ШАРОВОЙ КЛАПАН СО СЪЕМНЫМИ СРЕДСТВАМИ ДЛЯ УДЕРЖИВАНИЯ ОСЕВОГО УПЛОТНЕНИЯ

Настоящая полезная модель относится к шаровому клапану, имеющему съемные средства для удерживания осевого уплотнения клапана в осевом направлении.
В области техники, относящейся к транспортированию текучих сред по трубам, существует необходимость в отключении труб посредством клапанов, способных соединять друг с другом два участка трубы и обеспечивать или прерывать течение через них текучей среды.
Для такого соединения наиболее пригодны шаровые клапаны, при использовании которых, сквозное прохождение или прерывание потока обеспечивается посредством шара, помещенного в корпус клапана и выполненного со сквозным отверстием, имеющим диаметр, фактически эквивалентный диаметру труб, а также приспособленный переводиться посредством поворота из открытого положения клапана, при котором отверстие будет соосно с направлением потока, в закрытое положение клапана, при котором отверстие будет поперечно направлению потока, при этом уплотняющее действие между шаром и трубой будет обеспечено посредством кольцевых уплотнений, расположенных между соответствующими, обращенными друг к другу поверхностями, контактирующими друг с другом.
Среди различных используемых типов шаровых клапанов также известны клапаны так называемого «цапфенного» типа или «с верхним входом» (в зависимости от используемого способа сборки), причем такие клапаны имеют уплотненную камеру между двумя посадочными местами, которые содержат уплотняющие детали. Такая камера, которую также называют «камерой шара», обеспечивает возможность дренирования каких-либо потерь текучей среды также в том случае, когда давление действует ближе по ходу и/или далее по ходу от шара.
Для обеспечения уплотнения камеры шара, в этих клапанах предусмотрено кольцо, которое соосно установлено между корпусом клапана и шаром, причем на это кольцо осуществляют нажимное воздействие в осевом направлении с помощью упругих средств для создания контакта между уплотняющей поверхностью и самим шаром. Уплотняющая поверхность обычно состоит из сформированной и/или обработанной изменяющимся образом металлической поверхности кольца или уплотнения с приданной ему приемлемой конфигурацией, которое принудительно подают в осевом направлении в специальное посадочное место кольца.
Хотя эти уплотнения и выполняют свою функцию, они, тем не менее, имеют недостатки, которые ограничивают их практическое использование, и которые заключаются в том, что металлические уплотнения имеют весьма высокую стоимость как вследствие необходимости выполнения закалочной обработки контактных поверхностей между шаром и кольцом, действующим в качестве уплотнения, так и вследствие необходимости приработки для гарантии идеального сопряжения контактных поверхностей между шаром и двумя уплотнительными кольцами. Такая обработка, необходимая для гарантии сопряжения, означает, что даже если поврежден только один из этих компонентов, то все три детали (шар и уплотнительные кольца) должны быть заменены. Необходимо добавить, что наличие твердых частиц, которые могут находиться во взвешенном состоянии в рабочей текучей среде, довольно легко приводит к повреждению металлических уплотняющих поверхностей, контактирующих друг с другом, к появлению на них царапин, что снижает общую долговечность совершенного уплотнения в клапане.
Подобным же образом, уплотняющее действие, обеспечиваемое посредством мягких уплотнений, изготавливаемых из таких материалов, как смеси графита и стекловолокон или пластиков, будет ухудшено при истирании, происходящем из-за той же самой проходящей текучей среды и нагрузок, воздействующих на эти материалы нажимным воздействием вследствие имеющегося рабочего давления.
Эти дефекты становятся более критичными при высоких температурах и/или высоких давлениях, поскольку такие условия также препятствуют использованию уплотнений, изготавливаемых из пластиков, вследствие несовместимости этих материалов с высокими температурами и/или с определенными высокими давлениями.
Из документа GB 2135431 известен клапан, который для решения задачи уплотнения камеры шара требует использования второго уплотнительного кольца 20, смещаемого в осевом направлении посредством вспомогательного толкающего кольца 21, действующего при толкающем действии на него пружины 23 так, что при разрушении первых мягких колец обеспечивается контакт металла с металлом между шаром и кольцом для гарантии предотвращения демонтажа клапана, и еще одно уплотнение обеспечивается вторым уплотняющим кольцом. Таким образом, использованы два уплотнительных элемента 17, 20, два кольца 15, 21 и пружина 23, действующая на вспомогательное кольцо 21.
Задачей настоящей полезной модели является создание шарового клапана, имеющего уплотненную камеру между шаром и корпусом клапана, не повреждаемого в результате воздействия частиц, находящихся во взвешенном состоянии в текучей среде, проходящей через клапан, и/или нагрузок, оказываемых нажимным воздействием текучей среды, находящейся под давлением, обеспечивающего возможность легкой замены даже только одного из уплотнений в случае износа или повреждения уплотняющих поверхностей, использование клапана при высоких температурах и/или высоких рабочих давлениях, и легкого и недорого изготовления и установки клапана.
Согласно настоящей полезной модели создан шаровой клапан, содержащий:
- корпус с посадочным местом для расположения шара, выполненного с соосным сквозным отверстием и способного переводиться посредством поворота из закрытого положения клапана в открытое положение клапана и наоборот,
- два противоположных торцевых фланца, прикрепленных к корпусу клапана по противоположным сторонам шара, выполненных с соответствующим соосным внутренним отверстием и пригодных для соединения с соответствующими трубными участками,
- уплотняющее средство, расположенное между корпусом клапана и шаром и содержащее кольцевой элемент, соосный с продольной осью и несущий осевое уплотнение, расположенное внутри соответствующего осевого посадочного места, внутрь которого осевое уплотнение частично вставлено для взаимодействия с наружной поверхностью шара,
- соосное кольцо, прикрепленное в осевом направлении к кольцевому элементу, несущему уплотнение, и взаимодействующее в поперечном направлении с частью передней поверхности осевого уплотнения для его удержания в осевом направлении,
отличающийся тем, что
осевое уплотнение образовано множеством слоев из листов чистого графита, упрочненных металлической полосой, причем
осевое уплотнение способно обеспечивать непроницаемое для текучей среды уплотнение в осевом направлении посредством контакта с наружной поверхностью шара и с параллельной поперечному направлению торцевой стенкой посадочного места кольцевого элемента, с которой оно контактирует, а также цилиндрическое круговое уплотнение вдоль соосной кольцевой поверхности того же самого посадочного места кольцевого элемента.
Соосное кольцо может быть съемным и может быть прикреплено к кольцевому элементу, несущему уплотнение, посредством винтов, ввинченных в него.
Кольцевой элемент, несущий уплотнение, может иметь радиальное продолжение с диаметром, превышающим диаметр поверхности шара, взаимодействующей с осевым уплотнением. Винты для крепления соосного кольца для осевого удержания уплотнения могут быть ввинчены в указанное радиальное продолжение.
Соосное кольцо для удержания осевого уплотнения может иметь кольцевое тело с диаметром, соответствующим диаметру радиального продолжения кольцевого элемента, несущего уплотнение, и наклоненный наружу подрез, расположенный по существу параллельно касательной к наружной поверхности шара, противоположной подрезу.
Упрочняющая полоса может быть выполнена из нержавеющей стали.
Упрочняющая полоса может иметь толщину между несколькими сотыми долями и несколькими десятыми долями миллиметра.
Радиальные уплотнения, выполненные с возможностью примыкания к фланцам или к корпусу клапана, могут быть связаны с кольцевым элементом, несущим уплотнение.
Клапан может содержать упругое средство, прилагающее осевую сжимающую силу для толкания осевого уплотнения к шару, при этом упругое средство вставлено в осевом направлении между противоположными торцевыми фланцами и кольцевым элементом, несущим уплотнение, и способно воздействовать непосредственно на кольцевой элемент.
Другие признаки настоящей полезной модели будут понятны из последующего описания не налагающего ограничений примера варианта осуществления предмета настоящей полезной модели, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее:
фигура 1 изображает сечение вдоль продольной вертикальной плоскости, проходящей через шаровой клапан согласно настоящей полезной модели, находящийся в закрытом положении;
фигура 2 изображает в увеличенном масштабе часть уплотняющего устройства согласно фиг.1;
фигура 3 представляет сечение, подобное сечению на фиг.1, клапана в открытом положении.
Как показано на фиг.1, допуская при этом лишь для удобства описания и без ограничительной цели наличие пары базовых осей, в продольном направлении X-X, параллельной направлению потока, и в поперечном направлении Y-Y, шаровой клапан согласно настоящей полезной модели, показанный в качестве примера на фигурах в виде клапана цапфенного типа, состоящего из трех частей, содержит корпус 10, выполненный с посадочным местом 11, внутри которого расположен шар 30 с соосным цилиндрическим отверстием 31, способный переводиться посредством поворота из закрытого положения клапана (фиг.1) в открытое положение клапана (фиг.3) с помощью обычных средств 100.
Клапан также содержит два противоположных торцевых фланца 20, прикрепленных к корпусу 10 с противоположных сторон шара 30 и пригодных для сообщения с трубой (не показана) посредством соответствующего соосного внутреннего отверстия 21.
Каждый фланец 20 и шар 30 имеет расположенное между ними уплотняющее средство 40, содержащее кольцевой элемент 41, соосный с продольной осью X-X и несущий на себе первое радиальное уплотнение 41a, которое может примыкать к торцевому фланцу 20, либо, в общем, к поверхностям гнезда кольцевого элемента, и осевое уплотнение 50, которое может примыкать к наружной поверхности 30a шара, с которой оно формирует уплотнение, образуя при этом уплотненную камеру 12 шара.
Кольцевой, несущий уплотнение элемент 41 поджат к наружной поверхности 30a шара 30 с помощью упругих средств 44, которые вставляют в осевом направлении внутрь соответствующего посадочного места 44a торцевого фланца 20, на которое воздействуют пружины.
В случае цельных клапанов или клапанов из двух деталей это посадочное место может быть образовано в самом корпусе клапана.
Согласно настоящей модели предусмотрено, что осевое уплотнение 50 размещено в связанном с ним осевом посадочном месте 45, внутрь которого оно частично вставлено и удерживается посредством соосного с ним кольца 42, примыкающего в поперечном направлении Y-Y к части передней поверхности уплотнения 50, чтобы удерживать его в осевом направлении. Удерживающее кольцо 42 в осевом направлении прикреплено к элементу 41 посредством винтов 43, которые предпочтительно ввинчены в него.
Согласно предпочтительным вариантам осуществления полезной модели кольцевой элемент 41 имеет радиальное продолжение 41b с диаметром, превосходящим, диаметр наружной поверхности 30а шара 30, примыкающее к уплотнению 50, причем для крепления осевого удерживающего кольца 42 в это продолжение ввинчены винты 43, и головка винтов расположена в камере 12 шара и снаружи уплотняющей поверхности 30а шара 30.
В этом случае уплотнение 50 может обеспечивать непроницаемое для текучей среды уплотнение в осевом направлении посредством контакта с наружной поверхностью шара и с торцевой стенкой, параллельной поперечному направлению Y-Y, посадочного места 45 кольцевого элемента 41, с которым оно входит в контакт, и цилиндрическое круговое уплотнение вдоль сосной кольцевой поверхности посадочного места 45 кольцевого элемента.
Кольцо 42 для удерживания осевого уплотнения 50, в свою очередь, имеет кольцевое тело 42а и наклоненный наружу подрез 42b, расположенный фактически параллельно касательной к наружной поверхности 30a шара, противоположной подрезу 42b.
Согласно предпочтительному варианту осуществления конструкции уплотнение 50 образовано посредством слоев 51 из листов, изготавливаемых из чистого графита, упрочненного полосой 52 из нержавеющей стали, толщина которых составляет от нескольких сотых долей до нескольких десятых долей миллиметра в зависимости от сил нажатия, которые будут воздействовать на уплотнение.
Каждая упрочняющая полоса из нержавеющей стали в уплотнении может быть заменена полосой, изготовленной из никеля или других материалов, совместимых с рабочей текучей средой.
Поэтому очевидно, что в клапане согласно полезной модели можно получить уплотненную камеру посредством использования уплотнения, которое может быть легко заменено без проведения операций, приводящих к повреждению различных деталей, и, следовательно, можно легко и быстро произвести текущий ремонт клапана в случае износа уплотнения, которое может быть заменено без необходимости замены как уплотнений, так и шара. Замена уплотнения не требует использования специальной технологии и, следовательно, также может быть выполнена в помещениях конечного пользователя без необходимости отсылки клапана к изготовителю.
Клапан согласно полезной модели, удерживаемый в осевом направлении, в частности, также пригоден для использования при высоких температурах и/или высоких давлениях, для текучих сред абразивного характера и, кроме того, может быть использованы в случае необходимости применения клапанов большого диаметра, когда нажимное давление на детали уплотнения чрезвычайно высоко вследствие увеличенных площадей поверхностей, на которые будет оказано нажимное воздействие.
Клапан согласно полезной модели имеет продолжительный срок службы с совершенным уплотнением, называемым на техническом языке в этой области уплотнением «без выделения пузырьков».