КРАН ЭКСЦЕНТРИКОВЫЙ

Полезная модель относится к трубопроводной арматуре и предназначена для управления потоком рабочей среды высокого давления с абразивными включениями, в качестве запорного крана или запорно-регулирующего крана на трубопроводах с насыщенными пневмо-гидро абразивными рабочими смесями.
Известны конструкции односедельного сегментного поворотного клапана (см. Б.Ф.Брагин «Трубопроводная арматура для абразивных гидросмесей» Машиностроение, Москва, 1981, рис.22,. 25), содержащие корпус с входным и выходным отверстиями, коническое седло клапана и запорный элемент, выполнен в виде сегмента с сферической уплотнительной поверхностью.
Недостатком данных клапанов является постоянный контакт между уплотнительными поверхностями в процессе их взаимного перемещения, что влечет за собой их сильный износ при попадании абразивных частиц между трущимися поверхностями.
Указанное обстоятельство затрудняет использование этих клапанов на трубопроводах, где рабочими средами является нефть или газ, содержащих незначительные примеси с абразивными включениями.
Известно техническое решение конструкции односедельного поворотного сегментного клапана, содержащего корпус с входным и выходным отверстиями, расположенными на одной оси, седло клапана с конической уплотнительной поверхностью, расположенного у входного отверстия, запорный элемент, выполненный в виде сегмента с уплотнительной поверхностью, установленного в корпусе с эксцентриситетом относительно плоскости уплотнения и оси уплотнительной поверхности седла, обеспечивающим в закрытом положении герметичное прилегание уплотнительной поверхности к конусу
седла и поворотный привод (см. приложение №1, F5000R 01/2004, фирмы Masoneilan заявки №2006115990 от 10.05.2006 г.).
Данный запорно-регулирующий клапан особенно эффективен при использовании его в средах, содержащих абразивные включения.
Однако, недостатком его является то, что наличие эксцентриситета в осях при повороте сегмента значительно повышает момент на приводе, что увеличивает массогабаритные характеристики как привода так и клапана в целом. Недостатком данного клапана является также невозможность использования его на магистральных трубопроводах с абразивными включениями в качестве запорного клапана из-за его одностороннего уплотнения и тем более его нельзя использовать в трубопроводах с насыщенными пневмо-гидро аброзивными рабочими смесями из-за того, что невозможно осуществить очистку внутренней полости клапана перед окончательным закрытием, чтобы предохранить уплотнительные поверхности от износа и обеспечить герметичность клапана.
Наиболее близким техническим решением является конструкция двухсегментного запорно-регулирующего клапана, по патенту на полезную модель RU №75230 публ. 27.07.2008 г. F16K 5/06, F16K 5/20, у которого имеются наибольшее число существенных признаков:
Кран имеет корпус с соосными входным и выходным отверстиями, два седла, каждый из которых имеет коническую уплотнительную поверхность, и расположенные у входного и выходного отверстия, запорный элемент, выполненный в виде двух сегментов, каждый из которых имеет уплотнительную поверхность, и установленные в корпусе с эксцентриситетом относительно плоскости уплотнения и оси уплотнительной поверхности седла, обеспечивая в закрытом положении герметичное прилегание уплотнительной поверхности к конической уплотнительной поверхности седел, образуя внутреннюю полость, и поворотный привод, отличающийся тем, что сегменты жестко установлены в едином корпусе запорного элемента, который имеет возможность поворота на валу, центр которого расположен на оси входного и выходного отверстия корпуса, а уплотнительные конические поверхности седел смещены относительно оси отверстий корпуса на величину эксцентриситета уплотнительных поверхностей сегментов запорного элемента.
Недостатком данного крана является его ограниченные функциональные возможности при больших DN и PN. Так при больших перепадах давлений рабочей среды при закрытии и особенно при открытии резко увеличивается потребный момент привода. Большие усилия, действующие на затвор, создают значительные контактные напряжения на уплотнительные поверхности седла, выполненные из эластомеров, что ограничивает использование данной конструкции.
Задачей полезной модели является расширение функциональных возможностей использования конструкции при больших перепадах давления рабочей среды и при больших диаметрах проходного сечения конструкции крана.
Технический результат достигается за счет того, что введен жесткий упор между поворотной осью и корпусом крана, а седла с уплотнительными поверхностями выполнены подвижными и подпружинены с ограниченной возможностью перемещения в конце закрытия и в начале открытия затвора, при этом поджатие седел к затвору от перепада давления рабочей среды производится только со стороны входного отверстия крана.
Жесткий упор при закрытии соответствует соосному расположению уплотнительных поверхностей затвора и седел.
На фиг.1 изображен продольный разрез крана в закрытом положении затвора.
На фиг.2 изображен поперечный разрез А-А фиг.1.
На фиг.3 изображено сечение в открытом положении затвора.
На фиг.4 изображено сечение Б-Б фиг.2.
Кран содержит корпус 1, в котором герметично установлены фланцы 2 (см. фиг.1) с отверстиями проходного сечения. Во фланцах 2 размещены комбинированные седла 3, которые выполнены подвижными, и состоят из металлической обоймы, в торце которой герметично запрессована втулка из эластомера с конической уплотнительной поверхностью седла 3. Эта уплотнительная поверхность, благодаря эксцентрической расточке во фланце 2, смещена относительно проходного отверстия фланца 2, на величину эксцентриситета Z. Затвор 4, имея сквозное отверстие проходного сечения, выполнен в виде двух сегментов, каждый из которых имеет уплотнительную поверхность, выполненную с эксцентриситетом Z относительно оси фланцев 2, обеспечивая в закрытом положении двухстороннее герметичное прилегание уплотнительной поверхности затвора к конической уплотнительной поверхности седел. Затвор 4 поворачивается на валах 5, 6 (см. фиг.1, 2), ось которых пересекает ось фланцев 2 под углом 90°. Фиксация поворота затвора 4 в положениях «открыто» и «закрыто» обеспечивается жестким упором 8 (см. фиг.4) затвора 4 и жестким упором корпуса сальника 7, герметично и жестко соединенного с корпусом 1. В корпусе сальника 7 располагается сальниковое уплотнение 9 и опорные втулки 10 для поворота вала 5. Поворот вала 6 обеспечивается в опорных втулках 11, которые установлены в стакане 12. Торец стакана герметично глушится заглушкой 13. Между заглушкой 13, валом 6 и стаканом 12 устанавливаются кольца 14, 15, выполняющие роль опор и компенсаторов при установке уплотнительных поверхностей затвора 4 и седел 3. Седло 3 (см. фиг.1) подпружинено пакетом пружин 16, и может герметично перемещаться на величину зазора К в направляющей втулке 17, которая герметично крепится к фланцу 2 винтами 18. Между торцами фланца 2 и седлом 3 предусмотрен зазор Н. (см. фиг.1) Поворот затвора в крайние положения осуществляется поворотным приводом 19 (см. фиг.2), который крепится к фланцу корпуса сальника 7 винтами 20.
Кран эксцентриковый работает следующим образом.
В открытом положении крана затвор 4 зафиксирован жестким упором 8 (плоскостью П) и упором корпуса сальника 7 (см. фиг.3, 4) При этом ось сквозного отверстия затвора 4 совпадает с осью отверстий фланцев 2, обеспечивая свободный проход рабочей среды соответствующего проходного сечения с минимальным сопротивлением.
Крутящий момент на приводе 19 обеспечивает в конце поворота постоянную фиксацию затвора 4 в открытом положении. Подвижные седла 3 под действием усилия пакетов пружин 16 перемещаются на величину зазора К (см. фиг.1) При закрытии затвора 4 последний поворачивается на 90 градусов до совмещения жесткого упора 8 плоскостью М с упором корпуса сальника 7 (см. фиг.4). Ось уплотнительной поверхности каждого сегмента затвора 4 совпадает с осью уплотнительной поверхности соответствующего седла, а при подходе к зафиксированному закрытому положению затвора сферическая уплотнительная поверхность сегментов входит в контакт с конической уплотнительной поверхностью седел, перемещая их на величину К, сжимая при этом пакет пружин 16. При воздействии перепада давления на затвор 4 усилие воспринимается валами 5 и 6 со стороны входного отверстия фланца 2. Воздействие перепада давления на эффективную площадь подвижного седла 3 со стороны входного отверстия создает основное дополнительное усилие на седле, обеспечивающее одностороннюю герметичность затвора 4 и дополнительную нагрузку на валы 5 и 6. При страгивании затвора и при его повороте усилие привода преодолевает трение в валах 5, 6, а перепад давления на эксцентриковый затвор создает дополнительный момент, направленный в сторону открытия, то есть облегчает открытие затвора. Для передачи момента на эксцентриковый кран конструкция привода должна быть самотормозящейся. При работе крана на низких давлениях рабочей среды герметичность затвора обеспечивается дополнительным поджатием седел пакетом пружин 16.
Опытное изготовление предлагаемой конструкции и испытания доказали ее эффективность по сравнению с прототипом при работе на высокие рабочие давления. Предлагаемая конструкция может стать хорошей альтернативой шаровым кранам, особенно для загрязненных рабочих сред, имея при этом более высокие ресурсные характеристики по цикличности и высокую надежность в работе, особенно при длительных стоянках между циклами.