ШАРОВОЙ КРАН

Полезная модель относится к кранам с поворотными пробками, имеющими поверхность, форма которой представляет собой поверхность тела вращения, а именно, к кранам с пробками, имеющими сферическую поверхность, и может быть использована для переключения технологических трубопроводов, в т.ч. в автоматизированных системах управления технологическими АСУ ТП добычи природного газа.
Известно «Запорное устройство» (патент РФ №2098707, 7 МПК F 16 K 5/20, от 22.12.1995) Оно содержит корпус с входным и выходным патрубками, в котором расположены запорный орган с приводом и седла с уплотнениями.
Известен «Шаровой кран» (патент РФ №2098706, 7МПК F 16 K 5/06, от 31.07.1995). Он содержит корпус с внутренней полостью, к которой примыкает входной и выходной патрубки для рабочей среды, неметаллические прокладки, имеющие сферическую уплотнительную поверхность, расположенный во внутренней полости шаровой затвор, снабженный средством для перемешивания, а также тарельчатую пружину.
Известен «Шаровой кран» (заявка РФ №96106128, 6 МПК F 16 K 5/06, от 04.04.1996). В корпусе шарового крана в составных седлах размещена сферическая поворотная пробка с приводом вращения.
Общим недостатком этих устройств является то, что они ненадежны в работе при высоких давлениях транспортируемой среды, т.к. не обеспечивают исключение контакта металлических поверхностей седла и запорного органа.
Наиболее близким техническим решением является «Уплотнительный узел запорного устройства»(а.с. СССР №1240997,4 МПК F 16 K 25/00, от 29.01.1985).
Он содержит запорный орган, седло с кольцевой расточкой, выполненной со стороны выходного канала, коаксиально установленные в кольцевой расточке наружную и внутреннюю втулки с размещенным между ними эластичным уплотнительным кольцом. Наружная втулка установлена с зазором относительно основания кольцевой расточки и выполнена с выступом, направленным в сторону контактной поверхности уплотнительного кольца. Причем зазор между наружной втулкой и основанием кольцевой расточки сообщен с выходным каналом, а уплотнительное кольцо расположено во внутренней втулке, установленной неподвижно, при этом наружная втулка выполнена с уплотнением по внешнему диаметру.
Недостатком данного технического решения является то, что оно не может работать в условиях переменного направления потока транспортируемой среды и не обеспечивает достаточной надежности в работе.
Задача, на решение которой направлено техническое решение, состоит в том, чтобы создать такое техническое решение, при использовании которого обеспечивалась бы работоспособность и герметичность крана, увеличивалась его надежность и срок службы при переменном направлении потока транспортируемой среды с высоким давлением.
Для достижения названного технического результата шаровой кран, содержит корпус с входным и выходным отверстиями, сообщенными с трубопроводом патрубками, расположенную внутри корпуса плавающую шаровую пробку, шпиндель для ее поворота, составные седла, коаксиально размещенные в зоне контакта с поверхностью шаровой пробки и состоящие из наружных и внутренних колец с уступами, обращенными друг к другу, и расположенными между ними уплотнительными элементами из эластичного полимерного материала, при этом наружные кольца седел установлены подвижно с возможностью перемещения в осевом направлении под воздействием давления среды.
Отличительными признаками является то, что внутри крана образованы упорные поверхности, обеспечивающие гарантированный зазор между шаровой пробкой и наружными кольцами седел
Благодаря такой конструкции обеспечивается повышение работоспособности крана в условиях переменного направления потока транспортируемой среды и обеспечивается герметичность в обоих направлениях. Предлагаемая полезная модель изображена на чертеже фиг.1.
Шаровой кран содержит корпус 1, патрубки 2 по обе стороны от корпуса, расположенную внутри корпуса плавающую шаровую пробку 3, составные седла, расположенные симметрично по обе стороны от шаровой пробки. Составные седла содержат внутренние кольца 4 и наружные кольца 5 и размещенные между этими кольцами уплотнительные элементы 6 из эластичного полимерного материала, например, фторопласта. Наружные кольца герметизируются относительно корпуса резиновыми уплотнительными кольцами 7. Составные седла поджимаются к шару пружинами 8. Для поворота шаровой пробки при открытии и закрытии кран содержит шпиндель 9. Между наружными кольцами и патрубками образованы кольцевые зазоры 10, которые сообщаются с трубопроводом через каналы 11. Кольца снабжены уступами 12 и 13,направленными в сторону уплотнительного элемента. Внутри крана образованы упорные поверхности 14, например, на внутренней поверхности корпуса.
Шаровой кран работает следующим образом:
В случае направления потока транспортируемой среды слева направо после поворота шаровой пробки на закрытие в трубопроводе до крана давление повышается, а после крана давление уменьшается. Поскольку кольцевые зазоры 10 через каналы 11 сообщаются с трубопроводом, то соответственно в левой полости создается повышенное давление, а в правой полости создается пониженное давление. Наружное кольцо 5, находящееся со стороны низкого давления, вследствие перепада давления стремится в правую сторону и своим уступом 12 воздействует на уплотнительный элемент 6 с силой пропорциональной перепаду давления и площади контакта уступа 12 наружного кольца 5 и уплотнительного элемента 6. В результате чего материал уплотнительного элемента 6 сдавливается между наружным 5 и внутренним 4 кольцами и выдавливается в сторону расположения шаровой пробки, прижимается к ней с удельным давлением необходимым для обеспечения герметичности, что исключает прижатие рабочей поверхности шаровой пробки к рабочей поверхности седла и обеспечивает уменьшение крутящего момента при повороте шаровой пробки. Наружное же кольцо 5, находящееся со стороны высокого давления, вследствие перепада давления, также стремится переместиться в правую сторону и прижаться к рабочей поверхности шаровой пробки, но упорная поверхность 14 корпуса 1 ограничивает передвижение кольца 5 и обеспечивает гарантированный зазор между седлом и шаровой пробкой, увеличивая тем самым надежность и работоспособность шарового крана в условиях переменного направления потока транспортируемой среды.
При направлении потока транспортируемой среды в противоположную сторону шаровой кран работает аналогично.
Таким образом обеспечивается работоспособность и герметичность шарового крана, увеличивается его надежность и срок службы в условиях переменного направления потока транспортируемой среды.
Предлагаемый шаровой кран устанавливается на трубопроводе в соответствии с действующими нормами и правилами. При эксплуатации устройство не требует специального технического обслуживания. Разборка и сборка его не представляет затруднений. При неисправности в приводе устройства привод можно снимать при работающем технологическом трубопроводе. Шаровой кран при этом можно переключить вручную. Шаровой кран можно использовать при движении технологического потока в одну или в другую стороны без демонтажа и переустановки крана. Кран может быть установлен на трубопроводе любого технологического уклона (например, вертикального, под углом и т.п.). Все это дает возможность существенно сократить капиталовложения на приобретение запорного оборудования, его монтаж и эксплуатацию.