Уплотнительный узел запорного органа шарового крана

Изобретение относится к трубопроводной арматуре. Элементы уплотнительного узла крана: обойма, сердцевина и герметизирующее кольцо объединены в единый конструктивный узел - подвижное составное седло, установленное в шаровом кране с возможностью образования камер его прямого и обратного хода. Обойма выполнена в виде чаши с кольцевым выступом на одном ее торце и двухступенчатым сквозным отверстием. На наружной поверхности сердцевины образован цилиндрический фланец с наружной резьбой и со средством блокировки от раскручивания. В указанном цилиндрическом фланце в сторону запорного органа выполнены равномерно размещенные по кругу открытые отверстия с пружинами, сопряженными с герметизирующим кольцом, подвижно установленным в полости, образованной между сердцевиной и обоймой, и частично выступающим в открытом положении крана за пределы рабочей поверхности подвижного составного седла на величину, допускаемую другим торцом обоймы, с возможностью выполнения функции ограничителя. Герметизирующее кольцо на сопряженных с обоймой и сердцевиной поверхностях снабжено уплотнениями. Открытые отверстия пружин соединены с камерой прямого хода. Наружная поверхность сердцевины, расположенная до цилиндрического фланца, уплотнена относительно патрубка с возможностью герметизации пространства между камерой прямого хода и входным или выходным патрубками шарового крана. Рабочая поверхность составного подвижного седла образована поверхностями обоймы и сердцевины, выполненных сферическими на внутренних их торцах и разделенных по кругу герметизирующим кольцом. Изобретение направлено на повышение надежности и упрощение конструкции уплотнительного узла. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно к трубопроводной арматуре, а именно к кранам с поворотными пробками, имеющими сферическую поверхность.

Известен уплотнительный узел запорного органа шарового крана с входным и выходным патрубком, содержащий обойму с наружными кольцевыми уплотнениями относительно ее посадочного места, выполненного в соответствующих впускном и выпускном (не показано) патрубках шарового крана, сердцевину, размещенную в обойме и, разъемно соединенную с ней, подвижное поджатое пружиной седло, выполненное с возможностью размещения на его рабочей поверхности герметизирующего кольца, при этом уплотнительный узел установлен в шаровом кране с возможностью образования камер прямого L и обратного N хода подвижного седла (патент РФ RU2168665, МПК F16K 5/20, опубл. 10.06.2001 г.).

Данное техническое решение является наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату, поэтому принято за прототип.

Недостатками прототипа являются невысокая надежность и сложность конструкции.

Технический результат от использования заявленного технического решения заключается в повышении надежности и упрощение конструкции.

Ниже раскрыты все общие и частные существенные признаки изобретения, характеризующие их причинно-следственную связь с указанным техническим результатом, достаточные для осуществления специалистом в данной области техники.

Уплотнительный узел запорного органа шарового крана с входным и выходным патрубком содержит обойму с наружными кольцевыми уплотнениями относительно ее посадочного места, выполненного в соответствующих впускном и выпускном патрубках шарового крана, сердцевину, размещенную в обойме и разъемно соединенную с ней. Уплотнительный узел поджат пружинами и выполнен с возможностью размещения на его рабочей поверхности герметизирующего кольца.

Элементы уплотнительного узла: обойма, сердцевина и герметизирующее кольцо объединены в единый конструктивный узел - подвижное составное седло.

Подвижное составное седло установлено в шаровом кране с возможностью образования камер прямого L и обратного N хода.

Указанная обойма выполнена в виде чаши с кольцевым выступом на одном ее торце, имеющим указанные кольцевые уплотнения на его наружной поверхности, со ступенчатым отверстием, большее из которых выполнено со стороны кольцевого выступа, а меньшее - расположено в зоне от большего отверстия до другого торца обоймы. На наружной поверхности сердцевины образован цилиндрический фланец с наружной резьбой, выполненной с возможностью образования резьбового соединения с соответствующей резьбой на внутренней поверхности большего отверстия обоймы. Указанное резьбовое соединение имеет средство блокировки от раскручивания. В собранном состоянии крана уплотнительный узел образует две камеры: прямого хода L подвижного составного седла с одной стороны кольцевого выступа и камеры обратного хода N, с другой стороны кольцевого выступа. В указанном цилиндрическом фланце в сторону запорного органа выполнены равномерно размещенные по кругу открытые отверстия с пружинами, сопряженными с герметизирующим кольцом, подвижно установленным в полости, образованной между сердцевиной и обоймой, и частично выступающим в открытом положении крана за пределы рабочей поверхности составного седла на величину, допускаемую другим торцом обоймы, с возможностью выполнения функции ограничителя. Герметизирующее кольцо на сопряженных с обоймой и сердцевиной поверхностях снабжено уплотнениями. Открытые отверстия под пружины соединены с камерой прямого хода L. Наружная поверхность сердцевины, расположенная до цилиндрического фланца, уплотнена относительно патрубка с возможностью герметизации пространства между камерой прямого хода L и входным или выходным (не показано) патрубками шарового крана. Рабочая поверхность составного подвижного седла состоит из разделенных по кругу герметизирующим кольцом поверхностей обоймы и сердцевины, выполненных сферическими в месте контакта с поверхностью шаровой пробки. Герметизирующее кольцо может быть выполнено из эластомерного, из термопластичного материала или из металла.

Устройство иллюстрируется чертежами, где: на фиг. 1 представлена установка уплотнительного узла в кране; на фиг. 2 - уплотнительный узел в сборе, продольный разрез; на фиг. 3 - обойма, продольный разрез; на фиг. 4 - герметизирующее кольцо, продольный разрез; на фиг. 5 - сердцевина, продольный разрез.

Уплотнительный узел запорного органа 1 шарового крана 2 с входным и выходным патрубком содержит обойму 3 с наружными кольцевыми уплотнениями 4 относительно ее посадочного места, выполненного в соответствующих впускном 5 и выпускном (не показано) патрубках шарового крана 2, сердцевину 6, размещенную в обойме 3 и разъемно соединенную с ней. Уплотнительный узел поджат пружинами 7 и выполнен с возможностью размещения на его рабочей поверхности герметизирующего кольца 8. Элементы уплотнительного узла: обойма 3, сердцевина 6 и герметизирующее кольцо 8 объединены в единый конструктивный узел - подвижное составное седло 9. Подвижное составное седло 9 установлено в шаровом кране 2 с возможностью образования камер прямого L и обратного N хода. Указанная обойма 3 выполнена в виде чаши с кольцевым выступом 10 на одном ее торце, имеющим указанные кольцевые уплотнения 4 на его наружной поверхности со ступенчатым отверстием, большее из которых выполнено со стороны кольцевого выступа 10, а меньшее - расположено в зоне от большего отверстия до другого торца обоймы 3. На наружной поверхности сердцевины 6 образован цилиндрический фланец 11 с наружной резьбой, выполненной с возможностью образования резьбового соединения с соответствующей резьбой на внутренней поверхности большего отверстия обоймы 3. Указанное резьбовое соединение 12 имеет средство блокировки от раскручивания 13. В собранном состоянии крана уплотнительный узел образует две камеры: прямого хода L подвижного составного седла 9 с одной стороны кольцевого выступа 10 и камеры обратного хода N, с другой стороны кольцевого выступа 10. В указанном цилиндрическом фланце 11 в сторону запорного органа 1 выполнены равномерно размещенные по кругу открытые отверстия 14 с пружинами 15, сопряженными с герметизирующим кольцом 8, подвижно установленным в полости, образованной между сердцевиной 6 и обоймой 3, и частично выступающим в открытом положении крана 2 за пределы рабочей поверхности составного седла 9 на величину, допускаемую другим торцом обоймы 3, с возможностью выполнения функции ограничителя. Герметизирующее кольцо 8 на сопряженных с обоймой 3 и сердцевиной 6 поверхностях снабжено уплотнениями 16. Открытые отверстия пружин 15 соединены с камерой прямого хода L. Наружная поверхность сердцевины 6, расположенная до цилиндрического фланца 11, уплотнена относительно соответствующего патрубка с возможностью герметизации пространства между камерой прямого хода L и входным 5 или выходным (не показано) патрубками шарового крана 2. Рабочая поверхность составного подвижного седла 9 состоит из разделенных по кругу герметизирующим кольцом 8 поверхностей обоймы 3 и сердцевины 6, выполненных сферическими в месте контакта с поверхностью шаровой пробки 1. Герметизирующее кольцо 8 может быть выполнено из эластомерного или из термпопластичного материала или из металла.

Сравнение заявленного технического решения с уровнем техники, известным из научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках, не выявило средство, которому присущи признаки, идентичные всем признакам, содержащимся в предложенной заявителем формуле изобретения, включая характеристику назначения. Т.е. совокупность существенных признаков заявленного решения ранее не была известна и не тождественна каким-либо известным техническим решениям, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности "новизна".

Данное техническое решение промышленно применимо, поскольку в описании к заявке и названии изобретения указано его назначение, оно может быть осуществлено промышленным способом для запорно-регулирующих операций в трубопроводах, осуществимо и воспроизводимо, а отличительные признаки, приведенные в формуле изобретения устройства, позволяют получить заданный технический результат, т.е. являются существенными.

Изобретение в том виде, как оно охарактеризовано в формуле, может быть осуществлено с помощью средств и методов, описанных в патенте RU 2168665, ставшем общедоступным до даты приоритета изобретения.

Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость".

Анализ известных технических решений в данной области техники показал, что предложенное техническое решение не следует для специалиста явным образом из уровня техники, поскольку не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с его отличительными признаками, а в выявленных таких решениях не подтверждена известность влияния отличительных признаков на указанный в материалах заявки технический результат.

Т.е. заявленное решение имеет признаки, которые отсутствуют в известных технических решениях, а использование этих признаков в заявленной совокупности существенных признаков дает возможность получить новый технический результат - повышение надежности и упрощение конструкции.

Следовательно, предложенное техническое решение может быть получено только путем творческого подхода и неочевидно для среднего специалиста в этой области, т.е. имеет изобретательский уровень по сравнению с существующим уровнем техники.

Для подтверждения возможности осуществления изобретения ниже приводятся следующие сведения о работе устройства, раскрывающие, как может быть осуществлено изобретение с реализацией указанного заявителем назначения и с подтверждением возможности достижения технического результата при осуществлении изобретения.

Реализация устройства осуществляется следующим образом.

Уплотнительный узел (подвижное составное седло 9) выполнен сборно-разборным из подсборки, включающей в себя: сердцевину 6, пружины 15 и герметизирующее кольцо 8, которую закрепляют в обойме 3 с уплотнениями 4. После этого собранный уплотнительный узел устанавливают во входной 5 и выходной (не показано) патрубки с двух сторон запорного органа 1. В процессе работы осуществляется принудительный отвод уплотнительных узлов (подвижных составных седел 9) от запорного органа 1 в момент его поворота и осуществляется автоматическое поджатие их к запорному органу 1 после его остановки. Герметизирующее кольцо 8 предварительно поджато пружинами 15 до упора в выступ на торце обоймы 3 (защита от выдавливания), при этом у него имеется возможность свободного перемещения в полости, образованной между сердцевиной 6 и обоймой 3. Герметизирующее кольцо 8 по наружному и внутреннему диаметру имеет свои кольцевые уплотнения 16. Полость, в которой установлено герметизирующее кольцо 8, соединяется с полостью L в патрубке крана. Для закрытия крана рабочая среда подается через штуцер Ш₁ в замкнутые полости L, расположенные перед подвижным составным седлом 9, при этом полости N, расположенные после него, сообщены с атмосферой через штуцер Ш₂. В результате этого на подвижном составном седле 9 каждого из патрубков появляется перепад давлений, т.к. в полости N давление рабочей среды равно атмосферному. Под воздействием перепада давлений, а также под действием пружин 7 и 15 подвижное составное седло 9 и герметизирующее кольцо 8 каждого патрубка плотно прижаты к уплотнительной поверхности запорного органа 1. Чем выше давление в трубопроводе, тем больше сила прижатия составных седел 9 к поверхности запорного органа 1. При необходимости открыть шаровой кран рабочая среда подается через штуцер Ш₂ в замкнутые полости N. Давление в замкнутых полостях L становится равным атмосферному. На подвижном составном седле 9 каждого патрубка появляется обратный перепад давлений: в полости N будет давление рабочей среды, а в полости L равно атмосферному. Под воздействием обратного перепада давлений, подвижное составное седло 9 перемещается от запорного органа 1, преодолевая усилие пружин 7 и 15, между подвижным составным седлом 9 и запорным органом 1 появляется зазор. Запорный орган 1 открывается при отсутствии трения между уплотнительными поверхностями подвижных составных седел 9 и запорным органом 1.

Устройство может быть использовано для перекрытия потока рабочей среды с содержанием твердых включений, транспортируемой по трубопроводам технологических систем в газовой, нефтяной отраслях промышленности.

Преимуществами изобретения являются:

- снижение стоимости крана также за счет уменьшения рабочих усилий для его управления, что позволяет использовать для шарового крана менее мощных и более дешевых приводов;

- увеличение срока службы герметизирующих колец уплотнительных узлов запорного органа шарового крана.

Использование изобретения позволяет повысить надежность, а также упростить конструкцию уплотнительного узла запорного органа шарового крана.

1. Уплотнительный узел запорного органа шарового крана с входным и выходным патрубками, содержащий обойму с наружными кольцевыми уплотнениями относительно ее посадочного места, выполненного в соответствующих впускном и выпускном патрубках шарового крана, сердцевину, размещенную в обойме, и разъемно соединенную с ней, уплотнительный узел поджат пружинами, выполнен с возможностью размещения на его рабочей поверхности герметизирующего кольца и установлен в шаровом кране с возможностью образования камер прямого L и обратного N хода подвижного седла, отличающийся тем, что элементы уплотнительного узла: обойма, сердцевина и герметизирующее кольцо объединены в единый конструктивный узел - подвижное составное седло, при этом указанная обойма выполнена в виде чаши с кольцевым выступом на одном ее торце, имеющим указанные кольцевые уплотнения на его наружной поверхности, при этом в обойме выполнено двухступенчатое отверстие, большее из которых выполнено со стороны кольцевого выступа, а меньшее - расположено в зоне межу большим отверстием и другим торцом обоймы, на наружной поверхности сердцевины образован цилиндрический фланец с наружной резьбой, выполненной с возможностью образования резьбового соединения вместе с соответствующей резьбой на внутренней поверхности большего отверстия обоймы, при этом указанное резьбовое соединение имеет средство блокировки от раскручивания, причем в собранном состоянии крана уплотнительный узел со смежными его элементами образует две камеры: прямого хода L подвижного составного седла с одной стороны кольцевого выступа и камеры обратного хода N с другой стороны кольцевого выступа, в указанном цилиндрическом фланце со стороны запорного органа выполнены равномерно размещенные по кругу открытые отверстия с пружинами, сопряженными с герметизирующим кольцом, подвижно установленным в полости, образованной между сердцевиной и обоймой, и частично выступающим в открытом положении крана за пределы рабочей поверхности подвижного составного седла на величину, допускаемую другим торцом обоймы, выполняющим функцию ограничителя, при этом герметизирующее кольцо на сопряженных с обоймой и сердцевиной поверхностях снабжено уплотнениями, а открытые отверстия пружин соединены с камерой прямого хода L, причем наружная поверхность сердцевины, расположенная до цилиндрического фланца, уплотнена относительно патрубка с возможностью герметизации пространства между камерой прямого хода L и входным или выходным патрубками шарового крана, при этом рабочая поверхность составного подвижного седла состоит из разделенных по кругу герметизирующим кольцом поверхностей обоймы и сердцевины, выполненных сферическими в месте контакта с поверхностью шаровой пробки.

2. Уплотнительный узел по п. 1, отличающийся тем, что герметизирующее кольцо выполнено из эластомерного материала.

3. Уплотнительный узел по п. 1, отличающийся тем, что герметизирующее кольцо выполнено из термпопластичного материала.

4. Уплотнительный узел по п. 1, отличающийся тем, что герметизирующее кольцо выполнено из металла.