутренней полостью 14 через выходное отверстие 46 и сое- 5 динительный трубопровод 47. На уменьшенном в диаметре торце золотникового плунжера 43 выполнена прорезь 48, с помощью которой выходное отверстие 46 сообщается с камерой 45 даже тогда, когда плунжер, реагируя на ненормальное увеличение давления во внутренней полости 14, плотно прижимается к внутреннему торцу отверстия 46.

Между наружной боковой поверхностью уменьшенной по диаметру цилиндрической части основного цилиндра 42 и внутренней цилиндрической поверхностью корпуса 38 образована кольцевая регулирующая камера 49, охва5

0

0

71639437

тывающая снаружи камеру 45. Камера 49 сообщается с камерой 45 через торцовую проточку 50 и отверстия 5t, выполненные в стенке уменьшенной по диаметру цилиндрической части основного цилиндра 42.

Та часть золотникового плунжера 43, которая находится в увеличенной по диаметру цилиндрической части 41 JQ вспомогательного цилиндра 40, имеет поршневой поясок 52 относительно большего диаметра. Поршневой поясок 52 находится на противоположном относи- тельно проходной камеры 45 конце 15 плунжера, образуя управляющую камеру 53. Внутри упомянутого золотникового плунжера выполнен проходной канал 54, соединяющий камеру 45, связанную с внутренней полостью 14, с 20 управляющей камерой 53 через обратный клапан 55, нагруженный пружиной в сторону камеры 45. Пружина упирается в закрепленное в корпусе основание 56, выполненное с праходным отверсти- 5 ем 57.

Во внутренней цилиндрической обойт- ме 39 выполнен регулирующий расходо- мерный канал 58, проходящий от управляющей камеры 53 к кольцевой регули-/зо рующей камере 49. На конце канала 58, выходящем в камеру 49, установлен жиклерный клапан 59, регулирующий расход жидкости (газа). Внутреннее давление управляющей камеры 53 передает- е ся в камеру 49 и при этом регулируется клапаном 59. Последний приводится в действие в данном случае с помощью регулировочной стопорной гайки 60, которая установлена с внешней стороны до цилиндрического корпуса клапана.

Плунжер 43, кроме того, снабжен вторым выступающим поршневым пояском 61, который находится рядом с первым поршневым пояском 52. Между поясками 45 61 и 52 образована проходная гидрокамера 62, сообщающаяся с проходным каналом 2 контролируемой гидромагистрали через проходные отверстия 63 и 64.

ПОМИМО ЭТОГО В ЗОЛОТНИКОВОМ ПЛУН- gQ

жере 43 выполнен канал 65, соединяющий камеру 62 с кольцевым пазом 66, выполненным на боковой поверхности основного поршня 44.

Между поршневым пояском 61 и ос- « новным поршнем 44 образована деком- прессионная камера, находящаяся в уширенной части упомянутой цилиндрической обоймы 39 и отделенная от управляющей камеры 53. Камера 67 сообщается с атмосферой через сквозные альные отверстия 68 и 69. Внутри камеры 67 находится пружина 70 сжатия, которая удерживает золотниковый плунжер 43 в крайнем правом положении (фиг. 5), когда давление Р. во внутренней полости 14 корпуса шарового клапана находится в пределах заданного допустимого диапазона, разъединяя таким образом камеру 62 от внутренней полости 14.

Жесткость пружины 70 сжатия выбирается так же, как жесткость пружины 25 сжатия.

Принцип действия многоходового клапана, изображенного на фиг. 5, состоит в следующем.

Если внутреннее давление Р„ внутренней полости 14 шарового клапана находится в пределах заданного допустимого диапазона, золотниковый плунжер 43 находится в крайнем правом подпружиненном положении, при этом давление передается из внутренней полости 14 через отверстие 46 в проходную камеру 45 и далее с некоторым изменением в управляющую камеру 53 через проходной канал 54, а из канала 54 - через обратный клапан 55. Одновременно давление Р4 передается частично из камеры 45 в регулирующую камеру 49 через торцовую проточку 50 и соединительные дроссельные отверстия 51. В свою очередь, давление Рг проходного канала 2 передается во внутреннюю камеру 62 через радиальные отверстия 64 и 63. В данном случае давление не влияет на работу золотникового плунжера, поскольку камера 62 выполнена внутри этого плунжера, и при этом давление никак не передается в декомпрессионную камеру 67, связанную с атмосферой и участвующую в перемещении плунжера. Таким образом, когда давление во внутренней полости 14 находится в пределах определенного допустимого диапазона, эта полость отсоединена от проходного канала 2.

При чрезмерном повышении давления Р, во внутренней полости 14 с выходом за допустимый диапазон значений, по достижении какого-то определенного критического уровня Р создается значительный перепад между давлением, прикладываемым к вспомогательному поршню, состоящему из двух поршневых

10

нием, соответствукифш расчетному давлению Р .

Принцип действия рассматриваемого многоходового клапана сводится к следующему.

Увеличение давления внутренней полости 14 передается в управляющую камеру, в результате-чего давление отверстиями 51. Внутренняя полость 14 JQ в этой камере увеличивается. Одновре- связывается с камерой 62 многоходово- менно с этим упомянутый поршневой го клапана и ее внутреннее давление сбрасывается в-проходной магистральный канал 2, в результате чего обесу1639437

поясков 52 и 61, и тем давлением, которое прикладывается к основному поршню 44, в результате чего появляется, усилие, превосходящее усилие поджатия пружины 70, вследствие чего золотниковый плунжер 43 смещается влево (в плоскости Лиг. 5), совмещая кольцевой паз 66 с радиальными проходными

элемент смещается п направлении торцовой стенки 72 (т.е. на Лиг. 6 - вправо), увеличивая внутреннее давлепечивается надежная компенсация недо- 55 ние газа в герметичной камере 73, копустимого роста давления Р, .

При уменьшении внутреннего давления в полости 14 давление из управляющей камеры 53 не передается в обратном направлении в проходную камеру 45 через соединительный канал 54 плунжера, этому препятствует обратный клапан 55. Одновременно с этим не происходит и обратного перетекания гидравлической жидкости (газа) по соединительному каналу 58 в регулирующую кольцевую камеру 49, поскольку выходной конец этого канала заблокирован контрольным жиклерным клапаном 59. Таким образом, давление внутренней полости 14, которое передается в камеру 62, будет действовать, некоторый отрезок времени. Это обеспечивает возможность достаточно полного снижения давления, так как золотниковый плунжер не сразу вернется в исходное крайнее правое положение под действием возвратной пружины.

торое становится равным внутреннему давлении регулирующей камеры 75 (фиг. 5).. По мере роста давления во внутренней полости 14, когда оно до20 стигает определенного критического уровня, эта полость подключается к кольцевой камере 62, в результате чего происходит сброс давления. В это время происходит также уменьшение дав25 ления в регулирующей камере 75 и увеличение объема герметичной (компрессионной) камеры 73, поскольку она заполнена сжимаемой газовой средой. При этом подвижный поршень 71 смещается

30 по штоку 74 в направлении регулирующей камеры 53 соответственно падению давления в этой камере$ что обеспечивает компенсацию уменьшения давления. Таким образом, в дополнение к устранению перепада давления, создаваемого обратным клапаном 55 и (в какой- то степени) регулирующим жиклерным клапаном. 59, в данном варианте обес35

печивается эффективная компенсация

В конструкции многоходового .клала- дд резкого падения давления в камере 75

с помощью дополнительной герметичной газокомпрессионной камеры 73 переменного объема, находящейся рядом с регулирующей камерой, причем такая компенсация осуществляется в момент сброса повышенного давления внутренней полости 14 в проходной канал 2. В результате такого компенсационного действия положительным образом снина 15, показанного на фиг. 6, внешний цилиндрический корпус 38 удлиняет управляющую камеру 53. В камере 53 установлен соосно вспомогательному поршню (61 и 52) плавающий поршень 71.д5 Между торцовой поверхностью поршня 71 и внутренней поверхностью торцовой стенки 72 управляющей камеры образована герметичная камера 73.

В отличие от предыдущего варианта в данном клапане также применен удлиненный двухопорный шток 74, на конце которого закреплен пружинный упор 56. Этот шт.ок закреплен внешним концом в торцовой стенке 72. Плавающий поршень 71 размещен на итоке 74 v. делит управляющую камеру на регулирующую камеру 75 и герметичную камеру 73. Последняя заполнена газом под давле50 жается быстродействие и замедляется возврат золотникового плунжера 43 в исходное смещенное положение, что, естественно, способствует более стабильной работе этого плунжера и более полному снижению давления во внутренней полости 14.

Многоходовой клапан наиболее эффективен при работе на несжимаемой жидкости. Это обусловлено тем, что

55

Увеличение давления внутренней полости 14 передается в управляющую камеру, в результате-чего давление в этой камере увеличивается. Одновре- менно с этим упомянутый поршневой

элемент смещается п направлении торцовой стенки 72 (т.е. на Лиг. 6 - вправо), увеличивая внутреннее давлеторое становится равным внутреннему давлении регулирующей камеры 75 (фиг. 5).. По мере роста давления во внутренней полости 14, когда оно достигает определенного критического уровня, эта полость подключается к кольцевой камере 62, в результате чего происходит сброс давления. В это время происходит также уменьшение давления в регулирующей камере 75 и увеличение объема герметичной (компрессионной) камеры 73, поскольку она заполнена сжимаемой газовой средой. При этом подвижный поршень 71 смещается

по штоку 74 в направлении регулирующей камеры 53 соответственно падению давления в этой камере$ что обеспечивает компенсацию уменьшения давления. Таким образом, в дополнение к устранению перепада давления, создаваемого обратным клапаном 55 и (в какой- то степени) регулирующим жиклерным клапаном. 59, в данном варианте обес

жается быстродействие и замедляется возврат золотникового плунжера 43 в исходное смещенное положение, что, естественно, способствует более стабильной работе этого плунжера и более полному снижению давления во внутренней полости 14.

Многоходовой клапан наиболее эффективен при работе на несжимаемой жидкости. Это обусловлено тем, что

при использовании такой жидкости в процессе сброса повышенного давления из внутренней полости в проходной канал давление или расход перепускае- мой жидкости в регулирующей камере уменьшается достаточно быстро при увеличении объема компенсационной газонаполненной камеры, вследствие чего исключается резкое падение давления, jg которое может быть следствием сжатия регулирующей камеры.

Таким образом, конструкция рассмотренного выше шарового клапана с двухступенчатым уплотнением рассчитана на 15 то, что в случае недопустимо резкого увеличения давления во внутренней полости эта полость гидравлически соединяется с магистральным каналом за счет использования повышенного давле д ния в дополнительном многоходовом клапане с результирующей компенсацией ненормального роста давления в упомянутой полости.

Кроме того, за счет использования 25 компрессионной герметичной газовой камеры, образованной подвижным поршнем рядом с управляющей камерой в указанном многоходовом клапане, устраняется резкое падение давления в регулирую- 30 щей камере в момент компенсационного )понижения давления в обратной полости, что в целом повышает эффективность процесса выравнивания давления.

Формула изобретения

t. Шаровой кран, содержащий корпус с проходным каналом для рабочей жидкости, установленную в корпусе 40 шаровую пробку для открытия и перекрытия проходного канала, размещенную с возможностью перемещения в расточке корпуса цилиндрическую упорно-уплот- нительную гильзу, уплотнительное коль-45 цо, закрепленное в упорной гильзе и установленное с возможностью взаимодействия рабочей кромки с шаровой пробкой, наружная поверхность упорной гильзы выполнена ступенчатой, причем г- диаметр одной поверхности ступени выполнен большим диаметра рабочей кромки уплотнительного кольца, а диаг метр другой поверхности ступени выg

5д

5 0

5

0 45 г-

полнен меньшим диаметра рабочей кромки уплотнительного кольца, при этом между указанными поверхностями большего и меньшего диаметров ступеней и внутренней поверхностью корпуса образована герметизированная уплотнениями кольцевая камера, кроме того, внутренняя полость корпуса сообщена с проходным каналом через многоходовой клапан, выполненный в виде основного цилиндра с размещенным в нем аксиально подвижным основным поршнем, образующим с внутренней поверхностью основного цилиндра камеру, соединенную с внутренней полостью корпуса, а в основном поршне выполнен канал, соединяющий внутреннюю полость корпуса с проходным каналом, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности срабатывания крана путем выравнивания сверхдопустимого давления во внутренней полости корпуса с давлением в проходном канале за счет торможения основного поршня при обратном его ходе, основной цилиндр снабжен вспомогательным цилиндром с размещенным в нем аксиально подвижным вспомогательным поршнем, разделяющим внутреннюю по- : лость цилиндра на управляющую камеру, сообщенную каналом с внутренней полостью корпуса, причем основной и вспомогательный поршни соединены между собой, а камера, образованная поршнями, сообщена с атмосферой и в ней размещена пружина сжатия, нагружающая поршни в направлении управляющей камеры, кроме того, в канале, соединяющем внутреннюю полость корпуса с управляющей камерой установлен обратный клапан, обращенный входом в сторону внутренней полости корпуса, а параллельно обратному клапану подключен регулирующий дроссель.

TV . . .r

У//ГЛ/777//;

I

tf J/7

I

25

Фиг. 2

22

n№

Фиг.З

21

15 49 38 66 39 6869WW,

4В

f4

50 31 59 и 43 54 67 6f 53 §2

Фаг.5

22

63

64

S3

гКЛ

У

м

50 Ь5 5159Щ ft 55 &7® М 62

71 73 Фиг. 6