ШАР-ПРОБКА ДЛЯ ШАРОВЫХ КРАНОВ

Полезная модель относится к области трубопроводной арматуры, а именно к конструкции запорных элементов, используемых в шаровых кранах.
N
N
Известна шар-пробка для шаровых кранов «Ballomax» фирмы «Broen», представляющая собой тонкостенную сферическую оболочку из нержавеющей стали с цилиндрическим отверстием для пропуска рабочей среды - жидкости или газа (каталог фирмы «Broen», 1999 г., стр.28, D500, P 16/25).
К недостаткам такого запорного элемента можно отнести высокую стоимость материала, из которого он сделан, особенно принимая во внимание, что проточная часть крана, взаимодействующая с той же рабочей средой, что и шар-пробка, выполнена из конструкционной стали Ст.37.0, имеющей значительно меньшую коррозионную стойкость.
N
N
Широко известны попытки решить вопрос снижения стоимости шаров-пробок за счет хромирования наружной поверхности шара, изготовленного из обычной конструкционной стали (Ст10, Ст20 и т.п.) («Тяжпромарматура», г.Алексин. «Трубопроводная арматура», каталог продукции, 2008 г., стр.50, D 50-300, P=1,6 МПа). Однако, достижимый современными технологиями уровень толщины покрытия от нескольких сотых до нескольких десятых долей миллиметра совершенно недостаточен для обеспечения надежной эксплуатации кранов с такими «покрытыми» шарами из-за истирания, сопровождающего открытие-закрытие крана во время эксплуатации, и повреждения тонкого слоя покрытия наружной поверхности различными твердыми включениями в рабочую среду (жидкость, газ, пар).
Отсутствие надежного решения указанных проблем заставляет мировых лидеров арматуростроения, например, фирмы «Broen» (Дания), «NAVAL» (Финляндия) использовать шары-пробки только из дорогих коррозионно-стойких марок сталей.
2
3
2
3
Наиболее близким к заявляемому решению является запорный элемент для шарового крана в виде сферической пробки со сквозным цилиндрическим отверстием, изготовленной из алюминиевого сплава, чугуна или стали с алюминиевым покрытием (RU 2347126, F16K 5/06, опубл. 20.02.2009 г.). На сферической поверхности пробки, сопрягающейся с седлом шарового крана, сформировано защитное покрытие AlO с переменным по толщине фазовым составом покрытия, в котором содержание α-фазы АlO толщиной 15-500 мкм возрастает в направлении от наружных к внутренним слоям. Недостаток указанного технического решения - высокая трудоемкость изготовления и стоимость шаров-пробок для шаровых кранов.
В основу заявляемого решения положена задача - обеспечить надежность и долговечность работы шарового крана за счет повышения жесткости и износостойкости запорного элемента при одновременном повышении экономичности за счет снижения стоимости.
Указанная задача решается тем, что в шар-пробке для шаровых кранов в виде сферической оболочки из стали со сквозным цилиндрическим отверстием для пропуска рабочей среды и пазом для поворота, согласно предложению, оболочка выполнена из двух тонкостенных концентрических оболочек, жестко соединенных между собой в единое целое, одна из которых, внешняя, толщиной 0,5-3 мм выполнена из коррозионно-стойкой стали, а другая, внутренняя, толщиной до 10 мм, в зависимости от типоразмера крана, - из конструкционной стали.
1
2
Особенность предлагаемой шар-пробки заключается в том, что внешняя и внутренняя оболочки жестко соединены в единое целое и представляют собой биметаллическую сферическую оболочку. При этом начальная толщина внешней оболочки из коррозионно-стойкой (нержавеющей) стали составляет 1,0÷3,5 мм, что достаточно для того, чтобы известными механическими способами обработки придать высокое качество и хорошую геометрию наружной поверхности шара-пробки и оставить необходимую толщину t, равную 0,5-3 мм, под последующее истирание в процессе эксплуатации. Внутренняя оболочка толщиной t в зависимости от типоразмера крана до 10 мм изготавливается из обычного конструкционного материала (Ст3, Ст20 и т.п.), который обеспечивает необходимую технологическую и эксплуатационную жесткости конструкции шара-пробки.
Сущность полезной модели поясняется рисунком, на котором приведен общий вид шара-пробки биметаллической.
Шар-пробка содержит две тонкостенные концентрические оболочки: внешнюю 1 и внутреннюю 2, со сквозным цилиндрическим отверстием 3 для пропуска рабочей среды и пазом (на рисунке не показан) для поворота.
Шар-пробка работает следующим образом.
В процессе эксплуатации крана она устанавливается в два крайних положения. Первое положение шара-пробки, соответствующее открытому состоянию крана, имеет место тогда, когда цилиндрическое отверстие шара-пробки совпадает с проточным каналом крана. При повороте на 90° наружная сферическая поверхность шара-пробки перекрывает проточный канал крана, что соответствует закрытому состоянию крана. Передача крутящего момента на шар-пробку для его открытия-закрытия осуществляется от шпинделя крана, как правило, через сквозной паз в оболочке шара-пробки или. закрепленную на шаре шпонку, входящую в паз на торце шпинделя (на рисунке не показано).
Герметичность крана определяется качеством изготовления наружной поверхности внешней оболочки, которая характеризуется отклонением от правильной геометрической сферической формы и шероховатостью. Для надежной работы крана эти параметры должны быть очень малыми.
Ценовой выигрыш на материале предлагаемой конструкции шара-пробки биметаллической по сравнению с обычным для шаровых кранов промышленного типоразмера (с плавающим шаром) составляет в зависимости от типоразмера от 30%-40% и увеличивается с ростом ее размера (см. Таблицу).
Соотношение (К) стоимости материалов биметаллической заготовки (Sбим.) шара-пробки и обычной коррозионно-стойкой (Sнерж.) стали
Наружный диаметр (D) шара-пробки, мм
80
120
159
190
228
300
Номинальный диаметр крана
50
80
100
125
150
200
D<sub>N</sub> и отверстия D<sub>Ш</sub> в шаре-пробке, мм
Параметры
Толщина (t)
обычная заготовка (t=t<sub>1</sub>+t<sub>2</sub>), мм
5
6,1
6
6
6
6
8
8
9
бимет. заготовки
нерж. (t<sub>1</sub>), мм
1,5
2,1
1,5
2,5
1,5
2,5
2
2
2
констр.(t<sub>2</sub>), мм
3,5
4
4,5
3,5
4,5
4,5
6
6
7
К=Sбим./Sнерж., %
38
41,92
33,57
48,33
33,57
43,06
33,57
33,57
30,97
Предлагаемая шар-пробка при использовании ее в шаровых кранах полностью соответствует требованиям ГОСТов и ТУ по всем показателям.
Технический результат заключается в повышении эксплуатационной жесткости конструкции шара-пробки, обеспечиваемой за счет того, что внутренняя оболочка изготовлена из конструкционного материала, а долговечность работы обеспечивается тем, что внешняя оболочка изготовлена из коррозионно-стойкой (нержавеющей) стали. Жесткое соединение внешней и внутренней тонкостенных концентрических оболочек с указанными толщинами в единое целое обеспечивает надежность и долговечность работы шара-пробки. Кроме того, предлагаемая биметаллическая шар-пробка из двух тонкостенных концентрических оболочек обеспечивает большую экономичность при сохранении надежности и долговечности работы шарового крана.