ШАРОВОЙ КРАН
BALL VALVE

Изобретение относится к электроприводной арматуре, используемой, в частности, в системах топливообеспечения энергетических котлоагрегатов и газопотребляющих систем, и может быть использовано для обеспечения взрывобезопасного и экономичного сжигания углеводородного топлива (газ, мазут) в энергетических котлоагрегатах.
Известны различные конструкции запорных, регулирующих и запорно-регулирующих кранов, отличающихся по типу затвора (шарового, цилиндрического, конусного) и типу привода - электрического, электромагнитного, поршнево-пневматического, гидравлического, пневмогидравлического, ручного (Д.Ф. Гуревич, О.Н. Шпаков. Справочник конструктора трубопроводной арматуры. Л.: Машиностроение, 1987, с.68).
Известен шаровой регулирующий кран, содержащий корпус с размещенным в нем шаровым запорным элементом и присоединенным к нему шпинделем и электропривод с приводным валом, предназначенный для автоматического управления расходом жидкостей в трубопроводах (кран шаровой регулирующий с электроприводом производства ОАО НИПОМ; http://www.nipom.ru/armatura/11ng902.html).
К недостаткам этого крана следует отнести невозможность мгновенного (в течение не более 1 секунды) автоматического закрытия крана при прекращении подачи электроэнергии, что может привести к аварийной ситуации при работе с агрессивными и взрывоопасными средами.
Известен шаровой кран, содержащий корпус с размещенным в нем шаровым запорным элементом и присоединенным к нему шпинделем и электропривод с приводным валом, промежуточный вал, соединенный со шпинделем и с приводным валом, причем конец промежуточного вала, соединяемый с приводным валом, содержит два уступа прямоугольного сечения, концевой уступ имеет меньшие размеры, чем средний, а конец приводного вала содержит уступ прямоугольного сечения, размеры которого соответствуют размерам концевого уступа промежуточного вала; кран содержит также размещенный между корпусом и электроприводом стакан с крышкой, содержащей отверстие в центре для прохода приводного вала, стакан соединен с фланцем корпуса; внутри стакана размещены: плавающий фланец, насаженный на средний уступ промежуточного вала и способный перемещаться вдоль оси стакана; пружина, одним концом прикрепленная к фланцу корпуса, а другим концом к плавающему фланцу; соосная с промежуточным валом и примыкающая к плавающему фланцу муфта сцепления со сквозным отверстием, сечение которого со стороны плавающего фланца имеет форму окружности, диаметр которой превышает размер среднего уступа промежуточного вала, а с другой стороны имеет прямоугольную форму, соответствующую по размерам концевому уступу промежуточного вала и уступу приводного вала; пластина, расположенная между плавающим фланцем и крышкой стакана перпендикулярно плавающему фланцу, шарнирно прикрепленная к крышке стакана и имеющая шарнир в средней своей части, позволяющий ей складываться под действием прикрепленного к пластине электромеханического триггера (RU 2364777, F16K 5/06, F16K 31/02, 2009).
Известен и является наиболее близким к предложенному шаровой кран, содержащий корпус с размещенным в нем шаровым запорным элементом и присоединенным к запорному элементу шпинделем, электропривод с приводным валом, размещенный между корпусом и электроприводом промежуточный вал, соединяющую промежуточный вал со шпинделем втулку с осевым отверстием прямоугольного сечения, размеры которого соответствуют размерам концов шпинделя и промежуточного вала, соединяющую промежуточный вал с приводным валом муфту сцепления со сквозным отверстием, соосную с обоими валами и имеющую прорези в стенках для прохода соединяющих валы с муфтой шплинтов, проходящих через отверстия в валах, перпендикулярные осям валов, причем оси шплинтов перпендикулярны друг другу, стакан, содержащий цилиндрический корпус, крышку с отверстием в центре для прохода приводного вала и соединенное с фланцем корпуса основание с цилиндрическим выступом внутри стакана, имеющее сквозное отверстие в центре для прохода шпинделя и втулки, ограничитель поворота втулки, проходящий через горизонтальную прорезь в стенке цилиндрического выступа основания стакана, плавающий фланец, способный перемещаться внутри стакана со скольжением по промежуточному валу вдоль его оси, пружину осевого перемещения, расположенную между плавающим фланцем и цилиндрическим выступом основания стакана, пружину кручения, соосную с промежуточным валом, прикрепленную одним концом к основанию стакана, а другим концом - к втулке, причем муфта сцепления, плавающий фланец и пружина кручения размещены внутри стакана, и шаровой кран снабжен спусковым механизмом для закрытия крана при аварийном отключении электроэнергии, включающим проходящие через вертикальные прорези в стенках стакана рычаги, укрепленные на осях, присоединенных к цилиндрическому корпусу стакана, с возможностью вращения относительно этих осей, причем концы рычагов, расположенные внутри стакана, снабжены роликами и находятся в контакте с верхней плоскостью плавающего фланца, а другие концы рычагов, расположенные вне стакана, находятся в контакте с пружинными толкателями, управляемыми с помощью соленоидов (RU 2495312, F16K 5/06, F16K 31/02, 2013).
Задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в усовершенствовании конструкции крана для предотвращения аварийных ситуаций.
Техническим результатом, полученным при осуществлении изобретения, является обеспечение надежности автоматического мгновенного закрытия (менее 1 секунды) крана в случае прекращения подачи электроэнергии к соленоидам крана и возможности последующего ручного или дистанционного его открытия исполнительным механизмом.
Для достижения указанного результата предложен шаровой кран, содержащий корпус с размещенным в нем шаровым запорным элементом и присоединенным к запорному элементу шпинделем, электропривод с приводным валом, размещенный между корпусом и электроприводом промежуточный вал, соединяющую промежуточный вал со шпинделем втулку с осевым отверстием прямоугольного сечения, размеры которого соответствуют размерам концов шпинделя и промежуточного вала, соединяющую промежуточный вал с приводным валом муфту сцепления со сквозным отверстием, соосную с обоими валами и имеющую прорези в стенках для прохода соединяющих валы с муфтой шплинтов, проходящих через отверстия в валах, перпендикулярные осям валов, причем оси шплинтов перпендикулярны друг другу, стакан, содержащий цилиндрический корпус, крышку с отверстием в центре для прохода приводного вала и соединенное с фланцем корпуса основание с цилиндрическим выступом внутри стакана, имеющее сквозное отверстие в центре для прохода шпинделя и втулки, ограничитель поворота втулки, проходящий через горизонтальную прорезь в стенке цилиндрического выступа основания стакана, плавающий фланец, способный перемещаться внутри стакана со скольжением по промежуточному валу вдоль его оси, пружину осевого перемещения, расположенную между плавающим фланцем и цилиндрическим выступом основания стакана, пружину кручения, соосную с промежуточным валом, прикрепленную одним концом к основанию стакана, а другим концом - к втулке, причем муфта сцепления, плавающий фланец и пружина кручения размещены внутри стакана, и шаровой кран снабжен спусковым механизмом для закрытия крана при аварийном отключении электроэнергии, включающим рычаг, находящийся в контакте с пружинным толкателем, управляемым с помощью соленоида, и связанный с роликом, находящимся в контакте с верхней плоскостью плавающего фланца, отличающийся тем, что на обращенных друг к другу поверхностях плавающего фланца и муфты сцепления расположены взаимодействующие друг с другом клиновые выступы, а спусковой механизм содержит наружный и внутренний рычаги, укрепленные на общей оси, проходящей через отверстие в стенке стакана, причем на конце внутреннего рычага укреплен ролик, находящийся в контакте с верхней плоскостью плавающего фланца, а на конце наружного рычага - ролик, находящийся в контакте с собачкой, удерживаемой толкателем соленоида, и наружный рычаг находится в контакте с дополнительным пружинным толкателем.
Сущность изобретения иллюстрируется прилагаемыми фиг.1 и 2. На фиг.1 конструкция конкретного воплощения предложенного шарового крана в положении «открыто» изображена в разрезе, на фиг.2 - вид сбоку верхней части конструкции.
В соответствии с фиг.1 и 2 шаровой кран содержит корпус 1 с размещенным в нем шаровым запорным элементом 2 и присоединенным к запорному элементу шпинделем 3. На верхнем фланце 4 корпуса 1 установлен стакан, состоящий из основания 5 с цилиндрическим выступом 6, цилиндрического корпуса 7 и крышки 8. Шпиндель 3 проходит через сквозное осевое отверстие в основании 5. Верхний конец шпинделя 3 имеющий прямоугольное сечение, соединен с втулкой 9, расположенной внутри цилиндрического выступа 6 и имеющей сквозное осевое отверстие, сечение которого соответствует сечению верхнего конца шпинделя 3. Втулка 9 соединена с промежуточным валом 10, нижний конец которого имеет прямоугольное сечение, соответствующее сечению сквозного осевого отверстия втулки 9. На втулке 9 укреплен ограничитель поворота 11, проходящий через горизонтальную прорезь в стенке цилиндрического выступа 6. Промежуточный вал 10 с помощью муфты сцепления 12 соединен с приводным валом 13, который, в свою очередь, соединен с электроприводом (на фигуре не показан).
Внутри цилиндрического корпуса 7 стакана расположены муфта сцепления 12, пружина кручения 14, плавающий фланец 15 со сквозным осевым отверстием и пружина осевого перемещения 16. Пружина кручения 14 охватывает цилиндрический выступ 6; ее нижний конец присоединен к основанию 5, а верхний - к втулке 9. Плавающий фланец 15 расположен над цилиндрическим выступом 6 и способен перемещаться внутри стакана со скольжением по промежуточному валу 10 вдоль его оси. При этом плавающий фланец 15 зафиксирован от возможности поворота относительно промежуточного вала 10 с помощью шплинта 16, проходящего через отверстие в плавающем фланце 15, перпендикулярное его оси, и вертикальную прорезь в промежуточном вале 10. Пружина осевого перемещения 17 расположена между верхней плоскостью цилиндрического выступа 5 и плавающим фланцем 15 соосно этим деталям. Муфта сцепления 12 соосна промежуточному валу 10 и приводному валу 13 и соединена с ними посредством шплинтов 18 и 19, проходящих через отверстия в валах, перпендикулярные осям валов, и через вертикальные прорези в стенках муфты. Оси шплинтов 18 и 19 перпендикулярны друг другу. На концы шплинтов 16, 18 и 19 насажены кольца, препятствующие осевому перемещению шплинтов; ширина прорезей в стенках муфты сцепления 12 соответствует диаметру этих колец. На поверхностях муфты сцепления и плавающего фланца, взаимодействующих друг с другом, расположены клиновые выступы.
В стенках цилиндрического корпуса 7 стакана имеются два симметричных отверстия для прохода осей 20 двух рычажно-спусковых устройств, каждое из которых состоит из внешнего и внутреннего рычагов 21 и 22 с роликами 23 и 24 на концах. На внешней стенке цилиндрического корпуса стакана 7 с помощью кронштейнов 25 закреплены спусковые механизмы (на фиг.1 показан один), каждый из которых состоит из соленоидного электромагнита 26 с толкателем 27, собачки 28 с фиксирующим углублением для ролика 23 и дополнительного пружинного толкателя 29.
Шаровой кран работает следующим образом. В случае срабатывания технологической защиты или полного обесточивания шарового крана, прекращается подача электроэнергии на соленоидный электромагнит 26, исчезает магнитное поле, удерживающее толкатели 27 и рычаги 21 в положении, показанном на фиг.1 и 2. Под действием пружинных толкателей 29 ролики 23 преодолевают сопротивление углублений в собачках 28, более не удерживаемых толкателями 27, рычаги 21 и, соответственно, 22 поворачиваются, и пружина осевого перемещения 17 перемещает вверх плавающий фланец 15. Движение плавающего фланца 15 передается муфте сцепления 12, которая также перемещается вверх. При этом шплинт 19 выходит из нижней прорези муфты сцепления 12, освобождая промежуточный вал 10 от сцепления с приводным валом 13. Предварительно закрученная пружина кручения 14 получает возможность раскручиваться, ее движение передается промежуточному валу 10 и соединенному с ним шпинделю 3, которые поворачиваются на угол 90°, поскольку именно такой поворот допускает ограничитель поворота 11. При возобновлении подачи электроэнергии и вращении приводного вала 13 по часовой стрелке клиновые выступы на муфте сцепления 12 поворачивают плавающий фланец 15, при этом пружина 17 сжимается, муфта сцепления 12 восстанавливает соединение промежуточного вала 10 с приводным валом 13. Одновременно плавающий фланец с помощью роликов 24 поворачивает внутренние 22 и, соответственно, внешние рычаги 21, и ролики 23, преодолевая сопротивление пружинных толкателей 29, вновь входят в углубления собачек 28, поддерживаемых толкателями 27 соленоидных магнитов 26.