ШАРОВОЙ КРАН

Изобретение относится к запорной арматуре и может быть использовано в составе магистральных трубопроводов для перекрытия потока рабочей среды.
Известны шаровые краны, содержащие корпус, размещенные в нем седла, шаровой запорный орган с сопряженным с ним шпинделем (RU 2088828, кл. F 16 K 5/06, 1997 г.; РСТ/NO 95 / 20734, кл. F 16 K 5/06, 1995 г.; RU 2188978, кл. F 16 K 5/06, 2002 г.).
Герметичность узла «седло-пробка» в упомянутых конструкциях обеспечивается установкой дополнительных упругих элементов, надежно поджимающих пробку к седлу. Наиболее близким к заявляемому по числу совпадающих признаков является шаровой кран по RU, 2217136, кл. F16K 5/06, №33 2003 г., содержащий корпус с входным и выходным патрубками, шаровую пробку с проходным каналом, подпружиненные к шаровой пробке входное и выходное седла, сопряженный с шаровой пробкой шпиндель. В шаровой пробке выполнены дополнительные каналы, соединяющие полость корпуса с проходным каналом, а также перпендикулярно оси центрального проходного канала выполнено отверстие, в которое установлена полая втулка с уплотнительными кольцами. Этим обеспечивается уменьшение приводного крутящего момента, а также герметичность пары «седло-пробка».
Однако все эти меры обеспечивают надежное функционирование крана лишь при высоком давлении рабочей среды.
Задачей настоящего изобретения является расширение рабочего диапазона надежного функционирования шарового крана.
Задача решается тем, что в шаровом кране, содержащем корпус с входным и выходным патрубками, шаровой запорный орган с проходным каналом, входное и выходное седла, каждое из которых нагружено в сторону запорного органа волновым упругим элементом, размещенным в кольцевой полости между торцами седла и патрубка, а также сопряженный с упомянутым органом шпиндель, упомянутый упругий элемент выполнен в виде набора контактирующих одна с другой волновых пружин (с образованием пакета пружин), при этом кольцевая полость выполнена сообщающейся с проходным каналом. Каждая из волновых пружин набора выполнена по профилю аналогичной остальным и контактирует с соседней волновым выступом. Каждая из волновых пружин, входящих в пакет, контактирует с соседней волновым выступом. Возможно также, что волновой выступ каждой из пружин контактирует с волновой впадиной соседней пружины. В части седла, контактирующей с запорным органом, установлено дополнительно упругое уплотнительное кольцо. Шпиндель в верхней и нижней части установлен на подшипниках скольжения, которые размещены в проточках корпуса. Шпиндель в верхней части уплотнен относительно корпуса упругодеформируемым элементом в виде кольцевого клина, вершиной опирающегося на поверхность шпинделя. В шаровом запорном органе выполнено сквозное отверстие, сообщающее его поверхность с проходным каналом, при этом ось отверстия образует с вертикальной осью крана угол α≤15°. Корпус выполнен с возможностью монтажа и демонтажа узла запорного органа без нарушения герметичности его в местах подсоединения других элементов конструкции и без
нарушения герметичности соединений шарового крана с внешними устройствами.
При значительных давлениях рабочей среды эффективность пары «седло-пробка» обеспечивается непосредственно потоком рабочей среды, проникающей сквозь зазоры в конструкции и дополнительное отверстие в запорном органе в полость, образованную торцами седла и патрубка и в дополнение к упругому элементу осуществляет поджим седла к пробке. Для этого уплотнение седла относительно патрубка (упругодеформируемое кольцо) установлено за полостью относительно запорного органа, а не до полости, как это сделано в прототипе. Таким образом, при большом давлении рабочей среды седло и поверхность запорного органа поджимаются суммарно усилиями среды и набора пружин, а при малых давлениях - набором пружин, а не одной пружиной, как в прототипе. Регулировать степень упругости пакета можно изменяя положение пружины относительно соседней путем выбора определенного профиля каждой из них (волновой выступ - волновая впадина или волновой выступ -волновой выступ). Уплотнительное кольцо, установленное в части каждого из седел, контактирующей с шаром, также улучшает герметизацию пары «седло-пробка». Оно установлено в проточке седла таким образом, чтобы обеспечивать надежный контакт с шаром, для чего по наружному диаметру полностью контактирует с шаром по всей своей высоте. Уменьшение крутящего момента шпинделя при малых давлениях рабочей среды, обеспечиваемое установкой шпинделя в подшипниках относительно корпуса, также направлено на повышение надежности шарового крана в широком диапазоне давлений рабочей среды. Этой же цели служит и уплотнение шпинделя относительно корпуса (или его части, например,
крышки) упругим кольцевым клином (манжетой). Угол α≤15° между осями дополнительного канала в запорном органе и осью шпинделя выбирается из конструктивных соображений в зависимости от условий работы шарового крана. Чтобы обеспечить удобство монтажа и демонтажа узла запорного органа без нарушения герметичности конструкции в целом и без отсоединения крана от трубопровода, горловина корпуса выполнена достаточного диаметра.
Изобретение поясняется описанием и приложенными к нему чертежами. На фиг.1 приведен продольный разрез шарового крана, на фиг.2-вид А фиг.1, на фиг.3 - разрез запорного органа.
Шаровой кран содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками, шаровой запорный орган 4 с проходным каналом, сообщающим полость корпуса с проходным каналом, входное 5 и выходное 6 седла. В полости, образованной торцами седел 5 и 6 и патрубков 2 и 3 соответственно, размещены наборы (пакеты) волновых пружин 7 и 8. В описанном варианте пружины пакетов выполнены контактирующими между собой по типу «волновой выступ - волновая впадина». В части каждого из седел, контактирующей с поверхностью запорного органа, установлены для усиления уплотнительного эффекта упругие кольца 9, а в запорном органе выполнено сквозное отверстие 10, сообщающее его поверхность с проходным каналом. Ось отверстия составляет с вертикальной осью крана угол α≤15°. С запорным органом 4 сопряжен шпиндель 11, верхняя и нижняя части которого установлены в подшипниках скольжения 12 и 13, размещенных в проточках корпуса. Корпус снабжен верхней 14 и нижней 15 крышками, причем шпиндель относительно верхней крышки (в описываемом варианте конструкции)
уплотнен упругим кольцом 16, внутренняя и внешняя поверхности которого выполнены конусными с разными углами конусности с образованием кольцевого клина с вершиной, контактирующей с поверхностью шпинделя. Для обеспечения проникновения рабочей среды в полость между торцами седла и патрубка, уплотнение 17 установлено за полостью относительно относительно запорного органа.
Все вышеназванное направлено на улучшение герметичности шарового крана в широком диапазоне давлений рабочей среды.
Работа шарового крана осуществляется следующим образом. Поворотом шпинделя 11 крутящий момент передается на шаровой запорный орган4, поворачивая его на 90° и открывая путь потоку рабочей среды из входного в выходной патрубок. Закрытие крана осуществляется поворотом запорного органа в исходное положение, при этом поток рабочей среды из входного в выходной патрубок перекрывается, однако рабочая среда через допустимые щели между запорным органом и седлом и дополнительный канал в запорном органе поступает в полость 9, создавая дополнительное (к усилию пакета пружин) усилие поджатия, обеспечивая герметичность пары «седло - запорный орган» и предотвращая протекание рабочей среды за пределы конструкции. При малых давлениях рабочей среды герметичность обеспечивается пакетом волновых пружин.
Изобретение может быть использовано в составе трубопроводов, транспортирующих жидкости и газы, для перекрытия и регулирования потоков рабочей среды.