Кран со сферической пробкой Советский патент 1993 года по МПК F16K5/06 

Изобретение относится к запорной арматуре в виде крана со сферической пробкой, в котором.в корпусе, снабженном патрубками с подводящей и отводящей стороны установлена с возможностью поворота от включающего вала плавающая сферическая пробка, которая в запорном положении при создании перепада давления между подводящей и отводящей стороной своей сферической окружности поверхностью опирается с отводящей стороны на дополняющую сферически изогнутую кольцевую уплотняющую поверхность

корпуса и образует с ней первичную уплот- нительную систему, размещенную концентрически вокруг оси патрубка.

В основу изобретения положена задача создать пригодный для всех ступеней давления и номинальных диаметров кран со сферической плавающей пробкой, который имеет как простую и прочную уплотнитель-. ную систему без движущихся деталей, так и Block-and Bleed System, с помощью которой надежно определяется герметичность запирания крана в рабочем положении.

00

со о ел ю ел

со

Изобретение .решает вышеуказанную задачу предпочтительно посредством того, что кольцевая уплотнитель-пая поверхность корпуса разделена кольцевой канавкой, выполненной в стенке корпуса и концентричной оси патрубка, в которую входит через., стенку корпуса контрольный трубопровод Bleed System,

Альтернативное решение задачи изобретения заключается в том, что сферическая окружная поверхность сферической пробки снабжена концентрической кольцевой канавкой, которая в запорном положе- нии сферической пробки полностью закрыта кольцевой уплотнительной поверхностью корпуса и проведенный через стенку корпуса контрольный трубопровод Bleed System выходит на уплотнительной поверхности корпуса и в запорном положении сферической пробки выходит в кольцевую канавку, противолежащую уплотнительной поверхности корпуса.

Кроме сферической пробки и включающего вала в запорной арматуре по изобретению отсутствуют другие движущиеся детали.

Первичный барьер уплотнения обеспечивается металлическим уплотнением непосредственно между сферической пробкой и сферической уплотнительной поверхностью, причем имеющиеся высокие прижимные усилия обеспечивают непроницаемое для пузырьков запирание, Благодаря размещению кольцевой канавки в самой уплотнительной поверхности корпуса удается надежно определять герметичность запирания и рабочем положении.

Для уменьшения трения сферические пробки и уплотнительные поверхности корпуса могут иметь покрытия.

В другом, усовершенствованном варианте изобретения предусмотрено, что по меньшей мере одно упругое и/или установленное уплотнительное кольцо встроено концентрически оси патрубка и на расстоянии от кольцевой канавки в зоне уплотнительной поверхности корпуса таким образом, что оно может закрывать образующийся в результате производственных допусков и/или зазора опоры плавающей сферической пробки зазор между уплотнительной поверхностью корпуса и окружной поверхностью пробки до действия первичной уплотнительной системы. Это уплотнительное кольцо действуют в качестве вспомогательного уплотнения при создании разности давлений между подводящей и отводящей стороной. Незначительные разности давлений между обеими сторонами можно было бы компенсировать без такой вспомогательной уплотнительной системы потоком утечки вдоль сферической окружности поверхности плавающей пробки. Посредством герметического запирания

кольцевого зазора с помощью простого кольцевого уплотнения может создаваться разность давлений между обеими сторонами крана со сферической пробкой, в результате чего плавающая пробка прижимается к

уплотнительной поверхности корпуса и начинает действовать первичная металлическая уплотнительная система.

Предпочтительно предусмотрено два уплотнительных кольца с аксиальным рас5 стоянием от обоих сторон кольцевой канавки в зоне уплотнительной поверхности корпуса. Такое выполнение позволяет осуществлять проверку герметичности запирания кольцевого зазора между поверхностью

0 корпуса и сферической окружной поверхностью пробки вспомогательным уплотнением в отпертом положении пробки и тем самым осуществлять постоянный контроль работоспособности вспомогательной уплот5 нительной системы через систему Bleed System.

Для достижения независимости работы запорной арматуры по изобретению от направления потока в другом усовершенство0 ванном варианте изобретения предусмотрено, что на соседних обоим патрубкам сферически изогнутых внутренних поверхностях корпуса выполнены уплотнительные поверхности с соосными кольцевы5 ми канавками, проходящими симметрично к плоскости, лежащей на оси поворота сферической пробки и перпендикулярной оси патрубков.

Вспомогательная уплотнительная сис0 тема в варианте выполнения по изобретению пригодна как часть дополнительной уплотнительной системы для первичного барьера уплотнения в случае поломки. С этой целью установлено упруго деформи ру5 емое упорное кольцо в кольцевом канале корпуса радиально за уплотнительным кольцом нагружаемое давлением, по меньшей мере, с помощью одного трубопровода для рабочей жидкости, выходящего в канал

0 корпуса, с пластически деформируемой жидкостью извне, В таком выполнении каналы уплотняющего средства защищены вспомогательными уплотнительными кольцами и упруго деформируемыми кольцами

5 от проникновения частиц твердого материала. Пластическое уплотняющее средство увеличивает прижимное усилие между вспомогательными уплотнительными кольцами и сферической пробкой. Предпочтительно канал корпуса имеет вдоль дна концентрическую канавку, в которую выходит трубопровод рабочей жидкости.

Изобретение отвечает всем требованиям по неограниченному применению запорной арматуры в трубопроводах высокого давления и эксплуатации установок высокого давления:

а)первичная уплотнительная система непосредственно между уплотнительной поверхностью корпуса и плавающей сферической пробкой представляет собой надежную, простую и прочную уплотнительную систему с большими прижимными усилиями и уменьшенным числом движущихся деталей;

б)прежде всего при износостойком покрытии сферической пробки и уплотнитель- ных поверхностей корпуса силы трения и моменты трения так малы для кранов со сферической пробкой что их можно включать вручную;

в)первичную уплотнительную систему можно практически сделать устойчивой к температурным воздействиям;

г)кран со сферической пробкой может иметь свободное поперечное сечение в соответствии с диаметром подсоединения;

д)встроенная в уплотнительную поверхность корпуса система Bleed-System обеспечивает надежное определение герметичности запирания в рабочем положении при условиях эксплуатации;

е)уплотнительные элементы устойчивые к воздействию твердых материалов, а также эрозии жидкими или газообразными транспортируемыми средствами;

ж)благодаря упруго установленным вспомогательным уплотнительным кольцам уменьшены требования к производственным допуска и тем самым сокращены производственные затраты;

з)возможность проверки вспомогательных или вторичных уплотнительных систем в отпертом положении крана;

и) уменьшены затраты на монтаж и технический уход, оптимизирована возможность применения для вспомогательных установок, и

к) функциональные элементы для дополнительной уплотнительной системы уже содержался во вспомогательной уплотнительной уплотнительной системе.

На фиг.1 показано горизонтальное осевое сечение крана со сферической пробкой (линия разреза А-А на фиг.2), причем сферическая пробка в левой половине фигуры показана в открытом положении; на фиг.2 - разрез по линии Б-Б на фиг.1; на фиг.З - схематическое изображение выреза А на фиг.1 (для пояснения предусмотренной изобретением установки контрольного трубопровода Blocl-and-Bleed-System).

Изображенный на фиг. 1 и 2 кран со сферической пробкой имеет цельносварной

корпус 1, установленную в нем плавающей сферическую пробку 2, систему Block-and- Bleed System (вырез А) и проходящий через корпус уплотненный приводной вал 3 для включения сферической пробки крана 2.

0Корпус снабжен двумя соосными патрубками 4 и 5, имеющими внутреннее поперечное сечение, соответствующее диаметру присоединения. Сферическая пробка 2 снабжена сверлением 6, диаметр которого

5 соответствует поперечному сечению патрубков 4 и 5. Кольцевая канавка 7 корпуса, имеющий диаметр, соответствующий диаметру сверления сферической пробки 2 выходит в нижней части в сливной

0 трубопровод 8 корпуса. В отверстии для приводного вала выполнена уплотнительная система 9, рассчитанная на соответствующие давления.

В изображенном на фиг.1 и 2 в левой

5 части открытом положении сферической пробки, при котором сверление 6 пробки расположено по центральной оси 10 корпуса с подводящим и отводящим патрубками 4 и 5, имеется определенный монтажный

0 зазор между сферическими внутренними поверхностями 11 корпуса и сферическими поверхностями 12, который в левой части фиг.1 и 2 изображен преувеличенным, Эти сферические поверхности 11 и 12 согласно

5 изображению на правой стороне фиг.1 и 2, а также на фиг.З выполнены в виде кольцевого выступа 13 со сферически вогнутым торцем и образуют в рабочем состоянии запорной арматуры проходящую концентри0 чески вокруг оси 10 первичную уплотнительную систему или первичный барьер уплотнения. Большие прижимные усилия вследствие разности давлений между изображенной на чертеже слева сторо5 ной высокого давления и относящейся к правому патрубку 5 корпуса 1 стороной низкого давления обеспечивают непроницаемое для пузырьков запирание вдоль кольцевой уплотнительной поверхности 11

0 корпуса с отводящей стороны.

В зоне уплотнительной поверхности 11 корпуса на кольцевом выступе 13 стенки корпуса выполнен открытый внутрь корпуса кольцевой паз 14, который в изображенном

5 примере выполнения разделяет уплотни- тельную поверхность корпуса в середине ее окружного сектора. От этого кольцевого паза 14 отходит контрольный трубопровод 15 системы Bleed Systenm из которой виден только вентиль 16 в схематическом изображении. При правильно перекрытой первичной уплотнительнтэй системе в пазу 14 и контрольном трубопроводе не должно быть давления в зоне уплотнительной поверхности 11 корпуса. С промежутком в обе стороны рядом с кольцевым пазом 14 в кольцевые расточки 17 установлены уплотнительные кольца 18, каждый из которых упруго прижат к сферической поверхности 12 сферической пробки 2с помощью опирающегося на корпус упорного кольца 19 из упруго деформируемого материала. Оба помещенные в каналы уплотнительные кольца 18 образуют вспомогательную или соответственно вторичную уплотнительную систему, которая герметично закрывает запорную арматуру в рабочем положении до момента, когда создается разность давлений между подводящей и отводящей сторонами и сферическая пробка 2 переместится аксиально в изображенное в правой части на фиг.1 и 2 уплотняющее положение. После создания разности давлений и осуществления металлического уплотнения непосредственно между сфери- .ческой пробкой 2 и корпусом 1 арматуры вспомогательная или соответственно вторичная уплотнительная система 18, 19 воздействует.

При отказе металлического первичного уплотнения вдоль уплотнительной поверхности 11 корпуса, обнаруженном системой Bleed System 14, 15, 16 можно привести в действие изображенную схематически на фиг.1 аварийную уплотнительную систему 20. Она состоит из проходящих:через корпус 1 и выходящих за кольцами 19 в соответствующих кольцевых расточках 17 каналов для рабочей среды 21, по которым впрыскивается пластически деформируемое, стандартное уплотняющее средство извне в расточках 17 вспомогательной уплотнительной системы. Вдоль дна каждой расточки 17 выполнена концентричная канавка 22 (фиг.З) в стенке корпуса, по которой уплотняющее средство может распределяться по большой свободной рабочей поверхности за кольцами 19. Каналы рабочей среды защищены уплотнительными кольцами 18, 19 вспомогательной уплотнительной системы от проникновения частиц твердого материала. Пластическое уплотняющее средство увеличивает прижимное усилие между уплотнительными кольцами 18 и сферической пробкой 2 или ее сферической поверхностью 12,

В изображенном примере выполнения корпус 1 выполнен симметрично к плоско- QTM, проходящей с обеих сторон через ось включения и перпендикулярной беи 10 корпуса,. Вследствие этого обоим патрубкам 4 и

5 приданы кольцевые сферические уплотнительные поверхности 11 корпуса, которые вступают в действие в зависимости от направления перепада давлений о рабочем

положении пробки 2. Обе первичные уплотнительные системы на обеих сторонах корпуса выполнены приведенными в соответствии друг с другом. Для обеих первичных уплотнительных поверхностей пре0 дусмотрены кольцевые пазы 14 и вторичные уплотнительные системы или аварийные уплотнительные системы. Поэтому каждый из патрубков 4 и 5 может быть использован как патрубок с подводящей, так и как патрубок

5 с отводящей стороны системы.

На фиг.З показан заштрихованный кольцевой паз 23 в сферической пробке, которая в изображенном запорном положении сообщается с контрольной линией 15

0 системы Bleed System, выходящей через уплотнительную поверхность 11 из стенки корпуса, и может выполнять функцию изображенного сплошными линиями кольцевого паза 14 корпуса.

5

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

1.Кран со сферической пробкой, содержащий корпус, снабженный подводящим и отводящим патрубками, причем сфериче0 екая пробка установлена с возможностью поворота от приводного вала, а в закрытом положении своей сферической поверхностью поджата к кольцевой уплотнительной поверхности корпуса с образованием в ней

5 первичного барьера уплотнения, расположенного соосно с осью патрубков, а уплотнительная поверхность корпуса разделена соосным с осью патрубков кольцевым пазом, связанным с проходящим через стенку

0 корпуса контрольным трубопроводом системы, отличающийся тем, что сферическая пробка установлена плавающей с возможностью поджатия ее к уплотнительной поверхности корпуса перепадом

5 давления между подводящим и отводящим патрубками, а уплотнительная поверхность корпуса выполнена в виде кольцевого выступа со сферически вогнутым торцом, разделенным кольцевым пазом, причем

0 концентрично оси патрубков на кольцевом выступе корпуса установлено по меньшей мере одно упругое и/или упруго размещенное уплотнительное кольцо с возможностью перекрытия зазора, образованного между

5 торцом кольцевого выступа корпуса и поверхностью сферической пробки до первичного барьера уплотнения,

2.Кран со сферической пробкой,.содержащий корпус, снабженный подводящим и отводящим патрубками, причем сферичеекая пробка установлена с возможностью поворота от приводного вала и в закрытом положении своей сферической поверхностью поджата к кольцевой уплотнительной поверхности корпуса с образованием с ней первичного барьера уплотнения, расположенного соосно с осью патрубков, при этом первичный барьер уплотнения разделен со- осным с осью патрубков кольцевым пазом, связанным с проходящим через стенку корпуса контрольным трубопроводом системы, отличающийся тем, что сферическая пробка установлена плавающей с возможностью поджатия ее к уплотнительной поверхности корпуса перепадом давления между подводящим и отводящим патрубками, а уплотнительная поверхность корпуса выполнена в виде кольцевого выступа со сферически вогнутым торцом, к которому примыкает контрольный трубопровод, при этом кольцевой паз выполнен на поверхности сферической пробки напротив расположенного на кольцевом выступе корпуса контрольного трубопровода при закрытом положении пробки, кроме того, на кольцевом выступе корпуса концентрично оси патрубков установлено по меньше мере одно упругое и/или упруго размещенное уплотнительное кольцо с возможностью перекрытия зазора, образованного между торцом кольцевого выступа и поверхностью сферической пробки до первичного барьера уплотнения.

3.Кран попп.1 и2.отличающий- с я тем, что на сферически вогнутом торце кольцевого выступа уставлено дополнительное уплотнительное кольцо, расположенное

на расстоянии от кольцевого паза по другую сторону от первого уплотнительного кольца.

4.Кран по пп.1 или 2, и 3, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что кольцевой выступ со сферически вогнутым торцом расположен

вокруг подводящего и отводящего патрубков, а выполненные на сферически вогнутых торцах кольцевых выступов соосные кольцевые пазы, симметрично расположены относительно плоскости, проходящей через

ось поворота сферической пробки и перпендикулярной оси патрубков.

5.Кран по пп.1 или 2, от л и «,а ю щи й- с я тем, что на каждом сферически вогнутом торце кольцевого выступа выполнены кольцевые расточки подуплотнительные кольца и в каждой из них установлено упругодефор- мированное упорное кольцо, размещенное за уплотнительным кольцом и опирающееся на дно расточки.

6. Кран по пп.1 или 2,отличающийс я тем, что дно каждой кольцевой расточки под уплотнительное и упорное кольца выполнено с концентрической канавкой, соединенной по меньшей мере одним каналом

с источником подвода давления рабочей среды, образующим аварийную уплотни- тельную систему с пластическим уплотняющим средством.

Кран со сферической пробкой содержит снабженный двумя соосными. патрубками корпус, в котором установлена в с возможностью поворота от включающего вала плавающая сферическая пробка. Сферическая пробка в запорном положении при создании разности давлений между подводящей и отводящей сторонами прилегает своей Сферической поверхностью к уплотнительной поверхности корпуса в виде кольцевого выступа со сферически вогнутым торцом и образует с ней первичный барьер уплотнения. Надежный контрольуплотняющей функции эюй первичной уплотнительной системы с помощью контрольной системы обеспечивается благодаря тому, что кольцевая уплотнительная поверхность корпуса разделена выполненным в стенке корпуса концентрическим относительно оси патрубков кольцевым пазом, в который выходит проведенный через стенку корпуса контрольный трубопровод системы. Два концен- трических упруго установленных уплотнительных кольца размещены на расстоянии по обеим сторонам кольцевого паза в зоне уплотнительной поверхности корпуса и закрывают зазор между сферической пробкой и уплотнительной поверхностью корпуса до момента действия первичного барьера уплотнения. 5 з.п.ф-лы, 3 ил.

12

16

20

Ъ 21 20

21

Фиг.1

w

11

Фиг 222