ШАРОВОЙ КРАН

Предлагаемая полезная модель относится к области трубопроводной арматуры и может быть использована в химической, нефтехимической, газовой энергетической и других отраслях промышленности.
Известен шаровой кран с плавающими седлами (Быков А.Ф. Арматура с шаровым затвором для гидравлических систем. М.: Машиностроение, 1971, с.35, рис.19а), содержащий корпус, сферическую поворотную пробку в опорах и поджатые пружинами седла. Каждое седло содержит плавающую втулку, в канавке которой размещается уплотнительное седельное кольцо, выполненное из эластомера. Уплотнительное седельное кольцо закрепляется в канавке с помощью металлического кольца. Весь узел прижимается к шару комплектом пружин, размещенных в гнездах втулки. Втулка уплотняется в корпусе эластомерным кольцом.
Недостатком данной конструкции является то, что в закрытом кране при аварийном повышении температуры окружающей среды (например, в условиях пожара) уплотнительные кольца, выполненные из эластомера, расплавляются и уплотнение между корпусом крана и седлом, между седлом и шаровой пробкой нарушается.
Прототипом предлагаемой полезной модели является шаровой кран (каталог фирмы GROVE ITALIA, чертеж 8300/037), содержащий корпус, шаровую пробку в опорах и поджатые пружинами седельные узлы. Каждый седельный узел содержит металлическое плавающее кольцо 61, в канавке которого установлено уплотнительное седельное кольцо 137 из эластомера. Седельное кольцо 137
удерживается в канавке плавающего кольца 61 с помощью внешнего седельного кольца 6b. В проточках плавающего кольца 61 установлены эластомерное кольцо 135 и графитовое кольцо 305 с дистанционной прокладкой 195, выполненной из полимера. Проточка в зоне расположения графитового кольца 305 имеет цилиндрическую поверхность, которая переходит в зоне расположения дистанционной прокладки 195 в коническую. Седло прижимается к шаровой пробке крана пружинами 308 через прижимное кольцо 358 и нейлоновое дистанционное кольцо 320.
При нормальной температуре окружающей среды уплотнение соединения «седло-шар» обеспечивается седельным кольцом 137, при этом между сферической пробкой и плавающим кольцом 61 сохраняется зазор L, предохраняющий уплотнительную поверхность пробки от повреждения плавающим кольцом 61. Уплотнение соединения «седло-корпус» обеспечивается эластомерным кольцом 135. Размеры и расположение графитового кольца 305 подобраны таким образом, чтобы не мешать свободному перемещению плавающего кольца 61 вдоль корпуса крана. Дистанционные кольцо 320 и прокладка 195 не позволяют пружинам 308 через прижимное кольцо 358 надавить на графитовое кольцо 305, продвинуть его на коническую поверхность проточки плавающего кольца 61, заклинив тем самым плавающее кольцо 61 в корпусе.
При аварийном повышении температуры окружающей среды полимерные и эластомерные детали седла (седельное кольцо 137, кольцо 135, дистанционные кольцо 320 и прокладка 195) расплавляются. После этого под действием пружин 308 через прижимное кольцо 358 металлическое плавающее кольцо 61 движется по направлению к шаровой пробке, выбирая зазор L, и прижимается к ней. При этом в соединении «седло-шар» возникает уплотнение типа «металл-металл», работоспособное в условиях высоких температур. После расплавления
дистанционных прокладки 195 и кольца 358 усилие от пружин 308 через прижимное кольцо 358 двигает графитовое кольцо 305 и заклинивает его между конической поверхностью проточки плавающего кольца 61 и корпусом крана. Этим обеспечивается уплотнение соединения «седло-корпус», так как графит устойчив к воздействию высоких температур.
Недостаток данной конструкции состоит в том, что при воздействии высоких температур образование теплостойкого уплотнения соединения «седло-корпус» может помешать образованию теплостойкого уплотнения соединения «седло-шар». Причина этого в следующем. Дистанционное кольцо 320 и дистанционная прокладка 195 выполнены из материала, имеющего температуру плавления, практически одинаковую с температурой плавления материала седельного кольца 137. При их одновременном расплавлении может возникнуть ситуация, когда графитовое кольцо 305 будет продвинуто на коническую поверхность проточки плавающего кольца 61 и заклинит его в корпусе крана до того, как плавающее кольцо 61 успеет подвинуться и выбрать зазор L. В результате герметичное уплотнение соединения «седло-шар» образовано не будет. А так как дистанционные прокладка 195 и кольцо 320 расположены ближе к поверхности корпуса крана, чем седельное кольцо 137, то они расплавятся раньше, чем седельное кольцо 137, и вероятность того, что герметичное уплотнение соединения «седло-шар» образовано не будет, еще больше повышается.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является более надежное перекрытие потока рабочей среды шаровым краном при аварийном повышении температуры окружающей среды (например, в условиях пожара).
Поставленная задача решается за счет того, что в шаровом кране, содержащем корпус, шаровую пробку в опорах и поджатые пружинами к шаровой пробке седла, каждое из которых состоит из плавающей втулки с
уплотнительной кромкой, эластичного уплотнительного кольца, расположенного в канавке плавающей втулки со стороны шаровой пробки и установленного так, что между уплотнительной кромкой плавающей втулки и шаровой пробкой образуется расстояние L, эластичной уплотнительной прокладки, расположенной в канавке плавающей втулки со стороны корпуса, графитового кольца и дистанционного кольца, расположенных в проточке плавающей втулки со стороны корпуса, прижимного кольца и дистанционной прокладки, расположенных между пружинами и плавающей втулкой, причем материал дистанционных кольца и прокладки имеет температуру плавления, превышающую температуру плавления материала эластичных уплотнительных кольца и прокладки на величину, достаточную для того, чтобы после расплавления эластичного уплотнительного кольца плавающая втулка переместилась на расстояние L до расплавления дистанционных кольца и прокладки.
На фиг. изображен предлагаемый шаровой кран. Кран содержит корпус 1, шаровую пробку 2 в опорах и поджатые пружинами 3 седла. Каждое седло образовано металлической плавающей втулкой 4, в канавках которой расположены эластичное уплотнительное кольцо 5 и эластичная уплотнительная прокладка 6. В плавающей втулке 4 выполнена кольцевая проточка, образованная цилиндрической поверхностью 7 и конической поверхностью 8, в которой расположены дистанционное кольцо 9 и графитовое кольцо 10. Между плавающей втулкой 4 и пружинами 3 установлены дистанционная прокладка 11 и прижимное кольцо 12. Плавающая втулка 4 имеет уплотнительную кромку 13. Уплотнительное кольцо 5 установлено так, что между уплотнительной кромкой 13 и поверхностью шаровой пробки существует некоторое расстояние L.
Дистанционные кольцо 9 и прокладка 11 выполнены из материала (например фторопласта), температура плавления которого выше, чем
температура плавления материала уплотнительного кольца 5 и уплотнительной прокладки 6, которые могут быть выполнены из полиуретана или резины.
Конструкция работает следующим образом.
В закрытом положении шарового крана при нормальной температуре рабочей среды поджатие плавающей втулки 4 с уплотнительным кольцом 5 к шаровой пробке 2 обеспечивается пружинами 3 с помощью прижимного кольца 12 и дистанционной прокладки 11. Уплотнение соединения «седло-шар» обеспечивается уплотнительным кольцом 5, а уплотнение соединения «седло-корпус» - уплотнительной прокладкой 6, которые благодаря своей эластичности создают герметичность соединения. При этом расстояние L предохраняет поверхность шаровой пробки 2 от повреждения уплотнительной кромкой 13.
Размеры и расположение графитового кольца 10 подобраны таким образом, чтобы не мешать свободному перемещению плавающей втулки 4 вдоль корпуса 1. Дистанционная прокладка 11 не позволяет пружинам 3 через прижимное кольцо 12 надавить на графитовое кольцо 10, а дистанционное кольцо 9 удерживает графитовое кольцо 10 от заклинивания между конической поверхностью 8 и корпусом 1.
При аварийном повышении температуры окружающей среды уплотнительное кольцо 5 плавится раньше, чем дистанционные кольцо 9 и прокладка 11 вследствие разницы температур плавления материалов, из которых они изготовлены. Благодаря этому плавающая втулка 4 под действием пружин 3 сумеет подвинуться на расстояние L и прижаться уплотнительной кромкой 13 к пробке 2, в то время как еще не расплавившиеся дистанционные кольцо 9 и прокладка 11 не позволяют графитовому кольцу 10 заклинить плавающую втулку 4 в корпусе 1. При этом в соединении «седло-шар» возникает уплотнение типа «металл-металл», работоспособное в условиях высоких температур. Этим
обеспечивается надежное уплотнение соединения «седло-шар» после расплавления уплотнительного кольца 5.
Затем, после расплавления дистанционных кольца 9 и прокладки 11, пружины 3 через прижимное кольцо 12 двигают графитовое кольцо 10 и заклинивают его между корпусом 1 и конической поверхностью 7, чем обеспечивается уплотнение соединения «седло-корпус» после расплавления уплотнительной прокладки 6. Работоспособность уплотнения соединения «седло-корпус» при высоких температурах обеспечивается материалом кольца 10 (графитом).
Из вышеописанного следует, что при повышении температуры окружающей среды и разрушении эластичных уплотнительных элементов образование теплостойкого уплотнения соединения «седло-корпус» не сможет помешать образованию теплостойкого уплотнения соединения «седло-шар», так как всегда будет происходить позже, чем последнее.
Таким образом, предлагаемая полезная модель обеспечивает более надежное перекрытие потока рабочей среды шаровым краном при аварийном повышении температуры окружающей среды (например, в условиях пожара).