УЗЕЛ УПЛОТНЕНИЯ ШАРОВОГО ЗАПОРНОГО ЭЛЕМЕНТА

Область использования
Полезная модель относится к системам отопления и водоснабжения зданий и сооружений, а конкретно к узлу уплотнения шарового запорного элемента, используемому, преимущественно, в шаровых кранах или в иных устройствах запорного или регулирующего назначения, устанавливаемых в системах трубопроводов сетей холодного или горячего водоснабжения, газовых сетей, в том числе сетей сжатого воздуха производственного назначения, в системах трубопроводов, выполняющих какие-либо иные технологические функции и транспортирующих жидкость или газ.
Уровень техники
Известен шаровой кран, содержащий корпус с прямым круглым в поперечном сечении каналом с одной из сторон которого на корпусе закреплена втулка с отверстием, продолжающим прямой канал корпуса. Внутри прямого канала расположен шаровой запорный элемент со сквозным каналом. Шаровой запорный элемент расположен между кольцевыми уплотнительными элементами, установленными в кольцевых проточках корпуса и втулки. При повороте шарового запорного элемента штоком, установленном в корпусе и сопряженном концом с шаровым запорным элементом, осуществляется открытие шарового крана, когда сквозной канал шарового запорного элемента располагается вдоль оси прямого канала, либо перекрытие шарового крана, когда сквозной канал шарового запорного элемента располагается поперек оси прямого канала (KR 20130074209 A, МПК F16K 5/06, 04.07.2013).
В этом известном решении каждая из двух проточек выполнена в сечении угловой и образована плоской кольцевой поверхностью сопряженной по внешнему краю с цилиндрической поверхностью, а каждый уплотнительный элемент имеет со стороны, противоположной стороне, контактирующей с наружной поверхностью шарового запорного элемента, плоскую кольцевую поверхность, сопряженную по внешнему краю через углублением с цилиндрическую поверхностью. Плоской кольцевой поверхностью и цилиндрической поверхностью уплотнительный элемент сопрягается, соответственно, с плоской кольцевой и цилиндрической поверхностями проточки.
Упомянутое углубление имеет в сечении форму прямого угла и расположено по кольцу в зоне, где геометрически должны пересечься кольцевая и цилиндрическая поверхности уплотнительного элемента. В этом кольцевом углублении располагается второе кольцевое уплотнение, имеющее в сечении форму круга, оказываясь в следствие этого расположенным в углу проточки, образованном пересечением ее кольцевой и цилиндрической поверхностей.
Благодаря такому выполнению кольцевого уплотнения компенсируются отклонения размеров корпуса и втулки, проточек в них для установки кольцевых уплотнений, погрешности сборки, поскольку такие кольцевые уплотнения способны выполнять свою функцию при большем диапазоне сжатия по оси прямого канала в корпусе шарового крана, в отличие от ситуации, когда кольцевое уплотнение не имело бы упомянутых выше углубления и расположенного в нем второго кольцевого уплотнения, имеющего в сечении форму круга, как это имеет место в иных распространенных широко конструкция шарового крана (например, CN 202884091 U, МПК F16K 5/06, 17.04.2013, фиг. 1).
Однако, такой прием для решения задачи компенсации погрешностей изготовления и сборки шарового крана приводит к уменьшению объема материала кольцевого уплотнения, что негативно сказывается на продолжительности надежного функционирования изделия в целом, так как кольцевое уплотнение быстрее теряет упругость из-за более быстрого старения материала кольцевого уплотнения, поскольку быстрее меняет температуру при перепадах температуры среды, протекающей по прямому каналу корпуса, быстрее изнашивается механически, теряя из-за потери материала необходимую степень упругости. В итоге кольцевое уплотнение не обеспечивает необходимую герметичность, а второе кольцевое уплотнение не способствует продолжительности сохранения основным кольцевым уплотнением его функции.
Сущность технического решения
Технический результат настоящей полезной модели заключается в расширении арсенала средств для компенсации отклонения размеров корпусных деталей шарового крана, проточек в них для установки кольцевых уплотнений, сопрягаемых с шаровым запорным элементом шарового крана, погрешностей сборки, а также в повышении срока службы изделия с шаровым запорным элементом за счет обеспечения большей долговечности кольцевых уплотнений.
Этот технический результат достигается узлом уплотнения шарового запорного элемента, который содержит выполненную в корпусе или в прикрепленной к нему детали кольцевую проточку, в которой располагается кольцевой уплотнительный элемент, контактирующий с наружной поверхностью шарового запорного элемента.
Проточка выполнена в сечении угловой и образована плоской кольцевой поверхностью сопряженной по внешнему краю с цилиндрической поверхностью.
По внутреннему краю плоской кольцевой поверхности располагается кольцевой угловой выступ, за которым в радиальном направлении к оси проточки и в продольном направлении в сторону от кольцевого уплотнительного элемента располагается коническая поверхность, составляющая с плоскостью плоской кольцевой поверхности острый угол.
Уплотнительный элемент имеет со стороны, противоположной стороне, контактирующей с наружной поверхностью шарового запорного элемента, плоскую кольцевую поверхность, сопряженную по внешнему краю с цилиндрическую поверхностью, которыми уплотнительный элемент сопрягается, соответственно, с плоской кольцевой и цилиндрической поверхностями проточки.
Кольцевой угловой выступ располагается в радиальном направлении в зоне средней части по ширине плоской кольцевой поверхности кольцевого уплотнительного элемента. Вершина кольцевого углового выступа может располагаться относительно плоскости плоской кольцевой поверхности проточки на расстоянии 0,05-0,5 мм.
В предпочтительном варианте осуществления кольцевой угловой выступ имеет в сечении форму прямого угла, биссектриса которого параллельна оси проточки.
Коническая поверхность может составлять с плоскостью плоской кольцевой поверхности угол, величина которого лежит в диапазоне 5-25 градусов.
Пример осуществления технического решения
Возможность осуществления технического решения подтверждается конкретным примером выполнения шарового крана с двумя соответствующими полезной модели узлами уплотнения шарового запорного элемента, который проиллюстрирован чертежами:
- на фиг.1 показан шаровой кран, продольный разрез:
- на фиг.2 и на фиг.3 показаны в увеличенном масштабе узел уплотнения шарового запорного элемента, на фиг.2 - при сжатии кольцевого уплотнения, соответствующем идеальной реализации изделия, а на фиг.3 - при высокой степени сжатия кольцевого уплотнения.
Шаровой кран (фиг.1) содержит корпус 1, шаровой запорный элемент 2, шток 3, а также ввернутую по резьбе 4 в корпус 1 (прикрепленную к корпусу 1) шарового крана деталь 5 в виде втулки. В корпусе 1 выполнен прямой круглый в поперечном сечении канал 6, продолжающийся в детали 5. Шаровой запорный элемент 2 выполнен со сквозным каналом 7. Шток 3 установлен в корпусе 1 с возможностью вращения и сопряжен с шаровым запорным элементом 2 для его поворота.
Корпус 1 и деталь 5 выполнены с кольцевыми проточками 8, 9, в которых располагаются кольцевые уплотнительные элементы 10, между которыми располагается шаровой запорный элемент 2, который плотно зажимается, деформируя кольцевые уплотнительные элементы 10, контактирующие с наружной поверхностью 11 шарового запорного элемента 2, чем и достигается герметичность шарового крана.
Каждая проточка 8, 9 выполнена в сечении угловой и образована плоской кольцевой поверхностью 12 (фиг.2, 3) сопряженной по внешнему краю с цилиндрической поверхностью 13.
По внутреннему краю плоской кольцевой поверхности 12 располагается кольцевой угловой выступ 14, за которым в радиальном направлении к оси проточки 8, 9 и в продольном направлении в сторону от кольцевого уплотнительного элемента 10 располагается коническая поверхность 15, составляющая с плоскостью плоской кольцевой поверхности 12 острый угол.
Каждый кольцевой уплотнительный элемент 10 имеет со стороны, противоположной стороне 16, контактирующей с наружной поверхностью 11 шарового запорного элемента 2, плоскую кольцевую поверхность 17 (фиг.2), сопряженную по внешнему краю с цилиндрическую поверхностью 18, которыми уплотнительный элемент 10 сопрягается, соответственно, с плоской кольцевой 12 и цилиндрической 13 поверхностями проточки 8 или 9.
Кольцевой угловой выступ 14 располагается в радиальном направлении в зоне средней части по ширине плоской кольцевой поверхности 17 кольцевого уплотнительного элемента 10.
Кольцевой угловой выступ 14 имеет в сечении форму прямого угла, биссектриса которого параллельна оси проточки 8, 9.
Вершина кольцевого углового выступа 14 располагается относительно плоскости плоской кольцевой поверхности 12 проточки 8, 9 на расстоянии 0,05-0,5 мм. Это расстояние зависит от габаритов шарового крана в целом. Например, в шаровом кране трубопровода 0,5 дюйма величина этого расстояния может составлять 0,3 мм.
Коническая поверхность 15 составляет с плоскостью плоской кольцевой поверхности 12 угол, величина которого лежит в диапазоне 5-25 градусов. Величина этого угла также зависит от габаритов шарового крана в целом. Например, в шаровом кране трубопровода 0,5 дюйма величина этого угла составляет 15 градусов.
При отсутствии избыточного сжатия уплотнительный элемент 10 выступает над конической поверхностью 15 с сохранением плоской формы кольцевой поверхности 17 (фиг.2). При избыточном сжатии уплотнительного элемента 10, он деформируется и занимает частично или полностью угол между конической поверхностью 15 и плоскостью плоской кольцевой поверхности 12.
Благодаря такому выполнению узла уплотнения шарового запорного элемента 2 обеспечивается эффективная компенсация отклонения размеров, погрешности сборки, температурные расширения деталей изделия. При этом конструкция уплотнительного элемента 10 остается оптимальной по размеру, форме сечения для сохранения упругости, износостойкости, обеспечения продолжительного срока службы. Использование полезной модели обеспечивает эффективность производства, снижает число изделий, выбраковываемых при контроле герметичности.
Приведенный пример осуществления полезной модели не является исчерпывающим. Возможны иные варианты осуществления полезной модели, соответствующие объему патентных притязаний. Полезная модель может быть использована как для шаровых кранов, являющихся самостоятельными изделиями трубопроводной арматуры или скомбинированным в едином корпусе краном с фильтром, краном с фильтром и редуктором давления, коллектором с одним или несколькими шаровыми кранами и тому подобное, так и для иных регулирующих устройств трубопроводной арматуры, использующих в своих конструкциях шаровые запорные элементы. Теоретически, в шаровом кране для обеспечения его работоспособности достаточно одного узла уплотнения. Под проточкой следует понимать не буквально полученный точением элемент, а в более широком смысле, как посадочный элемент для установки кольцевого уплотнительного элемента без учета технологии его изготовления. Все детали изделия, выполненного в соответствии с настоящей полезной моделью, изготавливаются по известным технологиям из материалов, известных для использования в конструкциях подобного назначения.