УПЛОТНЕНИЕ ШАРОВОГО КРАНА

Полезная модель относится к области трубопроводной арматуры и может быть использовано в конструкциях шаровых кранов.
Известна конструкция уплотнения шарового крана по патенту Японии №57054780, МПК F16K 5/20, в которой в качестве упругого элемента используется конического сечения тарельчатая пружина, опирающаяся по наружному диаметру на корпус крана, а по внутреннему диаметру - на оправку, в кольцевом пазу которой размещено уплотнительное седло.
Недостатком известной конструкции является необходимость высокоточной обработки цилиндрических посадочных поверхностей корпуса крана и оправки седла для обеспечения уплотнения этих поверхностей посредством резиновых колец и предотвращения вероятности возникновения малейших перекосов в конструкции уплотнения.
Известна конструкция уплотнения шарового крана по патенту РФ №2218501, МПК F16K 5/06, в которой шар контактирует с кольцевыми седлами (прокладками). Седла установлены в центральном отверстии втулок П-образного сечения. Прилежащие к седлам стенки втулок предназначены для компенсации износа седел за счет упругой деформации втулок.
Недостатком известной конструкции шарового крана является то, что уплотнение контактной поверхности между запорным шаром и седлом определяется главным образом упругими характеристиками самого седла, а не втулки П-образного сечения. Поэтому износ седла не удастся скомпенсировать упругими напряжениями во втулке П-образного сечения.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является конструкция уплотнения шарового крана по патенту Великобритании №2198500, МКП F16K 5/06, принятая в качестве прототипа, в которой уплотнительные элементы образованы посредством соединенных между собой колец, изготовленных из листового металла, одно из которых (наружное) опирается на корпус крана, а во втором закреплено уплотнительное седло круглого поперечного сечения, изготовленное из антифрикционного материала.
Недостатком известной конструкции является сложность ее изготовления с точки зрения герметичного охвата стенкой металлического кольца тела уплотнительного седла.
Кроме того, в этой конструкции недостаточно надежно решена проблема уплотнения упругого элемента относительно корпуса крана.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является создание технологичной конструкции уплотнения шарового крана, а также повышение эффективности уплотнения шарового крана.
Сущность предлагаемой полезной модели заключается в следующем.
Уплотнение шарового крана выполнено в виде упругодеформируемого элемента, установленного в расточке корпуса крана, и содержащего соединенные между собой наружное и внутреннее металлические кольца и размещенное внутри них седло. Наружное кольцо имеет форму цилиндрического канала, внутреннее кольцо имеет Г-образное сечение, размещено в полости канала наружного кольца и оперто на его днище, а седло запрессовано в радиальный зазор, образованный между цилиндрическими стенками наружного и внутреннего колец. На стыке цилиндрической и радиальной стенок внутреннего кольца выполнена фаска, внешняя цилиндрическая стенка наружного кольца выполнена двухступенчатой со ступенькой меньшего диаметра, прилежащей к радиально расположенной стенке наружного кольца, а
участок наружной стенки внешнего кольца со ступенькой большего диаметра прилежит к стенке корпуса крана.
Между цилиндрической поверхностью ступеньки меньшего диаметра наружного кольца и цилиндрической поверхностью стенки корпуса крана размещены два резиновых уплотнительных кольца и разделяющее их дистанционное кольцо, которое выполнено с боковыми пазами круглого сечения, радиус которых соответствует половине радиального зазора между цилиндрическими стенками корпуса крана и наружного кольца.
На внутренней цилиндрической поверхности внутреннего кольца выполнены рифления пилообразного профиля.
На внутренней цилиндрической поверхности внутреннего кольца выполнены глухие отверстия круглого сечения, размещенные в шахматном порядке, оси которых повернуты относительно радиального направления под углом 10-15 градусов в направлении торца цилиндрической стенки кольца.
Внутренняя стенка наружного кольца подвергнута обкатке роликом и расположена под углом 3-5 градусов относительно оси симметрии кольца.
На фиг.1 изображен местный разрез шарового крана; на фиг.2 и 3 - варианты изготовления упругодеформируемого элемента.
Кран содержит (фиг.1) разъемный корпус 1, расположенный в полости корпуса шар 2 со сквозным отверстием "А" и два уплотнения, расположенные в конструкции крана симметрично относительно вертикальной оси вращения шара 2 (на фиг.1 условно изображено только одно из них). И при описании конструкции упоминаются детали только одного уплотнения шарового крана.
Уплотнение шарового крана содержит упругодеформируемый элемент, образованный посредством взаимного соединения наружного 3 и внутреннего 4 колец, уплотнительное седло 5, изготовленное из
композитного антифрикционного материала и расположенное в радиальном зазоре "з" между цилиндрическими стенками колец 3 и 4, два резиновых уплотнительных кольца 6, центровочное кольцо 7, стопорное кольцо 8 и дистанционное кольцо 9.
Наружное кольцо 3 упругодеформируемого элемента образует цилиндрический канал "к" (фиг.2). Внутреннее кольцо 4 имеет Г-образное сечение, размещено в полости цилиндрического канала "к" наружного кольца 3 и оперто на днище "д" наружного кольца 3 (фиг.1-3).
Соединение наружного 3 и внутреннего 4 колец упругодеформируемого элемента между собой выполнено посредством сварки (условно не показана).
Внешняя цилиндрическая стенка наружного кольца 3 выполнена двухступенчатой со ступенькой меньшего диаметра, прилежащей к радиально расположенной стенке кольца. При установке в полости крана упругодеформируемого элемента участок наружной стенки внешнего кольца 3 со ступенькой большего диаметра прилежит к стенке корпуса 1 крана.
Для фиксации упругодеформируемого элемента в радиальном направлении использовано Г-образного сечения центровочное кольцо 7. Для фиксации упругодеформируемого элемента в осевом направлении использовано разрезное стопорное кольцо 8 прямоугольного сечения, заходящее в радиальный паз, выполненный в корпусе 1 шарового крана.
В радиальном в зазоре между цилиндрической стенкой корпуса 1 крана и участком внешней цилиндрической стенки наружного кольца 3 меньшего диаметра размещены два резиновых уплотнительных кольца 6 и разделяющее их дистанционное кольцо 9. Дистанционное кольцо 9 изготовлено из композиционного материала и выполнено с боковыми пазами круглого сечения, радиус которых соответствует половине радиального зазора между цилиндрическими стенками корпуса 1 крана и наружного кольца 3 упругого элемента.
Для фиксации и уплотнения седла 5 относительно упругодеформируемого элемента материал седла запрессован в радиальный зазор "з" между цилиндрическими стенками наружного 3 и внутреннего 4 колец упругого элемента с опорой на днище "д" наружного кольца 3. При этом для более надежной фиксации материала седла 5 относительно упругодеформируемого элемента на стыке внутренней поверхности цилиндрической стенки и торцевой поверхности радиальной стенки внутреннего кольца 4 выполнена фаска под углом α, образующая между поверхностями фаски внутреннего кольца 4 и днища "д" наружного кольца 3 дополнительную полость "п".
Предусмотрены так же варианты дополнительной фиксации материала седла 5 в радиальном зазоре "з" упругого элемента посредством рифлений "р" пилообразного профиля, выполненных на внутренней цилиндрической поверхности внутреннего кольца 4 (фиг.2), или посредством глухих цилиндрических отверстий "о" (фиг.3), выполненных на той же поверхности внутреннего кольца 4.
Глухие цилиндрические отверстия «о», выполненные на внутренней цилиндрической поверхности внутреннего кольца 4, размещены в шахматном порядке, при этом, оси отверстий «о» повернуты относительно радиального направления под углом γ=10-15 градусов в направлении торца цилиндрической стенки кольца.
Кроме того, предусмотрена фиксация материала седла 5 относительно упругодеформируемого элемента за счет обжатия тела седла 5 путем обкатки с помощью ролика внутренней цилиндрической стенки наружного кольца 3. При этом угол β между осью симметрии наружного кольца 3 и поверхностью его внутренней цилиндрической стенки после обжатия при обкатке роликом составляет 3-5 градусов (фиг.2 и 3).
После запрессовки материала седла 5 в радиальный зазор "з", образуемый цилиндрическими стенками наружного 3 и внутреннего 4 колец, и обкатки внутренней цилиндрической стенки наружного кольца 3
роликом тело седла 5 с торца обточено на токарном станке с образованием конической рабочей поверхности седла 5, соприкасающейся со сферической поверхностью шара 2.
Шаровой кран работает следующим образом.
В открытом положении крана (фиг.1) ось пропускного отверстия "А" в шаре 2 совпадает с осью отверстий "Б" в корпусе 1 крана. Для перевода крана в закрытое состояние шар 2 поворачивают вокруг его вертикальной оси в положение, при котором ось его сквозного отверстия "А" становится перпендикулярной оси отверстий "Б" в корпусе 1 крана. В этом положении шара 2 уплотнительное седло 5, расположенное в радиальном зазоре "з" между стенками наружного 3 и внутреннего 4 колец упругого элемента, прижатое к сферической поверхности шара 2 за счет упругой деформации наружного кольца 3, опирающегося на стенки корпуса 1 крана, препятствует перетеканию перекачиваемой через шаровой кран жидкой среды.
Резиновые уплотнительные кольца 6 исключают возможность перетекания перекачиваемой жидкости через радиальный зазор между наружным кольцом 3 упругого элемента и цилиндрической стенкой корпуса 1 крана.
Наличие контакта между конической поверхностью седла 5 и сферической поверхностью шара 2 обеспечивает надежное взаимное уплотнение этих поверхностей и требуемую герметичность шарового крана в его закрытом состоянии.
Предложенная конструкция технологична в изготовлении, а благодаря созданию надежного уплотнения седла относительно упругого элемента и упругого элемента относительно корпуса крана, повышается эффективность уплотнения шарового крана.