ШАРОВОЙ КРАН

Полезная модель относится к области энергетики, нефтегазовой и химической промышленности и может найти применение, например, для перекрытия измерительных и проботборных трубопроводов в условиях повышенных температур рабочих сред на предприятиях энергетики.
Известен шаровой кран (RU, Патент №2310787 МПК F16K 5/06, опубликованный 10.08.2007), в корпусе которого размещены седла в виде уплотнительных колец с плоскими торцовыми поверхностями и поворотная шаровая пробка с центральным проходным каналом. Крышки корпуса с внутренней стороны имеют выступы. Наружная конусная поверхность крышек контактирует с уплотнительным кольцом. Внутренняя конусная поверхность крышек контактирует в закрытом положении с шаровой пробкой. Уплотнительное кольцо установлено с предварительным натягом. Наименьший диаметр наружного конуса равен большему основанию внутреннего конуса. Изобретение направлено на возможность использования в нем при высоких давлениях рабочей среды эластичных и упругих материалов, например резин, для изготовления уплотнительных колец и свести к минимуму их износ.
Недостатком такого шарового крана является то, что он не обеспечивает герметичность при больших перепадах температур, особенно в области высоких их значений. Это обусловлено тем, что при высоких температурах рабочих сред, например 250°С, возникает существенное температурное расширение корпуса и других деталей, происходит потеря упругих свойств уплотнительных колец, которые по мнению авторов, могут быть выполнены из резины, не выдерживающей высоких температур. Кроме этого уплотнение шпинделя шаровой пробки в изобретении не предусматривает герметичность в условиях высоких температур.
Другим изобретением является шаровой кран (RU Патент №2277662 С1 МПК F16K 5/06) содержащий корпус и связанный со шпинделем и установленный в седлах шаровой запорный орган. Имеется элемент в виде втулки с неравными по величине торцевыми поверхностями. Втулка установлена в корпусе с возможностью создания усилия, поджимающего седло к запорному органу. Упомянутое усилие создается наружной поверхностью втулки. Втулка обращена к седлу либо меньшей торцевой поверхностью и наружной поверхностью введена в контакт с ребром, образованным внутренней поверхностью седла и его торцевой поверхностью, обращенной от запорного органа, либо втулка обращена к седлу большей торцевой поверхностью и наружной поверхностью введена в контакт с ребром выполненного на внутренней поверхности корпуса кольцевого выступа. По мнению автора изобретение направлено на обеспечение герметичности шарового крана в узле седло-запорный орган в большом диапазоне давлений рабочей среды и в условиях агрессивных воздействий на шаровой кран путем изменения формы нажимного элемента.
Недостатком данного изобретения является то, что втулка, выполненная в виде конуса, не создает равномерное по поверхности герметизирующего кольца усилие прижатия к запорному органу. При этом происходит неравномерный по пояску износ герметизирующего кольца, что ведет к снижению ресурса и не обеспечивает герметичность в широком диапазоне температур рабочей среды. Кроме этого не оговорено уплотнение шпинделя, работоспособного в условиях высоких температур рабочей среды
Наиболее близким устройством того же назначения, который принят за прототип, является шаровой кран системы Овандер (Ru, Патент №2374540, опубликованный 27.11.2009 МПК F16K 5/06), который содержит корпус с одной или двумя крышками с каналами для прохода жидкости, шаровой затвор с проходным каналом и управляющим шпинделем, плавающий между двумя седлами уплотнительные кольца с высокой и низкой жесткостью, размещенными в крышках и корпусе в стыках каналов с затвором. Жесткий элемент седла выполнен в виде кольца из жесткого и прочного материала с антифрикционными свойствами на поверхности контакта с затвором и установлен без начального натяга по затвору. Мягкий элемент седла расположен на наружной поверхности жесткого элемента и выполнен в виде фланцевой манжеты. Лопасть этой манжеты имеет натяг по шаровому затвору. Фланцевая часть манжеты размещена с диаметральным натягом в охватывающей ее расточке корпуса или крышки.
Недостатком шарового крана-прототипа является то, что он не обеспечивает герметичность при изменении температуры. Это обусловлено тем, что жесткое кольцо, упирающееся без натяга в шаровой затвор, не обеспечивает постоянное его поджатие, а мягкая фланцевая манжета изменяет свои физико-механические свойства при изменении температуры и подвергается деформации из-за расширения корпуса, шарового затвора и жесткого кольца. В управляющем шпинделе не предусмотрено установка герметизирующего уплотнения, обеспечивающего герметичность шарового крана при высоких температурах рабочей среды.
Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемая полезная модель, является обеспечение герметичности и ресурса шарового крана в условиях повышенных температур рабочей среды.
Задача решается за счет того, что в шаровом кране, содержащем корпус крышку с каналами для прохода рабочей среды, шаровой затвор с проходным каналом и управляющим шпинделем, уплотнительные кольца, размещенные в крышке и корпусе в стыках каналов с затвором, прижимные элементы, отличающийся согласно полезной модели тем, что уплотнительные кольца изготовлены из температуростойкого полимерного материала, например из полиэфир-эфиркетона, прижимные элементы выполнены в виде плоских шайб, прижатых с натягом упругими кольцами с треугольным профилем в поперечном сечении, причем обращенных основанием треугольника к плоским шайбам, а шпиндель связан со сферическим запорным органом через опертый о бурт корпуса сухарик и уплотнен высокотемпературной сальниковой набивкой, например из материала «Графлекс М».
Применение температуростойкого уплотнительного кольца, прижатого к шаровому затвору упругим прижимным кольцом специальной конструкции, а также температуростойкой уплотнительной сальниковой набивки в шпинделе обеспечивают герметичность и заданный ресурс шарового крана в условиях повышенных температур рабочих сред.
На фиг.1 дан общий вид шарового крана (продольный разрез), а на фиг.2 - фрагмент узла уплотнения шарового крана.
В корпус 1 шарового крана (фиг.1) с каналом 2 ввернута крышка 3 с каналом 4 для прохода жидкости и установлен концентрично шаровой затвор 5 с проходным каналом 6. В паз шарового затвора 5 входит своим выступом сухарик 7, опертый через шайбу 8 о внутренний буртик корпуса 1. В паз сухарика 7 в свою очередь входит выступ шпинделя 9, который уплотнен сальниковой набивкой 10, состоящей из температуростойких шайб, например из материала «Графлекс М», поджатых к упорному кольцу 11 гайкой 12 при помощи буксы 13. Уплотнительные кольца 14 (фиг.2), изготовлены из температуростойкого полимерного материала, например из полиэфир-эфиркетона и прижаты к шаровому затвору 5 через плоские шайбы 15 упругими устанавливаемыми с натягом кольцами 16 с треугольным профилем в поперечном сечении, причем обращенных основанием треугольника к плоским шайбам 15.
Шаровой кран работает следующим образом.
При открытом положении шарового крана, устанавливаемого шпинделем 9 через сухарик 7 рабочая жидкость свободно проходит через кран по каналам 2, 4, 5. Прижатием уплотнительных колец 14 к шаровому затвору 5 через плоские шайбы 15 при помощи устанавливаемых с натягом упругих колец 16 обеспечивается герметичность шарового крана. Выполнение колец 16 треугольного сечения, причем обращенных основанием треугольника к плоским шайбам 15, обеспечивает равномерное по плоскости ее поджатие. При этом реализуется равномерное по контактирующей с шаровым затвором 5 поверхности уплотнительного кольца 14 контактное давление, что обеспечивает как герметичность крана, так и его заданный ресурс. При повышении температуры рабочих сред, например до 250°С, упругие кольца 16, изготовленные из пружинной стали, практически не меняют своих упруго-механических свойств и они равномерно прижимают через плоские шайбы 15 температуростойкие уплотнительные кольца 14 к шаровому затвору 5. Изготовление сальникового уплотнения 10 шпинделя 9 из температуростойкого материала, например «Графлекс М», обеспечивают герметичность шарового крана при случайном прорыве уплотнительного кольца 14. Применение сухарика, предохраняет шаровой кран от выброса его внутренних элементов при случайном повышении давления рабочей среды сверх установленной нормы. Этими свойствами обеспечивается герметичность и заданный ресурс шарового крана.
Заявляемое устройство по сравнению с прототипом обладает следующими положительными качествами: обеспечивает герметичность и заданный ресурс шарового крана при эксплуатации с повышенной температурой рабочих сред.