ШАРОВОЙ КЛАПАН
BALL VALVE

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к ракетно-космической технике, и предназначено в качестве запорного клапана с ручным приводом, предназначенным для пропускания по тракту клапана потока рабочей среды при открытом положении клапана и для перекрытия потока рабочей среды при закрытом положении клапана, с защитой от нештатного срабатывания клапана.
Известен шаровой клапан (RU 2517467 C2, МПК F16K 5/20, F16K 43/00), состоящий из корпуса с входным и выходным штуцерами и двумя седлами, имеющими проходные отверстия со сферическими поверхностями для взаимодействия с перекрывающим проходное отверстие шаровым запорным элементом, в паз которого входит выступ штока. Седла выполнены в виде уплотнительных элементов. Со стороны входного штуцера седло подпружинено посредством двух тарельчатых шайб и установлено в выполненный в виде втулки подвижный уплотнительный элемент. Со стороны поворотного механизма установлен съемный дублирующий уплотнительный элемент в виде резьбового стакана с уплотнительной поверхностью и местом для установки съемной заглушки.
Недостатком данной конструкции является невозможность контроля фиксации запорного элемента клапана в его крайних положениях (ЗАКР и ОТКР) при вибродинамических, ударных и других полетных нагрузках на клапан.
Близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является шаровой клапан (RU 2599405 C2, МПК F16K 5/06), состоящий из корпуса с входным и выходным штуцерами и двумя седлами, выполненными в виде уплотнительных элементов, имеющих проходные отверстия со сферическими поверхностями. Седла взаимодействуют с перекрывающим проходное отверстие шаровым запорным элементом, имеющим паз для установки поворотного механизма. Поворотный механизм выполнен в виде демпфирующего поршня со штоком с уплотнительным элементом, входящим в паз шарового запорного элемента и удерживаемым накидной гайкой. Накидная гайка выполнена со сквозными отверстиями, а в образованную полость между накидной гайкой и торцом демпфирующего поршня, выполненную с возможностью изменения объема обратно пропорционально изменению объема рабочего тела, находящегося в замкнутой полости шарового запорного элемента в положении закрыто, установлена пружина.
Существенный недостаток данного клапана состоит в отсутствии жесткой фиксации его запорного элемента в крайних положениях (ЗАКР и ОТКР), что во время вибродинамических и ударных полетных нагрузок может привести к нештатному срабатыванию клапана.
Задачей изобретения является создание шарового клапана с конструкцией, обеспечивающей полную фиксацию его запорного поворотного механизма в крайних положениях (ЗАКР и ОТКР), для предотвращения нештатных срабатываний во время полетных нагрузок на клапан.
Сущность изобретения состоит в том, что в шаровом клапане, состоящем из корпуса с входным и выходным штуцерами и двумя седлами, выполненными в виде уплотнительных элементов, имеющих проходные отверстия со сферическими поверхностями, взаимодействующими с перекрывающим проходное отверстие шаровым запорным элементом, с пазом и с установленным в паз выступом подпружиненного штока с уплотнительным элементом и упором со стороны удерживающего элемента на горловине корпуса, в торце подпружиненного штока со стороны удерживающего элемента выполнено углубление с расточкой под пружину, а удерживающий элемент установлен с возможностью перемещения вдоль и вокруг вертикальной оси горловины корпуса и закреплен посредством стержня, пропущенного сквозь два соосных отверстия эллипсоидной формы, выполненных перпендикулярно относительно оси в подпружиненном штоке, в стенках, образованных углублением, а также через два симметричных, зеркально выполненных относительно друг друга продольно-поперечных сквозных паза в горловине корпуса, с возможностью последующей фиксацией в крайних положениях продольно-поперечных пазов пружиной, причем длина большего диаметра отверстия эллипсоидной формы в подпружиненном штоке больше расстояния между крайними положениями продольно-поперечных пазов, но не превышает длины выступа подпружиненного штока. А также ручка выполнена за одно целое с удерживающим элементом, а горловина корпуса снабжена парой фторопластовых подшипников скольжения.
Техническим результатом данного изобретения является повышение надежности конструкции шарового клапана, обеспечивающей защиту клапана от нештатного срабатывания при воздействии случайной и синусоидальной вибрации, а также ударно-импульсных нагрузках.
Сущность изобретения иллюстрируется фигурами 1, 2 и 3.
На фиг. 1 изображен общий вид шарового клапана в положении ЗАКР.
На фиг. 2 изображен общий вид шарового клапана в положении ОТКР.
На фиг. 3 изображена горловина корпуса с двумя продольно-поперечными пазами.
Конструкция шарового клапана состоит из корпуса 1, выполненного за одно целое с входным штуцером 2, и выходного штуцера 3 с двумя седлами 4, 5 в виде кольцевых уплотнительных элементов, имеющих проходные отверстия со сферическими поверхностями для взаимодействия с перекрывающим проходное отверстие шаровым запорным элементом 6, при этом со стороны входного штуцера 2 корпуса 1 установлен подвижный уплотнительный элемент в виде втулки 7, подпружиненной тарельчатыми шайбами 8. Места стыка втулки 7 с корпусом 1 герметизируются уплотнительным кольцом 9. В корпус 1 установлен подпружиненный шток 10, с одной стороны которого выполнен выступ 11, а с другой стороны углубление 12 с расточкой под пружину 13. Для герметизации на подпружиненный шток 10 установлены уплотнительные элементы 14. В шаровом запорном элементе 6 выполнен паз для выступа 11 подпружиненного штока 10. Ручка выполнена за одно целое с удерживающим элементом 15 в виде стакана. Удерживающий элемент 15 установлен с возможностью перемещения вдоль и вокруг вертикальной оси горловины корпуса 16 и закреплен посредством стержня 17, пропущенного сквозь два соосных отверстия эллипсоидной формы 18, выполненных перпендикулярно относительно оси в подпружиненном штоке 10, в стенках, образованных углублением 12, а также через два симметричных, зеркально выполненных относительно друг друга сквозных продольно-поперечных паза 19 в горловине корпуса 16, с возможностью последующей фиксацией в крайних положениях продольно-поперечных пазов 19 пружиной 13. Причем отверстия эллипсоидной формы 18 в подпружиненном штоке 10 выполнены таким образом, что длина большего диаметра этих отверстий больше расстояния между крайними положениями продольно-поперечных пазов 19, что позволяет двигать удерживающий элемент в горизонтальном положении, но и не превышает длины выступа 11 подпружиненного штока 10, что вместе с упором 20 не позволяет выступу 11 выйти из паза шарового запорного элемента 6. Места стыка штуцера 3 и корпуса 1 герметизируются уплотнительными кольцами 21. Выходной штуцер 3 крепится к корпусу 1 крепежными элементами 22.
Шаровой клапан работает следующим образом.
Принцип действия шарового клапана основан на перекрытии потока рабочей среды за счет вращения шарового запорного элемента 6 вокруг оси перпендикулярной направлению потока. В шаровом запорном элементе 6 выполнено сквозное отверстие, равное внутреннему диаметру трубопровода. В открытом положении ось отверстия в шаровом запорном элементе совпадает с осью трубопровода, а в закрытом положении оси перпендикулярны. Для полного открытия или закрытия шарового клапана достаточно повернуть шаровой запорный элемент 6 на угол 90°.
Герметичное перекрытие потока обеспечивается плотным прилеганием седел 4, 5 к поверхностям шарового запорного элемента 6. В процессе работы удерживающий элемент 15 шарового клапана должен находиться в одном из крайних положений - полностью открыт или полностью закрыт.
На изделии шаровой клапан крепится к трубопроводу за входной 2 и выходной 3 штуцеры.
Для открытия клапана необходимо нажать на ручку, выполненную за одно целое с удерживающим элементом 15, до упора (пружина 13 сжимается, подпружиненный шток 10 опускается вниз) и, повернув ее против часовой стрелки на угол 90°, отпустить (шаровой запорный элемент 6 поворачивается, ось отверстия в нем совпадает с осью трубопровода, пружина 13 разжимается, подпружиненный шток 10 поднимается вверх до упора 19). Удерживающий элемент 15 выходит из утопленного положения - шаровой клапан фиксируется в положении ОТКР. При нажатии ручки, выполненной за одно целое с удерживающим элементом 15, стержень 17 по продольным участкам симметричных, зеркально расположенных относительно друг друга продольно-поперечных пазов 19 в горловине корпуса 16 опустится вниз и при повороте вместе с удерживающим элементом 15 повернется на угол 90° по поперечным участкам симметричных, зеркально расположенных относительно друг друга продольно-поперечных пазов 19 в горловине корпуса 16. Когда удерживающий элемент 15 выходит из утопленного положения, стержень 17 скользит вверх до упора 19 по продольной части симметричных, зеркально расположенных относительно друг друга продольно-поперечных пазов 19 в горловине корпуса 16 и плотно фиксируется в крайнем положении продольно-поперечных пазов 19.
Для закрытия клапана нажать на ручку, выполненную за одно целое с удерживающим элементом 15, до упора (пружина 13 сжимается, подпружиненный шток 10 опускается вниз) и, повернув ее по часовой стрелке на угол 90°, отпустить (шаровой запорный элемент 6 поворачивается, ось отверстия в нем перпендикулярна оси трубопровода, пружина 13 разжимается, подпружиненный шток 10 поднимается вверх до упора 19). Удерживающий элемент 15 выходит из утопленного положения - шаровой клапан фиксируется в положении ЗАКР. При нажатии ручки, выполненной за одно целое с удерживающим элементом 15, стержень 17 по продольным участкам симметричных, зеркально расположенных относительно друг друга продольно-поперечных пазов 19 в горловине корпуса 16 опустится вниз и при повороте вместе с удерживающим элементом 15 повернется на угол 90° по поперечным участкам симметричных, зеркально расположенных относительно друг друга продольно-поперечных пазов 19 в горловине корпуса 16. Когда удерживающий элемент 15 выходит из утопленного положения, стержень 17 скользит вверх до упора по продольной части симметричных, зеркально расположенных относительно друг друга пазов в горловине корпуса 16, и плотно фиксируется в крайнем положении продольно-поперечных пазов 19.
Плавность хода и уменьшение трения скольжения во время открытия-закрытия шарового клапана обеспечивает пара фторопластовых подшипников скольжения 23, расположенных снаружи на горловине корпуса 16 на расстоянии друг от друга. Также фторопластовые подшипники скольжения 23 работают в качестве направляющих удерживающего элемента 15.
Таким образом, предложенная конструкция обеспечивает шаровой клапан от нештатного срабатывания при воздействии случайной и синусоидальной вибрации, а также ударно-импульсных нагрузках.