КРАН

Полезная модель относится к трубопроводной арматуре и предназначена для управления потоком рабочей среды высокого давления с абразивными включениями, в качестве запорного крана или запорно-регулирующего крана на трубопроводах с насыщенными пневмо-гидро абразивными рабочими смесями.
Известны конструкции односедельного сегментного поворотного клапана (см. Б.Ф.Брагин «Трубопроводная арматура для абразивных гидросмесей» Машиностроение, Москва, 1981, рис.22,.25), содержащие корпус с входным и выходным отверстиями, коническое седло клапана и запорный элемент, выполнен в виде сегмента с сферической уплотнительной поверхностью.
Недостатком данных клапанов является постоянный контакт между уплотнительными поверхностями в процессе их взаимного перемещения, что влечет за собой их сильный износ при попадании абразивных частиц между трущимися поверхностями.
Указанное обстоятельство затрудняет использование этих клапанов на трубопроводах, где рабочими средами является нефть или газ, содержащих незначительные примеси с абразивными включениями.
Известно техническое решение конструкции односедельного поворотного сегментного клапана, содержащего корпус с входным и выходным отверстиями, расположенными на одной оси, седло клапана с конической уплотнительной поверхностью, расположенного у входного отверстия, запорный элемент, выполненный в виде сегмента с уплотнительной поверхностью, установленного в корпусе с эксцентриситетом относительно плоскости уплотнения и оси уплотнительной поверхности седла, обеспечивающим в закрытом положении герметичное прилегание уплотнительной поверхности к конусу седла и поворотный привод (см. приложение №1, F 5000R 01/2004, фирмы Masoneilan заявки №2006115990 от 10.05.2006 г.).
Данный запорно-регулирующий клапан особенно эффективен при использовании его в средах, содержащих абразивные включения.
Однако, недостатком его является то, что наличие эксцентриситета в осях при повороте сегмента значительно повышает момент на приводе, что увеличивает массогабаритные характеристики как привода так и клапана в целом. Недостатком данного клапана является также невозможность использования его на магистральных трубопроводах с абразивными включениями в качестве запорного клапана из-за его одностороннего уплотнения и тем более его нельзя использовать в трубопроводах с насыщенными пневмо-гидро аброзивными рабочими смесями из-за того, что невозможно осуществить очистку внутренней полости клапана перед окончательным закрытием, чтобы предохранить уплотнительные поверхности от износа и обеспечить герметичность клапана.
Наиболее близким техническим решением является конструкция крана по патенту РФ на полезную модель №75230, МПК F16K 5/06, F16K 5/20, 27.07.2008, у которого имеются наибольшее число существенных признаков:
Кран, содержащий корпус с соосными входным и выходным отверстиями, два седла, каждый из которых имеет уплотнительную поверхность, запорный элемент, представляющий собой два сегмента, каждый из которых имеет уплотнительную поверхность, и размещенные в корпусе с эксцентриситетом в противоположные стороны относительно оси седел, обеспечивая в закрытом положении герметичное прилегание уплотнительных поверхностей, при этом корпус запорного элемента имеет возможность поворота на валу, центр которого расположен на оси входного и выходного отверстий корпуса, а уплотнительные поверхности седел смещены относительно оси отверстий корпуса на величину эксцентриситета уплотнительных поверхностей сегментов запорного элемента, и поворотный привод.
Данный запорный кран особенно эффективен при использовании его в средах с абразивными включениями на транспортных магистралях, где одним из основных условий, предъявляемых к арматуре, является возможность проведение дефектации с помощью прибора-снаряда, пропускаемого через трубопровод с малыми зазорами по внутреннему диаметру трубы и возможности очистки ершом внутренней поверхности.
Недостатком данного крана является относительно низкая его герметичность для сред с пневмо-гидроабразивными рабочими средами с высокими температурами (свыше 220°С) и относительно низкая ремонтопригодность.
Задачей полезной модели является повышение герметичности крана при работе с высокотемпературными пневмо-гидроабразивными рабочими средами и повышение ремонтопригодности.
Технический результат - повышение герметичности уплотнительных поверхностей запорного элемента и уплотнительных поверхностей седел корпуса крана при работе с высокотемпературными пневмо-гидроабразивными рабочими средами и повышение ремонтопригодности..
Технический результат достигается за счет того, что запорный элемент выполнен из нескольких деталей: корпуса запорного элемента с выполненными центрирующими поясками, двух съемных сегментов, установленных в контакте с центрирующими поясками на корпусе запорного элемента через введенные кольцевые прокладки, размещенные между ними, и крепежа, фиксирующего указанные выше детали, причем, уплотнительные поверхности расположены на съемных сегментах, при этом прокладки обеспечивают герметичность соединения и самоцентрирование уплотнительных поверхностей в закрытом положении крана. Прокладки могут быть выполнены спиральнонавитыми.
Съемные сегменты могут быть выполнены в виде колец с центрирующим пояском по внутреннему диаметру.
Средний диаметр прокладок может быть максимально приближен к среднему диаметру уплотнительных поверхностей.
Внутренняя полость крана может быть снабжена штуцером для подвода сдувки (смывки) чистой рабочей среды с избыточным давлением перед окончательным закрытием запорного элемента.
На фиг.1 изображен продольный разрез крана в положении «закрыто».
На фиг.2 изображен поперечный разрез крана в положении «открыто».
На фиг.3 изображен разрез крана в момент смывки (сдувки) абразивносодержащих составляющих рабочей среды.
1
Кран содержит корпус 1 с фланцами 2, 3 с выполненными в них соответственно входным 4 и выходным 5 отверстиями, Фланцы 2, 3 имеют соответственно седла 6, 7 с уплотнительными поверхностями B, B соответственно. Уплотнительные поверхности седел выполнены с эксцентриситетом Z относительно оси отверстий корпуса в противоположные стороны. Фланцы 2, 3 соединены с корпусом 1 крепежом 8, 9. Между фланцами и корпусом установлены компенсаторы 10, 11 с герметизирующими прокладками 12 (см. фиг.1).
1
1
1
1
Запорный элемент выполнен из нескольких деталей: корпуса 13, двух съемных сегментов 14, с уплотнительными поверхностями C и C, Каждый сегмент установлен через центрирующий поясок 15 на корпус 13 через введенную кольцевую прокладку 16, размещенную между пазом корпуса 13 и выступом съемного сегмента 14, и крепежа 17, фиксирующего вышеуказанные детали. В корпусе 13 выполнено сквозное отверстие 18. Корпус имеет возможность поворота на валах 19, 20, центры которых расположены на оси входного и выходного отверстий 4, 5 а уплотнительные поверхности C и C смещены относительно оси валов с противоположным эксцентриситетом Z. Корпус запорного элемента 13 с валами 19, 20 установлен в опорных втулках 21, 22 соответственно, торец вала 20 опирается на регулирующую прокладку 23, обеспечивающую совмещение оси отверстия 18 с осями отверстий 4, 5.. Одновременное касание и поджатие уплотнительных поверхностей C с B и C с B осуществляется регулировкой с помощью компенсаторов 10, 11, и крепежом 8, 9.
Также как в прототипе, кран может быть снабжен штуцером 24 для подвода избыточного давления чистой среды во внутреннюю полость 25 для осуществления сдувки (смывки) перед окончательным закрытием запорного элемента при использовании крана для шламовых сред. (см. фиг.3)
Кран работает следующим образом.
В открытом положении крана отверстия 4, 5 соединены между собой через отверстие 18 запорного элемента 13, обеспечивая прохождение рабочей среды с минимальным коэффициентом гидравлического сопротивления.
1
1
1
1
При закрытии крана запорный элемент 13 поворачивается с валами 19, 20 в опорных втулках 21, 22 до совмещения уплотнительных поверхностей C с B и C с B. Запорный элемент 13 отсекает рабочую среду, поступающую в входное отверстие 4. Основную герметизацию крана обеспечивают уплотнительные поверхности C и B, так как они воспринимают основной перепад давления рабочей среды. Давление рабочей среды в полости 25 при закрытом кране может быть ниже или равно давлению рабочей среды на входе, в зависимости от фактической герметизации уплотнительных поверхностей C и B.
1
1
При замере фактической толщины компенсаторов 10, 11, фланцы 2, 3 без прокладок 12 поджимаются через уплотнительные поверхности B, C и B C (положение запорного элемента «закрыто») усилием равным или большим, создаваемым перепадом давления, действующим на запорный элемент. Под действием этого усилия прокладки 16 обжимаются и фиксируются крепежом 17. При обжатии прокладок 16 обеспечивается точное их самоцентрирование, так как передача усилия происходит через сопрягаемые самоцентрирующие поверхности «сфера - конус». При этом прокладки 16 при обжатии могут иметь разную толщину по кольцевому периметру. Этим самым выбираются все неточности изготовления сопрягаемых деталей и обеспечивается помимо герметизации соединения, точное сопряжение уплотнительных поверхностей в закрытом положении крана. При открытии крана под перепадом давления необходимо преодолеть в начальный момент силы трения покоя твердосплавных металлических поверхностей. При высоких перепадах давления этот момент может быть достаточно велик. Для того чтобы не сдвинуть съемный сегмент 14 относительно прокладки 16, выполненный центрирующий поясок 15 воспринимает это усилие в момент страгивания и предохраняет от разгерметизации соединение.
Опытное изготовление предлагаемой конструкции доказало ее эффективность и полностью подтвердило точное герметичное сопряжение уплотнительных поверхностей «металл-металл». В настоящее время успешно осуществлены эксплуатационные испытания при температуре 380°С на рабочей среде битум в технологическом процессе висбрекинга на предприятии «Славнефть-Мозырский НПЗ».