Шаровой кран
BALL VALVE

Изобретение относится к запорной и регулирующей арматуре, в частности к шаровым кранам.
Известен шаровой кран, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, шаровой поворотный затвор со сквозным проходным отверстием, шпиндель, уплотнение шпинделя, седла шарового поворотного затвора, причем в сквозном проходном отверстии шарового поворотного затвора установлены опорные перегородки (см. авторское свидетельство SU №552453, кл. F16K 5/06, опубл. 30.03.1977).
Данный шаровой кран позволяет увеличить срок его работы при большом числе переключений шарового крана. Однако при регулировании потока опорные перегородки создают дополнительное гидравлическое сопротивление протекающему через шаровой кран потоку, особенно когда шаровой кран открыт не полностью, что сужает область его использования.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является шаровой кран, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, шаровой поворотный затвор со сквозным проходным отверстием, шпиндель, уплотнение шпинделя, седла шарового поворотного затвора, причем в сквозном проходном отверстии шарового поворотного затвора установлены рассекатели потока среды (см. патент US №5400825, кл. F16K 47/04, опубл. 28.03.1995).
Однако использование данного шарового крана при регулировании расхода рабочей среды, которая протекает через запорный элемент шарового крана, имеет место резкое изменение расходной характеристики, что затрудняет процесс регулирования расхода, особенно в момент открытия/закрытия клапана, что связано с резким изменением степени турбулентности протекающего через шаровой кран потока среды.
Технической проблемой, решаемой в изобретении является преодоление описанных выше недостатков.
Техническим результатом, достигаемым в изобретении является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения более широкого диапазона регулирования расхода протекающей через шаровой кран среды при сравнительно более низких гидравлических потерях и, как результат, снижение уровня шума и вибрации, а также предотвращение развития кавитации при эксплуатации шарового крана.
Указанная проблема решается, а технический результат достигается за счет того, что шаровой кран содержит корпус с входным и выходным патрубками, шаровой поворотный затвор со сквозным проходным отверстием, шпиндель, уплотнение шпинделя, седла шарового поворотного затвора, причем в сквозном проходном отверстии шарового поворотного затвора установлены рассекатели потока среды, при этом последние выполнены в виде трех плоских пластин, установленных параллельно друг другу, перфорированных круглыми в поперечном сечении отверстиями, зафиксированных относительно сквозного проходного отверстия посредством сварки, установленных параллельно оси поворота шарового поворотного затвора и на равном расстоянии от центральной плоской пластины, причем центральная плоская пластина проходит через ось шарового поворотного затвора, между собой плоские пластины соединены посредством двух параллельных рядов круглых в поперечном сечении стержней, параллельных продольной оси корпуса шарового крана и соединенных с плоскими пластинами посредством сварки, отверстия в плоских пластинах выполнены в шахматном порядке, входная и выходная кромки плоских пластин выполнены вдоль сферической поверхности шарового поворотного затвора и скруглены, причем профиль скругления образован дугами окружности плавно сопряженными с плоской боковой поверхностью пластин.
В ходе проведенного исследования было установлено, что описанное выше выполнение шарового крана позволяет равномерно и симметрично распределять поток между рассекателями потока с минимально возможным гидравлическим сопротивлением, особенно когда шаровой затвор находится в положении полного открытия проходного сечения, чему в равной мере способствуют указанные выше особенности конструкции плоских пластин и элементы конструкции, в частности использование сварки и соединение плоских пластин между собой, что позволило создать жесткую и в тоже время достаточно «прозрачную» для потока среды проточную часть шарового затвора и, как результат, добиться более равномерной расходной характеристики работы шарового крана во время регулирования расхода протекающей через шаровой кран среды, в том числе в момент открытия / закрытия шарового кран, т.е. обеспечивается более плавное регулирование расхода при повороте шарового затвора.
На фиг. 1 представлен продольный вертикальный разрез шарового крана.
На фиг. 2 представлен продольный горизонтальный разрез шарового крана.
На фиг. 3 представлен поперечный вертикальный разрез шарового крана.
Шаровой кран содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками, шаровой поворотный затвор 4 со сквозным проходным отверстием 5, шпиндель 6, уплотнение шпинделя 7 и седла 8 шарового поворотного затвора 4.
В сквозном проходном отверстии 5 шарового поворотного затвора 4 установлены рассекатели потока среды, которые выполнены в виде трех плоских пластин 9, 10 и 11 установленных параллельно друг другу, перфорированных круглыми в поперечном сечении отверстиями 12, зафиксированных относительно сквозного проходного отверстия 5 посредством сварки, установленных параллельно оси поворота шарового поворотного затвора 4 и на равном расстоянии крайних пластин от центральной плоской пластины 10.
Центральная плоская пластина 10 проходит через ось поворотного шарового поворотного затвора 4. Между собой плоские пластины 9, 10 и 11 соединены посредством двух параллельных рядов круглых в поперечном сечении стержней 13, параллельных продольной оси корпуса 1 шарового крана и соединенных с плоскими пластинами 9, 10 и 11 посредством сварки.
Отверстия 12 в плоских пластинах 9, 10 и 11 выполнены в шахматном порядке. Входная 14 и выходная 15 кромки плоских пластин 9, 10 и 11 выполнены вдоль сферической поверхности шарового поворотного затвора 4 и скруглены, причем профиль скругления образован дугами окружности, плавно сопряженными с плоской боковой поверхностью пластин 9, 10 и 11.
Шаровой кран работает следующим образом.
Когда шаровой кран находится в полностью открытом положении и продольная ось проходного отверстия 5 совпадает с продольной осью корпуса 1 плоские пластины 9, 10 и 11 расположены параллельно оси проходного отверстия 5 шарового поворотного затвора, как такового дросселирования протекающего через шаровой кран не происходит, чему также способствует закругление входных 14 и выходных 15 кромок плоских пластик 9, 10 и 11, а также расположение в ряд круглых в поперечном сечении стержней 13. В открытом положении происходит эффективная очистка от возможных примесей и твердых частиц пластины 6 потоком протекающей среды.
В закрытом положении шарового крана шаровой поворотный затвор 4 перекрывает проходное сечение входного патрубка 2.
При регулировании расхода, когда шаровой поворотный затвор 4 находится в промежуточном положении между открытым и закрытым положением поток среды проходит одновременно между плоскими пластинами 9, 10 и 11 и одновременно дросселируется через круглые отверстия 12, причем чем больше открывается проходное сечение шарового крана, тем меньше эффект дросселирования от плоских пластин 9, 10 и 11, так как увеличивается та часть потока среды, которая проходит между пластинами 9, 10 и 11, что обеспечивает плавное регулирование расхода и не позволяет создавать условия для формирования зон пониженного давления в проходном сечении шарового поворотного затвора 4.