КРАН ЦИЛИНДРИЧЕСКИЙ

Полезная модель относится к арматуростроению, в частности, к трубопроводной арматуре, предназначена для использования в качестве запорного устройства, перекрывающего поток различных рабочих сред (вода, нефть, газ, пар и пр.) в трубопроводах различного назначения, и может найти широкое применение в технологических обвязках компрессорных, распределительных станций, газопроводах, нефтепроводах, водопроводах, и т.п.
Известны конические запорные краны (см. Д.Ф.Гуревич «Справочник конструктора трубопроводной арматуры». М.: Машиностроение, 1987, стр.72, рис.2.4). Данный кран имеет корпус и коническую пробку, являющуюся запорным органом, в поперечном сечении которой выполнено отверстие прохода рабочей среды. При повороте на 90° происходит закрытие крана. Размеры и форма отверстия должны обеспечить в закрытом положении крана перекрытие пробкой корпуса, достаточное для герметизации запорного органа.
Основными достоинствами являются: простота конструкции, небольшая высота, малое гидравлическое давление.
К недостаткам известного крана можно отнести следующее: для управления кранами с большим условным диаметром прохода рабочей среды требуются большие крутящие моменты, необходимы тщательное обслуживание и смазка уплотнительных поверхностей конической пробки и корпуса во избежание «прикипания» пробки к корпусу, усложнена пригонка (притирка) конической пробки к корпусу, неравномерный по высоте износ конических пробок, что в процессе эксплуатации приводит к снижению герметизации запорного органа.
Широко известны шаровые краны на опорах с подвижным уплотнительным кольцом для трубопроводов с большими условными диаметрами прохода рабочей среды (см. Д.Ф.Гуревич «Справочник конструктора трубопроводной арматуры». М.: Машиностроение, 1987, стр.78, рис.2.126). Данный шаровой кран имеет корпус, запорный орган и два уплотнительных органа (седла). Корпус содержит сквозной канал под рабочую среду, на концах которого выполнены два трубопроводных фланца с проходным отверстием рабочей среды, причем симметрично фланцам выполнено отверстие, перпендикулярное оси канала рабочей среды под запорный орган, который содержит шпиндель, две опоры и рабочую поверхность, имеющую перпендикулярно оси опор сквозное отверстие прохода рабочей среды, причем оно меньше перемычки в поперечном сечении, с торца в отверстии под запорный орган установлена центрирующая втулка с уплотнительными элементами и подшипником под опору, а с двух сторон рабочей поверхности запорного органа установлены уплотнительные органы с центральным отверстием прохода рабочей среды и уплотнением в канале рабочей среды, которые поджимаются к рабочей поверхности пружинами.
Основным достоинством известного технического решения является возможность использования в трубопроводах с условным проходом Dy≤1400 мм и более при давлении Py≤16 МПа. На линейной части магистральных газопроводов шаровые краны являются основными запорными устройствами. Они получили широкое применение и на других объектах газопроводов.
К недостаткам известного технического решения относятся: нетехнологичность конструкции шарового крана при механической обработке и сборке крана, ведущая к трудоемкости изготовления крана и повышенной себестоимости, а также вязкие и загрязненные рабочие среды ведут к быстрому износу уплотнительных органов. Загрязненные рабочие среды при попадании в места сопряжения уплотнительных седел с корпусом крана нарушают их подвижность, что приводит к плоскостному перекосу уплотнительных седел и неравномерному их прижатию к поверхности запорного органа, в результате чего появляется негерметичность шарового крана. Конструкция крана исключает возможность проведения восстановительных ремонтных работ по устранению перекоса и восстановлению герметичности крана из-за отсутствия технологического доступа к уплотнительным седлам. В случае потери эластичности уплотняющих элементов седел, также отсутствует возможность их замены и как следствие обеспечить герметичность крана из-за «ухода» смазки в полость трубопровода.
y
y
y
Известен также кран запорный, цилиндрический, (см. патент РФ на полезную модель №63012, МПК F16K 5/00, опубл. 10.05.2007), имеющий корпус, который состоит из двух взаимно перпендикулярных, герметично соединенных между собой труб разного сечения, причем труба меньшего сечения имеет трубопроводный канал прохода рабочей среды, а труба большего сечения имеет канал под запорный орган с запорной цилиндрической поверхностью, в поперечном сечении которой выполнено отверстие условного прохода рабочей среды D, которое меньше перемычки L в этом сечении, причем по обе стороны данной поверхности имеются по опоре и шпинделю, а также по обе стороны этой поверхности в трубе установлены заглушки, при этом на концах трубы установлены неподвижно центрирующие втулки с подшипниками под опоры, а в трубопроводном канале по обе стороны запорной цилиндрической поверхности установлены уплотнительные органы, выполненные в виде втулок с отверстием D, уплотнением в трубопроводном канале и торцевой уплотнительной поверхностью, соответствующей ответной запорной цилиндрической поверхности, которые поджимаются к ней упругими элементами, сжатие которых обеспечивают установленные неподвижно на концах трубы трубопроводные фланцы с отверстием D и уплотнением в трубопроводном канале. На шпинделе устанавливается орган управления, обеспечивающий открытие и закрытие крана при повороте на 90°.
Основным достоинством также как и у шаровых кранов является возможность использования в трубопроводах с условным проходом Dy≤1400 мм и более при давлении Рy≤16 МПа, технологичность конструкции крана при механической обработке и сборке крана. Конструкция крана позволяет выполнить восстановительный ремонт в условиях действующего производства.
y
y
Недостатками известного крана являются: сложная конструкция корпуса крана, габаритные размеры и вес. Запорный пустотелый цилиндр выполнен из двух взаимно перпендикулярных, герметично соединенных между собой труб разного сечения, причем труба меньшего сечения имеет отверстие D, а труба большего сечения имеет наружную запорную цилиндрическую поверхность. Таким образом, диаметр трубы большего сечения (D mбс) должен быть не менее длины диагонали вписанного квадрата со стороной равной D и может быть выражен как:
y
Так при D=1000 мм Dmбс=1414 мм.
Значит, для перекрытия трубопровода с диаметром проходного сечения в 1000 мм в корпусе цилиндрического крана необходимо разместить цилиндрический запорный орган диаметром более 1400 мм. Корпус данного крана будет обладать не только сложной конструкцией, но и большой массой по отношению к массе существующих типов запорной арматуры.
Наиболее близкой к заявляемой полезной модели по технической сущности является конструкция крана по патенту РФ №2148198, МПК F16K 5/04, опубл. 27.04.2000 г. на изобретение «Кран цилиндрический», содержащая корпус с внутренней полостью, к которой примыкают входной и выходной патрубки, поворотный запорный орган с входным и выходным окнами.
Недостатками известного крана являются: конструкция крана предполагает использование его только для управления потоком жидкости в системах водо- и теплоснабжения, рассчитана на давление до 25 атм. и не предусматривает возможность проведения ремонта основных элементов, за исключением узла уплотнения шпинделя. Кроме того, диаметр проходного канала затвора не соответствует диаметру присоединительных патрубков, что увеличивает гидравлическое сопротивление.
Задачей настоящей полезной модели является создание устройства, имеющего относительно простую конструкцию, обеспечивающую за счет этого высокую надежность при эксплуатации.
Задача, положенная в основу настоящей полезной модели решается тем, что в кране цилиндрическом, содержащем корпус с внутренней полостью, к которой примыкают входной и выходной патрубки, поворотный запорный орган с входным и выходным окнами, входной и выходной патрубки выполнены под углом 90° относительно друг друга, запорный орган снабжен уплотнительными элементами и сегментом отвода, имеет форму стакана, входное окно которого выполнено на боковой поверхности перпендикулярно оси вращения последнего в виде отверстия эллиптической формы, равного по площади сечению трубопроводного канала, причем закрытый торец стакана снабжен шпинделем, установленным в подшипнике скольжения крышки корпуса, коаксиально установленной выходному патрубку, а открытый торец стакана установлен в подшипнике скольжения, закрепленном в выходном сечении последнего.
Кроме того, запорный орган установлен с возможностью ограниченного вращения вокруг оси от кинематически связанного с ним привода.
Кроме того, входной уплотнительный элемент установлен в канале входного патрубка в виде конической втулки с отверстием круглого сечения на входе и эллиптического на выходе, площади сечений которых равны, а выходной уплотнительный элемент закреплен в верхней части корпуса.
Предлагаемая полезная модель позволяет проводить восстановительный ремонт в условиях предприятия без демонтажа крана.
Конструкция запорного органа, входное окно которого выполнено на боковой поверхности перпендикулярно оси вращения в виде отверстия эллиптической формы, равного по площади сечению трубопроводного канала, позволяет снизить металлоемкость крана, а его снабжение сегментом отвода позволяет снизить пульсации потока газа (или другой рабочей среды), обеспечив ламинарность при повороте в затворе на 90°.
Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого полезная модель явным образом не следует для специалиста в области арматуростроения, показал, что она не известна, а с учетом возможности промышленного серийного изготовления крана цилиндрического, можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.
Предпочтительные варианты исполнения полезной модели описываются далее на основе представленных чертежей, где на:
- фиг.1 изображен пример выполнения крана цилиндрического, общий вид;
- фиг.2 - разрез А-А на фиг.1;
- на фиг.3 - разрез В-В на фиг.1.
В графических материалах соответствующие конструктивные элементы крана цилиндрического обозначены следующим позициями:
1. - корпус;
2. - запорный орган;
3. - патрубок;
4. - патрубок;
5. - шпиндель запорного органа;
6. - сегмент отвода запорного органа;
7. - входной уплотнительный элемент;
8. - крышка корпуса;
9. - корпус привода;
10. - рычаг привода;
11. - подшипник скольжения;
12. - подшипник скольжения;
13. - выходной уплотнительный элемент.
Предлагаемый цилиндрический кран содержит корпус 1, запорный орган 2 с сегментом отвода 6, входной уплотнительный элемент 7, выходной уплотнительный элемент 13, подшипник скольжения 11 с уплотнением шпинделя 5 запорного органа 2, подшипник скольжения 12 с уплотнением, два трубопроводных патрубков 3 и 4, корпус 9 привода, рычаг 10 привода.
Корпус 1 состоит из цилиндра с боковым входным 4 и торцевым выходным 3 патрубками, выполненными под углом 90° относительно друг друга, с торца, противоположному выходному патрубку 3 выполнен разъем для крепления крышки 8 с отверстием под установку подшипника скольжения 11 и уплотнения шпинделя 5 запорного органа 2.
Запорный орган 2 имеет форму стакана, входное окно которого выполнено на боковой поверхности перпендикулярно оси вращения последнего в виде отверстия эллиптической формы, равного по площади сечению трубопроводного канала и установлен с возможностью ограниченного вращения вокруг оси от кинематически связанного с ним привода.
3
Входное окно на боковой поверхности запорного органа 2 (стакана) выполнено в виде отверстия эллиптической формы, равного по площади сечению трубопроводного канала для уменьшения диаметра самого запорного органа. На разрезе видно, что диаметр запорного органа (стакана) не превышает диаметр входного канала, что снижает металлоемкость конструкции крана. В случае применения входного отверстия круглого сечения равного d1, диаметр запорного органа d должен значительно превосходить диаметр входного канала d1, что приведет к увеличению массы и размеров крана. Выходной уплотнительный элемент в этом случае не может быть размещен строго в верхней части корпуса, а будет сдвинут влево и поворот запорного органа для перекрытия входного канала будет превышать 90 град, что потребует усложнение конструкции привода.
Закрытый торец стакана снабжен шпинделем 5, установленным в подшипнике скольжения 11 крышки 8 корпуса, коаксиально установленной выходному патрубку 3, а открытый торец стакана установлен в подшипнике скольжения 12, закрепленном в выходном сечении последнего.
Входной уплотнительный элемент 7 установлен в канале входного патрубка 4 в виде конической втулки с отверстием круглого сечения на входе и эллиптического на выходе, площади сечений которых равны. Фторопластовые и резиновые уплотнительные кольца обеспечивают герметичность соединения с корпусом 1 крана, а для достижения высокой степени герметичности в соединении с боковой поверхностью запорного органа 2 на эллиптической плоскости устанавливается полиуретановое кольцо (указанные кольца на чертежах не показаны). Предварительное поджатие втулки уплотнительного элемента к боковой поверхности запорного органа обеспечивается пружинами, а в закрытом положении дополнительно поджимается давлением рабочей среды.
Выходной уплотнительный элемент 13 выполнен в виде сектора, повторяющего контуры входного эллиптического отверстия, крепится к верхней части корпуса крана и для герметичности соединения имеет полиуретановое кольцо.
y
Два трубопроводных фланца патрубков 3 и 4 имеют отверстие D и предназначены для крепления между фланцами на трубопроводе подачи рабочей среды с помощью герметизирующих прокладок и крепежных элементов.
Сборку крана цилиндрического осуществляют следующим образом.
В корпус 1 устанавливают подшипник скольжения 12 с уплотнением, в канал патрубка 4 устанавливают входной уплотнительный элемент 7, к верхней части корпуса 1 крепят выходной уплотнительный элемент 13. Цилиндрический запорный орган 2 заводят в корпус 1 крана до полного сопряжения с подшипником скольжения 12. В торцевой разъем корпуса 1 устанавливают крышку 8 с подшипником скольжения 11. К крышке 8 крепят корпус 9 привода, обеспечивая сопряжение рычага 10 со шпинделем 5 запорного органа 2.
Открытие и закрытие крана цилиндрического осуществляется поворотом рычага 10 привода на 90°.
Конструкция крана позволяет восстанавливать герметичность цилиндрического запорного орган в условиях производства во время плановых остановок технологического оборудования. При наличии обменного фонда комплектующих время ремонтных работ будет сведено к минимуму, а заводская оснастка для демонтажа и монтажа деталей кранов большого диаметра существенно упростит процедуру ремонта. Немаловажен тот факт, что ремонтные работы могут проводиться на действующем опасном производственном объекте без его остановки, так как для ремонта не требуется проведение огневых работ.