ШАРОВОЙ КЛАПАН
BALL VALVE

Изобретение относится к арматуростроению, а именно к шаровым клапанам для пуска и отсечки рабочего тела, уменьшающего засорение уплотнителя шарового клапана посторонними частицами, находящимися в компоненте при открытии и закрытии клапана. Оно может быть использовано в машиностроении, например, в ракетной технике.
Известен шаровой кран (патент RU 2188978, F16K 5/06), содержащий корпус с входными и выходными патрубками, затвор, одностороннее уплотнение. Недостатком указанного шарового клапана является попадание посторонних частиц, находящихся в компоненте под уплотнение по месту посадки затвора в момент открытия и закрытия шарового крана и особенно в момент прохождения отверстия шарового затвора через уплотнительную кромку уплотнения, что приводит при многократном срабатывании шарового крана к повышению утечек компонента через шаровой кран.
Известен шаровой кран (патент RU 2188978, F16K 5/06), содержащий корпус с патрубком, сферическую пробку, уплотнительные кольца. Недостатком шарового крана является засорение уплотняющего пояска уплотнительных колец посторонними частицами, находящимися в компоненте при многократных срабатываниях шарового крана, что приводит к увеличению утечек компонента.
Известно устройство (патент DE 1216698, F16K 27/06, F16K 5/20 от 12.05.1966), содержащее корпус с выходным переходником, шаровой затвор, уплотнение в виде манжеты. Недостатком устройства является засорение кромки манжеты посторонними частицами, находящимися в компоненте по месту посадки кромки манжеты на шаровой затвор, что приводит к повышенным утечкам компонента.
Известен шаровой клапан (патент RU 2551711, МПК F16K 5/06, F16K 3/20, F16K 27/06 - прототип), содержащий корпус с входным переходником, патрубком выхода, шаровой затвор, уплотнение в виде манжеты. К недостаткам шарового клапана, принятого в качестве прототипа, следует отнести склонность к засорению кромки уплотнения посторонними частицами, находящимися в компоненте, в момент посадки затвора на седло.
Задачей предлагаемого изобретения является уменьшение засорения уплотнения шарового клапана посторонними частицами, находящимися в компоненте при работе в условиях криогенных температур компонентов, увеличение ресурса работы шарового клапана.
Поставленная задача решается следующим образом.
В известном шаровом клапане, содержащем корпус с входным переходником с проточкой, с патрубком выхода, с отверстием, шаровой затвор со шлицевым отверстием и проточкой с установленным в нее шарикоподшипником, взаимодействующим с нижней опорой, вал, установленный в отверстие корпуса в шарикоподшипники, взаимодействующий со шлицевым отверстием шарового затвора, уплотнение в виде манжеты, взаимодействующее с подпружиненной опорой, с поверхностью проточки входного переходника и кромкой манжеты с шаровым затвором, уступ с конической поверхностью на внутренней поверхности кромки манжеты уплотнения, параллельной касательной к окружности шарового затвора, между опорой и манжетой установлен фильтр в виде внутренней оболочки Т-образного сечения, взаимодействующий по одному торцу полочки с шаровой поверхностью затвора, в опоре выполнена проточка, в которую установлено подпружиненное уплотнение Р-образного сечения с отверстиями, взаимодействующее наружной поверхностью с диаметральной поверхностью проточки опоры манжеты, а по торцу с торцем ножки оболочки Т-образного сечения фильтра.
На торце полочки Т-образного сечения фильтра выполнена сферическая поверхность, взаимодействующая с шаровым затвором. В полочке и ножке Т-образного сечения фильтра выполнены отверстия и установлены сетки.
Предлагаемый шаровой клапан представлен на фигуре 1, 2,
где 1 - корпус;
2 - входной переходник;
3 - затвор шаровой;
4 - вал;
5 - уплотнение;
6 - опора;
7 - фильтр в виде внутренней оболочки Т-образного сечения;
8 - полочка Т-образного сечения фильтра;
9 - проточка опоры;
10 - уплотнение Р-образного сечения;
11 - ножка Т-образного сечения фильтра;
12, 13 - пружина;
14, 15 - сетка;
На фиг. 1 показан общий вид шарового клапана в разрезе. Клапан состоит из корпуса 1, входного переходника 2, шарового затвора 3, вала 4, уплотнения 5, опоры 6. Между опорой 6 и уплотнением 5 установлен фильтр 7 в виде внутренней оболочки Т-образного сечения. Торец полочки Т-образного сечения фильтра 8 взаимодействует с шаровой поверхностью затвора 3. В опоре 6 выполнена проточка 9, в которую установлено подпружинное уплотнение Р-образного сечения 10, с отверстиями взаимодействующее наружной поверхностью с диаметральной поверхностью проточки опоры 6, а по торцу с торцем ножка оболочки Т-образного сечения фильтра 11. На торце полочки Т-образного сечения фильтра 8 выполнена сферическая поверхность, взаимодействующая с шаровым затвором, а в полочке и ножке Т-образного сечения фильтра выполнены отверстия и установлены сетки 13, 14 для фильтрации компонента.
По команде на открытие шарового клапана шаровой затвор 3 с валом 4 поворачивается на 90°, при этом проходное сечение шарового клапана для подачи компонента открывается полностью. При вращении шарового затвора в момент открытия шарового клапана против часовой стрелки (со стороны вала) первой теряет контакт с шаровой поверхностью часть кромки уплотнения 5, при этом ввиду перепада между входом и выходом клапана она омывается фильтрованным компонентом. При дальнейшем вращении шарового затвора теряет контакт с шаровой поверхностью и торец полочки Т-образного сечения фильтра 8, при этом кромка уплотнения 5 продолжает омываться уменьшающимся расходом фильтрованного компонента до полного открытия шарового клапана.
Противоположная кромка отверстия шарового затвора входит в контакт с омываемым фильтрованным компонентом уплотнителем 5 и затем с торцем полочки Т-образного сечения фильтра 8. Такое положение шарового клапана сохраняется в течение всего времени работы двигателя. По команде на закрытие вал 4 с шаровым затвором 3 возвращаются в исходное положение, при этом шаровой клапан закрывается, отсекая подачу компонента. При закрытии шарового клапана шаровой затвор вращается по часовой стрелке (со стороны вала), первый теряет контакт с шаровой поверхностью торец полочки Т-образного сечения фильтра 8, а затем и кромка уплотнения 5, после чего кромка уплотнения 5 омывается фильтрованным компонентом до посадки противоположной кромки отверстия шарового затвора на кромку уплотнения 5. Омывание кромки уплотнения 5 компонентом при открытии и закрытии при больших перепадах компонента на небольших проходных сечениях и при небольших перепадах компонента на больших проходных сечениях уменьшает засорение кромки уплотнения 5 шарового клапана.
Так как использование шарового клапана предполагается в условиях криогенных температур, например в ракетной технике, для изготовления деталей используется: алюм. сплав АМг6, стали 07X16H6, 12Х18Н10Т; фторопласт-4 для уплотнения, уплотняющего шаровой затвор, и другие материалы.