ШАРОВОЙ КРАН

Полезная модель относится к трубопроводной арматуре, а именно к шаровым кранам, предназначенным для перекрытия потока рабочей среды, транспортируемой по технологическому трубопроводу.
Известно, что в процессе эксплуатации шарового крана, когда сферический запорный орган находится в его закрытом положении, при больших давлениях рабочей среды на сферический запорный орган действует напорное давление рабочей среды, которое затрудняет вращение сферического запорного органа при открытии шарового крана и даже может привести к его заклиниванию.
Известен шаровой кран, содержащий корпус, в проходном канале которого, имеющем вход и выход, размещен в двух седлах сферический запорный орган, выполненный со сквозным отверстием для прохождения рабочей среды и связанный с приводом его вращения между закрытым и открытым положениями шарового крана (см. CN 205298623, F16K 5/06, 08.06.2016). Герметичность указанного выше шарового крана осуществляется за счет того, что сферический запорный орган, установленный в корпусе в седлах, поджат сложной системой уплотнений, помещенных в подпружиненные втулки.
Известен шаровой кран, содержащий корпус, в проходном канале которого, имеющем вход и выход, размещен в двух седлах сферический запорный орган, выполненный со сквозным отверстием для прохождения рабочей среды и связанный с приводом его вращения между закрытым и открытым положениями шарового крана (см. CN 205155227, F16K 5/06, 13.04.2014). Данный шаровой кран принят за прототип. В конструкции указанного выше шарового крана герметичность узла «седло - запорный орган» обеспечивается воздействием на поверхность седла усилия, поджимающего седло к запорному органу, со стороны нажимного элемента, опирающегося на корпус. Необходимое усилие обеспечивается как за счет формы седла, так и упругими свойствами материала, из которого оно изготовлено.
Недостатком описанных выше конструкций является то, что в закрытом положении шарового крана при больших давлениях рабочей среды на сферический запорный орган действует напорное давление рабочей среды и вся сила давления рабочей среды передается на седло, расположенное со стороны выхода корпуса, что вызывает увеличенное трение между седлом и сферическим запорным органом, затрудняющее вращение сферического запорного органа с целью открытия движению потока рабочей среды, и, как следствие, повышенный износ сферического запорного органа и седел, что приводит к уменьшению срока службы шарового крана, а также к повышенным усилиям, требуемым для управления шаровым краном. Проблемы, возникающие из-за износа, включают, помимо прочего, снижение срока службы деталей шарового крана, увеличение сил трения между сферическим запорным органом и седлом, а также нежелательные утечки как между сферическим запорным органом и седлом, так и между седлом и корпусом шарового крана. Кроме того, поскольку силы трения имеют тенденцию к увеличению по мере износа деталей, характеристики управления шаровым краном ухудшаются.
Задачей полезной модели является повышение надежности функционирования шарового крана при высоких давлениях рабочей жидкости, увеличение срока его службы при сохранении высокой герметичности за счет уменьшения износа уплотнительных поверхностей сферического запорного органа и седел, в которых он расположен, уменьшения усилий на приводе при его открывании при несложной конструкции и низкой себестоимости шарового крана.
Технический результат достигается тем, что в шаровом кране, содержащем корпус, в проходном канале которого, имеющем вход и выход, размещен в двух седлах сферический запорный орган, выполненный со сквозным отверстием для прохождения рабочей среды и связанный с приводом его вращения между закрытым и открытым положениями шарового крана, внутри сферического запорного органа выполнена кольцеобразная разгрузочная камера, соединенная по меньшей мере двумя промежуточными проточками с входным отверстием, кольцеобразная разгрузочная камера имеет разгрузочную поверхность в виде кольца, лежащую в плоскости, параллельной плоскости, проходящей через ось сквозного отверстия сферического запорного органа и ось привода его вращения, и расположенную в закрытом положении шарового крана со стороны входа проходного канала, а входное отверстие соосно проходному каналу корпуса. Кольцеобразная разгрузочная камера, выполненная внутри сферического запорного органа и соединенная по меньшей мере двумя промежуточными проточками с входным отверстием, в закрытом положении шарового крана при больших давлениях рабочей среды частично компенсирует действие напорного давления рабочей среды на сферический запорный орган.
Вышеизложенные особенности и преимущества полезной модели будут понятны из последующего описания предпочтительного примера осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых для представления одинаковых элементов используются одинаковые позиции:
на фиг. 1 изображена схема шарового крана в закрытом положении (в разрезе) в соответствии с настоящей полезной моделью;
на фиг. 2 - изображена схема сферического запорного органа с седлом (в разрезе) в соответствии с настоящей полезной моделью;
на фиг. 3 - разрез А-А фиг 2.
Шаровой кран содержит корпус 1, имеющий проходной канал 2 с верхним по течению рабочей среды входом 3 и нижним по течению рабочей среды выходом 4, которые расположены на общей оси О-О.
2
2
В указанном проходном канале 2 между входом 3 и выходом 4 установлен сферический запорный орган 5, который выполнен со сквозным отверстием 6 для прохода рабочей среды по проходному каналу 2 корпуса 1 от его входа 3 к выходу 4. Сферический запорный орган 5 выполняет роль запирающего элемента шарового крана и предназначен для перекрытия проходного канала 2 между входом 3 и выходом 4. При этом в открытом положении шарового крана ось О-О сквозного отверстия совпадает с осью O-O проходного канала 2, а в закрытом положении указанные оси находятся под прямым углом.
Сферический запорный орган 5 размещен в проходном канале 2 в двух седлах - в седле 7 на входе 3 проходного канала 2 и в седле 8 на выходе проходного канала 2. Седла 7 и 8 поджаты к сферическому запорному органу 5, в результате чего достигается герметичность соединения.
1
1
Сферический запорный орган 5 связан с приводом 9 его вращения с возможностью поворота сферического запорного органа 5 вокруг оси O-O, перпендикулярной оси O-O проходного канала 2, между открытым и закрытым положениями для обеспечения возможности протекания текучей среды или прекращения протекания текучей среды.
2
2
1
1
Внутри сферического запорного органа 5 выполнена кольцеобразная разгрузочная камера 10, расположенная таким образом, что в закрытом положении шарового крана она находится со стороны входа 3 проходного канала 2. Указанная кольцеобразная разгрузочная камера 10 может иметь треугольное или трапециевидное поперечное сечение. Большая сторона кольцеобразной разгрузочной камеры 10 является разгрузочной поверхностью 11, имеющей форму кольца и лежащей в плоскости, параллельной плоскости, проходящей через ось O-O сквозного отверстия сферического запорного органа и ось O-O привода его вращения, т.е. в закрытом положении шарового крана разгрузочная поверхность 11 образует кольцевую площадку, расположенную со стороны входа 3 проходного канала 2 перпендикулярно направлению потока рабочей среды в проходном канале 2. Кольцеобразная разгрузочная камера 10 соединена по меньшей мере двумя промежуточными проточками 12 с входным отверстием 13. Входное отверстие 13 в закрытом положении шарового крана соосно проходному каналу 2 корпуса 1.
Сферический запорный орган 5 может быть изготовлен из термопластичного материала посредством литья, при этом могут быть отлиты одинаковые половинки сферического запорного органа 5 с выполненными проточками, после чего производится сварка этих половинок. Затем выполняют окончательную обработку образующегося шва сферического запорного органа 5.
рс
В закрытом положении шарового крана напорное давление рабочей среды Р в проходном канале 2 корпуса 1 воздействует на сферический запорный орган 5.
При этом
п
где F - усилие от воздействия рабочей среды, действующее на сферический запорный орган в закрытом положении шарового крана,
рс
Р - давление рабочей среды,
пов
S - площадь поверхности шара, на которую воздействует рабочая среда.
2
2
1
1
комп
п
При этом рабочая среда по входному отверстию 13 под давлением поступает в промежуточные проточки 12 и далее в кольцеобразную разгрузочную камеру 10. Внутри указанной кольцеобразной разгрузочной камеры 10 на разгрузочную поверхность 11, лежащую в плоскости, параллельной плоскости, проходящей через ось O-O сквозного отверстия 6 сферического запорного органа 5 и ось O-O привода 9 его вращения, действуют усилия F, противодействующие усилию F от воздействия рабочей среды, действующему на сферический запорный орган в закрытом положении шарового крана, которое уменьшает при открытии шарового крана общую нагрузку на сферический запорный орган 5.
При этом
рс
где Р - давление рабочей среды;
рп
S - площадь разгрузочной поверхности 11.
Разгрузка ΔF действует только в осевом направлении шарового крана. Она определяется выражением
В результате усилие, действующее на закрытый шаровой кран, уменьшается, образуя разгрузку сферического запорного органа 5 и тем самым облегчая его перемещение при открытии шарового шара.
Предлагаемая конструкция шарового крана позволяет повысить надежность функционирования шарового крана при высоких давлениях рабочей жидкости, увеличить срок его службы при сохранении высокой герметичности за счет уменьшения износа уплотнительных поверхностей сферического запорного органа и седел, в которых он расположен, уменьшения усилий на приводе вращения сферического запорного органа при его открывании при несложной конструкции и низкой себестоимости шарового крана.
Описанные выше примеры осуществления следует во всех аспектах рассматривать лишь как иллюстративные и не обуславливающие никаких ограничений. Следовательно, могут быть использованы другие примеры осуществления настоящей полезной модели и примеры внедрения, которые не выходят за пределы описанных здесь существенных признаков.