ШАРОВОЙ КРАН

Полезная модель относится к трубопроводной аппаратуре для перекрытия жидкости или газа и может быть использована для управления потоками рабочей среды в системах их транспортировки при высоких давлениях.
Известен принятый за прототип шаровой кран, представленный в патенте на полезную модель №45495, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, проходной канал, сферическую поворотную пробку на опорах, подпружиненные седла, управляющий узел, установленный на шпиндель шарового крана, а также канал, соединяющий входной патрубок с полостью между корпусом, сферической поворотной пробкой и седлами, и снабженный средством его перекрытия при закрытом положении шарового крана, расположенный внутри корпуса шарового крана, а средством его перекрытия служит расположенный также внутри корпуса шарового крана запорный клапан, шток которого имеет в верхнем окончании завальцованный шар, выступающий над поверхностью корпуса шарового крана, причем управляющий узел, установленный на шпиндель шарового крана, содержит специальную пластину с двумя отверстиями, в которых закреплены два штыря, и клиновую фаску, которая контактирует с завальцованным шаром запорного клапана, а на квадратном конце шпинделя шарового крана установлена пластина с двумя кольцевыми пазами, в которые диаметрально противоположно друг другу входят штыри специальной пластины так, что при повороте управляющего узла они обеспечивают его перемещение без поворота сферической поворотной пробки на угол, при котором перемещение завальцованного шара запорного клапана по клиновой фаске специальной пластины обеспечивает открытие запорного клапана на заданную величину хода.
Существенными признаками шарового крана совпадающими с признаками прототипа является наличие корпуса с входным и выходным патрубками, проходного канала, сферической поворотной пробки, уплотнительных седел, прижимающую их подвижную подпружиненную втулку, соединенную с корпусом герметичным соединением, управляющего узла, установленного на шпиндель шарового крана.
В известном шаровом кране, для поджатия уплотнительных седел используются витые пружины сжатия, которые с увеличением проходного сечения крана и увеличения усилия поджатия уплотнительных седел, требуют значительного увеличения диаметра проволоки и габаритов пружин, что увеличивает габариты и массу крана, наряду с этим, каждая подвижная подпружиненная втулка имеет по два уплотнительных кольцевых соединения, герметизирующих наружные поверхности втулок с ответными посадочными поверхностями корпуса крана, что делает работу шарового крана зависимой от подвижности (перекоса, заедания и т.д.) каждой втулки в корпусе, а наличие уплотнительных кольцевых соединений, при их повреждении, могут быть причиной негерметичности крана, при этом наличие перечисленных выше элементов делают кран конструктивно сложным и трудоемким в производстве.
Предлагаемой полезной моделью решается техническая задача обеспечения герметичности крана при больших проходных сечениях без значительного увеличения габаритов и массы крана, повышения надежности работы крана и уменьшения производственных затрат на его изготовление.
Для достижения названного технического результата в предлагаемом шаровом кране содержащем корпус с входным и выходным патрубками, проходной канал, сферическую поворотную пробку, уплотнительные седла, прижимающую их подвижную подпружиненную втулку, соединенную с корпусом герметичным соединением, управляющий узел, установленный на шпиндель шарового крана, подвижная подпружиненная втулка поджата пакетом тарельчатых пружин, при этом герметичное соединение втулки с корпусом выполнено в виде подвижной кольцевой металлической мембраны. Кроме того, дополнительно, в целях обеспечения постоянного потребного усилия поджатия уплотнительных седел и герметичности крана в процессе его эксплуатации, шаровой кран снабжен устройством регулирования поджатия тарельчатых пружин, выполненным, например, в виде резьбы во входном патрубке и установленной в ней регулирующей прижимной гайки, а уплотнительные седла, для обеспечения возможности работы в агрессивных средах и уменьшения управляющего усилия, выполнены из фторопласта.
Отличительными признаками предлагаемого шарового крана от прототипа являются следующие - подвижная подпружиненная втулка поджата пакетом тарельчатых пружин, при этом герметичное соединение втулки с корпусом выполнено в виде подвижной кольцевой металлической мембраны. Кроме того, шаровой кран снабжен устройством регулирования поджатия тарельчатых пружин, выполненным, например, в виде резьбы во входном патрубке и установленной в ней регулирующей прижимной гайки; уплотнительные седла выполнены из фторопласта.
Благодаря наличию указанных отличительных признаков в совокупности с известными (указанными в ограничительной части формулы), уменьшаются габариты и масса крана, количество подвижных деталей и их уплотнительных соединений, обеспечивается повышенная степень герметичности, упрощается конструкция и уменьшается трудоемкость изготовление крана в производстве, уменьшается управляющее усилие и обеспечивается возможность работы крана в агрессивных средах.
Предложенное техническое решение может найти применение в различных отраслях промышленности для пуска и отсечки подачи агрессивных жидкостей или газа в трубопроводах расхода, а также при проведении стендовых испытаний различных гидравлических систем.
Предлагаемое устройство иллюстрируется чертежом, на котором изображен шаровой кран в открытом положении.
Представленный на чертеже шаровой кран содержит корпус, состоящий из передней 1 и задней 2 частей, выполненных в виде конической и цилиндрических обечаек с фланцами 3 и 4, соответственно, герметично соединенных между собой через прокладку 5 болтовым соединением 6 и образующих внутреннюю полость 7 крана с входным 8 и выходным 9 патрубками, во внутренней полости 7 расположена сферическая поворотная пробка 10 с проходным каналом 11 для протока жидкости или газа, уплотнительное фторопластовое седло 12 входного патрубка 8 и уплотнительное фторопластовое седло 13 выходного патрубка 9 со сферическими посадочными поверхностями 14 и 15, соответственно; фторопластовое уплотнительное седло 12 запрессовано в подвижную подпружиненную втулку 16, расположенную в направляющем цилиндре 17 выполненным в передней части 1, и поджато пакетом тарельчатых пружин 18, усилие сжатия которых обеспечивается регулирующей прижимной гайкой 19, ввинченной в ответную резьбу во входном патрубке 8; в подпружиненной втулке 16 выполнен цилиндрический выступ 20, к которому герметично приварена подвижная кольцевая металлическая мембрана 21, другой конец которой герметично приварен к цилиндрическому выступу 22, выполненному на конической обечайке передней части 1; фторопластовое уплотнительное седло 13 запрессовано в упорное гнездо 23, выполненное в теле задней части 2; сферическая поворотная пробка 10 выполнена в виде сферы, усеченной со стороны входного 8 и выходного 9 патрубков, верхней 24 и нижней 25 части, образуя при этом сферическую поверхность 26 поворотной пробки 10, идентичную сферическим поверхностям 14 и 15 уплотнительных седел 12 и 13; в середине поворотной пробки 10, в верхней части 24, выполнен силовой упорный фланец 27 с прямоугольным посадочным гнездом 28, две грани которого выполнены перпендикулярно проходному каналу 11. На цилиндрической обечайке задней части 2 в ее верхней части выполнен цилиндрический стакан 29, по центру которого размещен шпиндель 30 с уплотнительными кольцами 31, в нижней части шпинделя 30 выполнен упорный квадрат 32, входящий в посадочное гнездо 28 упорного фланца 27 поворотной пробки 10, верхняя часть шпинделя 30 имеет посадочный квадрат 33 под управляющий узел 34 и резьбовую часть на которую навинчиваются контровочные гайки 35; внутри стакана 29 расположены нижняя 36 и верхняя упорная 37 фторопластовые шайбы, на которых вращается шпиндель 30, поджатый силовой гайкой 38. На внутренних поверхностях подвижной подпружиненной втулки 16, упорного гнезда 23 и днища стакана 30 выполнены уплотнительные кольцевые буртики 39.
Шаровой кран работает следующим образом - в открытом положении, при подаче рабочей среды по стрелке А, поворотная пробка 10 поджата своей сферической посадочной поверхностью 26 к ответным сферическим поверхностям 14 и 15 уплотнительных седел 12 и 13 усилием тарельчатых пружин 18, давлением подводящей среды, действующей на внутреннюю поверхность мембраны 21 и наружную поверхность подпружиненной втулки 16, тем самым уменьшая потребное количество тарельчатых пружин 18. В закрытом положении шарового клапана, при повороте управляющего узла 35 на 90 градусов, условия работы шарового крана идентичны работе в открытом положении, за исключением увеличения осевого усилия на сферическую поворотную пробку 10 на величину давления рабочей среды на площадь проходного сечения канала 11, тем самым улучшая условия обеспечения герметичности шарового крана при длительном пребывании его в закрытом состоянии, при обязательном выполнении требований по величине удельного давления допустимого для фторопласта. Применение уплотнительных седел 12 и 13 из фторопласта, позволяют шаровому крану работать в любых агрессивных средах, а весьма низкий коэффициент трения делает его открытие и закрытие облегченным, с точки зрения величины прилагаемого для этого усилия. Наличие подвижной металлической мембраны 21, обеспечивает возможность линейного перемещения втулки 16 вместе с запрессованным в ней уплотнительным седлом 12 при износе уплотнительных седел 12 и 13, а также возможность регулирования усилия поджатия пакета тарельчатых пружин 18 резьбовой гайкой 19, с сохранением герметичного разделения входного патрубка 8 и внутренней полости 7. Расположение в упорном фланце 27 двух граней перпендикулярно проходному каналу 11, при вставленном в него квадрате 32 шпинделя 30, исключают угловое перемещение сферической поворотной пробки 10 относительно продольной оси крана, тем самым обеспечивая постоянный контакт сферических посадочных поверхностей 14 и 15 уплотнительных седел 12 и 13 с ответной поверхностью 26 сферической поворотной пробки 10.