Шаровой кран-клапан

Изобретение относится к трубопроводной запорно-регулирующей арматуре преимущественно для средних и больших давлений и температур и с контактом металл-металл. Шаровой кран-клапан содержит корпус с входным и выходным патрубками, в котором расположены запорный орган с проходным каналом в виде шара или шарового сегмента с нижней опорой вращения и с верхней опорой вращения, установленной в эксцентриковой втулке, упругие или жесткие подпружиненные седла с уплотнением, ограничители угла поворота запорного органа и втулки, причем нижняя опора вращения также установлена в эксцентриковой втулке, а втулки жестко соединены между собой в одно целое элементом связи снаружи или внутри корпуса. Предлагаемый шаровой запорно-регулирующий кран-клапан является трубопроводной арматурой полуоборотного действия с отдельной фазой изменения проходного сечения бесконтактным поворотом запорного органа и фазой уплотнения зазора параллельным микросдвигом запорного органа ортогонально к плоскости седла. 2 з.п. ф-лы, 12 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к трубопроводной запорно-регулирующей арматуре преимущественно для средних и больших давлений и температур и с контактом металл-металл.

Широко известны пробковые шаровые краны с плавающим шаром или шаром на цапфах, с мягкими или металлическими, подпружиненными седлами, а также сегментный шаровой кран, где запорный орган имеет форму части шара в виде шарового сегмента. При этом часть запорного шарового органа обычно усечена, то есть понятие «шаровой» больше применимо к шаровой камере, в которой вращается запорный орган.

Открытие/закрытие прохода осуществляется за четверть оборота запорного органа, постоянно прижатого к седлам большой силой упругости, к которой в закрытом состоянии добавляется сила давления среды.

В этом едином движении поворота фактически происходит выполнении двух физически различных процессов: изменение сечения прохода и контактное запирание седла запорным органом при постоянно действующей силе трения скольжения запорного органа по седлу. То же в полной мере относится к задвижкам. Для мягкого седла это приводит к потере упругости, старению сжатого материала, сцеплению и разрушению. Для металлического контакта, особенно для средних и больших давлений и температур, эта внушительная сила трения приводит к непредсказуемому появлению царапин, задиров, трещин и адгезии, а значит к значительному уменьшению порога рабочих давлений и температур, ресурса, надежности и безопасности, увеличенному моменту управления и мощности привода.

В отличие от шаровых кранов и задвижек, в вентиле единое движение запорного органа к седлу и силовой контакт происходят без трения скольжения и ортогонально к плоскости седла. Поэтому национальные и международные стандарты устанавливают уровень предельных контактных напряжений для шаровых кранов и задвижек до 11 раз меньше, чем для вентиля.

Известны попытки создания арматуры с двумя раздельными движениями для фазы изменения сечения и фазы запирания в виде свободного поворота шарового запорного органа и его малого перемещения контакта с седлом. Так в клапане типа Orbit фирмы Cameron (патент US 5263685) винтовой шпиндель с помощью винтового паза опускает в запорный шар эксцентриковый шток, который после поворота шара поджимает его наклонно к седлу. Основные недостатки: очень сложный, дорогой, ненадежный пространственный механизм с множеством преобразований вращательных, линейных и винтовых движений. Наклонное действие не соответствует вентильному процессу герметизации с параллельным контактным сдвигом запорного органа ортогонально к плоскости седла. Те же недостатки относятся к другим подобным конструктивным решениям.

Наиболее близким к предлагаемой конструкции является шаровой кран по патенту RU 2158866 в виде пространственного механизма, функционально аналогичного двухфазному поворотно-наклонному действию крана Orbit. В этой конструкции опоры шара выполнены сферическими, причем верхняя опора установлена в эксцентриковой втулке. В процессе открытия или закрытия шпиндель управления крана попеременно связывается механизмом связи с верхней опорой запорного органа либо непосредственно, либо через эксцентриковую втулку. Для закрытия крана поворот шпинделя с передачей усилия непосредственно на опору приводит к бесконтактному повороту запорного органа на 90° и подключению механизмом связи эксцентриковой втулки, а при втором повороте на 90° с передачей усилия на опору через эксцентриковую втулку происходит наклон верхней опоры с шаром к седлу. Открытие в обратном порядке.

Положительным является отсутствие многочисленных преобразований поворота шпинделя в винтовые и линейные перемещения, разгрузка давления среды на опоры запорного органа в фазе поворота и автоматическое усиление эксцентриком момента управления на фазе наклона. Но сложность пространственного механизма и применение наклона вместо параллельного сдвига ортогонально к плоскости седла остаются главными принципиальными недостатками.

Задачей изобретения является упрощение конструкции и обеспечение вентильных условий контактного уплотнения, а значит тем самым увеличение пороговых значений рабочих давлений и температур, повышение срока службы, надежности и безопасности.

Техническим результатом предлагаемого решения является плоский механизм двухфазного движения запорного органа и контакт запорного органа его параллельным сдвигом ортогонально к плоскости седла.

Технический результат достигается тем, что шаровой кран-клапан, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, в котором расположены запорный орган с проходным каналом в виде шара или шарового сегмента с нижней опорой вращения и с верхней опорой вращения, установленной в эксцентриковой втулке, упругие или жесткие подпружиненные седла с уплотнением, ограничители угла поворота запорного органа и втулки, причем нижняя опора вращения также установлена в эксцентриковой втулке, а втулки жестко соединены между собой в одно целое элементом связи снаружи или внутри корпуса.

На фиг. 1, 2, 3 изображены общий вид, вид сбоку и вид сверху варианта клапана в открытом состоянии с элементом связи снаружи корпуса. На фиг. 4, 5, 6 показаны последовательные положения деталей на виде фиг. 3 этого варианта клапана при осуществлении операции закрытия.

На фиг. 7, 8, 9 изображены общий вид, вид сбоку и вид снизу варианта клапана в открытом состоянии с элементом связи внутри корпуса. На фиг. 10, 11, 12 показаны последовательные положения деталей на виде фиг. 9 этого варианта клапана при осуществлении операции закрытия.

Шаровой клапан содержит корпус 1 с входным и выходным патрубками 2 с каналами прохода среды, запорный орган 3 с возможностью поворота, выполненный с каналом для прохода среды. Запорный орган 3 размещен в нижней 4 и верхней 5 подшипниковых опорах, которые в свою очередь установлены в верхней 6 и нижней 7 эксцентриковых втулках с возможностью поворота на подшипниках в корпусе 1. В корпусе установлены упругие или металлические подпружиненные седла 8 с уплотнениями. Углы поворота запорного органа и поворота втулок ограничены упорами (не показаны).

В варианте по п. 1 втулки 6 и 7 соединены в одно целое элементом связи 9, проходящим снаружи корпуса 1, и служащим для передачи момента вращения на нижнюю втулку 7. На верхней опоре 5 установлена рукоять управления 10. Верхняя опора 5 и верхняя втулка 6 уплотнены, (не показано).

Клапан в этом варианте работает следующим образом.

В положении «открыто» фиг. 1, 2, 3, 4 запорный орган 3 отжат от седла 8 эксцентриковыми втулками 6 и 7 в крайнее правое положение. Везде далее для понимания на схемах пунктиром показаны невидимые окружности опор и втулок. Возможность поворота запорного органа 3 из положения «открыто» на фиг. 3, 4 против часовой стрелки ограничена корпусным упором (не показан).

Поворачиваем по часовой стрелке запорный орган 3 рукояткой 10 на 90° в положение неполного закрытия фиг. 5. до второго корпусного упора (не показан), когда в этом положении контактные поверхности седла 8 и запорного органа 3 эквидистантны. Далее поворачиваем за элемент связи 9 обе втулки 6 и 7 по часовой стрелке на 90°. Втулки перемещают запорный орган 3 параллельно и ортогонально к упругому седлу 8, как это происходит в аналогичном процессе уплотнения в вентиле. Фиг. 6 соответствует положению «закрыто». (При этом сдвиге запорный орган 3 скользит по упору как ползун.)

Открытие клапана из положения «закрыто» производится в обратном порядке: вначале отжимается от седла 8 запорный орган 3 поворотом элемента связи 9 против часовой стрелки на 90°, а затем производится поворот рукояткой 10 органа 3 против часовой стрелки на 90° до упора в корпусе.

В результате достигается технический результат: работает плоский механизм двухфазного движения запорного органа с фазой его поворота и фазой его контактного параллельного сдвига ортогонально к плоскости седла.

Отметим, что в варианте по п. 1, когда втулки 6 и 7 соединены в одно целое проходящим внутри корпуса 1 элементом связи 9, этот элемент 9 может быть выполнен в форме стержня или пластины в целях снижения трудоемкости и металлоемкости. Технический результат тот же.

Таким образом, рассматриваемая конструкция функционально представляет собой плоский кривошипно-ползунный механизм переменной структуры, где фазе поворота запорного органа 3 соответствует поворот всего механизма, как единого целого, а фазе сдвига - обычный поворот кривошипа (втулки) и сдвиг шатуна (запорного органа) как ползуна по корпусному упору угла поворота шатуна. Параметры этого механизма (эксцентриситет, фаза и угол поворота кривошипа, смещение относительно центра шаровой камеры) а также возможное смещение седла и угла его наклона выбираются конструктором для обеспечения технического результата.

В варианте по п. 1, но с наружным элементом связи 9, аналогично работает клапан, в котором запорный орган 3 представляет собой часть шара в виде известной формы шарового сегмента, применяемой в шаровых кранах для регулирования среды. Технический результат очевидно тот же.

В варианте по п. 2 втулки 6 и 7 соединены в одно целое элементом связи в форме шарового сегмента 11, проходящим уже внутри корпуса 1. (фиг. 7, 8, 9, 10, 11, 12). В данном варианте запорный орган 3 также имеет форму шарового сегмента. Сегмент 11 может поворачиваться относительно сегмента 3 от оппозитного положения на угол до 90° по часовой стрелке. На верхней втулке 6 установлена рукоятка 12. Клапан в варианте работает аналогично рассмотренному выше варианту шарового клапана с внешним элементом связи 9, но с приложением усилия поворота к рукоятке 12. Технический результат тот же.

Наконец во всех рассмотренных вариантах на запорном органе 3 может быть выполнен поясок 13 сферической, конусной или плоской формы, повышенной чистоты поверхности, с наплавкой или специальным покрытием. Это значительно уменьшает трудоемкость изготовления и улучшает качество уплотнения. Технический результат тот же.

Работа рассмотренных выше вариантов продемонстрирована на примере использования ручного раздельного привода запорного органа и эксцентриковых втулок. Однако имеется возможность управления шаровым клапаном одним поворотом шпинделя на 180°, когда шпиндель связан с опорами запорного органа и втулками механизмом управления по патенту RU 2158866. Механизм управления может быть также реализован непосредственно в механическом приводе.

1. Шаровой кран-клапан, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, в котором расположены запорный орган с проходным каналом в виде шара или шарового сегмента с нижней опорой вращения и с верхней опорой вращения, установленной в эксцентриковой втулке, упругие или жесткие подпружиненные седла с уплотнением, ограничители угла поворота запорного органа и втулки, отличающийся тем, что нижняя опора вращения также установлена в эксцентриковой втулке, а втулки жестко соединены между собой в одно целое элементом связи снаружи или внутри корпуса.

2. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что установленный внутри корпуса элемент связи имеет форму шарового сегмента.

3. Клапан по п. 1 или 2, отличающийся тем, что зона уплотнения на запорном органе имеет форму узкого пояска с шаровой, конической или плоской поверхностью, который отличается от основной шаровой поверхности запорного органа по геометрии, материалу и технологии обработки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к запорной арматуре и предназначено для использования в газовой и других отраслях промышленности. Технической проблемой, на решение которой направлено заявленное изобретение, является повышение надежности шарового крана.

Группа изобретений относится к запорным клапанам и может быть применена в качестве верхнего изолирующего клапана в составе системы доступа в скважину. Клапан с проходным каналом содержит корпус, обойму с шаром, в котором выполнен проходной канал.

Настоящее изобретение относится к запорному крану для обеспечения или прекращения протекания жидкости под давлением через разливочную трубку (13), содержащую переднюю по ходу часть (13u), отделенную от задней по ходу части (13d) посредством запорного крана, с которым обе эти части соединены, причем указанный запорный кран содержит(a) корпусную часть (11), содержащую камеру (11 с), образованную периферийной стенкой корпуса, окружающей продольную ось z, причем указанная периферийная стенка корпуса содержит внутреннюю поверхность вращения, содержащую впускное отверстие корпуса, выполненное с возможностью присоединения к передней по ходу части (13u) разливочной трубки (13),(b) выпускной соединитель (11d), выполненный с возможностью присоединения к задней по ходу части (13d) разливочной трубки или образующий ее, и содержащий выпускное отверстие;(c) пробку (21), образованную наружной периферийной стенкой пробки, плотно прилегающей к внутренней поверхности вращения периферийной стенки корпуса таким образом, что обеспечена возможность поворота пробки внутри камеры (11с) вокруг указанной продольной оси z, причем указанная пробка содержит(d) сквозной канал (23), проходящий от переднего по ходу отверстия (23u), расположенного на наружной периферийной стенке пробки, к заднему по ходу отверстию (23d) таким образом, что обеспечена возможность поворота пробки вокруг продольной оси z от положения протекания пробки до закрытого положения,(e) причем(f) наружная периферийная стенка пробки содержит уплотнительный выступ (22s), в верхней части которого имеется гребень и который образует замкнутый контур, задающий пустое пространство (23s) наружной периферийной стенки пробки таким образом, что в закрытом положении впускное отверстие корпуса периферийной стенки корпуса обращено к пустому пространству (23s) и окружено уплотнительным выступом (22s), отличающийся тем, что(g) наружная периферийная стенка пробки также содержит проточный выступ (22f), в верхней части которого имеется гребень, окружающий переднее по ходу отверстие (23u) таким образом, что в положении протекания впускное отверстие периферийной стенки цилиндрической камеры окружено проточным выступом (22f), причем указанный проточный выступ (22f) предпочтительно объединяет общую часть (22fs) выступа с уплотнительным выступом (22s).

Изобретение относится к области трубопроводной арматуры и предназначено для оперативного перекрытия и герметизации внутритрубного пространства бурильной колонны в случае нефтегазоводопроявлений под большим давлением при бурении нефтяных и газовых скважин, а также для предотвращения сброса бурового раствора, оставшегося в вертлюге (верхнем силовом приводе) и буровом рукаве после выключения бурового насоса.

Шаровой кран трубопроводной запорной арматуры может быть использован в качестве запорной арматуры. Шаровой кран снабжен теплозащитным покрытием, состоящим из полимерного связующего, в котором равномерно распределен наполнитель, при этом в качестве наполнителя использован пористый или пустотелый керамический материал с низкой теплопроводностью и размером частиц менее 1 мкм, при соотношении компонентов, мас.
Уплотнение запорного органа трубопроводной арматуры относится к судовым системам гидравлики, в частности к шаровому крану, применяемому в качестве запорной арматуры, устанавливаемой в трубопровод гидросети.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к ракетно-космической технике, и предназначено в качестве запорного клапана с ручным приводом с защитой от нештатного срабатывания во время полетных нагрузок.

Изобретение относится к трубопроводной арматуре и может быть использовано в конструкции шаровых кранов, предназначенных для перекрытия потока рабочей среды в системах газовых магистральных и технологических трубопроводов.

Настоящее изобретение относится к запорной трубопроводной арматуре, а более конкретно к шаровому крану с затвором для регулирования и перекрытия потока рабочей среды.

Изобретение относится к запорной арматуре и может быть использовано в газовой и других отраслях промышленности. В шаровом кране, содержащем корпус с входным и выходным отверстиями, в котором установлены шаровая пробка со сквозным отверстием, приводимая в движение штоком, и седла из полиуретана, взаимодействующие со сферической поверхностью шаровой пробки, на шаровой пробке герметично закреплены кольца, выполненные из материала, антифрикционного к полиуретану, и имеющие сферическую поверхность, взаимодействующую с седлами, причем центр сферической поверхности колец совпадает с центром сферической поверхности шаровой пробки, а диаметр сферической поверхности колец больше диаметра сферической поверхности шаровой пробки, при этом центры колец совмещены с осью, проходящей через центр сферической поверхности шаровой пробки и перпендикулярной плоскости, проходящей через ось сквозного отверстия шаровой пробки и ось штока.

Изобретение относится к криогенной технике, а именно к шаровым криогенным клапанам с дистанционным или с ручным управлением для использования в условиях криогенных температур, и предназначено для управления потоком криогенной жидкости, например потоком сжиженного продукта разделения воздуха, СПГ и др.
Наверх