ЗАПОРНО-РЕГУЛИРУЮЩИЙ ШАРОВОЙ КРАН

Полезная модель относится к области трубопроводной арматуры, а именно к конструкции запорно-регулирующих устройств, используемых в автоматизированных системах управления потоками жидкостей.
Шаровые краны, как вид запорной трубопроводной арматуры, получили широкое распространение благодаря таким преимуществам, как минимальные габариты, полнопроходность (отсутствие деформации потока) и, как следствие, малое гидравлическое сопротивление, высокая степень герметичности затвора вследствие его самозапираемости под действием давления в трубопроводе. Однако для регулирования расхода рабочей среды шаровые краны используются редко. Это объясняется неблагоприятными условиями работы уплотнений шара при неполном открытии крана. По указанной причине ряд фирм запрещает использование своих запорных шаровых кранов в качестве регулирующих.
Совмещение функций полного перекрытия потока и его регулирования в шаровых кранах с единственным затвором не нашло пока удовлетворительного конструктивного решения.
Совмещение этих функций может быть достигнуто введением в конструкцию шарового крана дополнительного затвора, выполняющего функции регулирования потока. Такое решение реализовано в запорно-регулирующем шаровом кране [патент РФ №131115 «Запорно-регулирующий шаровой кран», МПК F16K 5/10, опубл. 10.08.2013], принятом в качестве прототипа. Кран содержит корпус с присоединительными фланцами, шаровой затвор, включающий в себя запирающую сферическую пробку (далее - запирающая пробка) и два седла. Каждое седло установлено на опоре седла и поджимается к запирающей пробке тарельчатой пружиной. Внутри запирающей пробки встроен поворотный регулирующий элемент в виде шара с проходным отверстием - регулирующая внутренняя сферическая пробка (далее - регулирующая пробка). Для поворота каждой из двух пробок имеется свой шпиндель, при этом шпиндель регулирующей пробки проходит сквозь шпиндель запирающей пробки. Запирающая пробка выполнена плавающей, т.е. базируется по своей наружной сферической поверхности в двух седлах. Регулирующая пробка установлена на двух цапфах, в качестве одной из цапф служит ее шпиндель, в качестве второй - разжимная втулка.
Диаметры проходных отверстий в запирающей и регулирующей пробках одинаковы, что обеспечивает полнопроходность крана.
При исходном угловом положении пробок крана оси отверстий в пробках совпадают с осями отверстий в седлах крана, при этом расход рабочей среды через кран максимален. При повороте регулирующей пробки и неподвижной запирающей расход уменьшается и достигает минимума при угле поворота 90°. Величина минимального расхода определяется величиной зазора между пробками.
При необходимости полного перекрытия потока шпиндель запирающей пробки необходимо повернуть на 90°. При ручном управлении шпиндели запирающей и регулирующей пробок могут поворачиваться независимо друг от друга с помощью двух рукояток. При этом поворот регулирующей рукоятки должен производиться при обязательном зафиксированном положении рукоятки запирающего шпинделя.
При использовании описываемого крана в автоматизированной системе управления потоками он должен быть оснащен двумя приводами, что значительно усложняет систему управления краном и резко увеличивает его стоимость, поскольку привод, как правило (до десяти раз) дороже самого крана.
Техническая задача, решаемая с помощью заявляемой полезной модели, состоит в упрощении системы управления работой и снижении стоимости крана за счет сокращения числа приводов до одного.
Технический результат заключается в повороте запирающей и регулирующей пробок крана в заданной последовательности от одного привода.
Поставленная задача решается путем создания кинематической связи между запирающей и регулирующей пробками крана, обеспечивающей поворот пробок в заданной последовательности от одного привода.
Сущность заявляемого устройства поясняется графическими материалам, где на фиг. 1 представлен запорно-регулирующий шаровой кран с двумя затворами и одним приводом в разрезе, на фиг. 2 - вид сверху на кран.
В корпусе крана 1 на двух седлах 2, подпружиненных с помощью тарельчатых пружин 3, установлена плавающая поворотная запирающая пробка 4 (фиг. 1). Поворот этой пробки производится шпинделем 5, внутри которого проходит шпиндель 6 регулирующей пробки 7. Пробка 7 имеет наружную сферическую поверхность и проходное отверстие, диаметр которого равен диаметру проходного отверстия в запирающей пробке. Регулирующая пробка 7 установлена внутри запирающей пробки 4 с возможностью поворота вокруг общей оси внутреннего шпинделя 6 и разрезной втулки 8.
В бесприводном исполнении крана кинематическая связь между пробками может отсутствовать и шпиндели 5 и 6 могут поворачиваться независимо друг от друга с помощью двух рукояток (на фиг. 1 и 2 не показаны).
Для автоматизированного управления таким краном его необходимо оснастить двумя приводами, например, электрическими. Один из приводов будет поворачивать шпиндель 6 регулирующей пробки 7, второй привод будет поворачивать шпиндель 5 запирающей пробки 4.
Наличие двух приводов значительно повышает стоимость крана и усложняет его систему управления.
Для устранения указанных недостатков в предлагаемой конструкции крана шпиндели 5 и 6 кинематически связаны с помощью мальтийского 9, 10 и зубчатого 11, 12 механизмов. С выходным валом привода жестко соединен шпиндель 6 регулирующей пробки 7. На шпиндель 6 посажен ведущий диск 9 мальтийского механизма. Ведомое звено этого механизма - мальтийский крест 10 - соединен со вспомогательным валом 13. Передача прерывистого вращения от вала 13 на шпиндель 5 запирающей пробки 4 осуществляется с помощью двух зубчатых колес 11 и 12 с одинаковым числом зубьев. Таким образом, обе пробки 4 и 7 поворачиваются в заданной последовательности от одного привода (на фиг. 1 не показан).
В исходном положении крана обе его пробки 4 и 7 открыты, а цевка 14 мальтийского механизма (фиг. 2 вид А) находится в угловом положении «0». При угле поворота шпинделя 6 регулирующей пробки 7 в пределах от 0° до 90° цевка 14 не входит в паз мальтийского креста 10. Крест неподвижен и зафиксирован цилиндрической поверхностью диска 9, которая скользит по ответной поверхности креста 10.
При угле поворота 90° (фиг. 2 положение I) регулирующая пробка 7 полностью закрыта, а цевка 14 начинает входить в паз мальтийского креста 10. За счет наличия выреза на диске 9 он расфиксирует крест 10, цевка 14 начинает поворачивать крест 10, вал 13 и зубчатые колеса 11 и 12. Зубчатое колесо 12 поворачивает шпиндель 5 запирающей пробки 4, которая перекрывает поток, поворачиваясь вместе с регулирующей пробкой 7. В положении II кран герметично закрыт. Открытие крана происходит при реверсировании привода, обеспечивающем обратную последовательность поворота пробок.
Таким образом, путем создания кинематической связи между запирающей и регулирующей пробками крана, осуществляется поворот пробок в заданной последовательности от одного привода.