Кран

 

Кран предназначен для трубопроводов, транспортирующих нефть и среды под давлением и среды, содержащие твердые частицы. Запорный орган крана выполнен в виде клиновой пары, состоящей из ведущего и ведомого элементов с проходным каналом, сопряженных между собой по наклонным поверхностям, приводной механизм, ходовую гайку и шпиндель с хвостовиком, связанным с ведущим элементом. Запорный орган снабжен уплотнительными клапанами и разгрузочным клапаном. Уплотнительные клапаны постоянно взаимодействуют с корпусом и размещены в расточках, выполненных в ведомом и ведущем элементах соосно входному и выходному каналам. Разгрузочный клапан состоит из дискового затвора, установленного на шпинделе, и кольцевой канавки, выполненной на торце ведущего элемента и сообщенной с расточкой под уплотнительный клапан. Расточка ведомого элемента сообщена с проходным каналом. Связь ведущего элемента с хвостовиком выполнена в виде клинового соединения. В результате повышается надежность герметизации и фиксации крана, а также его быстродействие. 4 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к трубопроводной арматуре и может быть использовано, например, для перекрытия трубопровода при транспортировке нефти или других жидкостей под давлением.

Известен кран с подъемной пробкой, содержащий корпус, в центральном канале которого установлен конический пробковый кран, жестко соединенный со шпинделем, крышку в сборе с сальниковым узлом уплотнения шпинделя, резьбовой втулкой, маховиком и рукояткой управления (1).

Недостатком крана с подъемной пробкой является отсутствие постоянного контакта уплотнительных поверхностей. Поэтому этот кран не рекомендуется применять для сред, содержащих твердые частицы, так как попадание твердых частиц между пробкой и корпусом может вызвать повреждение уплотнительных поверхностей и потерю герметичности. Это снижает надежность и сужает область применения крана.

Известен цилиндрический кран, который является наиболее близким аналогом. Кран содержит корпус с входным и выходным каналами, расположенный в корпусе запорный орган, выполненный в виде клиновой пары, состоящей из ведущего и ведомого элементов с проходным каналом, сопряженных между собой по наклонным поверхностям, приводной механизм, ходовую гайку и шпиндель с хвостовиком, связанным с ведущим элементом (2).

Недостатком известного крана является также невозможность использования его для сред, содержащих твердые частицы, так как попадание твердых частиц в уплотнительные элементы повреждает их поверхность, что приводит к потере герметичности. Кроме того, нет надежной фиксации крана в заданном положении.

Технической задачей изобретения является повышение надежности герметизации и фиксации крана, а также повышение быстродействия.

Техническая задача достигается тем, что запорный орган снабжен уплотнительными клапанами, постоянно взаимодействующими с корпусом и размещенными в расточках, выполненных в ведомом и ведущем элементах соосно входному и выходному каналам, и разгрузочным клапаном, состоящим из дискового затвора, закрепленного на шпинделе, и кольцевой канавки, выполненной на торце ведущего элемента и сообщенной с его расточкой под уплотнительный клапан, кроме того, расточка ведомого элемента сообщена с проходным каналом, а связь ведущего элемента с хвостовиком выполнена в виде клинового соединения.

Задача достигается также тем, что, что шпиндель связан с приводным механизмом через ступицу и ходовую гайку, причем между упорным буртом ступицы и верхним торцом резьбы шпинделя под ходовую гайку выполнен гарантированный зазор. Кроме того, шпиндель снабжен фиксаторами от проворота, один из которых выполнен в виде лыски на поверхности хвостовика и винта, установленного в ведущем элементе, а другой - в виде храпового зацепления, зубчатая поверхность которого выполнена на шпинделе.

Техническая задача решается также тем, что хвостовик шпинделя выполнен коническим.

А также тем, что ведущий и ведомый элементы сопряжены по двум параллельным наклонным поверхностям, пересекающимся с проходным каналом, образованным поверхностями ведущего и ведомого элементов.

Такая совокупность признаков позволяет повысить надежность герметизации крана, так как ведущий элемент за счет поочередного клинового сопряжения с ведомым элементом или хвостовиком шпинделя, обеспечивает постоянный контакт уплотнительных поверхностей, а сообщение зоны высокого давления с зоной низкого давления при открытии крана, находящегося в положении гидрозатвора, повышает их долговечность за счет снижения контактного давления между ними.

Кроме того, наличие гарантированного зазора между торцами ходовой резьбы шпинделя и упорным бортом ступицы, позволяет производить отрытие - закрытие крана за меньшее количество оборотов чем задвижки, что обеспечивается заданным шагом ходовой резьбы и величиной гарантированного зазора.

Предлагаемая конструкция крана показана на чертежах: на фиг. 1 изображен продольный разрез крана в положении "3акрыто", на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1.

Где: 1 - корпус, 2 и 3 - входной и выходной каналы, 4 и 5 - ведомый и ведущий элементы, 6 - проходной канал, 7 - кольцевой выступ, 8 - расточка в виде ступенчатого канала, 9 и 11 - уплотнительные клапана, 10 - расточка ведущего элемента в виде цилиндрической полости, 12 - кольцевая канавка, 13 - разгрузочный канал, связывающий канавку 12 с расточкой 10, 14 - шпиндель, 15 - дисковый затвор, 16 - конический хвостовик, 17 - лыска, 18 - винт, 19 - крышка, 20 - сальник, 21 - стойка, 22 - крышка сальника, 23 - ходовая гайка, 24 - болт, 25 - приводной механизм в виде моховика, 26 - винт, 27 - фиксатор от проворота шпинделя 14.

Кран состоит из корпуса 1 с входным 2 и выходным 3 соосными каналами, имеющими клапаны (на чертеже не показаны). В корпусе 1 размещен с зазором запорный орган, состоящий из ведомого 4 и ведущего 5 элементов, которые сопряжены по двум внутренним наклонным плоскостям, пересекающимися с проходным каналом 6. Плоскости направлены слева направо, параллельны между собой и расположены по разные стороны относительно вертикальной оси запорного органа, с которой могут составлять угол 3 ... 23 градуса. В ведомом элементе 4 выполнены : кольцевой выступ 7, расположенный на нижнем торце и расточка в виде ступенчатого канала 8, соосного с каналами 2 и 3, и пересекающегося с каналом 6, в канал 8 запрессован клапан 9 в виде втулки с внутренним диаметром, равным диаметрам каналов 2,3,6. В ведущем элементе 5 выполнена расточка в виде цилиндрической полости 10, соосная с каналом 8, в которую запрессован второй клапан 11, также в виде втулки с внутренним диаметром, равным диаметру клапана 9. На верхнем торце элемента 5 выполнена кольцевая канавка 12, которая сообщается с полостью 10 разгрузочным каналом 13. Шпиндель 14 в нижней части жестко соединен с дисковым затвором 15 и коническим хвостовиком 16, например, левым резьбовым соединением, свинченным до упора торцев шпинделя 14 и дискового затвора 15. Хвостовик 16 образует с элементом 5 клиновое соединение, подвижное в осевом и радиальном направлении, и зафиксирован от проворота в ней, например, на хвостовике выполнена лыска 17, а в элементе 5 параллельно оси канала 6 установлен винт 18, ввинченный до упора в лыску 17. Корпус 1 закрывается крышкой 19 по конической резьбе, в крышке выполнены: на нижнем торце коническая проточка с центральным отверстием под шпиндель 14, цилиндрическая полость под сальник 20, опорная площадка под стойку 21 и крышку сальника 22, в верхней части стойки 21 предусмотрено отверстие под ходовую гайку 23, а на опорной площадке выполнены два резьбовых отверстия под болты 24, для подтяжки крышки сальника 22. Ходовая гайка 23, выступающая из стойки 21 в нижней части имеет упорный бурт, а верхней части по цилиндрической поверхности соединяется со ступицей маховика 25 до упора в ее бурт и фиксируется с ним винтом 26. Шпиндель 14 в верхней части соединен с гайкой 23 левым резьбовым соединением, а своей гладкой частью выступает из ступицы маховика 25, причем, между торцами резьбы шпинделя и бурта ступицы выдержан гарантированный зазор, равный 1 ... 2 шагам резьбы. Между крышкой сальника 22 и гайкой 23 на стойке 21 выполнено резьбовое отверстие, в которое установлен фиксатор 27 от проворота шпинделя 14, выполненный в виде винта с подпружиненным торцом, который входит в храповое зацепление с боковой поверхностью шпинделя 14, на которой выполнены зубья зацепления, не позволяющие вращаться шпинделю по часовой стрелке. Для удобства управления крана на верхнем торце шпинделя 14 выполнены пазы, указывающие направления осевых сквозных каналов в пробке, а храповое зацепление позволяет фиксировать запорный орган крана через каждые 90 градусов относительно оси каналов 2 и 3.

Кран работает следующим образом.

В рабочем состоянии (положение "открыто") каналы 2, 3, 6 совмещены между собой и проводимая среда под рабочим давлением свободно проходит через эти каналы. Элементы 4 и 5 заклинены между собой, а клапана 9 и 11 своими уплотнительными поверхностями прижаты к корпусу 1, в дно которого элемент 4 упирается кольцевым выступом 7. Гайка 23 упорным буртом прижата к стойке 21, а дисковый затвор 15 к верхнему торцу элемента 5, герметично перекрывая канавку 12 с разгрузочным каналом 13. Хвостовик 16 имеет с элементом 5 кольцевой зазор в соединении, фиксатор 27 фиксирует шпиндель 14, таким образом, что сквозной паз на торце шпинделя 14 расположен вдоль оси корпуса 1. Для перевода запорного органа - элемента 5 в положение "закрыто", приводной механизм, например, маховик 25 с гайкой 23, вращают против часовой стрелки, при этом ступица маховика упирается в стойку 21, шпиндель 14 начинает поступательно перемещаться вверх, хвостовик 16 заклинивается в элементе 5, образуя с ним жесткое соединение, это обеспечивает неразрывность контакта клапана 11 с корпусом 1. Дисковый затвор 15 открывает доступ для прохода рабочей среды через канал 13 и канавку 12, элементы 4 и 5 расклиниваются, торец резьбы шпинделя 14 упирается в бурт ступицы маховика 25, происходит преобразование поступательного движения шпинделя 14 во вращательное. Элемент 5 устанавливает элемент 4 напротив канала 2, соосно с каналом 8, фиксатор 27 входит в зацепление с зубом на боковой поверхности шпинделя 14, контроль проводим по расположению пазов на торце шпинделя 14.

После этого вращаем маховик 25 по часовой стрелке, при этом гайка 23 упирается в стойку 21, шпиндель 14 начинает перемещаться вниз вместе с элементом 5 до упора в элемент 4. Элемент 4 кольцевым выступом 7 упирается в дно корпуса 1, хвостовик 16, расклинивается с элементом 5, дисковый затвор 15, герметично закрывая канавку 12 с каналом 13, заклинивает элементы 4 и 5 в корпусе 1. Клапан 11 герметично перекрывает выходной канал 3, находясь в положении гидрозатвора, это обеспечивает дополнительное прижатие уплотняемых поверхностей и повышает надежность герметизации соединений. Открытие крана производится также, как и закрытие описанное выше, легкость открытия обеспечивается, сообщением зон высокого и низкого давления через разгрузочный канал 13, при заклинивании хвостовика 16 в элементе 5. Во время эксплуатации крана негерметичность сальника 20, ликвидируется, путем подтяжки крышки сальника 22 болтами 24.

Источники информации: 1. Ю. М. Котелевский, Г.М. Мамонтов "Современные конструкции трубопроводной арматуры для нефти и газа", Москва, "Недра", 1976, стр. 140, рис. 5.

2. SU, авторское свидетельство, 410200, кл. F 16 К 5/00, 1974.

Формула изобретения

1. Кран, содержащий корпус с входным и выходным каналами, расположенный в корпусе запорный орган, выполненный в виде клиновой пары, состоящей из ведущего и ведомого элементов с проходным каналом, сопряженных между собой по наклонным поверхностям, приводной механизм, ходовую гайку и шпиндель с хвостовиком, связанным с ведущим элементом, отличающийся тем, что запорный орган снабжен уплотнительными клапанами, постоянно взаимодействующими с корпусом и размещенными в расточках, выполненных в ведомом и ведущем элементах соосно входному и выходному каналам, и разгрузочным клапаном, состоящим из дискового затвора, установленного на шпинделе, и кольцевой канавки, выполненной на торце ведущего элемента и сообщенной с его расточкой под уплотнительный клапан, кроме того, расточка ведомого элемента сообщена с проходным каналом, а связь ведущего элемента с хвостовиком выполнена в виде клинового соединения.

2. Кран по п.1, отличающийся тем, что шпиндель связан с приводным механизмом через ступицу и ходовую гайку, причем между упорным буртом ступицы и верхним торцом резьбы шпинделя под ходовую гайку выполнен гарантированный зазор.

3. Кран по пп.1 и 2, отличающийся тем, что шпиндель снабжен фиксаторами от проворота, один из которых выполнен в виде лыски на поверхности хвостовика и винта, установленного в ведущем элементе, а другой - в виде храпового зацепления, зубчатая поверхность которого выполнена на шпинделе.

4. Кран по пп.1 - 3, отличающийся тем, что хвостовик шпинделя выполнен коническим.

5. Кран по пп.1 - 4, отличающийся тем, что ведущий и ведомый элементы сопряжены по двум параллельным наклонным поверхностям, пересекающимся с проходным каналом, образованным поверхностями ведущего и ведомого элемента.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2