УЗЕЛ УПЛОТНЕНИЯ ШАРОВОЙ ПРОБКИ ШАРОВОГО КРАНА

Полезная модель относится к арматуростроению, в частности к узлам уплотнения шаровых пробок, используемых в шаровых кранах и может быть использована для герметизации шаровых кранов больших диаметров, находящихся под высоким давлением.
Известны конструкции уплотнительного узла шарового крана [патенты SU 1639437, SU 1479010]. В корпусе последнего установлены шаровая сферическая пробка в опорах и подпружиненные седла с уплотнениями, состоящие из нескольких частей, причем торцевые поверхности металлических частей и упругого уплотнения контактируют со сферической поверхностью пробки.
Однако, уплотнительные узлы в данных шаровых кранах не обеспечивают высокую степень надежности в течение длительного времени работы шарового крана на высоких давлениях и при больших условных проходах трубопроводов.
Известен также узел уплотнения шаровой пробки шарового крана, [патент RU 2000018]. Седла в корпусе шарового крана установлены неподвижно и с зазором к пробке. Уплотнитель выполнен составным, одна из сопрягаемых частей выполнена в виде упора с кольцевой проточкой под уплотнение и подпружинена в осевом направлении относительно седла. Вторая сопрягаемая часть выполнена ступенчатой и установлена с зазором относительно седла. Обе части выполнены с уступами, между которыми установлены уплотнения. Торцевые поверхности выступов и уплотнений контактируют со сферической поверхностью пробки. Пробка установлена относительно седла с возможностью осевого перемещения. Уплотнитель снабжен третьей сопрягаемой частью, выполненной с двумя уступами, подпружиненной относительно седла и установленной с зазором относительно двух частей. Между уступом второй части и одним уступом третьей установлен уплотнительный элемент. Вторая и первая части, третья и первая части сопряжены между собой по направляющим поверхностям.
Однако и этот узел уплотнения с течением времени не обеспечивает высокой степени надежности на высоких давлениях и при больших условных проходах трубопроводов.
Наиболее близким аналогом является изобретение [авт. свид. SU 1455108], в котором представлен уплотнительный узел шарового крана, состоящий из двух частей: одна часть на входе, другая - на выходе шарового крана. Узел уплотнения представлен в виде разъемного кольцевого седла, которое состоит из наружной и внутренней втулок, контактирующих между собой по цилиндрической поверхности и образующих гнездо заделки упругого уплотнительного кольца, имеющее кольцевую щель для выхода указанного кольца. Гнездо заделки образовано наружной поверхностью внутренней втулки и внутренней кольцевой расточкой в наружной втулке, цилиндрическая поверхность которой ограничена со стороны пробки конической поверхностью, а с противоположной стороны - упорной поверхностью, перпендикулярной к продольной оси крана. Уплотнительное кольцо выполнено с аналогичным гнезду заделки профилем поперечного сечения. Для повышения надежности работы наружная поверхность внутренней втулки в зоне гнезда заделки выполнена конической, сходящейся с конической поверхностью наружной втулки, а линия перехода к конической поверхности внутренней втулки расположена в плоскости упорной поверхности наружной втулки. Конфигурация профиля поперечного сечения уплотнительного кольца выполнена с припуском по конической его поверхности относительно конической поверхности внутренней втулки.
Выполнение наружной поверхности внутренней втулки в зоне гнезда заделки конической, сходящейся с конической поверхностью наружной втулки и выполнение профиля уплотнительного кольца с припуском относительно конической поверхности внутренней втулки обеспечивают в процессе запрессовки уплотнительного кольца в гнездо заделки наличие клинового эффекта, при котором получаются высокие усилия обжатия уплотнительного кольца в гнезде заделки и уменьшается интенсивность износа кольца при вращении шаровой пробки.
Однако, данное техническое решение также не обеспечивает высокой степени надежности под высоким давлением и при больших условных проходах трубопроводов.
Задача полезной модели заключается в устранении вышеназванного недостатка, т.е. в повышении надежности узла уплотнения шаровой пробки шарового крана при высоких давлениях и при больших условных проходах трубопроводов.
Сущность полезной модели заключается в том, что в узле уплотнения шаровой пробки шарового крана, выполненного в виде разъемного кольцевого седла, имеющего плотно контактирующую своей торцевой поверхностью со сферической поверхностью пробки внутреннюю втулку и наружную втулку, взаимодействующие по цилиндрическим поверхностям и образующие гнездо заделки упругого уплотнительного кольца, имеющее кольцевую щель для выхода указанного кольца, причем гнездо заделки образовано наружной поверхностью внутренней втулки и внутренней кольцевой расточкой в наружной втулке, цилиндрическая поверхность которой ограничена со стороны пробки конической поверхностью, причем уплотнительное кольцо выполнено с аналогичным гнезду заделки профилем поперечного сечения, между внутренней и наружной втулками помещена подвижная промежуточная втулка с возможностью перемещения по наружной цилиндрической, не имеющих выступающих частей, поверхности внутренней втулки, причем промежуточная втулка имеет со стороны шаровой пробки на своей наружной поверхности выступ, на котором выполнена резьба для соединения с наружной втулкой, а коническая поверхность наружной втулки выполнена с возможностью обеспечения зазора со сферической поверхностью шаровой пробки.
Кроме того, между уплотнительным кольцом и внутренней втулкой по всей длине уплотнительного кольца установлена втулка из антифрикционного материала, например, из фторопласта.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в возможности обеспечения герметичности за счет устранения причин, ограничивающих возможности увеличения усилия, передаваемого на уплотнительное кольцо. Эта проблема не позволяла всем предшествующим
уплотняющим узлам, включая и наиболее близкий аналог, получить надежную работу узла уплотнения при высоких давлениях и при больших условных проходах трубопроводов. Конструктивно осуществление сохранения герметичности при износе уплотняющего кольца достигается предлагаемым усовершенствованием узла уплотнения, заключающегося в устранении контакта наружной втулки со сферической поверхностью шаровой пробки на все время работы, а также введением в узел уплотнения подвижной промежуточной втулки для передачи значительно больших усилий на уплотняющее кольцо, что в конечном результате приводит к значительному повышению надежности работы шарового крана. Механизм осуществления данного технического замысла изложен в формуле полезной модели в виде ряда особенностей выполнения: поверхностей контактирующих втулок, например, без выступающих частей в отличие от прототипа; выполнением резьбы на выступе, имеющимся на наружной поверхности промежуточной втулки шаровой пробки, фторопластовой втулки для снижения усилия трения между внутренней втулкой и уплотнительным кольцом.
Величина зазора определяется величиной внешнего усилия, сообщаемого на перемещаемую промежуточную втулку.
Заявляемая полезная модель поясняется с помощью фиг.1 и фиг.2, где на на фиг.1 изображен узел уплотнения, помещенный в шаровой кран, фиг.2 - узел уплотнения шаровой пробки, вынесенный из шарового крана отдельно.
В шаровом кране с корпусом 1, шаровой пробкой 2 с верхней 3 и нижней 4 опорами, шпинделем 5, соединенным с пробкой 2 штифтами 6, представлен узел уплотнения, выполненный в виде разъемного кольцевого седла 7, которое имеет внутреннюю втулку 8, на которой с возможностью перемещения по ее цилиндрической поверхности установлена промежуточная втулка 9, на которой, в свою очередь, помещена наружная втулка 10. Втулки 9, 10 соединены резьбой, выполненной на выступе на наружной поверхности промежуточной втулки 9 со стороны шаровой пробки 2, и вместе с внутренней втулкой 8 образуют гнездо заделки упругого уплотнительного кольца 11, имеющее кольцевую щель для выхода уплотнительного кольца 11, причем гнездо образовано наружной поверхностью внутренней втулки 8,
внутренней кольцевой расточкой в наружной втулке 10 и торцевой поверхностью промежуточной втулки 9. Наружная втулка 10 имеет со стороны шаровой пробки 2 коническую поверхность, которая выполнена с возможностью обеспечения зазора со сферической поверхностью шаровой пробки 2. Уплотнительное кольцо 11 имеет аналогичный гнезду заделки профиль поперечного сечения. Между внутренней втулкой 8 и уплотнительным кольцом 11 для снижения коэффициента трения установлена втулка 12 из фторопласта. Внутренняя втулка 8 имеет на наружной поверхности проточку 13 и сообщающиеся с ней каналы 14 для подачи герметизирующей смазки к сферической поверхности шаровой пробки 2, с которой контактируют торцевые поверхности внутренней втулки 8 и уплотнительного кольца 11. Уплотнительное кольцо 11 прижимается к сферической поверхности шаровой пробки 2 пружинами 15, а торцевая поверхность внутренней втулки 8 - гайкой 16. Промежуточная втулка 9 герметизируется на внутренней втулке 8 уплотнением 17. В корпусе 1 внутренняя втулка 8 герметизируется уплотнениями 18 и 19.
Узел уплотнения шаровой пробки шарового крана работает следующим образом. Под действием привода шпиндель 5 поворачивает по ходу часовой стрелки на 90° шаровую пробку 2 и перекрывает поток рабочей среды. В этом положении пробки уплотнительное кольцо 11 предотвращает переток рабочей среды из участка трубопровода, находящегося под давлением, в участок, предохраняемый от поступления рабочей среды. При этом при малом перепаде давления герметичность достигается под давлением пружин 15, а при большом - за счет усилия, создаваемого на уплотнении 18 рабочим давлением. Возможность передачи этого усилия обеспечивается подвижностью промежуточной втулки 9, соединенной по резьбе с наружной втулкой 10 и зазором между сферической поверхностью шаровой пробки 2 и торцевой конической поверхностью наружной втулки 10. Внутренняя втулка 8, контактирующая торцевой поверхностью с шаровой пробкой 2, защищает основное уплотнительное кольцо 11 от попадания твердых частиц из рабочей среды, которые могут разрушить его. В случае аварийной ситуации к сферической поверхности шаровой пробки 2 через каналы 14 и проточку 13
внутренней втулки 8 может быть подана герметизирующая смазка. При повороте шпинделя 5 против хода часовой стрелки на 90° шаровая пробка 2 устанавливается в положение «открыто».
Заявляемый вариант узла уплотнения шаровой пробки шарового крана конструктивно практически завершен и апробирован на территории завода-Заявителя изобретения и показал высокий результат.