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, F5000R 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 двухсегментного запорно-регулирующего клапана, опубликованного на сайте ФИПС от 20.11.2007 г.по заявке №2006115990 от 10.05.2006 г., у которого имеются наибольшее число существенных признаков:
Клапан, содержащий корпус с соосными входным и выходным отверстиями, два седла, каждый из которых имеет коническую уплотнительную поверхность, и расположенные у входного и выходного отверстия, запорный элемент, выполненный в виде двух сегментов, каждый из которых имеет уплотнительную поверхность, и установленные в корпусе с эксцентриситетом относительно плоскости уплотнения и оси уплотнительной поверхности седла, обеспечивая в закрытом положении герметичное прилегание уплотнительной поверхности к конической уплотнительной поверхности седел, образуя внутреннюю полость, и поворотный привод.
Данный запорно-регулирующий кран (клапан) 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 (клапана) является его относительно сложная конструкция из двух поворотных осей с их герметизацией относительно внешней сферы и наличии системы рычагов с их шарнирами, передающих усилия. Образование увеличенных зазоров в шарнирах в процессе эксплуатации уменьшают ресурс работы и надежность конструкции.
Задачей полезной модели является повышение надежности конструкции крана и увеличение ресурса работы.
Технический результат достигается за счет того, что сегменты жестко установлены в едином корпусе запорного элемента, который имеет возможность поворота на валу, центр которого расположен на оси входного и выходного отверстия корпуса, а уплотнительные конические поверхности седел смещены относительно оси отверстий корпуса на величину эксцентриситета уплотнительных поверхностей сегментов запорного элемента.
Кран может быть снабжен байпасным трубопроводом, соединяющий внутреннюю полость крана с выходным отверстием корпуса, обеспечивая сброс давления рабочей среды перед открытием запорного элемента.
На фиг.1 изображен поперечный разрез крана в положении «открыто».
На фиг.2 изображен поперечный разрез крана в положении «закрыто».
На фиг.3 изображен продольный разрез крана в положении «закрыто».
1
Кран содержит корпус 1 с выполненными в нем входным 2 и выходным 3 отверстиями, в которых коаксиально размещены седла 4, 5 с уплотнительными поверхностями В, B соответственно. Уплотнительные поверхности седел выполнены с эксцентриситетом Z относительно оси отверстий корпуса в противоположные стороны. Седла закреплены гайками 6, 7. Между седлами и корпусом установлены компенсаторы 8, 9 с герметизирующими прокладками (см. фиг.1, 2).
1
1
Запорный элемент 10, имеющий сквозное отверстие 11, выполнен в виде двух сегментов, каждый из которых имеет уплотнительную поверхность С и C, и жестко установлены в едином корпусе. Этот элемент имеет возможность поворота на валах 12, 13, центры которых расположены на оси входного 2 и выходного 3 отверстий корпуса, а уплотнительные поверхности С и C смещены относительно оси валов с противоположным эксцентриситетом Z (см. фиг..2, 3).
1
1
Запорный элемент 10 с валами 12, 13, установлен в опорных втулках 14 и 15 соответственно. Торец вала 12 опирается на регулирующие прокладки 16. Одновременное касание и поджатие уплотнительных поверхностей С с В и C с В осуществляется регулировкой с помощью компенсаторов 8, 9 и гайками 6, 7. Кран имеет входное 17 и выходное 18 отверстия.
Кран может быть снабжен байпасным трубопроводом 19, имеющего запорный клапан 20 малого DN, соединяющий внутреннюю полость 21 крана с выходным отверстием 18 крана, обеспечивая выравнивание давления рабочей среды перед открытием запорного элемента.
Кроме рассмотренной конструкции, возможно конструктивное решение крана, когда уплотнительные поверхности седел выполнены с эксцентричным размещением седел, относительно оси отверстий корпуса, за счет эксцентричной расточки отверстий под седла, выполненных в корпусе.
И также как в прототипе, кран может быть снабжен штуцером для подвода избыточного давления чистой среды во внутреннюю полость для осуществления сдувки (смывки) при использовании крана для шламовых сред.
Кран работает следующим образом.
В открытом положении крана отверстия 17, 18 соединены между собой через отверстие 11 запорного элемента 10, обеспечивая прохождение рабочей среды с минимальным коэффициентом гидравлического сопротивления.
1
1
1
1
При закрытии крана запорный элемент 10 поворачивается с валами 12, 13 в опорных втулках 14, 15 до совмещения уплотнительных поверхностей С с В и C с В Запорный элемент 10 отсекает рабочую среду, поступающую в входное отверстие 17. Основную герметизацию крана обеспечивают уплотнительные поверхности C и B, так как они воспринимают основной перепад давления рабочей среды. Давление рабочей среды в полости 21 при закрытом кране может быть ниже или равно давлению рабочей среды на входе, в зависимости фактической герметизации уплотнительных поверхностей С и В.
Перед открытием крана целесообразно открыть клапан 20 на байпасном трубопроводе 19, с целью выравнивания давления в полости 21 и на выходном отверстии 18 крана, существенно снизив момент привода на открытие крана.
Опытное изготовление предлагаемой конструкции доказало ее эффективность и полностью подтвердило ее аэродинамический расчет.
Предлагаемый кран обладает всеми положительными качествами двухсегментного клапана взятого за прототип.