ЗАГОТОВКА ПРОБКИ ШАРОВОГО КРАНА

Заявляемая полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована при производстве заготовок для деталей трубопроводной арматуры, в частности пробок шаровых кранов, преимущественно с диаметром канала от 600 мм.
Как правило, пробки шаровых кранов выполняют в виде единой сферической детали или в виде двух полусфер, соединенных между собой.
Из уровня техники известны различные решения пробки шарового крана в виде цельной детали, чаще изготавливаемой посредством литья, свободной ковкой, раскаткой.
Так, известна пробка шарового крана, описанная в патенте №2393047, получаемая методом литья и представляющая собой литую сферическую деталь, при этом заготовки сферических пробок имеют высокий класс размерной точности и высокий коэффициент использования металла, а по прочностным свойствам полученные заготовки выпускаемой арматуры сравнимы с коваными.
Однако выполнение пробки в виде единой сферы влечет большие расходы, при литье таких пробок возникает необходимость привлечения высоких производственных мощностей. Так, например, при производстве шаровых кранов для крупных нефтегазопроводов диаметром 1000-1400 мм требуются мощности тяжелого машиностроительного предприятия. Мощности плавильных печей при этом должны составлять от 20 до 35 тонн соответственно, что экономически невыгодно небольшим производственным предприятиям. Кроме того, изготовление такой пробки является достаточно сложным технологическим процессом. Более того, в известном источнике информации при изготовлении пробки шарового крана цапфы отливают отдельно от сферического (или полусферического) элемента, после чего приваривают. При этом сварные швы приваренной цапфы и двух полусфер пересекаются, что негативно сказывается на качестве пробки. Отливаемые детали (полусферы) в данном случае получаются достаточно тяжелыми, питание их при литье организовать сложнее.
Из уровня техники известна также пробка шарового крана, выполненная сборной из нескольких деталей: шар с расположенной посередине направляющей трубой и внешней сваренной с направляющей трубой сферической оболочкой, причем между обеими проходят приваренные к ним проходящие перпендикулярно к направляющей трубе втулки, сферическая оболочка состоит из двух полусфер, причем промежуточное пространство между направляющей трубой и внешней сферической оболочкой залито высокопрочной заливочной массой, при этом направляющая труба и полусферы выполнены из тонкостенной стали или высококачественной стали, полусферы сварены друг с другом вдоль экватора сферы и уплощены на полюсах, а также снабжены там отверстиями для приема соответствующих втулок (патент РФ №2261390).
При изготовлении пробок шаровых кранов известной конструкции достаточно трудно контролировать плотность и качество сварного шва, соединяющего детали пробки, а различная плотность залитой высокопрочной массы приводит к дополнительной нагрузке на узлы шарового крана и, как следствие, к его быстрому износу.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является создание составной заготовки пробки шарового крана, характеризующейся простотой изготовления, технологичностью, производство которой (любых типоразмеров) возможно реализовать на предприятиях небольшой мощности. Основное плавильное и прессовое оборудование при этом имеет мощности в 2-5 раз меньше, чем при производстве целиковых литых или кованых, или горячештампованных заготовок пробок шаровых кранов.
Технический результат, достигаемый при использовании заявляемой полезной модели, заключается в расширении арсенала известных средств.
кан
кан
Поставленная задача решается тем, что заготовка пробки шарового крана, согласно техническому решению, выполнена из четырех сегментов, сопряженных между собой посредством сварки с образованием сферического элемента с центральным каналом и цапфами, при этом одна пара двух расположенных друг напротив друга сегментов содержит зоны уплотнения пробки, а другая пара двух расположенных друг напротив друга сегментов выполнена с цапфами. Пара сегментов с цапфами может быть выполнена посредством литья или обработки металлов давлением. Пара сегментов с зонами уплотнения также может быть выполнена посредством литья или обработки металлов давлением независимо от способа изготовления другой пары сегментов. Длина А и ширина В сегментов, содержащих зоны уплотнения, относятся к диаметру центрального канала пробки D как (0,3-2,5):(0,3-2,0):1, а длина С и ширина Д сегментов, содержащих цапфы, относятся к диаметру канала пробки D как (0,5-1,3):(0,5-1,5):1. Сегменты заготовки могут быть выполнены с ребрами жесткости.
Заявляемая полезная модель иллюстрируется следующими чертежами, на которых:
на фиг. 1 схематично представлен вид стандартной пробки шарового крана, выполненной в виде единой монолитной детали,
на фиг. 2 представлен сегмент заготовки с цапфой,
на фиг. 3 представлен сегмент заготовки, содержащий зону уплотнения,
на фиг. 4 схематично представлена сборка всех сегментов в заготовку,
на фиг. 5-7 схематично представлены варианты способов изготовления сегментов заготовки, в частности на фиг. 5 изображена схема литья сегмента с зоной уплотнения, а на фиг. 7 представлена схема штамповки такого сегмента. На фиг. 6 приведена схема литься сегмента с цапфой.
Позициями на чертежах обозначены:
1 - сегмент с цапфой,
2 - сегмент с зоной уплотнения,
3 - сварочный шов,
4 - зона уплотнения,
кан
5 - центральный канал диаметром D,
6 - цапфа.
Заявляемая заготовка пробки шарового крана может найти широкое применение на производствах небольшой мощности в силу отсутствия необходимости оснащения производств средствами литья деталей сложных форм или прессо-штамповочного оборудования.
Заготовка выполнена из четырех сопряженных между собой сегментов, попарно симметрично расположенных. При соединении всех сегментов посредством сварки образуется заготовка пробки шарового крана, имеющая сферическую форму. Все сегменты могут быть изготовлены посредством литья или штамповки. На фиг. 7 схематично изображена матрица пресса со штампом для изготовления сегмента 2. Данный штамп достаточно легок в изготовлении, прост в использовании и может быть применен на прессах мощностью до 70 МН, в отличие от прессов мощностью от 250 МН, предназначенных для выполнения штамповок цельных пробок. Сегменты заготовки могут быть изготовлены как методом горячей штамповки, так и методом свободной ковки.
Для облегчения веса сегментов заготовки они могут быть выполнены тонкостенными с ребрами жесткости, обеспечивающими сохранение прочностных параметров заготовки.
В качестве материала изготовления заявляемых заготовок могут быть использованы углеродистые и легированные стали.
На фиг. 5 и 6 изображены схемы литья отдельных сегментов заготовки. Основное плавильное и прессовое оборудование при этом имеет мощности в 2-5 раз меньше, чем при производстве целиковых литых или кованых, или горячештампованных заготовок пробок шаровых кранов. При этом качество изготовления отдельных сегментов простой формы всегда лучше, чем при изготовлении единой сферической детали. Металл заполняет простую форму, имеющую небольшую протяженность. При литье металл не остывает при заполнении, и отливка питается очень просто и надежно. При изготовлении цельной пробки необходимо существенно изменять геометрию отливки для обеспечения направленного затвердевания. При изготовлении цельной детали методом обработки металла давлением необходимо изготовить сложную пресс-форму и иметь существенные мощности пресса.
Изготовленные методом литья сегменты заготовки представляют собой простую отливку, которая располагается в литейной форме лицевой стороной вниз, обеспечивая тем самым качественную поверхность и структуру отливки (см. Фиг. 5). Сегменты заготовки с цапфами также представляют собой простую отливку, которая располагается в форме цапфой вниз (см. Фиг. 6).
Свариваемые части представляют собой сегменты пробки, которые включают в себя зоны уплотнения пробки и сегменты пробки, образующие цапфы и части канала.
Сварные швы при этом выполнены таким образом, что исключена возможность их пересечения.
кан
Габаритное деление сегментов определяется соотношением размеров А, В, С, D и диаметром центрального канала (D). Так, для соблюдения прочностных характеристик заготовки шарового крана, а также обеспечения возможности их сварки с припуском на механическую обработку, необходимо выполнение следующих соотношений:
кан
A:B:D=(0,3-2,5):(0,3-2,0):1
кан
C:D:D=(0,5-l,3):(0,5-l,5):1
Пример конкретного выполнения.
Изготовлена заготовка пробки для шарового крана диаметром 1000 мм, состоящая из четырех сегментов, при этом два сегмента с зонами уплотнения имеют размеры А=1250 мм, В=1170 мм, а два других сегмента с цапфами имеют габариты С=842 мм, D=1170 мм. Все составные сегменты изготовлены методом литья из стали 20 ГМЛ и сварены между собой сварным швом.