КЛАПАН ШАРОВОЙ
BALL VALVE

Изобретение относится к устройствам арматуростроения и может быть использовано в ракетной технике для пуска или отсечки рабочего тела (РТ), а также в любой отрасли промышленности, использующей гидравлическую технику, где необходимо периодически перекрывать подачу жидкости.
Известен шаровой кран (авторское свидетельство SU 1789813), содержащий корпус с входным и выходным патрубками, в котором размещен пневмопривод, выполненный в виде кольцевых поршней с центральными отверстиями, соединенных штоком, в котором закреплены опоры пробки, установленной в подпружиненных седлах, расположенных в указанных отверстиях поршней, причем вдоль корпуса выполнен продольный паз, в котором размещен шпиндель пробки, вдоль паза установлена зубчатая рейка, а на шпинделе - шестерня.
Недостатками вышеуказанного шарового крана являются:
- сложность регулировки угла поворота пробки от управляющего давления на необходимый угол, т.к. на каждом отдельном шаровом кране в разных климатических условиях сила трения, возникающая между поршнем и корпусом, будет разная и при подаче одного и того же управляющего давления в управляющую полость скорость угла поворота и угол поворота пробки будет разный;
- при превышении относительно заданного перепада давления рабочего тела (РТ) между полостями патрубков входа и выхода шарового крана, находящегося в исходном положении (положение закрыт), возможно разрушение корпуса крана;
- необходимость постоянной подачи управляющего давления в управляющую полость, т.к. упругие переходники работают как пружины и при сбросе управляющего давления поршень может сместиться от заданного положения.
Известен шаровой клапан (патент RU 2551711), содержащий корпус с входным, выходным переходниками с отверстием, шаровой затвор со шлицевым отверстием и проточкой, вал, уплотнение вала, нижнюю опору.
Недостатками вышеуказанного шарового клапана являются:
- при превышении относительно заданного перепада давления рабочего тела (РТ) между полостями патрубков входа и выхода шарового клапана, находящегося в исходном положении (положение закрыт), возможно разрушение корпуса клапана;
- сложность изготовления шарового затвора и манжеты.
Наиболее близким по технической сущности является шаровой клапан (патент RU 2486395 - прототип), содержащий корпус с переходниками входа, выхода и дренажа, шаровой затвор с валом и нижней опорой, установленный в шарикоподшипники, уплотнение шарового затвора, уплотнение вала, подпружиненную рейку, взаимодействующую с зубчатым колесом вала и по торцу - со штоком привода, переходник дренажа, ось которого расположена под углом и проходит через центр шарового затвора.
Известный шаровой клапан имеет ограниченные эксплуатационные возможности, такие как:
- невозможность использования клапана в качестве предохранительного, что также влияет на надежность и может привести к разрушению корпуса клапана шарового при превышении относительно заданного перепада давления рабочего тела (РТ) между полостями переходников входа и выхода, находящегося в исходном положении (положение закрыт);
- не сохраняет своего текущего положения после сброса управляющего давления с привода;
- в закрытом положении не обеспечивает герметичность полости переходника выход, т.к. рабочее тело свободно поступает из полости переходника выход в дренаж;
- повышенные габариты шарового клапана.
Задача изобретения - расширение эксплуатационных возможностей клапана шарового, повышение надежности, обеспечение герметичности полости штуцера выход в закрытом положении, уменьшение габаритов.
Поставленная задача достигается тем, что в клапане шаровом, включающем в себя корпус, в котором перпендикулярно штуцерам входа-выхода выполнена проточка со стенкой под уплотнение вала клапана, шаровой затвор, уплотнение шарового затвора, подпружиненную втулку, рейку, привод, согласно изобретению шаровой затвор и вал клапана выполнены раздельно и соединены между собой посредством выступа, выполненного на валу клапана, взаимодействующего с пазом шарового затвора, при этом в уплотнении шарового затвора, со стороны выходного штуцера, выполнены проточки, с которым взаимодействует подпружиненная втулка, а уплотнение вала выполнено в виде фторопластовой манжеты, взаимодействующей с одной стороны с подпружиненной шайбой, с другой - с конусным опорным кольцом, причем на валу клапана с двух его сторон установлены втулки, одна из которых, установлена в проточке со стенкой уплотнения вала и поджата гайкой, другая взаимодействует с выступом вала, а рейка взаимодействует с валом-шестерней, размещенным в корпусе привода, который также взаимодействует с дополнительной рейкой, параллельно установленной относительно первоначально указанной, при этом рейки в рабочем положении взаимодействуют с регулируемыми упорами, размещенными с одной из сторон привода, в которых со стороны штуцеров привода выполнены проточки со стенкой под уплотнения, аналогичные уплотнению вала клапана, который связан с валом-шестерней посредством муфты, а корпуса клапана и привода соединены между собой через термомосты посредством проставки.
Заявленное техническое решение поясняется чертежами:
фиг. 1 - общий вид клапана шарового в разрезе;
фиг. 2 - вид А с фиг. 1;
фиг. 3 - разрез Б-Б с фиг. 1;
фиг. 4 - вид В с фиг. 2.
Клапан шаровой (фиг. 1) состоит из корпуса 1 со штуцерами входа 2 и выхода 3, двух термомостов 4, 5, проставки 6 и привода 7. В корпус 1 установлен шаровой затвор 8 с уплотнением шарового затвора, выполненного в виде уплотнительных колец 9, 10, взаимодействующие с валом клапана 11. Шаровой затвор 8 и вал клапана 11 выполнены раздельно и соединены между собой посредством выступа 12, выполненного на валу клапана 11, взаимодействующего с пазом 13 шарового затвора 8. Уплотнительное кольцо 10 зафиксировано в корпусе 1 стопорным кольцом 14. Уплотнительное кольцо 9, имеющее проточки 15, взаимодействует со стороны выходного штуцера 3 с подпружиненной втулкой 16, которая поджимается пружиной 17, взаимодействующей по торцу с гайкой 18. На валу клапана 11 установлена втулка 19 из бронзы, взаимодействующая с выступом 12 вала и корпусом 1 клапана.
Для обеспечения внешней герметичности корпуса 1 клапана шарового перпендикулярно штуцерам входа и выхода 2, 3 выполнена проточка 20 со стенкой 21 корпуса 1 под уплотнение вала клапана 11 в виде фторопластовой манжеты 22, которая по торцу со стороны шарового затвора 8 взаимодействует с конусным опорным кольцом 23, а с противоположной стороны - с подпружиненной шайбой 24, которая поджимается тарельчатыми пружинами 25, взаимодействующими по торцу со втулкой 26, установленной также в проточке 20 и поджатой гайкой 27. Вал 11 застопорен от перемещения вдоль своей оси шайбой стопорной 28. Для обеспечения необходимого люфта вала клапана 11 между гайкой 27 и шайбой стопорной 28 располагаются шайбы регулировочные 29. Для предотвращения отвинчивания гайки 27 на корпусе 1 установлена шайба стопорная 30.
В корпусе привода 7 размещен вал-шестерня 31, взаимодействующий с рейкой 32, а также с дополнительной рейкой 33, параллельно установленной относительно указанной. Рейка 32 и дополнительная рейка 33 взаимодействуют с регулируемы упорами 34, 35, которые размещены с одной из сторон привода 7, а со стороны штуцеров 36, 37 в рейке 32 и дополнительной рейке 33 выполнены проточки 38, 39 со стенками 40, 41 под уплотнения, аналогичные уплотнению вала клапана 11, в виде фторопластовых манжет 42, 43, взаимодействующих с конусными опорными кольцами 44, 45 и тарельчатыми пружинами 46, 47, поджатые с двух сторон втулками 48, 49, при этом вал клапана 11 связан с валом-шестерней с помощью муфты 46.
Внутри штуцеров привода установлены плоские фильтры 50, 51 и шайбы дроссельные 52, 53, которые поджаты гайкой 54, 55.
Описание работы
В исходном положении клапан шаровой нормально закрыт. Рабочее тело поступает в штуцер входа 2 корпуса 1. За счет усилия прижатия пружины 17, воздействующей на подпружиненную втулку 16 и уплотнительное кольцо 9, шаровой затвор 8 плотно прилегает к уплотнительному кольцу 10. При подаче управляющего давления в штуцер 37 рейка 33 перемещается из одного крайнего положения в другое и упирается в регулируемый упор 34, а рейка 32 от регулируемого упора 35 перемещается в сторону штуцера 36. Перемещаясь, рейка 33 входит в зацепление с валом-шестерней 31 и поворачивает его. Момент вращения от вала-шестерни 31 через муфту 46 передается на вал клапана 11 вместе с шаровым затвором 8. Шаровой затвор 8 поворачивается и проходное сечение клапана открывается. Рабочее тело поступает из полости штуцера вход 2 в полость штуцера выход 3. После сброса управляющего давления со штуцера 37 шаровой затвор 8 остается в заданном положении за счет сил трения, возникающих между уплотнительными кольцами 9, 10 и шаровым затвором 8, а также между фторопластовыми манжетами 22, 42, 43 и корпусами клапана 1 и привода 7.
При подаче управляющего давления в штуцер 36 рейка 32, перемещаясь из одного крайнего положения в другое, упирается в регулируемый упор 35, а рейка 33 от упора перемещается в сторону штуцера 37, перемещаясь, рейка 32 входит в зацепление с валом-шестерней 31 и поворачивает его. Момент вращения от вала-шестерни 31 через муфту 46 передается на вал клапана 11 вместе с шаровым затвором 8. Шаровой затвор 8 поворачивается, и проходное сечение клапана перекрывается. Рабочее тело не поступает из полости штуцера вход 2 в полость штуцера выход 3. После сброса управляющего давления со штуцера 36, шаровой затвор 8 остается в заданном положении за счет сил трения, возникающих между уплотнительными кольцами 9, 10 и шаровым затвором 8, а также между фторопластовыми манжетами 22, 42, 43 и корпусами клапана 1 и привода 7.
Плоский фильтр 50, 51 предохраняет клапан шаровой от попадания инородных частиц во внутренние полости привода.
В случае превышения перепада давления рабочего тела шарового клапана в исходном (закрытом) положении между штуцерами входа 2 и выхода 3 сверх допустимого шаровой затвор 8 перемещается вдоль паза 13 и оси корпуса в направлении штуцера выхода 3, при этом смещая уплотнительное кольцо 9, втулку 16 и сжимая пружину 17. Между шаровым затвором 8 и уплотнительным кольцом 10 образуется щель, через которую, а также через проточки 15 происходит сброс рабочего тела в полость штуцера выход 3. Перепад давления между штуцерами входа 2 и выхода 3 клапана шарового уменьшается. При снижении перепада давления до допустимого значения под действием усилия пружины 17 шаровой затвор 8 прижимается к уплотнительному кольцу 10, щель уменьшается, сброс рабочего тела прекращается.
Предлагаемое техническое решение позволяет расширить эксплуатационные возможности клапана шарового и повысить его надежность за счет использования клапана в исходном (закрытом) положении в качестве предохранительного в результате того, что шаровой затвор и вал клапана выполнены раздельно и соединены между собой посредством выступа, выполненного на валу клапана, взаимодействующего с пазом шарового затвора для перемещения под действием сил, возникающих при превышении относительно заданного перепада рабочего давления между штуцерами входа и выхода, обеспечить герметичность полости штуцера выхода в закрытом положении, а также сохранить текущее положение шарового затвора после сброса управляющего давления в полости привода за счет сил трения, возникающих между фторопластовыми манжетами и корпусами клапана и привода, а также между уплотнительными кольцами и шаровым затвором, уменьшить габариты клапана за счет расположения зубчатой передачи внутри корпуса привода.