ШАРОВОЙ КРАН

Полезная модель относится области арматуростроения и предназначена для использования при изготовлении шаровых кранов для газовой, химической и других областей промышленности.
Известно большое количество конструкций шаровых кранов и их усовершенствований, связанных с повышением износо- и коррозионной стойкости рабочих поверхностей шаровых кранов, например, патенты на изобретения №№2104434, 2192574.
Шаровой кран по патенту №2104434 содержит корпус, в котором размещен шаровой затвор, выполненный из сплава на алюминиевой основе с керамическим покрытием на сферических уплотнительных поверхностях и поверхности цилиндрического осевого отверстия.
Недостатком указанного шарового крана является тот факт, что из-за резкого отличия величин коэффициентов теплового расширения может происходить растрескивание керамических покрытий при изменениях температуры окружающей среды. Это резко ограничивает применимость подобных кранов. Кроме того, процесс нанесения керамического покрытия является сложным и трудоемким.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков является «Шаровой кран» по патенту №2192574, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, и размещенные в нем, шаровую пробку с проходным отверстием, седла и шпиндель управления шаровой пробкой и имеющий покрытие на рабочих поверхностях. Покрытие представляет собой слоистую структуру, причем наружный защитный слой - слой оксида алюминия, подслой - слой алюминия или слой анодируемого алюминиевого сплава.
Недостатком данного решения является то, что при «снашивании» и разрушении покрытия, меняются геометрические размеры конструкции шарового крана, что не обеспечивает стабильности его работы. Кроме того, не исключена вероятность «заклинивания» его, зависания в крайнем положении за счет возникновения сухого трения. В процессе эксплуатации свойства покрытия изменяются, и это также может привести к увеличению сопротивления открыванию и закрыванию крана и снижению безотказности его работы. Применение покрытий большой толщины связано с неоправданно большим расходом электроэнергии и, соответственно, удорожанием стоимости покрытия, кроме того они не безопасны для окружающей среды.
Задачей заявленного решения является обеспечение безотказности работы шарового крана, увеличение срока его службы, повышение качества крана и стабильности его функционирования, а также повышение износо- и коррозионной стойкости рабочих поверхностей и изделия в целом.
f
Поставленная цель достигается за счет того, что в шаровом кране, содержащем корпус с входным и выходным патрубками и размещенные в нем шаровую пробку с проходным отверстием, седла и шпиндель управления шаровой пробкой и имеющий покрытие на рабочих поверхностях, согласно данного решения рабочие поверхности модифицированы, по меньшей мере, одним слоем фторсодержащего олигомера, при этом толщина слоя составляет 4-20 нанометров. Рабочие поверхности шпинделя, седел и шаровой пробки могут быть модифицированы несколькими слоями фторсодержащего олигомера, при этом слой фторсодержащего олигомера представляет собой многокомпонентные системы общей формулы - RCOOH.
f
Технический результат достигается за счет того, что наличие абсорбированного слоя фторсодержащего олигомера на рабочих поверхностях шарового крана обеспечивает конструктивное постоянство геометрии и размеров покрытых деталей шарового крана, значительное возрастание действующих плоскостей скольжения или то же самое увеличение числа точек скольжения. Слой фторсодержащего олигомера имеет двойное действие абсорбционного пластифицирования на фрикционный контакт - понижение сопротивления сдвигу и понижение нормальных напряжений, что сглаживает поверхность контакта и снижает локальные напряжения. Слой фторсодержащего олигомера представляет многокомпонентные системы общей формулы - RCOOH. В основе его действия лежит эффект заключающийся в адсорбционном понижении прочности сопротивления деформации металла.
Технический результат достигается за счет того, что рабочие поверхности модифицированы слоем фторсодержащего олигомера, который увеличивает твердость основного металла деталей за счет образования «наклепа» и создания гарантируемого слоя, удерживающего адгезионную смазку, исключающую возникновение эффекта «сухого трения» и зависания (залипания) крана в крайнем положении. В результате чего, сохраняется постоянное сопротивление открыванию и закрыванию крана, что обеспечивает безотказность его работы.
Полезная модель поясняется чертежами.
На фиг.1 - общий вид шарового крана;
На фиг.2 - вид А, показана обработка седла.
Шаровой кран (фиг.1) состоит из корпуса 1 с входным и выходным патрубками 2, размещенные в нем шаровую пробку 3 с проходным отверстием, седла 4 и 5 и шпиндель управления 6 шаровой пробкой 3. Кроме этого конструкция шарового крана содержит втулку 7, кольцо 8, уплотнение 9, уплотнение седла 10, шайбу малую 11, кольцо нажимное 12, верхнюю шайбу 13 и нижнюю шайбу 14.
При изготовлении шарового крана рабочие поверхности шпинделя 6, шаровой пробки 3 и седел 4 и 5 подвергаются обработке слоями фторсодержащего олигомера, толщина которых составляет 4-20 нанометров. Обработка рабочих поверхностей производится до сборки изделия. В процессе эксплуатации управление шпинделем может осуществляться разными способами, например: вручную при помощи рукоятки, с помощью привода (гидропривода, электромеханического, зубчатого). Если конструкция привода содержит подшипник, то в этом случае рекомендуется модифицировать рабочие поверхности подшипника слоем фторсодержащего олигомера.
Абсорбированный слой фторсодержащего олигомера является мономолекулярным, но может быть образована и полимолекулярная пленка, в которой каждый слой будет состоять из вертикально ориентированных молекул. К металлу прикрепляются активные концы первого ряда, к их хвостам хвосты молекул второго ряда, а к их активным хвостам концы третьего ряда и т.д. Таким путем получаются пленки в десятки и сотни молекулярных слоев. При создании полимолекулярного слоя можно получить максимальную величину равную 140 нанометров.
В Приложении к заявке приведен отчет о проведении испытаний крана шарового на работоспособность и ресурсоемкость с использованием фтортензидного покрытия. Испытаниям подвергались два образца шарового крана с нанесением слоя фторсодержащего олигомера на рабочих поверхностях (шпинделе, шаровой пробке и подшипнике) и без него. Испытания на ресурсоемкость заключались в повороте рукоятки шаровых кранов на 90 градусов, совершая при этом полный цикл «открытие-закрытие». Каждый образец прошел 3000 циклов. После каждой серии из 300 циклов производились измерения крутящего момента открытия шарового крана, величины которых представлены в таблице отчета. Испытания показали, что указанные выше характеристики имеют значительно большее значение в случае использования фторсодержащего олигомера на рабочих поверхностях шаровых кранов, в части снижения крутящего момента, уменьшения сопротивления открыванию-закрыванию и повышению безотказности работы шарового крана в целом.
Заявленный шаровой кран имеет значительно больший ресурс при цикловой наработке, что обеспечивает безотказность его работы, увеличивает срок службы, повышает качество крана и стабильность его функционирования, а также повышает износо- и коррозионной стойкость рабочих поверхностей и изделия в целом. Детали шарового крана выполняются по известной технологии из доступных материалов и используются в составе трубопроводов, транспортирующих жидкости и газы.