ШАРОВОЙ КРАН

Полезная модель относится к арматуростроению, а именно к запорной трубопроводной арматуре, и может быть использована в качестве запорного или регулировочного органа для работы с жидкими или газообразными средами.
Цель полезной модели - упрощение конструкции и повышение технологичности изготовления.
Уровень техники
01
4
4
Известны шаровые краны, каждый из которых содержит корпус с входным и выходным патрубками, поворотную шаровую пробку, размещенную в корпусе, седла с уплотнительными кольцами, шпиндель и привод в виде рукоятки для поворота упомянутой шаровой пробки. А.С. СССР №130302, Кл. 47g, 22, 1959 г., опубл. Бюл. №14, 1960 г.[1], А.С. СССР №232689, Кл. 47g, 22/01, МПК F16К, 1966 г., опубл. Бюл. №1, 1968 г. [2], А.С. СССР №327354, М. кл. F16k 5/06, 1970 г., опубл. Бюл. №5, 1972 г. [3], А.С. СССР №1288418, МКИ F16К 5/20, 1985 г., опубл. Бюл. №5, 1987 г. [4] и А.С. СССР №1330392, МКИF16К 5/06, 1985 г., опубл. Бюл. №30, 1987 г. [5].
Перекрытие или регулировка потока жидкости или газа осуществляется поворотом шаровой пробки при помощи шпинделя и рукоятки, при этом упомянутая пробка разворачивается своим центральным отверстием поперек потока, а при возобновлении течения - вдоль потока рабочей среды.
Недостатками известных кранов являются сложность конструкции, обусловленная наличием уплотняющих элементов - седел с кольцами и нетехнологичность сборки.
2
2
3
3
4
4
4
4
5
Известны пробковые шаровые краны, каждый из которых содержит корпус с входным и выходным патрубками, поворотную шаровую пробку в корпусе, седла с уплотнениями, шпиндель и привод, кроме того, в отличие от группы аналогов [1-5] конструкцией этой группы кранов предусмотрено осевое перемещение (вдоль потока) или пробки или седла (седел) с уплотнениями, что позволяет уменьшить или компенсировать износ уплотняющих элементов. А.С. СССР №389341, М. Кл. F16k 5/06, 1971 г., опубл. Бюл. №29, 1973 г. [6], А.С. СССР №609014, М.Кл. F16K 5/00, 1975 г., опубл. Бюл. №20, 1978 г. [7], А.С. СССР №739298, М. Кл. F16K 5/06, 1976 г., опубл. Бюл. №21, 1980 г. [8], А.С. СССР №830066, М.Кл. F16К 5/06, 1978 г., опубл. Бюл. №18, 1981 г. [9], А.С. СССР №918620, М.Кл. F16К 5/06, 1980 г., опубл. Бюл. №13, 1982 г. [10], А.С. СССР №1196588, МКИ F16К 5/06, 1984 г., опубл. Бюл. №45, 1985 г. [11], А.С. СССР №1479775, МКИ F16К 5/06, 1987 г., опубл. Бюл. №18, 1989 г. [12], А.С. СССР №1516703, МКИF16К 5/06, 1986 г., опубл. Бюл. №39, 1989 г. [13], А.С. СССР №1523815, МКИ F16К 5/06, 1987 г, опубл. Бюл. №43, 1989 г. [14] и А.С. СССР №1629667, МКИ F16К 5/06, 1989 г., опубл. Бюл. №7, 1991 г. [15].
Работа с известными кранами осуществляется аналогично кранам [1-5], но благодаря осевой подвижке пробок или седел с уплотнениями различными способами уменьшается или компенсируется зазор между входным или выходным патрубками и пробкой, что, в свою очередь, повышает долговечность эксплуатации.
Недостатками аналогов [6-15] являются сложность конструкции, обусловленная наличием подвижных элементов и нетехнологичность изготовления.
3
5
5
Известны также шаровые краны, каждый из которых содержит корпус с входным и выходным патрубками, поворотную шаровую пробку, шпиндель и приводы, причем шаровая пробка является составной из двух полусфер или разных частей и при повороте или при воздействии на нее различных по конструктиву приводов прижимается к седлам с уплотнениями или непосредственно к самим патрубкам, обеспечивая тем самым или разгрузку пробки или необходимую герметичность. А.С. СССР №344201, М. Кл. F16k 5/06, 1970 г., опубл. Бюл. №21, 1972 г. [16], А.С. СССР №431352, М. Кл. F16k 5/20, 1973 г., опубл. Бюл. №21, 1974 г. [17], А.С. СССР №872886, М. Кл F16К 5/20, 1978 г., опубл. Бюл. №38, 1981 г. [18], А.С. СССР №1605068, МКИ F16К 5/06, 1988 г., опубл. Бюл. №41, 1990 г. [19] и А.С. СССР №1756712, МКИ F16К 5/06, 5/20, 1990 г., опубл. Бюл. №31, 1992 г. [20].
Недостатками известных устройств являются сложность конструкции, обусловленная наличием механизма не только поворота пробки, но и механизма раздвижения ее полусфер или составных частей, и как следствие нетехнологичность изготовления.
2
Известны шаровые краны, предназначенные для применения на гибких эластичных трубопроводах в химической и нефтеперерабатывающей промышленностях, каждый из которых содержит эластичный пластмассовый корпус с входным и выходным патрубками, шаровую пробку, шпиндель и привод, выполненные также из пластмассы, кроме того в последнем из аналогов описываемой группы имеется подтяжной механизм по аналогии с [6-15]. А.С. СССР №318768, МПК F16k 5/20; F16k 27/06, 1970 г., опубл. Бюл. №32, 1971 г. [21], А.С. СССР №493582, м. кл. р16k 5/06, 1972 г. опубл. Бюл. №44, 1975 г. [22] и А.С. СССР №543802, М. Кл. F16К 5/06, 1973 г., опубл. Бюл. №3, 1977 г. [23].
Работа осуществляется аналогично описанным выше кранам, но недостатками являются малая прочность из-за применения пластмасс для изготовления корпуса и патрубков.
5
За прототип, как наиболее близкий по технической сущности к заявляемому, выбран шаровой кран по патенту РФ №2003905, МКИ F16К 5/06, 1991 г., опубл. Бюл. №43-44, 1993 г. [24].
Шаровый кран, выбранный в качестве прототипа, содержит корпус, в котором размещены поворотный шток с шаровой пробкой с проходным отверстием, взаимодействующей с седлами входного и выходного патрубков и уплотнительные элементы патрубков и штока, при этом шаровая пробка выполнена из высокопрочного композиционного полимерного материала.
Шаровой кран-прототип работает следующим образом. При необходимости пропуска рабочей среды шток, и соответственно шаровую пробку, устанавливают таким образом, чтобы проходное отверстие последней совпало с отверстиями патрубков, для перекрытия потока среды поворотный шток поворачивают на 90°, для регулирования расхода - на угол меньше 90°.
Недостатками крана-прототипа являются сложность конструкции обусловленная наличием уплотнительных элементов патрубков - седел, и как следствие, нетехнологичность сборки.
Цель полезной модели - упрощение конструкции и повышение технологичности изготовления.
Указанная цель достигается тем, что в шаровом кране, содержащим корпус с входным и выходным патрубками с седловыми поверхностями, шаровую пробку из высокопрочного композиционого полимерного материала, взаимодействующую с последними и поворотный шток с уплотнением, седловые поверхности выполнены сферическими непосредственно на патрубках за одно целое, при этом радиусы кривизны седловых поверхностей больше радиуса кривизны упомянутой пробки.
Раскрытие полезной модели
Задача, на решение которой направлена полезная модель состоит в получении простой и технологичной конструкции шарового крана для пропускания, регулирования и перекрытия потока рачей среды.
При изготовлении заявляемой конструкции могут быть использованы стандартные трубы, как для патрубков, так и для корпуса. Седловые поверхности, выполненные непосредственно на патрубках за одно целое и уплотняемые шаровой пробкой из известного композиционного полимерного материала позволят исключить промежуточные элементы - седла (упрощение конструкции). Выполнение седловых поверхностей сферическими с радиусами кривизны больше радиуса кривизны шаровой пробки позволит значительно снизить точность изготовления упомянутых поверхностей патрубков и пробки, упростить процесс подгонки поверхностей патрубков к поверхности пробки (повышение технологичности изготовления), а также снизить усилие переключения крана (поворота пробки), поскольку при этом взаимодействие (контакт) упомянутых поверхностей будет осуществляться по одной линии, а не по плоскости, как в случае одинаковых радиусов кривизны (см. чертеж фиг.2).
Краткое описание чертежей
На фиг.1 изображен предлагаемый шаровой кран в разрезе, на фиг.2 - выноска I на фиг.1 (седловые поверхности патрубков увеличено), буквами а и b обозначена линия контакта седловой поверхности 8 патрубка 2 с поверхностью пробки 4.
Шаровой кран содержит корпус 1 с входным и выходным патрубками 2 и 3, шаровую пробку 4 из композиционного полимерного материала, и поворотный шток 5 с уплотнением (на чертеже не обозначено). Корпус 1 выполнен в виде полого цилиндра с торцевыми фланцами 6 и 7, а патрубки 2 и 3 выполнены с седловыми поверхностями 8 и 9, взаимодействующими с шаровой пробкой 4.
Шаровой кран работает следующим образом.
При сборке шарового крана прирабатывают седловые поверхности 8 и 9 патрубков 2 и 3 к сферической поверхности шаровой пробки 4, устанавливают последнюю в корпус 1 и поджимают патрубками 2 и 3, закрепляют последние на образующей поверхности, а фланцы 6 и 7 на торцах цилиндрического корпуса 1, затем устанавливают поворотный шток 5 с уплотнением (на чертеже не обозначено) через отверстие (на чертеже не обозначено) таким образом, чтобы он вошел в ответную часть (на чертеже не обозначена) пробки 4, и закрепляют его пластиной (на чертеже не обозначена) на фланце 6.
Для открытия крана, т.е. для пропуска рабочей среды поворачивают шаровую пробку 4 при помощи штока 5 таким образом, чтобы проходное отверстие (на чертеже не обозначено) шаровой пробки 4 совпало с отверстиями патрубков 2 и 3, для перекрытия потока рабочей жидкости поворачивают пробку 4 на 90° относительно рабочего положения, для регулирования расхода - на угол меньше 90°.
Осуществление полезной модели
Разработана конструкция шарового крана стального, полнопроходного, патрубкого.
у
2
2
Применение - системы тепловодоснабжения с условным давлением Р2,5 МПа (25,5 кгс/см) и 4,0 МПа (40,8 кгс/см), а также устройства и системы промышленного назначения.
Установочное положение крана на трубопроводе - любое.
Рабочая среда - вода систем тепловодоснабжения по ГОСТ 2874-82.
Температура рабочей среды до +200°С.
Направление потока рабочей среды - любое.
Класс герметичности шарового затвора А по ГОСТ 9544-85.
Морозостойкость - до минус 40°С.
Шаровой кран содержит стальной цилиндрический корпус 1 диаметром 120, высотой 100 и толщиной стенки 6 мм, с торцевыми стальными фланцами 6 и 7 толщиной 6 мм, стальные входной и выходной патрубки 2 и 3 диаметром 52 и толщиной стенки 6 мм, установленные на образующей поверхности корпуса 1, и имеющие седловые поверхности 8 и 9. Шаровую пробку 4 диаметром 80 мм с проходным отверстием диаметром 40 мм, взаимодействующую с сферическими седловыми поверхностями 8 и 9, при этом радиусы кривизны последних больше радиуса кривизны пробки 4. Пробка 4 выполнена из высокопрочного композиционного материала, содержащего 10-70 мас.% высокопрочного волокна длиной 0,01-100 мм и химстойкое полимерное связующее. Стальной поворотный шток 5 диаметром 20 мм с уплотнением, установленный на фланце 6.
Для изготовления корпуса 1 и патрубков 2 и 3 применены стандартные трубы по ГОСТ 9941-72 «Бесшовные холодно- и теплодеформированные трубы из коррозионно-стойкой стали», а для изготовления седловых поверхностей патрубков применяются фасонные резцы.
Корпус 1, патрубки 2 и 3 и фланцы 6 и 7 соединяются при помощи сварки по ГОСТ 14771-76 «Дуговая сварка в защитном газе. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры».
Работа с краном описана в разделе «Краткое описание чертежей».
Заявляемый шаровой кран позволяет пропускать, регулировать расход и перекрывать поток рабочей среды, и является простым и технологичным в изготовлении.