ШАРОВОЙ КРАН С ВЕРХНИМ РАЗЪЕМОМ ДЛЯ ОБЪЕКТОВ ЭНЕРГЕТИКИ
BALL VALVE WITH UPPER JOINT FOR POWER ENGINEERING OBJECTS

Изобретение относится к трубопроводной арматуре для энергетических объектов, характеризующихся высокими параметрами рабочих сред - температура до 560°С, давление до 40 МПа, предназначенной для перекрытия потоков.
Одним из требований, предъявляемых к энергетической трубопроводной арматуре, является обеспечение ремонтопригодности без вырезки из трубопровода.
Известна конструкция шарового крана, предназначенная для установки на трубопроводах в качестве перекрывающего устройства, не требующая его вырезки из трубопровода при ремонте [1]. Указанная конструкция содержит корпус с люком и крышкой, размещенный между подвижными подпружиненными седлами сферический затвор, поверхность которого уплотнена кольцами, в пазах которых размещены уплотняющие эластичные элементы. (фиг.2 к [1]). Для замены уплотнительных колец с эластичными элементами шаровой кран снабжен дополнительными элементами отжима седел в виде силовых сухарей.
Недостатком известного шарового крана является наличие в уплотнительных кольцах уплотняющих эластичных элементов, которые не предназначены для работы в средах с высокими температурами и при высоких давлениях.
Известен также шаровой кран с верхним разъемом [2]. Указанная конструкция содержит корпус с верхним фланцем, входным и выходным патрубками, шаровую пробку, расположенную на цельных седлах, постоянно нагруженных пружинами в сторону шаровой пробки. В контактных с шаровой пробкой поверхностях седел завальцованы эластомерные уплотнения, а между поверхностью седла и корпусом размещены уплотнительные кольца.
Недостатком известного шарового крана является наличие изнашиваемых эластомерных уплотнений в контактной с шаровой пробкой поверхности седла, снижающих надежность крана по мере его эксплуатации. Кроме того, из-за использования эластомерных уплотнений в конструкции шаровых кранов возникают ограничения для их эксплуатации на энергетических объектах при повышенных температурах и давлениях.
Наиболее близким по назначению, технической сущности и достигаемому результату к заявляемому шаровому крану для объектов энергетики является шаровой кран с верхним разъемом, содержащий корпус, соединенный резьбовыми соединениями с верхним фланцем, входной и выходной патрубки и шаровую пробку, установленную на подпружиненные седла, с контактными поверхностями в форме шарового пояса [3] (прототип). Подпружиненные седла снабжены уплотнениями из эластомерного материала, расположенными в зоне контактных поверхностей в форме шаровых поясов, контактирующих с поверхностью шаровой пробки, и установлены в дополнительные кольцевые втулки, на торцевой поверхности которых, со стороны шаровой пробки, выполнен кольцевой конусный срез и кольцевой бурт в месте окончания среза, а на внутренних поверхностях верхнего фланца и нижней части корпуса, в месте их контакта с кольцевыми конусными срезами дополнительных кольцевых втулок, выполнены ответные им конусные поверхности, причем дополнительные кольцевые втулки уплотнены по торцевой поверхности относительно корпуса шарового крана эластомерными кольцами, а подпружиненные седла уплотнены по внутренней поверхности кольцевых буртов.
Недостатком известного шарового крана является ограниченный диапазон технологических параметров рабочей среды, для перекрывания потока которой он используется. В частности, наличие уплотнений из эластичного материала между шаровой пробкой и седлами, между седлом и кольцевой втулкой и кольцевой втулкой и корпусом не позволяет использовать шаровой кран при давлениях и температурах рабочих сред, использующихся в энергетических установках, а выполнение механизма крепления подпружиненных седел с контактными конусными поверхностями на дополнительной втулке и ответных им поверхностях верхнего фланца и кольцевой канавки корпуса требует обеспечения расчетных усилий на резьбовом соединении верхнего фланца и корпуса, т.к. при их превышении возможно ослабление усилия прижима подпружиненного седла к поверхности шаровой пробки, а при недостаточно жесткой затяжке резьбовых соединений верхнего фланца и корпуса нарушается герметичность всего клапана из-за недостаточной нагруженности уплотнений между дополнительной втулкой и корпусом и дополнительной втулкой и седлом. В условиях эксплуатации сложно обеспечить расчетные нагрузки на резьбовых соединениях между корпусом и верхним фланцем, например, после ремонта при сборке крана, что снижает надежность крана.
Кроме того, недостатком всех известных конструкций шарового крана является невозможность инспекции герметичности его в процессе сборки, что также снижает надежность конструкции.
Технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является расширение диапазона температуры и давления среды использования шарового крана и повышение его надежности и долговечности.
Поставленная задача достигается тем, что в шаровом кране с верхним разъемом, содержащем корпус с соединенным с ним резьбовыми соединениями верхним фланцем, с входным и выходным патрубками и шаровую пробку, установленную на подпружиненные седла с контактными поверхностями в форме шарового пояса, при этом подпружиненные седла установлены в дополнительные, снабженные кольцевыми буртами кольцевые втулки, которые уплотнены по торцевой поверхности относительно корпуса шарового крана, согласно изобретению контактные поверхности седел, имеющие форму шарового пояса, сформированы наплавкой и выполнены хотя бы двухконтурными по ширине шарового пояса, при этом контуры на поверхности шарового пояса разделены хотя бы одной кольцевой проточкой и притерты к сферической поверхности шаровой пробки, а дополнительные кольцевые втулки соосны седлам и закреплены на последних по резьбовой поверхности с возможностью передачи поджимающего усилия на уплотнение, расположенное между торцевой поверхностью кольцевой втулки и корпусом, при этом кольцевые бурты дополнительных втулок снабжены отверстиями под торцевой ключ, кроме того, в седле, в зоне резьбовой контактной поверхности дополнительной втулки и седла, выполнен хотя бы один сквозной канал, соединяющийся с кольцевой проточкой, например, пазом или углублением, выполненным на дне кольцевой проточки, а уплотнения между торцевой поверхностью дополнительных кольцевых втулок и корпусом выполнены сальниковыми, например, в виде набивки или графлексовых колец.
Формирование наплавкой поверхности седел, контактирующей с шаровой пробкой по шаровому поясу, и выполнение последней хотя бы двухконтурной по высоте шарового пояса благодаря наличию в нем хотя бы одной разделяющей их кольцевой проточки позволяет упрочнить указанную поверхность и повысить точность прилегания образуемых контуров на поверхности шаровых поясов контактных поверхностей седел. Повышение точности прилегания контактной поверхности седел обеспечивается выполнением предварительной притирки поверхностей седел к сферической поверхности шаровой пробки. При этом притирка шарового пояса, разделенного по ширине на контуры, представляющие собой шаровые пояса с меньшей шириной, осуществляется с большей точностью. Благодаря повышению точности прилегания контактных поверхностей подпружиненных седел к поверхности шаровой пробки повышается герметичность шарового крана. Кроме того, наличие кольцевых проточек, разделяющих контактные с поверхностью шаровой пробки поверхности седел на более узкие шаровые пояса, обеспечивает снижение давления в проточках при потере герметичности одного из контуров упомянутых контактирующих поверхностей. При этом общая герметичность прилегания контактной поверхности подпружиненных седел к поверхности шаровой пробки сохраняется, что повышает надежность шарового крана.
Кроме того, упрочнение контактных с поверхностью шаровой пробки поверхностей седел, имеющих форму двухконтурного (или многоконтурного) шарового пояса, и выполнение дополнительных кольцевых втулок соосными седлам, соединенных с последними по резьбовой поверхности, позволяет сократить число уплотнений шарового крана до одного, установленного между седлом и корпусом. Такое выполнение дополнительных кольцевых втулок исключает контакт рабочей среды с уплотнением со стороны шаровой пробки, позволяет выполнить его сальниковым, в виде набивки или графлексовых колец, для уплотнения которых не требуется больших усилий, что значительно повышает надежность шарового крана, увеличивает его долговечность и позволяет расширить диапазон давлений и температур рабочих сред до применяемых на объектах энергетики. При этом снабжение кольцевых буртов дополнительных втулок отверстиями под торцевой ключ превращает последние в силовой элемент, обеспечивающий возможность фиксации уплотнения между седлом и корпусом с постоянным усилием, определяемым размерными параметрами упомянутой резьбовой поверхности, и не зависящий от других элементов конструкции шарового крана и параметров рабочей среды.
Выполнение в седле, в зоне резьбовой контактной поверхности дополнительной втулки и седла, сквозного радиального канала, соединяющегося с кольцевой проточкой, например, пазом или углублением, выполненным на дне кольцевой проточки, позволяет в процессе сборки осуществить контроль герметичности прилегания упрочненных поверхностей седел, контактирующих с поверхностью шаровой пробки, и обеспечивает возможность мониторинга состояния его рабочих элементов в процессе эксплуатации, что повышает надежность шарового крана, увеличивает его долговечность.
Пример выполнения предлагаемого шарового крана представлен на чертежах.
На фиг.1 показана конструкция предлагаемого шарового крана с верхним разъемом в разрезе.
На фиг.2 изображена выноска А-А на фиг.1, где представлено увеличенное взаимное расположение подпружиненного седла, корпуса, дополнительной кольцевой втулки и шаровой пробки.
Шаровой кран с верхним разъемом содержит корпус 1, в установочном гнезде 2 которого, сформированном кольцевым выступом 3, установлены подпружиненные седла 4, контактирующие с шаровой пробкой 5. Патрубки 6 и 7 и центральное отверстие 8 в шаровой пробке формируют проходной канал крана. На поверхности седел соосно последним посредством резьбовой поверхности 9 установлены дополнительные кольцевые втулки 10, снабженные кольцевыми буртами 11, на поверхности которых выполнены отверстия 12 под торцевой ключ (не показан). Между кольцевым выступом 3 корпуса и подпружиненным седлом 4 размещено сальниковое уплотнение 13, выполненное в виде набивки или графлексовых колец, поджимаемое дополнительной кольцевой втулкой. Контактная поверхность подпружиненного седла с шаровой пробкой сформирована наплавкой 14 по шаровому поясу, прилегающему к сферической поверхности шаровой пробки, и в ней выполнена кольцевая проточка 15, разделяющая поверхность шарового пояса на два контура 16 и 17, которые притерты по сферической поверхности шаровой пробки.
В теле седла, в зоне резьбовой поверхности 9, выполнено хотя бы одно радиальное отверстие 18, пересекающее кольцевую проточку 15.
Подача рабочей среды в шаровой кран возможна в обоих направлениях. Перекрывание потока рабочей среды осуществляется поворотом шаровой пробки 5 на угол 90 градусов.
В закрытом положении герметичность крана обеспечивается усилием пружин, поджимающих седла 4 к пробке 5 и дополнительным усилием, создаваемым давлением рабочей среды на торцевую поверхность седла. Герметичность между подпружиненным седлом 4 и корпусом обеспечивается сальниковым уплотнением 13, выполненным в виде набивки или графлексовых колец, установленных в торце дополнительной кольцевой втулки 10 и поджимаемых ею при завинчивании по резьбовой поверхности 9 под воздействием усилия торцевого ключа (не показан), вставляемого в отверстие 12 кольцевого бурта 11. Контроль герметичности шарового крана в местах контакта шаровой пробки и подпружиненного седла производится путем контроля протечек через отверстие 18, пересекающее кольцевую проточку 15.
Благодаря притирке контуров 16 и 17 по сферической поверхности шаровой пробки обеспечивается высокая герметичность прилегания двухконтурного шарового пояса подпружиненного седла, сформированного наплавкой 14 и кольцевой проточкой 15.
Предлагаемое выполнение поверхности седел и дополнительной кольцевой втулки, позволяющее выполнить уплотнения между корпусом и седлами шарового крана сальниковыми, обеспечивает расширение диапазона температуры и давления рабочей среды, повышение его надежности и долговечности, что обуславливает снижение затрат на обслуживание и ремонт в процессе эксплуатации.
Источники информации
1. SU 1618976, кл. F16K 5/20, 07.01.1991 г.
2. RU 2108512, кл. F16K 5/20, 10.04.1998 г.
3. RU 45494 U1, кл. F16K 5/20, 10.05.2005 г. (прототип).