ШАРОВОЙ КЛАПАН
BALL VALVE

Изобретение относится к шаровым клапанам и может быть использовано для подачи и отсечки как высокотемпературных, так и низкотемпературных жидкостей и газов, в частности, в пневмосистемах летательных аппаратов.
Известен шаровой клапан для высокотемпературных сред с самоустанавливающимися седлами, например авторское свидетельство СССР №1076683 кл. F16K 49/00 1982, содержащий корпус, поворотный запорный орган и самоустанавливающиеся седла. Перед подачей рабочей среды включается система охлаждения, охлаждающая среда подается в охлаждаемые корпус, поворотный запорный орган и самоустанавливающиеся седла. По каналу охлаждающая и управляющая среда подается в герметичную полость и прижимает уплотнительную кольцевую поверхность седла, выполненную в виде сферической упругодеформируемой охлаждаемой металлической стенки к запорному органу. При переключении шарового крана давление в герметичной полости седел сбрасывается, запорный орган поворачивается в закрытое положение и давление вновь подается в герметичную полость.
Недостатки такой конструкции шарового клапана заключаются в следующем:
- сложность конструкции и эксплуатации шарового клапана, так как для работы клапана требуется система подачи и сброса давления для изменения поджатая седла на запорный орган, а это увеличивает габариты и усложняет компоновку пневмо-гидросистем, в частности, летательных аппаратов;
- невозможность использования для маленьких проходных отверстий из-за сложности изготовления самоустанавливающихся седел.
Известен шаровой клапан, взятый за прототип изобретения, по патенту США №4750708, кл. F16K 5/06, содержащий корпус с наконечниками, запорный орган - шар, вращаемый приводом, симметрично расположенные относительно шара металлические седла, опорные и упругие уплотнительные кольца. Седло имеет вид фигурного кольца, у которого по внешнему ободу имеется цилиндрическая отбортовка, переходящая в тороидально изогнутый участок, а далее в конический. Поверхность конического участка взаимодействует с шаровой поверхностью запорного органа и является для него уплотняющей и опорной поверхностью. Внутренний край конической поверхности седла заострен дугообразно для предотвращения царапания шаровой поверхности при вращении запорного органа.
Каждое седло устанавливается цилиндрической поверхностью в расточку корпуса с упором тороидального участка в выступ расточки для уплотнения, а конический участок поверхности взаимодействует по окружности с шаром. Седло имеет дополнительное уплотнение, для чего внутрь цилиндрической поверхности седла установлено опорное кольцо, которое составляет заседловое уплотнение кольцевой опорной части цилиндрического обода седла совместно с упругим радиально вставленным в корпус кольцом. Во время подачи высокого давления рабочего тела седло упруго деформируется в выступ расточки корпуса для лучшего уплотнения, а уплотнение с поверхностью шара с конусной части переходит на тороидальный участок. Таким образом, герметичность клапана в закрытом положении осуществляется при помощи упругодеформируемого тороидального участка седла.
Данная конструкция имеет ряд недостатков:
- возможна негерметичность по седлу, установленному вторым при сборке клапана. Это происходит из-за того, что при сборке клапана и установке первого седла контакт шара с седлом по конической поверхности закрепляет шар от радиальных перемещений, а установка второго седла, имеющего другие несоостности конусной поверхности относительно тороидального участка и расточки в корпусе, делает невозможной замкнутость линии контакта конусной поверхности седла с шаром;
- при подаче газа в наконечник и в случае негерметичности по первому седлу второе седло не уплотняется на запорном органе, так как отжимается от шаровой поверхности давлением, вызванным негерметичностью первого седла;
- невозможно применение клапана при высокотемпературных газовых средах из-за неметаллических уплотнительных упругих колец;
- наличие упругодеформируемого тороидального участка седла, который имеет большую жесткость, при уплотнении «металл по металлу» приводит к повышенной негерметичности из-за трудности тороидальным участком компенсировать зазоры, вызванные отклонениями от шаровой формы.
Предлагаемое изобретение направлено на устранение указанных недостатков и в конечном счете, на повышение герметичности и надежности клапана.
Для этого, в отличие от известной конструкции шарового клапана, входное уплотняющее седло изготовлено в виде тонкостенной конической воронки с отбортовкой на меньшем диаметре, герметично установленной по большому диаметру на опоре входного наконечника, имеющей коническую поверхность с углом меньшим, чем угол конуса воронки, а седло на выходе герметично соединено меньшим диаметром конуса со своей опорой, имеющей коническую поверхность с углом меньшим, чем угол конуса седла, при этом опора на выходе выполнена с возможностью самоустановки на шаровом затворе и герметично зажата между корпусом и выходным наконечником при сборке клапана.
Такое исполнение предлагаемого шарового клапана обеспечивает повышенную герметичность за счет выполнения тонкостенного седла конусной формы и наличия в конструкции второго тонкостенного седла на выходе из клапана. При этом, в случае негерметичности по первому седлу, второе седло уплотняется на запорном органе, так как дополнительно поджимается к шаровой поверхности давлением, вызванным негерметичностью первого седла.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид шарового клапана, фиг. 2 - выноска А, фиг. 3 - выноска Б.
Шаровой клапан состоит из корпуса 1, в который установлен шаровой затвор 2, взаимодействующий с двух сторон с металлическими тонкостенными седлами 3 и 4 в виде тонкостенных конических воронок, входное седло 3 с отбортовкой 5 на меньшем диаметре установлено на опоре 6 входного наконечника 7, имеющей коническую поверхность 8 с углом меньшим, чем угол конуса седла 3, и которая герметично соединена (сваркой) большим диаметром с входным седлом 3. Седло 4 на выходе герметично (сваркой) соединено меньшим диаметром конуса с опорой 9, имеющей коническую поверхность 10 с углом, большим, чем угол конуса седла 4, при этом опора 9 установлена с возможностью самоустановки на шаровом затворе 2 и герметично зажата между корпусом 1 и выходным наконечником 11.
Шаровой клапан работает следующим образом.
При подаче управляющего давления в наконечник 12 шаровой затвор 2 поворачивается и закрывается. Давление рабочего тела, подаваемое во входной наконечник 7, проходит за отбортовку 5 тонкостенного седла 3 и изгибает его по поверхности шарового затвора 2, компенсацируя своей тонкостенностью отклонения от шаровой формы и герметизируя шаровой клапан. Отбортовка 5 на седле 3 предотвращает образование гофр на воронке при переходе шарового затвора из положения «открыт-закрыт». В случае негерметичности по первому седлу, второе седло дополнительно поджимается к шаровой поверхности запорного органа давлением, вызванным негерметичностью на первом седле, и уплотняется, предотвращая проход через клапан. Подавая давление в наконечник 13, шаровой затвор 2 поворачивается и открывает проходное сечение.
Конические поверхности на опорах входного наконечника и на выходе предотвращают седла от пережатия при сборке клапана.
Технический результат изобретения заключается в повышении герметичности и надежности шарового клапана.