Шаровой кран двухстороннего действия для высоких давлений

 

Изобретение предназначено в качестве запорного устройства в трубопроводах, транспортирующих коррозионно-активные среды или природный газ с высоким давлением. Шаровой кран содержит корпус с впускным и выпускным участками для прохода среды, сообщающимися между собой через разделяющую их полость. Шаровой запорный орган со сквозным продольным отверстием и возможностью поворота в вертикальной плоскости на угол 90^o с помощью приводного вала с ручкой между первым положением крана "открыто" и вторым положением "закрыто". При первом положении отверстие запорного органа соосно с впускным и выпускным участками, а во втором положении крана ось отверстия запорного органа перпендикулярна оси корпуса. Два подвижных упруго нагруженных поджимными устройствами седла-уплотнителя расположены по обеим сторонам запорного органа с центральными вогнутыми участками, полностью соприкасающимися с поверхностью запорного органа. Одно седло установлено в цилиндрической расточке корпуса, другое - в цилиндрической расточке подвижной резьбовой пробки с уплотнительным кольцом на наружной цилиндрической поверхности. Поджимное устройство седла-уплотнителя выполнено в виде кольцевой плоской прокладки из жесткого упругого эластомерного материала. Прокладка установлена со стороны опорного торца седла и имеет в радиальном сечении прямоугольную форму с наружным диаметром, равным наружному диаметру седла-уплотнителя, и внутренним, выполненным в соответствии с соотношением Д_н/Д_в = 1,3 - 1,4, где Д_н - наружный диаметр прокладки; Д_в - внутренний диаметр прокладки. У седла-уплотнителя со стороны установки плоской прокладки выполнен цилиндрический концентрично расположенный выступ с наружной поверхностью, образующей с внутренней поверхностью прокладки гарантированный кольцевой зазор для перемещения последней. Изобретение позволяет повысить надежность и упростить конструкцию шарового крана. 3 ил.

Изобретение относится к арматуростроению и может быть использовано в качестве запорного устройства в трубопроводах, транспортирующих коррозионно-активные среды или природный газ с высоким давлением.

Известен шаровой кран, содержащий корпус, два подвижных резьбовых патрубка с уплотнительными кольцами - седлами, шаровой затвор с центральным проходным отверстием, приводной вал, входящий в углубление шарового затвора, с возможностью поворота последнего на 90^o.

Когда оси патрубков и ось отверстия шарового затвора соосны - кран открыт. При закрытом кране ось отверстия шарового затвора перпендикулярна к общей оси патрубков.

В известной конструкции предусмотрена возможность компенсации износа уплотнений - седел путем осевого смещения патрубков в условиях эксплуатации. Для компенсации износа уплотнений - седел производится подтяжка резьбовых патрубков с помощью резьбовых втулок, наружная и внутренняя резьба на которых выполнена с различным шагом (А.С. N 1651003, кл. F 16 K 5/06, 02.08.89).

Недостатками известного крана являются его невысокая надежность и низкая эффективность работы из-за частых ручных регулировок (подтяжек) резьбовых втулок, вызывающих большие неудобства в обслуживании систем, в которых применяются эти краны.

Известен также шаровой кран, содержащий корпус с впускным и выпускным участками (штуцерами) для прохода среды, сообщающимися между собой через разделяющую их полость, управляющий вал, шаровой запорный орган со сквозным продольным отверстием, два упруго нагруженных седла с уплотнителями, соприкасающимися с запорным органом с обеих сторон. Седла с уплотнителями в блоке поджаты упруго нагруженным поджимным устройством, состоящим из набора тарельчатых пружин, размещенных в цилиндрических расточках впускного и выпускного штуцеров (А.С. N 1523815, кл. 4F 16 К 5/06, 16.01.88).

Такая конструкция поджимного устройства обеспечивает автоматическую компенсацию износа уплотнителей седел в эксплуатации, но не исключает недостаток, заключающийся в сложности конструкции, обусловленный наличием большого количества сопрягаемых узлов и деталей, что в совокупности снижает надежность крана.

Наиболее близким по технической сущности является шаровой кран, содержащий корпус, управляющий шток, запорный шар, два подвижных кольцевых седла-уплотнителя, одно из которых установлено в цилиндрической расточке корпуса, а другое - в цилиндрической расточке подвижной втулки с уплотнительным кольцом на наружной цилиндрической поверхности. Подвижные кольцевые седла-уплотнители упруго поджаты к поверхности запорного шара уплотнительными резиновыми кольцами круглого сечения, расположенными в трапецеидальных торцевых канавках седел (патент Великобритании (GB) 2201231 A, кл. F 16 K 5/06, 24.08.1988).

Под действием упругих сил уплотнительных колец круглого сечения происходит автоматическая компенсация износа седел крана, однако ограниченная величина усилия поджатия, зависящая от начального установленного натяга, в процессе работы непропорционально снижается и становится недостаточной для обеспечения герметичности шарового затвора в необходимом эксплуатационном диапазоне температур окружающей среды - от минус 50^oC до +65^oC в течение установленного гарантийного ресурса.

Задачей изобретения является повышение надежности и упрощение конструкции шарового крана.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом шаровом кране, содержащем корпус с впускным и выпускным участками, сообщающимися через разделяющую их полость, шаровой запорный орган со сквозным продольным отверстием и возможностью поворота на 90^o, с положениями "открыто" и "закрыто", двух подвижных, упруго нагруженных поджимными устройствами седел-уплотнителей, расположенных по обеим сторонам запорного органа с центральными вогнутыми участками, полностью соприкасающимися с поверхностью запорного органа, одно седло установлено в цилиндрической расточке корпуса, другое - в цилиндрической расточке подвижной резьбовой пробки с уплотнительным кольцом на наружной цилиндрической поверхности, согласно изобретению, поджимное устройство для седел-уплотнителей выполнено в виде кольцевой плоской прокладки из жесткого упругого эластомерного материала, установленной со стороны опорного торца седла и имеющей в радиальном сечении прямоугольную форму с наружным диаметром, равным наружному диаметру седла-уплотнителя и внутренним диаметром, выполненным в соответствии с соотношением: Д_н/Д_в = 1,3 - 1,4, где Д_н - наружный диаметр прокладки, Д_в - внутренний диаметр прокладки, а у седла-уплотнителя со стороны установки плоской прокладки выполнен цилиндрический концентрично расположенный выступ с наружной поверхностью, образующей с внутренней поверхностью прокладки гарантированный кольцевой зазор для перемещения последней.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемый шаровой кран отличается тем, что поджимное устройство седла к запорному органу выполнено в виде кольцевой плоской упругой прокладки, имеющей в сечении прямоугольную форму с наружным диаметром, равным диаметру седла-уплотнителя, и внутренним диаметром, выполненным в соответствии с соотношением: Д_н/Д_в = 1,3 - 1,4, где Д_н - наружный диаметр прокладки; Д_в - внутренний диаметр прокладки.

Таким образом, предлагаемый шаровой кран соответствует критерию "новизна".

Сравнение предлагаемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области не позволило выявить в них признаки, отличающие предлагаемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 показан шаровой кран двухстороннего действия в закрытом положении, общий вид, разрез; на фиг. 2 - общий вид, разрез крана в открытом положении; на фиг. 3 - место А фиг. 1.

Шаровой кран содержит корпус 1 с отверстием 2 для прохода рабочей среды с одной стороны и установленную в корпусе подвижную резьбовую пробку 3 с уплотнительным кольцом на наружной цилиндрической поверхности и отверстием 4 для прохода рабочей среды с другой стороны. Участки крана, соединенные с отверстиями 2 и 4, сообщаются между собой через разделяющую их цилиндрическую полость 5, в которой размещен шаровой запорный орган 6 с продольным сквозным отверстием 7 для прохода рабочей среды с возможностью поворота в вертикальной плоскости на угол 90^o с помощью приводного вала 8 с ручкой 9 через нижний профильный кулачок 10, плотно входящий в диаметральное углубление 11 запорного органа 6.

Приводной вал 8 в корпусе 1 удерживается от осевых сил давления рабочей среды замковой пластиной 12, прикрепленной к корпусу винтами 13 и 14. В головку приводного вала 8 консольно запрессованы 2 цилиндрических штифта 15, ограничивающие поворот вала до 90^o с упором в цилиндрическую головку крепежного винта 13. По обеим сторонам запорного органа 6 расположены два аксиально-подвижных седла-уплотнителя 16 с вогнутыми участками, полностью соприкасающимися с шаровой поверхностью запорного органа 6. Одно седло 16 установлено в цилиндрической расточке корпуса крана 1, другое - в цилиндрической расточке подвижной резьбовой пробки 3. Седла 16 упруго поджаты к запорному органу поджимными устройствами, выполненными в виде кольцевых плоских уплотнительных прокладок 17 из жесткого упругого эластомерного материала, обеспечивающих предварительное упругое поджатие седел к запорному органу 6 с силой, пропорциональной величине момента затяжки резьбовой пробки 3.

В седле 16 со стороны установки плоской прокладки выполнен цилиндрический концентрично расположенный выступ 18. Между наружной поверхностью выступа и внутренней поверхностью плоской прокладки 17 образован гарантированный кольцевой зазор 19 для перемещения последней.

Высота выступа 18 выполнена меньше высоты сечения плоской прокладки, за счет чего образован установочный кольцевой зазор 20.

Кран работает следующим образом: В закрытом положении сквозное проходное отверстие 7 запорного органа 6 перпендикулярно оси корпуса и общей оси впускного и выпускного участков 2 и 4. Ручка 9 приводного вала 8 также находится в положении, перпендикулярном оси корпуса 1, т. е. направлению движения рабочей среды. Запорный орган 6 своей сферической поверхностью под давлением рабочей среды прижимается к одному из упруго поджатых поджимным устройством к сферическому седлу и перекрывает отверстие выходного участка крана.

Поджимное устройство - кольцевая плоская эластомерная прокладка 17, воспринимая нагрузку запорного органа 6 через аксиально-подвижное седло-уплотнитель 16, упруго деформируясь, обеспечивает герметичность по наружному контуру седла 16 и автоматическую компенсацию износа его рабочей сферы.

Благодаря жесткой упругой характеристике поджимное устройство сохраняет при работе крана заданную величину усилия предварительного поджатия седла 16 к запорному органу 6, что обеспечивает требуемый уровень герметичности в течение всего установленного ресурса в диапазоне температур окружающей среды от минус 50^oC до +65^oC.

При работе крана при больших давлениях и высоких положительных температурах, когда происходит максимальная деформация прокладки 17, ее внутренняя поверхность перемещается в кольцевом зазоре 19, чем исключается увеличение момента поворота или заклинивание запорного органа 6 из-за повышения трения. Цилиндрический концентрично расположенный выступ 18 седла со стороны опорного торца исключает выдавливание плоской прокладки 17 от сил давления среды в канал - проходное сечение крана, а установочный кольцевой зазор 20 обеспечивает необходимую деформацию прокладки 17 при работе крана.

При открытом положении крана, когда отверстие 7 запорного органа 6 соосно впускному и выпускному отверстиям 2 и 4, а ручка 9 приводного вала 8 параллельна оси корпуса, происходит беспрепятственное прохождение рабочей среды через кран.

Шаровой кран позволяет упростить конструкцию, повысить надежность его работы в условиях значительных температурных и механических воздействий, что подтверждается актами по результатам проведенных заводских испытаний N Л524.99.32, Л524.99.37, Л524.99.38 и длительным опытом эксплуатации.

Формула изобретения

Шаровой кран, содержащий корпус с впускным и выпускным участками для прохода среды, сообщающимися между собой через разделяющую их полость, приводной вал с ручкой, шаровой запорный орган со сквозным продольным отверстием и возможностью поворота в вертикальной плоскости на угол 90^o между первым положением крана "открыто", при котором отверстие запорного органа соосно с впускным и выпускным участками, и вторым положением крана "закрыто", при котором ось отверстия запорного органа перпендикулярна оси корпуса, два подвижных упруго нагруженных поджимными устройствами седла-уплотнителя, расположенные по обеим сторонам запорного органа с центральными вогнутыми участками, полностью соприкасающимися с поверхностью запорного органа, одно седло установлено в цилиндрической расточке корпуса, другое - в цилиндрической расточке подвижной резьбовой пробки с уплотнительным кольцом на наружной цилиндрической поверхности, отличающийся тем, что поджимное устройство седла-уплотнителя выполнено в виде кольцевой плоской прокладки из жесткого упругого эластомерного материала, установленной со стороны опорного седла и имеющей в радиальном сечении прямоугольную форму с наружным диаметром, равным наружному диаметру седла-уплотнителя и внутренним, выполненным в соответствии с соотношением
Д_н/Д_в = 1,3 - 1,4,
где Д_н - наружный диаметр прокладки;
Д_в - внутренний диаметр прокладки,
а у седла-уплотнителя со стороны установки плоской прокладки выполнен цилиндрический концентрично расположенный выступ с наружной поверхностью, образующей с внутренней поверхностью прокладки гарантированный кольцевой зазор для перемещения последней.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3