УЗЕЛ ШАРОВОГО ЗАТВОРА СО ВСТРОЕННЫМ ВЕНТИЛЕМ
BALL SHUTTER ASSEMBLY WITH BUILT-IN VALVE

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к системам отопления, водоснабжения, газоснабжения зданий и сооружений, а конкретно к узлу шарового затвора со встроенным вентилем, применяемому в конструкциях трубопроводной и/или запорной арматуры различного назначения, устанавливаемой в трубопровод сети холодного или горячего водоснабжения, газовой сети, в том числе сети сжатого воздуха производственного назначения, в трубопровод, выполняющий какую-либо иную технологическую функцию и транспортирующий жидкость или газ. Узел шарового затвора со встроенным вентилем в соответствии с настоящим изобретением может быть реализован в изделиях трубопроводной арматуры, где требуется как перекрытие трубопровода, так и регулирование интенсивности потока в трубопроводе, дросселирование потока. К таким изделиям, в частности, относятся: шаровой кран с вентилем, коллектор, шаровой кран со встроенным фильтром, кран со встроенными фильтром и редуктором давления и тому подобное.
Уровень техники
Прототипом настоящего изобретения является известный из описания изобретения к патенту США № 4,230,154 (US 4230154 A, МПК F16K 43/00, 1980) узел шарового затвора со встроенным вентилем, который содержит:
- корпус с каналом;
- шаровой затвор с диаметральным отверстием, установленный с уплотнением в канале корпуса с возможностью поворота для расположения отверстия по оси канала, а также с радиальным отверстием в диаметральное отверстие;
- втулку штока, установленную с уплотнением в корпусе с выходом из корпуса наружу первым концом и сопряженную вторым концом с шаровым затвором с возможностью поворота шарового затвора, причем втулка штока выполнена с возможностью сопряжения со средством для приложения крутящего момента к ее первому концу;
- шток, установленный в отверстии втулки штока с уплотнением и с выходом наружу из втулки штока со стороны ее первого конца, а также с прохождением через радиальное отверстие шарового затвора второго конца, причем шток выполнен с возможностью сопряжения со средством для приложения крутящего момента к первому концу;
- трубопроводный вентильный элемент для регулирования потока через диаметральное отверстие шарового затвора, выполненный в виде диска с диаметром, соответствующим диаметру диаметрального отверстия шарового затвора, и закрепленный на втором конце штока по его оси своим диаметром с возможностью поворота и расположения поперек диаметрального отверстия.
За счет указанного поворота трубопроводного вентильного элемента осуществляется регулирование (управление дросселированием) потока, текущего через диаметральное отверстие шарового затвора.
Недостаток такой конструкции заключается в том, что не обеспечивается плавное пропорциональное регулирование потока жидкости или газа через шаровой затвор. Первые 75 градусов поворота диска от продольного диаметральному отверстию шарового затвора положения трубопроводного вентильного элемента своей плоскостью снижают расход не более чем на 8%. Эффективное регулирование обеспечивается при близких к поперечному диаметральному отверстию шарового затвора положениях плоскостью трубопроводного вентильного элемента. Но здесь необходимо отслеживать очень маленькие углы поворота, что вручную сделать весьма затруднительно. С таким же успехом можно регулировать поток поворотом самого шарового затвора.
Раскрытие сущности изобретения
Технический результат настоящего изобретения заключается в обеспечении плавного пропорционального регулирования, преимущественно вручную, потока жидкости или газа через узел шарового затвора со встроенным вентилем.
Этот технический результат обеспечивает узел шарового затвора со встроенным вентилем, который содержит:
- корпус с каналом;
- шаровой затвор с диаметральным отверстием, установленный с уплотнением в канале корпуса с возможностью поворота для расположения диаметрального отверстия по оси канала, а также с радиальным отверстием в диаметральное отверстие;
- штоковую втулку, установленную с уплотнением в корпусе трубопроводного устройства с выходом из корпуса наружу первым концом и сопряженную вторым концом с шаровым затвором с возможностью поворота шарового затвора, причем штоковая втулка выполнена с возможностью сопряжения со средством для приложения крутящего момента к ее первому концу;
- шток, установленный в отверстии штоковой втулки с уплотнением и с выходом наружу из штоковой втулки первого конца штока, а также с прохождением через радиальное отверстие шарового затвора второго конца штока, причем шток выполнен со средством для приложения крутящего момента к его первому концу;
- трубопроводный вентильный элемент для регулирования потока через диаметральное отверстие шарового затвора, закрепленный на втором конце штока.
Отличие изобретения заключается в том, что шаровой затвор со встроенным вентилем снабжен разделителем, закрепленным в диаметральном отверстии шарового затвора и выполненным со средним участком с отверстием, расположенным геометрически по оси шока, а также с двумя перекрывающими участками, расположенными с противоположных сторон среднего участка и выполненными каждый с возможностью перекрытия половины диаметрального отверстия, одним перекрывающим участком - по радиальному направлению диаметрального отверстия в сторону радиального отверстия шарового затвора, а вторым – в противоположном радиальном направлении диаметрального отверстия.
При этом шток и штоковая втулка выполнены с сопряжением по резьбе для их относительного продольного перемещения при их относительном повороте, а трубопроводный вентильный элемент выполнен с круглым сечением, поперечным оси штока, и расположен с возможностью сопряжения со средним участком разделителя, по меньшей мере, по периметру выполненного в этом участке отверстия.
В частном случае осуществления изобретения трубопроводный вентильный элемент может быть выполнен в виде круглой прокладки, закрепленной на торце штока по его оси.
Также в частном случае осуществления изобретения разделитель может быть выполнен в виде вытянутой пластины со средним участком в ее средней части и перекрывающими участками, выполненными в виде отогнутых под прямым углом сторон пластины, имеющими каждая в плане полукруг, причем проекция разделителя на плоскость, перпендикулярную оси диаметрального отверстия шарового затвора, имеет форму круга.
Еще в одном имеющим интерес частном случае осуществления изобретения шаровой затвор со встроенным вентилем может быть снабжен распорным кольцом. При этом диаметральное отверстие шарового затвора выполняется ступенчатым и с кольцевой канавкой в боковой стенке ступени диаметрального отверстия большего диаметра. Разделитель в этом случае  установлен с упором в ступеньку одним перекрывающим участком и в установленное в кольцевую канавку распорное кольцо вторым перекрывающим участком.
Краткое описание чертежей
На чертеже показан поперечный разрез коллектора плоскостью, проходящей по оси выполненного в соответствии с настоящим изобретением узла шарового затвора со встроенным вентилем.
Осуществление изобретения
Узел шаровой затвора со встроенным вентилем содержит:
- корпус 1 с каналом 2;
- шаровой затвор 3 с диаметральным отверстием 4, установленный с уплотнением седельными кольцами 5 в канале 2 корпуса 1 с возможностью поворота для расположения диаметрального отверстия 4 по оси канала 2, а также с радиальным отверстием 6 в диаметральное отверстие 4 (шаровой затвор может поворачивать в корпусе коллектора на 180 угловых градусов; целесообразность этого будет объяснена ниже);
- штоковую втулку 7, установленную с уплотнением упругими кольцами 8 в корпусе 1 с выходом из корпуса 1 наружу первым концом 9 и сопряженную вторым концом 10 с шаровым затвором 3 с возможностью поворота шарового затвора 3, причем штоковая втулка 7 выполнена с возможностью сопряжения со средством для приложения крутящего момента к ее первому концу 9 в виде рукоятки 11;
- шток 12, установленный в отверстии штоковой втулки 7 с уплотнением упругими кольцами 13 и с выходом наружу из штоковой втулки 7 первого конца 14 штока 12, а также с прохождением через радиальное отверстие 6 шарового затвора 3 второго конца 15 штока 12, причем шток 12 выполнен со средством 16 для приложения крутящего момента к его первому концу 14 в виде гнезда с боковыми стенками в форме шестигранной призмы;
- трубопроводный вентильный элемент 17 для регулирования потока через диаметральное отверстие 4 шарового затвора 3, закрепленный на втором конце 15 штока 12;
- разделитель 18 , закрепленный в диаметральном отверстии 4 шарового затвора 3 и выполненный со средним участком 19 с отверстием 20, расположенным геометрически по оси шока 12, а также с двумя перекрывающими участками 21, 22, расположенными с противоположных сторон среднего участка 19 и выполненными каждый с возможностью перекрытия половины диаметрального отверстия 4, одним перекрывающим участком 21 - по радиальному направлению диаметрального отверстия 4 в сторону радиального отверстия 6 шарового затвора 3, а вторым 22 – в противоположном радиальном направлении диаметрального отверстия 4.
Кроме того, во всех случаях осуществления изобретения шток 12 и штоковая втулка 7 выполнены с сопряжением по резьбе 23 для их относительного продольного перемещения при их относительном повороте.
В представленном примере осуществления изобретения, как частный случай, трубопроводный вентильный элемент 17 выполнен в виде круглой прокладки из упругого материала и расположен с возможностью сопряжения со средним участком 19 разделителя 18 по периметру выполненного в этом среднем участке 19 отверстия 20. Трубопроводный вентильный элемент 17 в виде круглой прокладки одет на выполненный на торце 24 штока 12 выступ 25 с гнездом 26 и закреплен раззенковкой этого гнезда 26.
Также в представленном примере осуществления изобретения как в частном случае разделитель 18 выполнен в виде вытянутой пластины со средним участком 19 в ее средней части и перекрывающими участками 21, 22, выполненными в виде отогнутых под прямым углом сторон пластины, имеющими каждая в плане полукруг, причем проекция разделителя 18 на плоскость, перпендикулярную оси диаметрального отверстия 4 шарового затвора 3, имеет форму круга. При этом устройство снабжено распорным кольцом 27, диаметральное отверстие 4 шарового затвора 3 выполнено ступенчатым и с кольцевой канавкой 28 в боковой стенке ступени 29 диаметрального отверстия 4 большего диаметра. Разделитель 18 установлен с упором в ступеньку 30 перекрывающим участком 21 и в установленное в кольцевую канавку 28 распорное кольцо 27 перекрывающим участком 22.
Перекрытие канала 2 корпуса 1 с помощью рукоятки 11 осуществляется поворот шарового затвора 3, при этом диаметральное отверстие 4 располагается осью под прямым углом к оси канала 2 в корпусе 1.
Для регулирования потока через диаметральное отверстие 4 осуществляется вращение штока 12, которые продольно перемещается по резьбе 23 относительно штоковой втулки 7. При этом трубопроводный вентильный элемент 17 в виде круглой прокладки приближается к отверстию 20 в среднем участке 19 разделителя 18 (вплоть до сопряжения со средним участком 19), либо удаляется от него. При этом изменяется зазор (проходное сечение через диаметральное отверстие 4) между трубопроводным вентильным элементом 17 в виде круглой прокладки и средним участком 19 разделителя 18.
Все детали узла шарового затвора со встроенным вентилем, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, изготавливаются по известным технологиям из материалов, известных для использования в конструкциях подобного назначения.
Приведенный пример осуществления изобретения не является исчерпывающим. Возможны иные варианты осуществления изобретения, соответствующие объему патентных притязаний.
В частности, как уже было отмечено выше, узел шарового затвора со встроенным вентилем (можно сказать, что шаровой кран со встроенным вентилем) может быть реализован не только в коллекторе (для справки: с примером конструкции коллектора можно ознакомиться в описании изобретения к патенту РФ № 2488031, МПК F16L 41/03, 2013), как это показано в примере осуществления изобретения, или быть самостоятельным изделием трубопроводной арматуры в виде шарового крана с вентилем, а быть скомбинированным в едином корпусе краном со встроенным вентилем и с фильтром, краном со встроенным вентилем, с фильтром, а также с редуктором давления и тому подобное.
Разделитель 18 может быть выполнен иначе, а не как описано выше. Например, разделитель 18 может быть выполнен в виде цилиндрической детали (на чертеже такой вариант не показан) с отверстием сложной конфигурации, задающим расположение среднего 19 и перекрывающих 21, 22 участков, как это определено для всех случаев осуществления изобретения. Такой разделитель 18 (напоминающий втулку) может быть закреплен в диаметральном отверстии 4 по резьбе.
Также трубопроводный вентильный элемент 17 может иметь разные формы выполнения, а не только в виде круглой прокладки. Это может быть расположенный на торце 24 штока 12 выступ (на чертеже такой вариант не показан) с боковой конической поверхностью, имеющей возможность сопрягаться с внутренней боковой поверхностью отверстия 20 в среднем участке 19 разделителя 18.
Для крепления шарового затвора 3 корпус 1 выполнен с корпусной втулкой 31.
В отношении представленного в примере осуществления коллектора необходимо отметить особенность, которую позволяет реализовать в таком коллекторе настоящее изобретение.
Известные коллекторы с регулирующими вентилями используются в системах для внутреннего водоснабжения или для водяного отопления зданий и сооружений для балансировки расхода между потребителями, подключенными через коллектор (в представленном примере трубопровод к потребителю подключается к корпусной втулке 31). При этом для систем водоснабжения используют распределительные коллекторы, в которых вода поступает из корпуса 1 распределительного коллектора к потребителю, то есть через диаметральное отверстие 4 шарового затвора 3 и далее в корпусную втулку 31.
В системах отопления применяются два типа коллекторов: на подающей линии теплоноситель поступает из корпуса 1 коллектора к потребителю, как и в системе водоснабжения, а на обратной линии устанавливается коллектор, в котором теплоноситель поступает от потребителя  (из отвода) в корпус 1 коллектора. Так как для качественной регулировки требуется, чтобы рабочая среда поступала под трубопроводный вентильный элемент 17 (специалисты называют также золотником, под круглую прокладку), приходится иметь в номенклатуре два типа коллекторов – для водоснабжения и для отопления. Представленная в примере осуществления конструкция коллектора позволяет его использовать как на прямом, так и на обратном направлении рабочей среды. Для этого достаточно развернуть шаровой затвор 3 на 180 угловых градусов. Соответственно, поток будет подаваться под трубопроводный вентильный элемент 17 в одном положении шарового затвора 3 из корпуса 1 к потребителю, а в другом – от потребителя в корпус 1. Имеется также возможность быстрого перекрытия потока с сохранением настроечного положения трубопроводного вентильного элемента 17 поворотом шарового затвора 3 на 90 угловых градусов, чтоб перекрыть движение потока через диаметральное отверстии 4 шарового затвора 3.