ШАРОВОЙ КЛАПАН
BALL VALVE

Изобретение относится к арматуростроению, а именно к шаровым клапанам с дистанционным управлением, и предназначено для использования в условиях криогенных температур и больших проходных сечениях шаровых клапанов, например, в ракетной технике для пуска и отсечки компонентов в агрегаты двигателя.
Известен трех или четырехходовой шаровой клапан (заявка FR 2653522, МПК F16K 5/06), содержащий корпус, сферический затвор, приводной шток, уплотнение сферического затвора, уплотнение приводного штока. Недостатком указанного шарового клапана является то, что сферический затвор не имеет опор в корпусе, тем самым все усилие воспринимается уплотнениями и при больших проходных сечениях шарового клапана значительно возрастает момент вращения шарового затвора.
Известен шаровой клапан (патент RU 2302574, МПК F16K 5/20), содержащий корпус, расположенный в нем шпиндель, шаровую пробку и узел уплотнений в виде разъемных кольцевых седел. К недостатку данной конструкции можно отнести применение упругих уплотнительных колец со сложной конструкцией заделки.
Известен шаровой кран двустороннего действия для высоких входных давлений (патент RU 2267683, МПК F16K 5/20, 27/06), содержащий корпус, приводной вал, шаровой запорный орган, седла-уплотнители и поджимные устройства. К недостатку данной конструкции можно отнести повышенный момент трения при срабатывании шарового крана на открытие при больших проходных сечениях шарового клапана.
Известен шаровой клапан (заявка US 4678161, МПК F16K 5/06, K 25/00), содержащий корпус, сферический затвор, кольцевые прокладки, держатели, поворотный вал, уплотнение вала, опорный вал.
К недостаткам шарового клапана следует отнести сложность обеспечения плотного прилегания сферического затвора к поверхности поворотного и опорного валов и к кольцевым прокладкам и невозможность обеспечения малого момента на сферическом затворе во время срабатывания шарового клапана при больших проходных сечениях шарового затвора.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство (заявка DE 4141287 A1, МПК F16K 39/06, 5/20, 5/06 от 17.06.1993), содержащее корпус с входным, выходными переходниками, шаровой затвор с валом и нижней опорой, выполненный за одно целое, уплотнение вала.
К недостаткам данной конструкции можно отнести невозможность использования конструкции при эксплуатации в условиях низких температур в связи с применением резиновых уплотнений, а также использование рычага для обеспечения срабатывания устройства, что затруднительно при автономном использовании устройства.
Задачей предлагаемого изобретения является упрощение конструкции, снижение момента поворота шарового затвора, повышение герметичности с эксплуатацией агрегата большого проходного сечения при работе в условиях криогенных температур компонентов, увеличение ресурса работы агрегата.
Поставленная задача решается следующим образом.
В известном устройстве, содержащем корпус с входным, выходным переходниками с отверстием, шаровой затвор, вал, уплотнение вала, нижнюю опору, согласно изобретению во входном переходнике выполнена проточка, в которую установлено уплотнение в виде манжеты, взаимодействующее упругим элементом с поверхностью проточки входного переходника и кромкой манжеты с шаровым затвором, в шаровом затворе выполнено шлицевое отверстие, взаимодействующее с валом, и проточка, в которую установлен шарикоподшипник, при этом вал установлен в шарикоподшипники, а шарикоподшипник, установленный в проточку шарового затвора, взаимодействует с нижней опорой. На внутренний поверхности кромки манжеты выполнен уступ с конической поверхностью, параллельной касательной к окружности шарового затвора.
Манжета, установленная упругим элементом в проточку входного переходника, позволяет обеспечить плотное прилегание кромки манжеты к шаровому затвору даже при отклонении от соосности между манжетой и шаровым затвором.
Шлицевое соединение между шаровым затвором и валом исключает воздействие на шаровой затвор силы от давления на площадь вала.
Уступ манжеты с конической поверхностью, параллельной касательной к окружности шарового затвора, опирается на шаровой затвор при прохождении отверстия шарового затвора через кромку манжеты, что способствует уменьшению износа кромки манжеты.
Предлагаемый шаровой клапан представлен на чертеже, где:
1 - корпус;
2 - входной переходник;
3 - затвор шаровой;
4 - вал;
5 - нижняя опора;
6 - манжета с уступом с конической поверхностью;
7 - кольцо уплотнительное;
8 - шарикоподшипник;
9, 17, 28 - гайка;
10, 13, 25 - опора;
11, 23, 24 - пружина;
12, 20, 22 - упор;
14 - винт;
15 - шайба;
16, 19 - штифт;
18 - полумуфта;
21 - проставка;
26 - выходной переходник;
27 - заглушка.
На фиг.1 показан общий вид шарового клапана в разрезе.
Клапан состоит из корпуса 1, входного переходника 2, шарового затвора 3, вала 4, нижней опоры 5. Вал уплотняется кольцом 7 и установлен на шарикоподшипниках 8. Манжета 6 кромкой обеспечивает герметичность по сфере шарового затвора, а упругим элементом герметизируется по внутренней поверхности проточки входного переходника с помощью подпружиненной опоры 10. Вал взаимодействует с шаровым затвором с помощью шлицевого соединения. Один шарикоподшипник вала подпружинен к торцу шарового затвора, другой поджат к опоре 13 гайкой 17 через упор 20.
По торцу опора 13 взаимодействует со вторым уплотнительным кольцом 7. Между уплотнительными кольцами имеется дренаж. Упор 20 фиксируется штифтом 16 с помощью болта 14. На валу установлена полумуфта 18, закрепленная штифтом 19, для стыковки с электроприводом. Нижняя опора установлена в корпус с помощью заглушки 27 и гайки 28 и взаимодействует с шарикоподшипником, установленным в проточку шарового затвора.
Переходники 2 и 26 крепятся к корпусу винтами. Пружина 24 через опору 25 и подшипник 8 поджимает шаровой затвор с другим подшипником 8 до упора в торец нижней опоры 5.
По команде на открытие шарового клапана полумуфта 18 и вал 4 с шаровым затвором 3 поворачиваются на 90° до контакта с упором 20, при этом проходное сечение шарового клапана для подачи компонента открывается полностью. Такое положение шарового клапана сохраняется в течение всего времени работы двигателя. По команде на закрытие полумуфта 18 и вал 4 с шаровым затвором 3 возвращаются в исходное положение, при этом шаровой клапан закрывается, отсекая подачу компонента.
Установка вала 4 и шарового затвора 3 на шарикоподшипники 8 способствует уменьшению момента поворота шарового затвора при большом проходном сечении шарового клапана.
Манжета 6, установленная упругим элементом в проточку входного переходника 2, позволяет обеспечить плотное прилегание кромки манжеты к шаровому затвору 3 даже при отклонении от соосности между манжетой 6 и шаровым затвором. На внутренний поверхности кромки манжеты выполнен уступ с конической поверхностью, параллельной касательной к окружности шарового затвора. Плотное прилегание упругого элемента и кромки манжеты 6 к поверхности проточки входного переходника 2 и к шаровому затвору 3 соответственно, а также опора манжеты уступом с конической поверхности на шаровой затвор позволяет получить высокую герметичность отсечки криогенного компонента в закрытом положении шарового клапана большого проходного сечения при многократных срабатываниях. Шлицевое соединение между шаровым затвором 3 и валом 4 исключает воздействие на шаровой затвор 3 силы от давления на площадь вала 4 и обеспечивает нахождение шарового затвора 3 в одном положении, что улучшает герметичность отсечки шарового клапана в закрытом положении.
При прохождении отверстия шарового затвора 3 через кромку манжеты 6 шаровой затвор 3 опирается на коническую поверхность уступа манжеты 6, что способствует уменьшению износа кромки манжеты 6.
Так как использование шарового клапана предполагается в условиях криогенных температур, например в ракетной технике, для изготовления деталей используются: алюм. сплав АМг6, стали 12X18H10T, 07X16H6; фторопласт-4 для манжеты и уплотнительных колец, уплотняющих шаровой затвор, и другие материалы.