ШАРОВОЙ КРАН
BALL VALVE

Изобретение относится к электроприводной арматуре, используемой, в частности, в системах топливообеспечения энергетических котлоагрегатов и газопотребляющих систем и может быть использовано для обеспечения взрывобезопасного и экономичного сжигания углеводородного топлива (газ, мазут) в энергетических котлоагрегатах.
Известны различные конструкции запорных, регулирующих и запорно-регулирующих кранов, отличающихся по типу затвора (шарового, цилиндрического, конусного) и типу привода - электрического, электромагнитного, поршнево-пневматического, гидравлического, пневмогидравлического, ручного (Д.Ф. Гуревич, О.Н. Шпаков. Справочник конструктора трубопроводной арматуры, Л.: Машиностроение, 1987, с.68).
Известен шаровой регулирующий кран, содержащий корпус с размещенным в нем шаровым запорным элементом и присоединенным к нему шпинделем и электропривод с приводным валом, предназначенный для автоматического управления расходом жидкостей в трубопроводах (кран шаровой регулирующий с электроприводом производства ОАО НИПОМ; http://www.nipom.ru/armatura/11ng902.html).
К недостаткам этого крана следует отнести невозможность мгновенного (в течение не более 1 секунды) автоматического закрытия крана при прекращении подачи электроэнергии, что может привести к аварийной ситуации при работе с агрессивными и взрывоопасными средами.
Известен и является наиболее близким к предложенному шаровой кран, содержащий корпус с размещенным в нем шаровым запорным элементом и присоединенным к нему шпинделем и электропривод с приводным валом, промежуточный вал, соединенный со шпинделем и с приводным валом, причем конец промежуточного вала, соединяемый с приводным валом, содержит два уступа прямоугольного сечения, концевой уступ имеет меньшие размеры, чем средний, а конец приводного вала содержит уступ прямоугольного сечения, размеры которого соответствуют размерам концевого уступа промежуточного вала; кран содержит также размещенный между корпусом и электроприводом стакан с крышкой, содержащей отверстие в центре для прохода приводного вала, стакан соединен с фланцем корпуса; внутри стакана размещены: плавающий фланец, насаженный на средний уступ промежуточного вала и способный перемещаться вдоль оси стакана; пружина, одним концом прикрепленная к фланцу корпуса, а другим концом к плавающему фланцу; соосная с промежуточным валом и примыкающая к плавающему фланцу муфта сцепления со сквозным отверстием, сечение которого со стороны плавающего фланца имеет форму окружности, диаметр которой превышает размер среднего уступа промежуточного вала, а с другой стороны имеет прямоугольную форму, соответствующую по размерам концевому уступу промежуточного вала и уступу приводного вала; пластина, расположенная между плавающим фланцем и крышкой стакана перпендикулярно плавающему фланцу, шарнирно прикрепленная к крышке стакана и имеющая шарнир в средней своей части, позволяющий ей складываться под действием прикрепленного к пластине электромеханического триггера (RU 2364777 C1, F16K 5/06, 31/02, 20.08.2009).
Задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в усовершенствовании конструкции крана для предотвращения аварийных ситуаций.
Техническим результатом, полученным при осуществлении изобретения, является обеспечение автоматического мгновенного закрытия крана в случае прекращения подачи электроэнергии к приводу крана. Для достижения указанного результата предложен шаровой кран, содержащий корпус с размещенным в нем шаровым запорным элементом и присоединенным к запорному элементу шпинделем, электропривод с приводным валом, промежуточный вал, соединенный со шпинделем и приводным валом, размещенный между корпусом и электроприводом, стакан, соединенный с фланцем корпуса, и имеющий крышку с отверстием в центре для прохода приводного вала, плавающий фланец, способный перемещаться внутри стакана со скольжением по промежуточному валу вдоль его оси, пружину кручения, соосную с промежуточным валом, и муфту сцепления со сквозным отверстием, соединяющую промежуточный вал с приводным валом и соосную с обоими валами, причем плавающий фланец, муфта сцепления и пружина кручения размещены внутри стакана, отличающийся тем, что промежуточный вал соединен со шпинделем через втулку с осевым отверстием прямоугольного сечения, размеры которого соответствуют размерам концов шпинделя и промежуточного вала, стакан содержит цилиндрический корпус и основание с цилиндрическим выступом внутри стакана, имеющее сквозное отверстие в центре для прохода шпинделя и втулки, пружина кручения одним концом прикреплена к основанию стакана, а другим концом - к втулке, втулка снабжена ограничителем поворота, проходящим через горизонтальную прорезь в стенке цилиндрического выступа основания стакана, муфта сцепления соединена с приводным валом и промежуточным валом посредством шплинтов, проходящих через отверстия в валах, перпендикулярные осям валов, и через вертикальные прорези в стенках муфты, причем оси шплинтов перпендикулярны друг другу, между плавающим фланцем и цилиндрическим выступом основания стакана расположена пружина осевого перемещения, цилиндрический корпус стакана содержит вертикальные прорези для прохода рычагов, укрепленных на осях, присоединенных к цилиндрическому корпусу стакана, с возможностью вращения относительно этих осей, концы рычагов, расположенные внутри стакана, снабжены роликами и находятся в контакте с верхней плоскостью плавающего фланца, а другие концы рычагов, расположенные вне стакана, находятся в контакте с пружинными толкателями, управляемыми с помощью соленоидов.
Сущность изобретения иллюстрируется прилагаемой фигурой, на которой изображена в разрезе конструкция конкретного воплощения предложенного шарового крана в положении «открыто».
В соответствии с фигурой шаровой кран содержит корпус 1 с размещенным в нем шаровым запорным элементом 2 и присоединенным к запорному элементу шпинделем 3. На верхнем фланце 4 корпуса 1 установлен стакан, состоящий из основания 5 с цилиндрическим выступом 6, цилиндрического корпуса 7 и крышки 8. Шпиндель 3 проходит через сквозное осевое отверстие в основании 5. Верхний конец шпинделя 3 имеющий прямоугольное сечение, соединен с втулкой 9, расположенной внутри цилиндрического выступа 6 и имеющей сквозное осевое отверстие, сечение которого соответствует сечению верхнего конца шпинделя 3. Втулка 9 соединена с промежуточным валом 10, нижний конец которого имеет прямоугольное сечение, соответствующее сечению сквозного осевого отверстия втулки 9. На втулке 9 укреплен ограничитель поворота 11, проходящий через горизонтальную прорезь в стенке цилиндрического выступа 6. Промежуточный вал 10 с помощью муфты сцепления 12 соединен с приводным валом 13, который, в свою очередь, соединен с электроприводом (на фигуре не показан).
Внутри цилиндрического корпуса 7 стакана расположены пружина кручения 14, плавающий фланец 15 со сквозным осевым отверстием, пружина осевого перемещения 16 и муфта сцепления 12. Пружина кручения 14 охватывает цилиндрический выступ 6; ее нижний конец присоединен к основанию 5, а верхний - к втулке 9. Плавающий фланец 15 расположен над цилиндрическим выступом 6 и способен перемещаться внутри стакана со скольжением по промежуточному валу 10 вдоль его оси. Пружина осевого перемещения 16 расположена между верхней плоскостью цилиндрического выступа 5 и плавающим фланцем 15 соосно этим деталям. Муфта сцепления 12 соосна промежуточному валу 10 и приводному валу 13 и соединена с ними посредством шплинтов 17 и 18, проходящих через отверстия в валах, перпендикулярные осям валов, и через вертикальные прорези в стенках муфты. Оси шплинтов 17 и 18 перпендикулярны друг другу. На концы шплинтов 17 и 18 насажены кольца, препятствующие осевому перемещению шплинтов; ширина прорезей в стенках муфты сцепления 12 соответствует диаметру этих колец.
В стенках цилиндрического корпуса 7 стакана имеются две симметричные вертикальные прорези для прохода рычагов 19, укрепленных на осях 20, присоединенных к цилиндрическому корпусу 7 стакана, с возможностью вращения относительно этих осей. Концы рычагов 19, расположенные внутри стакана, снабжены роликами 21 и находятся в контакте с верхней плоскостью плавающего. фланца 15. Концы рычагов 19, расположенные вне стакана, находятся в контакте с пружинными толкателями 22, управляемыми с помощью соленоидов 23.
Шаровой кран работает следующим образом. В случае аварийного прекращения подачи электроэнергии на привод крана прекращается также подача электрического питания соленоидов 23, исчезает магнитное поле соленоида, удерживающее толкатели 22 и рычаги 19 в положении, показанном на фигуре. Пружины толкателей 22 перемещают сердечники вниз, рычаги 19 поворачиваются, и пружина осевого перемещения 16 перемещает вверх плавающий фланец 15. Движение плавающего фланца 15 передается муфте сцепления 12, которая также перемещается вверх. При этом шплинт 17 выходит из нижней прорези муфты сцепления 12, освобождая промежуточный вал 10 от сцепления с приводным валом 13. Предварительно закрученная пружина кручения 14 получает возможность раскручиваться, ее движение передается промежуточному валу 10 и соединенному с ним шпинделю 3, которые поворачиваются на угол 90°, поскольку именно такой поворот допускает ограничитель поворота 11. При возобновлении подачи электроэнергии оператор открывает шаровой кран вручную.
Предложенная конструкция может быть реализована и при других расположениях трубопровода и крана. В этом случае возможно использование известных средств, например, дополнительной пружины, для обеспечения надежного прижатия муфты сцепления к поверхности плавающего фланца. Возврат крана в рабочее состояние после аварийного срабатывания конструкции может быть осуществлен любыми другими известными средствами, например, толкателем, приводимым в действие с помощью электрического, электромагнитного или пневматического привода.