КРАН ШАРОВОЙ

Полезная модель относится к трубопроводной арматуре, характеризующейся высокими параметрами рабочих сред - температура до 650°С, давление до 40 МПа, предназначенной для перекрытия потока рабочей среды.
Одним из требований, предъявляемых к шаровым кранам, является надежное перекрытие потока, высокая герметичность в закрытом положении, безопасность и конкурентоспособность по техническим, экономическим и эксплуатационным показателям.
Известен шаровой кран с верхним разъемом (патент на изобретение №2108512 F16K 5/20, опубликовано 10.04.1998 г). 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 уплотнительпые 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.
Известен 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 (полезная модель №45494 F16K 5/20, опубликовано 10.05.2005 г.). 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 наличие уплотнений из эластичного материала между шаровой пробкой и седлами, между седлом и кольцевой втулкой и кольцевой втулкой и корпусом, не позволяющих использовать шаровой кран при температуре рабочей среды более 280°С. 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 крана 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.
Наиболее близким по назначению, технической сущности и достигаемому результату к заявляемому крану шаровому является кран шаровой с верхним разъемом (Описание к патенту на изобретение №2396474 F16K 5/20, опубликовано 10.08.2010). Кран шаровой с верхним разъемом содержит корпус с соединенным с ним резьбовыми соединениями верхним фланцем, входной и выходной патрубки и шаровую пробку. Пробка установлена на подпружиненные седла с контактными поверхностями в форме шарового пояса. Подпружиненные седла установлены в дополнительные втулки, снабженные кольцевыми буртами. Эти втулки уплотнены по торцевой поверхности относительно корпуса шарового крана. Контактные поверхности седел выполнены, по меньшей мере, двухконтурными по ширине шарового пояса. Контуры на поверхности шарового пояса разделены, по меньшей мере, одной кольцевой проточкой. Дополнительные кольцевые втулки установлены соосно седлам и закреплены на последних по резьбовой поверхности с возможностью передачи поджимающего усилия на уплотнения. В седле, в зоне резьбовой контактной поверхности дополнительной втулки и седла выполнен, по меньшей мере, один сквозной канал, соединяющийся с кольцевой проточкой. Уплотнения между торцевой поверхностью дополнительных кольцевых втулок и корпусом выполнены сальниковыми.
Недостатком известного крана шарового является то, что при нарушении герметичности седла входного патрубка рабочая среда поступает во внутреннюю полость крана шарового и далее из внутренней полости сможет отжать седло выходного патрубка, преодолев усилие пружины и выйти в выходной патрубок.
Недостатком известного крана шарового является возможность "пригорания" вала, пробки и седел при длительном нахождении в неподвижном состоянии «закрыто» или «открыто» и возможность заклинивания во время поворота пробки при воздействии давления среды.
Недостатком известного крана шарового является то, что уплотнения между торцевой поверхностью дополнительных кольцевых втулок и корпусом выполнены сальниковыми, а для обеспечения герметичности нужно приложить значительное усилие для затяжки сальника, соответственно, создается высокое напряжение и трение в сальниковом узле, для преодоления которого нужно создавать пружинами большое усилие для предварительного поджатия седла к пробке.
Технической задачей, решаемой предполагаемой полезной моделью, является повышение герметичности шарового крана в течение всего срока эксплуатации, а соответственно надежности, безопасности, долговечности и конкурентоспособности по техническим, экономическим и эксплуатационным показателям.
Поставленная задача достигается тем, что кран шаровой, характеризующийся тем, что имеет корпус с верхним разъемом с входным и выходным патрубками, с установленной между подпружиненными седлами шаровой пробкой, при этом уплотнение пробки выполнено по схеме уплотнения металл-металл, а в закрытом положении герметичность седла входного патрубка обеспечивается усилием пружин, поджимающих входное седло к пробке и дополнительным усилием, создаваемым давлением рабочей среды на торцевую поверхность седла, отличающийся тем, что седло входного патрубка уплотнено в корпусе посредством упругих уплотнительных элементов S-образного профиля, седло выходного патрубка уплотнено в патрубке посредством упругих уплотнительных элементов S-образного профиля.
Применение нескольких упругих уплотнительных элементов (колец) S-образного профиля образует лабиринт, снижающий давление на каждое последующее кольцо и обеспечивая более высокую герметичность и надежность уплотнения, позволяет значительно уменьшить усилие для затяжки сальника, а соответственно, снизить напряжение и трение в сальниковом узле, что приведет к значительному уменьшению необходимого усилия пружин для предварительного поджатия седел к пробке, и соответственно, увеличить надежность уплотнения.
Для исключения возможности заклинивания в нижней части пробки выполнен паз, в котором размещен шип муфты, паз муфты соединен с шипом вала, а за счет паза и шипа, расположенных перпендикулярно, обеспечивается соосность вала, муфты и пробки, и исключается возможность заклинивания пробки, так как обеспечивается возможность самоцентрирования пробки при воздействии на пробку давления среды или отклонениях при изготовлении. В центральной части вала имеется бурт. Второй конец вала размещен во втулке, установленной в корпусе. Между втулкой и буртом вала установлена тарельчатая пружина (демпфер), обеспечивающая возможность перемещения вала, пробки и седел. Возможность перемещения обеспечивается за счет того, что тарельчатая пружина постоянно находится в состоянии рабочей деформации и воздействует на бурт вала и втулку. Так как вал может перемещаться по вертикальной оси, то при изменении веса пробки во время заполнении рабочей средой или при изменении температуры, пружина деформируется и перемещает вал, а соответственно, и пробку и седла в пределах предусмотренных допусков.
В верхней части пробки выполнен паз, в котором размещен шип муфты, паз муфты соединен с шипом шпинделя, передающем крутящий момент, а за счет паза и шипа, расположенных перпендикулярно, обеспечивается соосность шпинделя, муфты и пробки, и исключается возможность заклинивания пробки, так как обеспечивается возможность самоцентрирования пробки при воздействии на пробку давления среды или отклонениях при изготовлении.
Крышка крана шарового через уплотнительный элемент посредством резьбовых элементов закрывает и герметизирует основной разъем или, как вариант - плавающая крышка, посредством уплотнительных элементов и разрезного кольца закрывает и герметизирует основной разъем крана шарового. Подача рабочей среды в кран шаровой -односторонняя, по направлению стрелки.
Пример выполнения предлагаемого шарового крана представлен на чертежах.
На фиг. 1 показана конструкция предлагаемого шарового крана в разрезе.
На фиг. 2 изображена выноска А, где представлено соединение и взаимное расположение вала, шаровой пробки и муфты.
На фиг. 3 изображена выноска Б, где представлено соединение и взаимное расположение шпинделя, шаровой пробки и муфты.
На фиг. 4 изображена выноска В, где представлено седло выходного патрубка.
Кран шаровой содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками, крышку 4 закрепленную посредством шпилек 5 и гаек 6 к фланцу 7 корпуса 1, образующих верхний разъем. Внутри корпуса установлена шаровая пробка 8, которая через муфту 9 опирается на вал 10, установленный во втулке 11, закрепленной в корпусе 1. В установочном гнезде Г со стороны входного патрубка установлено подпружиненное седло 12, контактирующее с шаровой пробкой 8. В установочном гнезде Д установлено подпружиненное седло 13, контактирующие с шаровой пробкой 8. Гнездо Д каналом Е соединено с внутренней полостью Ж крана шарового. Седло 12 входного патрубка 2 уплотнено в корпусе 1 посредством упругих уплотнительных элементов S-образного профиля 17, а седло 13 выходного патрубка 3 уплотнено в патрубке посредством упругих уплотнительных элементов S-образного профиля 18.
Внизу шаровой пробки 8 выполнен паз П (Фиг. 2), в котором размещен шип К муфты 9, в свою очередь, в паз Л муфты 9 входит шип М вала 10, а за счет пазов П и Л, расположенных перпендикулярно, обеспечивается соосность вала 10, муфты 9 и пробки 8, и исключается возможность заклинивания пробки 8. В центральной части вала 10 имеется бурт Н. Между валом 10 и втулкой 11 установлена тарельчатая пружина 14 (демпфер), обеспечивающая возможность перемещения вала 10, пробки 8 и седел 12 и 13.
В верхней части шаровой пробки 8 выполнен паз П (Фиг. 3), в котором размещен шип Р муфты 15, в свою очередь, паз С муфты 15 в котором размещен шип Т шпинделя 16, а за счет пазов П и С, расположенных перпендикулярно, обеспечивается соосность шпинделя 16, муфты 15 и пробки 8.
Подача рабочей среды в кран шаровой - по направлению стрелки. Перекрывание потока рабочей среды осуществляется поворотом шаровой пробки 8 на угол 90 градусов.
В закрытом положении герметичность крана обеспечивается усилием пружин, поджимающих седло входного патрубка 12 к пробке 8 и дополнительным усилием, создаваемым давлением рабочей среды на торцевую поверхность У седла 12. Герметичность между подпружиненным седлом 12 и корпусом 1 обеспечивается упругими уплотнительными элементами S- образного профиля 17, установленными в гнезде Ф седла 12, и поджимаемым его при завинчивании по резьбовой поверхности Ц. Контроль герметичности крана в местах контакта шаровой пробки и подпружиненного седла производится путем контроля протечек через отверстие Ч, пересекающего кольцевую проточку Ш.
Седло 13 загерметизировано в корпусе 1 крана шарового посредством упругих уплотнительных элементов S- образного профиля 18 (Фиг. 4), установленных в гнезде Ю седла 13 и обжатых посредством упора 19 и гайки 20, завинчиваемой по резьбе А1.
Использование заявленного крана шарового позволит обеспечить повышение герметичности в течение всего срока эксплуатации, высокую надежность при эксплуатации, безопасность, долговечность и конкурентоспособность по техническим, экономическим и эксплуатационным показателям.
Источники информации, принятые во внимание при определении технического уровня:
1. Описание к патенту на изобретение №2108512 F16K 5/20, опубликовано 10.04.1998.
2. Описание к патенту на полезную модель №45494 F16K 5/20, опубликовано 10.05.2005.
3. Описание к патенту на изобретение №2396474 F16K 5/20, опубликовано 10.08.2010 (Прототип).