Устройство для снятия шарового крана

Заявляемое техническое решение относится к вспомогательным запорным средствам трубопроводов и предназначено для блокировки потока среды в стальном или чугунном трубопроводе и замены шарового крана с присоединением к его внутренней резьбе.
Известно, например, устройство для герметизации трубопровода при замене шарового крана (SU 1560867 A1, 30.04.1990, [1]). Как и в заявляемом техническом решении указанный аналог содержит присоединяемый к крану корпус, размещенный в нем полый стержень с наружной резьбой и запорным органом на его конце и шток с гайкой, расположенный внутри стержня с возможностью осевого перемещения. Запорный орган cодержит эластичное уплотнительное кольцо.
У аналога [1] на штоке жестко закреплен дисковый элемент с возможностью контакта с внутренней поверхностью цанговой втулки, охваченной эластичным уплотнительным кольцом.
Также известно устройство для замены водяного крана (KR 1020180017385 В1, 21.02.2018, [2]), содержащее корпус, нажимную трубу, крепежную трубку, уплотнительное кольцо, крыло и прижимной блок с шарикоподшипником. Корпус имеет цилиндрическую ступенчатую боковую поверхность и привинчен к верхней части патрубка шарового крана или соединительной трубе. Нажимная труба содержит шестиугольную часть и расположена так, чтобы проникать в сквозное отверстие трубы. Крепежная трубка установлена в нажимной трубе. Уплотнительное кольцо выполнено из резины. Крыло размещено после уплотнительного кольца.
Известно устройство герметизации трубопровода при ремонте шарового крана под давлением (RU  121025 U1, 10.10.2012, [3]), содержащее цилиндрическую колонну, полую штангу, цельный винт, герметизирующее уплотнение и гайку. Винт установлен в штанге с возможностью перемещения. Уплотнение закреплено на винте. Упор размещен после уплотнения. Гайка навинчена на конец винта.
В качестве прототипа к заявляемому техническому решению выбрана система замены запорной арматуры (интернет-источник https://www.belpromgidro.com/sistema-zameny-zapornoj-armatury-d-, дата обращения 04.03.2020, [4]). Как и в заявляемом техническом решении указанная система содержит металлический резьбовой переходник, трубу-шток, центральный стержень и стопор. Переходник содержит резьбовой участок для крепления на трубопроводе. Труба-шток установлена в переходнике. Центральный стержень установлен в трубе-штоке с возможностью перемещения. Стопор выполнен из резины и закреплен на центральном стержне в нижней части устройства. На конец стержня навернута гайка. На трубе закреплена рифленая ручка.
Технической проблемой, решение которой обеспечивается при осуществлении или использовании технического решения является необходимость введения устройства через стандартнопроходные краны под давлением до 0,6 МПа с уменьшенным диаметром и обеспечения перекрытия потока среды в тонкостенных трубах.
Наличие дискового элемента у аналога [1] не позволяет использовать герметизирующее устройство для замены стандартнопроходного крана. Кроме того, аналог [1] не способен обеспечить значительное расширение манжеты и достаточное прилегание к трубопроводу и цанге, следовательно, не обеспечивает проход через стандартнопроходной кран и перекрытие под давлением. У аналога [2] расположение подшипника исключает взаимное трение металлических деталей герметизирующего блока и нажимной трубы при ее вращении для сжатия манжеты. Манжета сжимается за счет надавливания нажимной трубы с верхней стороны. У аналога [3] неизвестно о наличии подшипника. При этом конструкция герметизирующего элемента аналога [3] усложнена подвижным конусным упором и предназначена для габаритных кранов, рассчитанных на большое давление. У прототипа [4] сжатие манжет обеспечивается вращением ручки, жестко связанной с внешней нажимной шток-трубой. Часть типоразмеров содержит подшипник, расположенный в верхней части герметизирующего элемента, между манжетой и нажимно шток-трубой, как у аналога [2]. Часть типоразмеров не содержит подшипник, что приводит к скручиванию манжет в момент затяжки. Кроме того, размер манжет прототипа [4] увеличен за счет их шарообразной формы. В связи с этим прототип применяют только для полнопроходных кранов с большими проходными диаметрами, чем у стандартнопроходных кранов.
Техническим результатом является обеспечение возможности замены стандартнопроходного шарового крана под давлением 0,6 МПа и с диаметром условного прохода (DN) от 15 мм.
Технический результат достигается тем,  что устройство для снятия шарового крана содержит присоединяемый к крану корпус, в котором установлена труба. При этом в трубе установлен с возможностью поступательного и вращательного движения вал с манжетой, при этом после манжеты на первом конце вала установлены шайба нажимная и фиксирующая гайка. При этом на противоположном конце вала установлена гайка приводная, причем на конце трубы со стороны гайки приводной выполнена шестигранная поверхность для зацепления с ключом. Отличается тем, что манжета расположена на цилиндрической части вала. При этом внутренний диаметр манжеты равен диаметру вала, причем манжета имеет вытянутую цилиндрическую форму со скошенными внешними углами. При этом длина манжеты больше диаметра цилиндрической части. Кроме того, между шайбой нажимной и фиксирующей гайкой на валу установлен упорный подшипник. При этом со стороны гайки приводной расположена пара винт-гайка для поступательного перемещения вала, которая образована шпилькой и резьбовой втулкой.
Вышеуказанная сущность является совокупностью существенных признаков заявленного технического решения, обеспечивающих достижение заявленного технического результата.
Автором заявленного технического решения изготовлен опытный образец этого решения, испытания которого подтвердили достижение технического результата.
На фиг. 1 показано устройство для снятия шарового крана.
На фиг. 2 – продольный разрез устройства.
На фиг. 3 – установка устройства на трубопроводе.
На фиг. 4 – снятие корпуса устройства после перекрытия потока.
На фиг. 5 – установка нового крана; на фиг. 6 – снятие устройства с трубопровода.
Осуществление технического решения.
Устройство для снятия шарового крана (фиг. 1, 2) содержит корпус (1), трубу (2), вал (3), манжету (4), шайбу нажимную (5), подшипник (6) и фиксирующие гайки (7) для крепления манжеты (4).
Корпус (1) содержит резьбовой участок (8) для крепления на кране.
Труба (2) установлена в корпусе (1). В отличие от прототипа [4] на корпусе (1) отсутствуют краны и прочие элементы для сброса давления, а также элементы для затягивания на кране. Во внутренних канавках корпуса (1) установлены уплотнительные кольца (9), герметизирующие корпус (1). В канавке наружной поверхности корпуса (1) установлено торцевое уплотнительное кольцо (10), герметизирующее сопряжение корпуса (1) и крана.
Вал (3) установлен в трубе (2) с возможностью поступательного и вращательного движения. Вал (3) выполнен цельным или составным. Составной вал (3) дополнительно содержит шпильку (11) и гайку приводную (12). Удержание трубы (2) при вращении гайки приводной (12) для сжатия/разжатия манжет (4) производится за счет накидного ключа. На конце трубы (2) со стороны гайки приводной (12) выполнена шестигранная поверхность (13) для зацепления с ключом.
Пара винт-гайка, расположенная со стороны гайки приводной (12), образована шпилькой (11) и резьбовой втулкой (14), обеспечивающей поступательное перемещение вала (3) в сборе с элементами герметизирующего узла. За счет такого расположения винтовой передачи обеспечивается возможность уменьшения габаритов конструкции для прохождения через стандартнопроходной кран. Упорная втулка (15) содержит внутреннее уплотнительное кольцо (16), герметизирующее сопряжение с валом (3).
Манжета (4) выполнена из резины и предназначена для перекрытия трубопровода. Манжета (4) расположена на цилиндрической части вала (3), внутренний диаметр манжеты (4) равен диаметру вала (3). Манжета (4) имеет гладкую поверхность и вытянутую цилиндрическую форму со скошенными внешними углами. При этом длина манжеты (4) больше диаметра цилиндрической части. В отличие от аналогов такая форма манжеты обеспечивает:
- минимальные габариты и возможность ввода устройства через отверстие стандартнопроходного крана;
- равномерное расширение манжеты при сжатии;
- достаточный объем резиновой массы для расширения до поверхности тонкостенных трубопроводов и перекрытия потока среды;
- достигнута надежная фиксация системы после перекрытия потока без применения поддерживающих устройств при давлении до 0,6 МПа.
После манжеты (4) на валу (3) установлена шайба нажимная (5), предназначенная для поджатия манжеты (4).
За шайбой (5) установлен упорный подшипник (6) и две фиксирующие гайки (7), выполненные стандартными. Фиксирующие гайки (7) удерживают все элементы устройства на валу (3). Размещение упорного подшипника (6) между шайбой (5) и фиксирующими гайками (7) обеспечивает:
- исключение вращение шайбы (5) и врезание последней в манжету (4), тем самым обеспечивая возможность требуемого сжатия манжеты (4) для  упора в стенки трубопровода;
- исключается проворачивание манжеты (4) в момент сжатия, повреждение последней о поверхность трубы, повышается надежность перекрытия и срок службы манжеты.
Таким образом, заявленное устройство для снятия шарового крана может быть введено через стандартнопроходные краны с уменьшенным диаметром за счет расположения и формы манжеты, а также расположения подшипника и применения внутреннего вращающего вала (3), на котором плотно сидит манжета (4) и расположением пары винт-гайка со стороны гайки приводной (12).
При этом, отличительным измеримым параметром являются размеры герметизирующей части устройства, приведенные в таблице 1.
При этом диапазоны применения прототипа [4] составляют следующие величины:
Таблица 2 – Параметры прототипа.
Реализация заявляемого технического решения не ограничивается приведенным выше примером.
Порядок использования.
Корпус (1) закрепляют на кране подлежащем замене (фиг. 3). При этом обеспечивают плотное прижатие торцевого уплотнительного кольца (10) к крану. Затем кран плавно открывают. На шестигранной поверхности (13) трубы (2) фиксируют накидной гаечный ключ (17) для удержания положения устройства. На приводной гайке (12) вала (3) фиксируют ключ-трещотку (18). Затем нажатием на ключ-трещотку (18), перемещают манжету (4) за кран в область перекрытия. Вращением ключа-трещотки (18) против часовой стрелки сжимают манжету (4) и перекрывают поток среды. При этом манжету (4) зажимают с одной стороны упорная втулка (15), а с другой шайба (5). Труба (2) является неподвижной на момент сжатия манжеты (4).
После этого с устройства снимают ключи (17, 18), откручивают и снимают корпус (1) с крана (фиг. 4). Затем заменяют кран на трубопроводе (фиг. 5). На новый кран накручивают корпус (1) и устанавливают ключи (17, 18) на устройстве (фиг. 6). Вращая вал (3) разжимают манжету (4) и обеспечивают движение потока среды. Затем переводят кран в закрытое положение и откручивают корпус (1) от крана.
Заявляемое техническое решение реализовано с использованием промышленно выпускаемых устройств и материалов и найдет широкое применение для безопасной замены стандартнопроходных и полнопроходных шаровых кранов без отключения потока среды на магистрали.