ШАРОВОЙ КЛАПАН
BALL VALVE

Изобретение относится к области ракетно-космической техники, в частности к запорным клапанам с ручным приводом, предназначенным для пропускания по тракту клапана потока рабочей среды при открытом положении клапана и для перекрытия потока рабочей среды при закрытом положении клапана в условиях биологически вредных сред, при криогенных температурах, при невесомости, и может быть использовано в машиностроении.
Известен шаровой клапан, содержащий корпус с входным и выходным отверстиями и седлом, имеющим проходное отверстие со сферической поверхностью для взаимодействия со связанным со штоком шаровым запорным элементом, перекрывающим проходное отверстие (RU №2004126625 А, МПК F16K 5/12, F16K 5/06).
Близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является шаровой кран (SU 1523815 А1. МПК F16K 5/06), содержащий корпус с входным и выходным штуцерами, в котором между подпружиненными в осевом направлении седлами с уплотнителями в проходных отверстиях расположена сферическая пробка (шаровой  запорный элемент - по терминологии заявляемого изобретения), снабженная пазом, в который входит выступ верхней опоры (штока - по терминологии заявляемого изобретения), выполненной в виде шпинделя с кольцевым буртиком, и нижней опорой, расположенной в расточке пробки и сопрягаемой с ней посредством шарика, размещенного в гнезде вкладыша, расположенного в торцевом углублении опоры и в центральном коническом углублении расточки пробки. Вкладыш выполнен из эластомерного материала, гнездо в нем - в виде продольного паза. Обе опоры установлены радиальным зазором относительно подшипников.
Между опорой и расточкой пробки образован торцевой зазор, величина которого больше величины упругой деформации вкладыша. На шпинделе установлена поджимная гайка, контактирующая через антифрикционные кольца с его кольцевым буртиком. Шпиндель выполнен составным. Одна из сопрягаемых частей, содержащая кольцевой буртик, выполнена с центральным коническим углублением под шарик, а в расточке другой установлен эластомерный вкладыш, причем составные части шпинделя расположены по отношению одна к другой с торцевым зазором, величина которого больше величины упругой деформации вкладыша.
Недостатками данных конструкций являются отсутствие герметичности тракта шарового клапана в условиях криогенных температур, когда происходит уменьшение длин деталей шарового клапана, и кроме этого при работе в условиях невесомости также возникают сложности с незакрепленными деталями шаровых клапанов.
Задачей изобретения является создание такого шарового клапана, конструкция которого обеспечивала бы высокую герметичность в условиях криогенных температур и возможность работы в условиях невесомости.
Техническим результатом предлагаемого устройства является обеспечение высокой герметичности тракта шарового клапана при работе в условиях криогенных температур, а также устранение проблем с незакрепленными деталями при работе в условиях невесомости.
Сущность изобретения заключается в том, что в шаровой клапан, состоящий из корпуса с входным и выходным штуцерами и двумя седлами, имеющими проходные отверстия со сферическими поверхностями для взаимодействия с перекрывающим проходное отверстие шаровым запорным элементом, в паз которого входит выступ штока, при этом со стороны входного штуцера седло подпружинено, седла выполнены в виде уплотнительных элементов, а седло со стороны входного штуцера установлено в выполненный в виде втулки подвижный уплотнительный элемент, через который посредством тарельчатой шайбы осуществляется подпружинивание седла, а также со стороны поворотного механизма установлен съемный дублирующий уплотнительный элемент, выполненный в виде резьбового стакана с уплотнительной поверхностью и с местом для установки съемной заглушки, кроме этого место стыка штока с корпусом герметизируется уплотнительными кольцами.
На фиг.1 изображен общий вид шарового клапана в закрытом состоянии.
На фиг.2 изображен вид сверху на шаровой клапан без съемного элемента и заглушки.
На фиг.3 изображен подвижный уплотнительный элемент.
Конструкция шарового клапана состоит из корпуса 1 с входным штуцером 2 и выходным штуцером 3 и двумя седлами 4 и 5 в виде кольцевых уплотнительных элементов, имеющих проходные отверстия со сферическими поверхностями для взаимодействия с шаровым запорным элементом 6, перекрывающим проходное отверстие. В корпусе клапана со стороны входного штуцера 2 установлен подвижный уплотнительный элемент 7, выполненный в виде втулки, с установленным в нем седлом 4 со стороны шарового запорного элемента 6 и подпружиненный тарельчатой шайбой 8 со стороны входного штуцера 2. Седло 5 установлено в выходном штуцере 3 со стороны шарового запорного элемента 6. Места стыка выходного штуцера 3 и подвижного уплотнительного элемента 7 с корпусом 1 герметизируются уплотнительными кольцами 9. Шток 10 установлен в корпусе 1 и зафиксирован при помощи втулки 11 и стопорного кольца 12 с возможностью вращения вокруг своей оси. При этом выступ 13 штока 10 входит в паз 14 шарового запорного элемента 6. Верхняя часть штока 10 выполнена шестигранной формы для возможности открытия и закрытия шарового клапана стандартным гаечным ключом. Под шестигранником на штоке 10 при помощи запрессованного штифта 15 зафиксирована втулка 16, которая имеет два выступа 17. Поворот выступов 17 ограничивают выступы 18 корпуса 1, что дает возможность поворачиваться штоку 10 не более чем на 90°. Место стыка штока 10 с корпусом 1 герметизируется уплотнительными кольцами 19. Шток 10, штифт 15, втулка 16 и уплотнительные кольца 19 входят в состав поворотного механизма 20. Со стороны поворотного механизма 20 на корпусе 1 установлен съемный дублирующий уплотнительный элемент 21, выполненный в виде резьбового стакана с уплотнительной поверхностью и с местом для установки съемной заглушки 22. Съемный дублирующий уплотнительный элемент 21 привязан леской 23 к корпусу 1. Съемная заглушка 22 привязана леской 23 к съемному дублирующему уплотнительному элементу 21. Место стыка съемного дублирующего уплотнительного элемента 21 с корпусом 1 герметизируется уплотнительным кольцом 24. На заглушке 22 установлены уплотнительные кольца 25. Выходной штуцер 3 крепится к корпусу 1 шпильками 26 и гайками 27.
Шаровой клапан работает в невесомости следующим образом.
На изделии шаровой клапан закреплен входным штуцером 2 и выходным штуцером 3 к трубопроводу и стоит в самом конце цепи. За ним вакуум. Шток 10 в положении «Открыто». Через тракт шарового клапана проходит рабочая среда, в том числе и биологически вредная, находящаяся в криогенном состоянии. При возникновении нештатной ситуации для демонтажа подводящего трубопровода съемный дублирующий уплотнительный элемент 21 с заглушкой 22 снимают с корпуса 1, шток 10 при помощи стандартного гаечного ключа поворотом по часовой стрелке переводят в положение «Закрыто». При этом несмотря на уменьшение длин деталей шарового клапана вследствие воздействия криогенных температур рабочей среды, в процессе эксплуатации шарового клапана герметичность тракта шарового клапана остается высокой за счет упругих свойств тарельчатой шайбы 8 в подвижном уплотнительном элементе 7, которая, изначально находясь в поджатом состоянии, разжимается, сохраняя необходимое поджатие по тракту шарового клапана, чем компенсирует уменьшение длин деталей шарового клапана. Далее отсоединяют подводящий трубопровод от входного штуцера 2, снимают заглушку 22 со съемного дублирующего уплотнительного элемента 21 и устанавливают заглушку 22 на входной штуцер 2. Далее проводят ремонтные работы со стоящими перед шаровым клапаном элементами цепи, после чего снимают заглушку 22 с входного штуцера 2 и устанавливают ее на съемный дублирующий уплотнительный элемент 21, подсоединяют подводящий трубопровод к входному штуцеру 2, переводят шток 10 поворотом против часовой стрелки в положение «Открыто», съемный дублирующий уплотнительный элемент 21 с заглушкой 22 устанавливают на корпус 1. Работа шарового клапана продолжается.
Таким образом, предложенная конструкция обеспечивает высокую герметичность тракта шарового клапана за счет упругих свойств тарельчатой шайбы 8 и подвижного уплотнительного элемента 7, в том числе и при работе в условиях криогенных температур, когда тарельчатая шайба 8 компенсирует уменьшение длин деталей шарового клапана, а также обеспечивается высокая герметичность штока 10 шарового клапана за счет двойного уплотнения кольцами 19 в месте стыка штока 10 с корпусом 1 и уплотнительного кольца 24 между съемным дублирующим уплотнительным элементом 21 и корпусом 1. Кроме этого тарельчатая шайба 8 в подвижном уплотнительном элементе 7 служит для точного выставления штока 10 в шаровой запорный элемент 6 при сборке шарового клапана, а съемный дублирующий уплотнительный элемент 21 служит для хранения заглушки 22, позволяет надежно закрепить заглушку 22 и всегда иметь ее под рукой, что дает возможность работать с шаровым клапаном в условиях невесомости.