Кран шаровой
BALL VALVE

Область техники.
Изобретение относится к трубопроводной арматуре, и может быть использовано в конструкции кранов шаровых, предназначенных для перекрытия транспортируемой среды в системах газовых магистральных и технологических трубопроводов.
Предшествующий уровень техники.
Известен шаровой кран, в корпусе которого установлены поворотная пробка с проходным каналом и два седла с уплотнительными элементами, контактирующими с поворотной пробкой. На внутренней поверхности корпуса коаксиально каждому седлу установлено с возможностью перемещения кольцо, образующее с седлом кольцевую полость для смазки и взаимодействующее с поворотной трубкой с возможностью образования замкнутого контура с уплотнительным элементом для обеспечения дополнительной герметизации при подаче смазки (см. патент РФ на изобретение № 2059137, МПК F16K 5/06, F16K 5/22, опубл. 27.04.1996 г.).
Недостатком этого шарового крана является возможность разрушения элемента и потеря герметичности крана из-за накопления механических примесей в зазоре между пробкой и седлом при открытом положении крана и при повороте пробки.
Известен также шаровой кран, содержащий неразъемный корпус с входным и выходным патрубками, шаровую поворотную пробку на опорах и два седла, прижатых пружинами к пробке, каждое из которых содержит уплотнительное полиуретановое кольцо, закрепленное в обойме, обойму с отверстиями для подвода смазки - герметика в зазор между пробкой и обоймой, при этом седло снабжено прижимным кольцом и защитным металлическим кольцом, контактирующим с шаровой поверхностью пробки и установленным в обойме в глухом кольцевом пазу с отверстиями под пружины и стопорными винтами, прижимное кольцо выполнено с отверстиями для закрепления в обойме уплотнительного кольца, а обойма выполнена с фланцем и уступом, причем во фланце выполнены отверстия под пружины прижима седла к пробке, а защитное металлическое кольцо выполнено замкнутым из листового проката и расположено между проходным отверстием обоймы и отверстиями для подвода герметика к пробке (см. патент РФ на изобретение № 2334149, МПК F16K 5/20, F16K 5/06, F16K 25/00, опубл. 20.09.2008 г.).
В известном шаровом кране пружины, прижимающие уплотнительное кольцо к шаровой поворотной пробке, расположены на внешней периферии седла, а пружины, прижимающие металлическое кольцо к шаровой поверхности пробки, расположены вблизи внутреннего отверстия седла. Однако такое расположение пружин в шаровых кранах приводит к увеличению габаритных размеров и массы шарового крана.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному техническому решению является известный кран шаровой, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, шаровую поворотную пробку на опорах и два седла, прижатых пружинами к пробке, каждое из которых содержит уплотнительное кольцо и защитное металлическое кольцо, прижимаемое пружинами к шаровой пробке, при этом дополнительно введено металлическое кольцо, в котором выполнены сквозные и несквозные отверстия, причем пружины, взаимодействующие с седлом, установлены в сквозных отверстиях, а взаимодействующие с защитным кольцом - в несквозных отверстиях, причем введенное металлическое кольцо закреплено на защитном кольце (см. патент РФ на изобретение № 2660762, МПК F16K 5/20, F16K 5/06, опубл. 09.07.2018 г.).
Недостатком известного шарового крана является то, что для вращения шаровой пробки в корпус крана введен с наружной поверхности шпиндель, который удерживается крепежным устройством (на чертежах не показано). При этом шпиндель сохраняет возможность быть выдавленным из корпуса давлением транспортируемой среды, что снижает надежность работы крана, повышает трудоемкость изготовления крана, увеличивает габариты и массу крана.
Раскрытие изобретения.
Задачей настоящего изобретения является повышение надежности и безопасности работы крана шарового за счет исключения возможности выдавливания шпинделя из корпуса крана давлением транспортируемой среды.
Техническим результатом, достигаемым при решении настоящей задачи, является обеспечение возможности монтажа шпинделя из внутренней полости корпуса крана за счет круглой и квадратной форм частей шпинделя и введения квадратного отверстия по оси опоры шаровой пробки.
Кроме этого уменьшается трудоемкость изготовления, а также габаритные размеры и масса крана за счет исключения необходимости крепежного устройства.
Указанный технический результат достигается тем, что в кране шаровом, содержащим корпус с входным и выходным патрубками, шаровую пробку в опорах с проходным отверстием, два седла с защитными металлическими кольцами, прижимаемыми пружинами к пробке, и шпиндель, часть которого герметично установленная в корпусе, выполнена круглой, согласно изобретения, часть шпинделя и отверстие в шаровой пробке, в котором эта часть шпинделя установлена, выполнены квадратной формы, при этом диаметр круглой части шпинделя меньше диаметра окружности, вписанной в квадрат другой части шпинделя, а квадратное отверстие в шаровой пробке, размещенное по оси опоры, соединяет наружную поверхность шаровой пробки с проходным отверстием.
Целесообразно, чтобы в корпус крана была дополнительно введена шайба, установленная отверстием на круглой части шпинделя и имеющая наружную поверхность, диаметр которой больше диагонали квадратной части шпинделя, при этом одна плоскость шайбы взаимодействует с торцевой плоскостью квадратной части шпинделя, не перекрытой круглой частью шпинделя, а другая плоскость шайбы взаимодействует с плоскостью в корпусе крана.
В квадратном отверстии установлена квадратная часть шпинделя, а другая часть шпинделя выполнена круглой, при этом диаметр круглой части шпинделя  меньше диаметра окружности, вписанной в квадрат другой части шпинделя, что исключает возможность выдавливания шпинделя из корпуса крана.
Наличие в корпусе крана шайбы, установленной отверстием на круглой части шпинделя и имеющая наружную поверхность, диаметр которой больше диагонали квадратной части шпинделя, при этом одна плоскость шайбы взаимодействует с торцевой плоскостью квадратной части шпинделя, не перекрытой круглой частью шпинделя, а другая плоскость шайбы взаимодействует с плоскостью в корпусе крана, что исключает возможность выдавливания шпинделя из корпуса крана, защищает корпус крана от повреждений квадратной частью шпинделя и обеспечивает уменьшение крутящего момента, необходимого для управления краном.
Краткое описание чертежей.
Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 изображён главный вид крана шарового в положении «Открыто», продольный разрез; на фиг. 2 - выносной элемент А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - шпиндель в трехмерной проекции.
Позиции на чертежах обозначают следующее: 1 - корпус; 2 - входной патрубок; 3 - выходной патрубок; 4 - шаровая пробка в опорах; 5 - проходное отверстие в шаровой пробке 4; 6 - подпружиненные седла с защитными кольцами; 7 - шпиндель; 8 - круглая часть шпинделя 7; 9 - квадратная часть шпинделя 7; 10 - торцевая плоскость квадратной части шпинделя 7; 11 - ось опоры; 12 - квадратное отверстие шаровой пробки 4; 13 - наружная поверхность шаровой пробки 4; 14 - шайба; 15 - отверстие в шайбе 14; 16 - наружная поверхность шайбы 14; 17 - плоскость шайбы 14; 18 - другая плоскость шайбы 14; 19 - плоскость в корпусе 1 крана.
Подробное описание изобретения.
Кран шаровой содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками, шаровую пробку в опорах 4, с проходным отверстием 5, подпружиненные седла с защитными кольцами 6, и шпиндель 7 (фиг. 1). Часть шпинделя 7, герметично установленная в корпусе 1, выполнена круглой 8, а часть шпинделя 7, установленная в шаровой пробке 4, выполнена квадратной 9. При этом круглая часть 8 шпинделя 7 вписана в торцевую плоскость 10 квадратной части 9 шпинделя 7 (фиг. 1,2,3,4). Диаметр круглой части 8 шпинделя 7 выполнен меньше диаметра окружности, вписанной в квадрат 9 другой части шпинделя 7.
В шаровой пробке 4 по оси опоры 11 выполнено квадратное отверстие 12, соединяющее наружную поверхность 13 пробки 4 с проходным отверстием 5 (фиг. 1). В корпус 1 крана дополнительно введена шайба 14, установленная отверстием 15 на круглой части 8 шпинделя 7 и имеющая наружную поверхность 16, диаметр которой больше диагонали квадратной части 9 шпинделя 7, при этом одна плоскость 17 шайбы 14 взаимодействует с торцевой плоскостью 10 квадратной части 9 шпинделя 7, не перекрытой круглой частью 8 шпинделя 7, другая плоскость 18 шайбы 14 взаимодействует с плоскостью 19 корпуса 1 крана (фиг. 2).
Осуществление изобретения.
Кран шаровой работает следующим образом.
В положении «Открыто» (фиг. 1) давление транспортируемой среды создает на шпинделе 7 усилие, которое через торцевую плоскость 10 квадратной части 9 шпинделя 7, не перекрытой круглой частью 8 шпинделя 7, передается на шайбу 14 и корпус 1 крана, что исключает возможность выдавливания шпинделя 7 из корпуса 1 крана.
При создании крутящего момента по часовой стрелке приводом (на чертеже не покапзан) на шпинделе 7 шаровая пробка 4 поворачивается на 90° и перекрывает поток транспортируемой среды. При создании крутящего момента в противоположном направлении шпиндель 7 поворачивает шаровую пробку 4 в исходное положение.
В ООО Завод «Газпроммаш» (г. Саратов) были изготовлены опытные образцы предложенного крана шарового и проведены их испытания, доказавшие надежногсть и безопасность работы крана, снижение трудоемкости изготовления и уменьшения габаритных размеров и массы крана за счет исключения возможности выдавливания шпинделя 7 из корпуса 1 крана.