ШАРОВОЙ КРАН

Полезная модель относится к трубопроводной арматуре и предназначена для перекрытия потока рабочей среды, транспортируемой по трубопроводу.
Известен шаровой клапан, содержащий сферический, состоящий из двух частей, корпус с отверстиями по обеим сторонам, и установленный в корпусе с возможностью вращения шаровой запорный орган со сквозным каналом для прохода среды, причем обе части корпуса соединены между собой кольцевым сварным швом (патент Японии №59174117, МПК F16K 27/10, публикация 1984 г.).
Известен шаровой кран для установки на трубопроводе, содержащий корпус и размещенный внутри корпуса шар, при этом корпус состоит из двух секций, каждая из которых имеет патрубок для стыковки с трубопроводом, в одной из секций выполнена радиальная расточка под приводной вал, при этом обе секции изготовлены литьем или штамповкой и соединены друг с другом посредством сварки (европейский патент №1712820, МПК F16K 27/00; F16K 27/10, публикация 2006 г.).
Недостатком существующих конструкций штампованных корпусов шаровых кранов, имеющих сложную геометрическую форму, является сложность и высокая стоимость необходимой для изготовления технологической оснастки, что приводит к увеличению стоимости самого изделия.
Недостатком существующих конструкций стальных отливок корпусов шаровых кранов, имеющих сложную геометрическую форму, является их низкая технологичность, что приводит к наличию литейных дефектов - трещин и раковин. Корпус крана имеет существенную разницу
в толщине стенок. Минимальная толщина стенки расположена в сферической (средней) части отливки, а максимальная - по краям, в зоне расположения фланца - с одной стороны, и патрубка для стыковки с трубой магистрального трубопровода - с другой стороны.
Усложняет конструкцию отливки сложный переход от сферической части к патрубку, размеры которого зависят от диаметра трубопровода, а также необходимость назначения припуска под механическую обработку в зоне установки уплотнительного элемента, что создает дополнительный массив металла в средней части отливки.
Сложная геометрическая конфигурация корпуса и перепады по толщине стенок не позволяют обеспечить стабильное качество в процессе изготовления отливок.
В процессе кристаллизации металла в отливке по высоте и по времени кристаллизуется сначала более тонкая стенка сферической (средней) части отливки, а затем более толстые стенки и в зоне массива металла. В результате неравномерной кристаллизации в отливке возникают большие внутренние напряжения, образуются усадочные зоны, и, как следствие, появляются трещины и раковины, что приводит к браку отливки.
Для устранения существующего недостатка целесообразно разделение отливок со сложной конфигурацией на более простые отливки с последующей их сваркой. Наиболее рационально отделить части корпуса, включающие патрубки, и выполнить их в виде отдельных отливок. Такое конструктивное решение позволит упростить литейную технологию, повысить качество отливок и уменьшить брак.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является создание экономичного и технологичного в изготовлении шарового крана путем разделения сложной по форме конструкции корпуса крана на отдельные, более простые элементы, что позволит существенно уменьшить брак в процессе литья, снизить массу отливки корпуса за счет более
рационального соотношения толщины стенок на основе расчетов прочности, что в итоге ведет к уменьшению стоимости производства шарового крана.
Сущность предложенной полезной модели заключается в следующем.
Шаровой кран для установки на трубопроводе содержит корпус, состоящий из соединенных друг с другом двух стальных секций изготовленных литьем, и размещенный внутри корпуса шар с проходным сечением, равным условному проходу трубопровода. Обе секции имеют патрубки для стыковки с трубопроводом, а в одной из секций выполнена радиальная расточка под приводной вал шара. Каждая секция выполнена составной и включает две части, одна из которых охватывает часть размещенного внутри корпуса шара, а другая содержит примыкающий к трубопроводу патрубок. Соединение обеих частей каждой секции осуществлено посредством сварного шва, расположенного в плоскости, перпендикулярной оси трубопровода.
Обе секции соединены посредством крепежных элементов.
Часть секции корпуса, содержащей радиальную расточку под приводной вал шара, имеет по длине ступенчатую форму с двумя цилиндрическими участками различного диаметра, соединенных коническим переходом, а примыкающая к ней часть другой секции имеет в основном сферическую форму.
Место соединения обеих частей каждой секции предварительно определено на основе компьютерного анализа процесса кристаллизации и оценки зон появления дефектов в существующих конструкциях отливок секций шаровых кранов.
Толщина стенок обеих частей каждой секции в месте их соединения выполнена минимальной, определяемой на основе расчета на прочность стенки элемента в месте соединения.
На представленном чертеже изображен шаровой кран в разрезе.
Шаровой кран для установки на трубопроводе содержит корпус, состоящий из первой секции 1 и второй секции 2, изготовленных литьем из стали, и соединенных друг с другом посредством крепежных элементов. Внутри корпуса размещен шар 3 с проходным сечением, равным условному проходу трубопровода, и с поворотной осью вращения, перпендикулярной оси трубопровода, а также уплотнительные элементы 4, 5, обеспечивающие герметизацию крана в положении «закрыто». В секции 1 выполнены две радиальные расточки, соответственно, под приводной вал 6 шара и опорную ось 7. Секции 1 и 2 выполнены составными и каждая из них включает две части, одна из которых охватывает часть размещенного внутри корпуса шара, а другая содержит примыкающий к трубопроводу патрубок 8 (секция 1) и патрубок 9 (секция 2).
Соединение обеих частей каждой секции осуществлено посредством сварных швов 10 и 11, расположенных в плоскостях, перпендикулярных оси трубопровода.
Часть секции 1 корпуса имеет по длине ступенчатую форму с двумя цилиндрическими участками 12, 13 различного диаметра, соединенных коническим переходом 14, а примыкающая к ней часть секции 2 имеет в основном сферическую форму.
Место соединения обеих частей в каждой секции может быть предварительно определено на основе компьютерного анализа процесса кристаллизации и оценки зон появления дефектов в существующих конструкциях отливок секций шаровых кранов.
С целью снижения внутренних напряжений, возникающих при разогреве массива металла при сварке, толщина стенок отливок обеих частей каждой секции в непосредственной близости от зон сварки выполнена минимальной, определяемой на основе расчета на прочность стенки элемента в месте соединения.
Предложенная конструкция позволяет повысить технологичность и снизить стоимость изготовления шарового крана.