КРАН
VALVE

Изобретение относится к трубопроводной арматуре и предназначено для управления потоком рабочей среды с абразивными включениями в качестве запорного и запорно-регулирующего крана.
Известно техническое решение конструкции односедельного поворотного сегментного крана, содержащего корпус с входным и выходным отверстиями, расположенными на одной оси, седло с конической уплотнительной поверхностью, расположенного у входного отверстия, запорный элемент, выполненный в виде сегмента с уплотнительной поверхностью, установленного в корпусе с эксцентриситетом относительно плоскости уплотнения и оси уплотнительной поверхности седла, обеспечивающим в закрытом положении герметичное прилегание уплотнительной поверхности к конусу седла и поворотный привод (см. приложение №1, F5000R 01/2004, фирмы Masoneilan, заявка №2006115990 от 10.05.2006 г.).
Данный кран эффективен при использовании его в средах, содержащих абразивные включения. Используется чаще всего как регулирующий. Из-за одностороннего уплотнения он ограниченно используется как запорный.
Наиболее близким аналогом, который выбран за прототип, является конструкция крана по патенту на полезную модель RU 75230, публ. 27.07.2008, МПК P16K 5/06, F16K 5/20.
Кран содержит корпус с соосными входным и выходным отверстиями, два седла, каждый из которых имеет коническую уплотнительную поверхность, и расположенные у входного и выходного отверстия, запорный элемент, выполненный в виде сегментов, каждый из которых имеет уплотнительную поверхность, и установленные в корпусе с эксцентриситетом относительно плоскости уплотнения и оси уплотнительной поверхности седла, обеспечивая в закрытом положении герметичное прилегание уплотнительной поверхности к конической уплотнительной поверхности седел, образуя внутреннюю полость, при этом, сегменты жестко установлены в едином корпусе запорного элемента, который имеет возможность поворота на валу, центр которого расположен на оси входного и выходного отверстия корпуса, а уплотнительные конические поверхности седел смещены относительно оси отверстий корпуса на величину эксцентриситета уплотнительных поверхностей сегментов запорного элемента.
Практическое использование крана такой конструкции показало, что в кране с мягким уплотнением затвора можно получить высокую двухстороннюю герметичность, благодаря только приложенному моменту на поворотном приводе и деформативности мягкого упругого уплотнительного материала.
В кранах с уплотнением «металл-металл» получить двухстороннее уплотнение затвора практически невозможно, используя только момент на поворотном приводе.
Один из двух жестко соединенных сегментов коснется раньше конической поверхности седла и погасит все усилие от поворотного момента, а второй сегмент практически может или не коснуться уплотнительной поверхности седла, или усилие от момента придет существенно ослабленным.
Задачей данного изобретения является повышение двухсторонней герметичности крана за счет дополнительного поджатия каждого сегмента к седлу с помощью поворотного момента привода в конце закрытия затвора.
Технический результат - повышение герметичности крана в конце закрытия затвора.
Технический результат достигается за счет того, что кран, содержащий корпус с соосными входным и выходным отверстиями, два седла, каждое из которых имеет уплотнительную коническую поверхность, запорный элемент, представляющий собой два сегмента, каждый из которых имеет уплотнительную сферическую поверхность и размещен с эксцентриситетом в противоположные стороны относительно оси входного и выходного отверстий корпуса, обеспечивая в закрытом положении герметичное прилегание уплотнительных поверхностей, при этом, запорный элемент имеет возможность поворота на валу со шпонкой через хвостовик шпинделя, центры которых расположены на оси входного и выходного отверстий корпуса, а уплотнительные поверхности седел смещены относительно оси отверстий корпуса на величину эксцентриситета уплотнительных поверхностей сегментов запорного элемента, и поворотный привод, согласно изобретению запорный элемент выполнен из двух раздельных сегментов, каждый из которых снабжен введенными сопрягаемыми элементами в виде пружинной втулки и цилиндрической втулки со шпоночным пазом, взаимодействующими при повороте соответственно с хвостовиком шпинделя и валом со шпонкой, причем, соединение с валом каждого сегмента обеспечивает соосное расположение уплотнительных поверхностей сегментов и седел, а пружинные втулки обеспечивают поворот сегментов до совмещения их уплотнительных сферических поверхностей с коническими поверхностями седел и дополнительное поджатие, при этом, линии контакта хвостовика шпинделя с пружинными втулками совпадают с осями уплотнительных поверхностей седел. Хвостовик шпинделя и пружинные втулки могут сопрягаться по квадратному периметру, при этом, на их поверхностях выполнены соответственно пазы и выступы, контактирующие между собой, образующие жесткое сцепление при открытии затвора.
На фиг.1 изображен поперечный разрез крана в положении «открыто».
На фиг.2 изображен поперечный разрез крана в положении «закрыто».
На фиг.3 изображен продольный разрез крана в положении «закрыто».
Кран содержит корпус 1 с фланцами 2 и 3 с выполненными в них соответственно входным 4 и выходным 5 отверстиями. Фланцы 2, 3 имеют соответственно седла 6, 7 с уплотнительными поверхностями B, B1. Уплотнительные поверхности седел выполнены с эксцентриситетом Z относительно отверстий корпуса в противоположные стороны. Фланцы 2, 3 соединены с корпусом крепежом 8, 9. Между фланцами и корпусом установлены герметизирующие прокладки 10.
Запорный элемент выполнен из двух автономных сегментов 11, 12, каждый из которых неподвижно соединен соответственно сопрягаемым элементом в виде пружинной втулки 13, 14 и цилиндрической втулки со шпоночным пазом 15, 16. Кроме этого, в сегментах 11, 12 выполнена цилиндрическая расточка радиусом R, которая в положении крана «открыто» образует цилиндрический канал с входным и выходным отверстиями 4, 5 во фланцах 2, 3.
В корпусе 1 выполнены соосно отверстия перпендикулярно осям входного 4 и выходного 5 отверстий. В этих отверстиях установлен вал 17 и шпиндель 18, с помощью которых происходит поворот сегментов 11, 12 с уплотнительными поверхностями C и C1. С валом 17 при помощи шпонки 19 сопрягаются втулки 15, 16. С квадратным хвостовиком 20 шпинделя 18 соединяются пружинные втулки 13, 14. С помощью прокладок 21, 22 выставляется вал 17, обеспечивая соосное расположение уплотнительных поверхностей сегментов C, C1 относительно уплотнительных поверхностей седел B, B1 в положении крана «закрыто».
Кран работает следующим образом. В открытом положении крана отверстия 4, 5 соединены между собой через цилиндрические пазы R, выполненные в сегментах 11, 12, обеспечивая прохождение рабочей среды с малым коэффициентом гидравлического сопротивления. При закрытии крана сегменты 11, 12 поворачиваются от привода шпинделем 18 через хвостовик 20 и валом 17 до совмещения уплотнительных поверхностей C с B и C1 с B1. При сборке крана добиваются одновременного касания указанных поверхностей, но точного прилегания их практически выполнить невозможно, особенно, когда уплотнительные поверхности «металл-металл», что отрицательно сказывается на герметичности затвора. При дальнейшем повороте от привода хвостовик 20 шпинделя 18 продолжает контактировать с пружинными втулками 13, 14 и обеспечивает дополнительное поджатие сферических поверхностей сегментов C и C1 к конусным поверхностям седел B и B1. Развод пружинных втулок при поджатии затвора очень ограничен, поэтому релаксация им в работе не угрожает. Открытие затвора происходит посредством поворота хвостовика 20 шпинделя 18 в противоположную сторону. При этом замок, выполненный на пружинных втулках 13, 14 в виде выступов, сцепляется с соответствующими пазами на хвостовике 20 шпинделя 18, образует дополнительную жесткость пружинных втулок при открытии. При повороте сегментов поворачивается вал 17 совместно с втулками 15, 16, соединенные шпонкой 19. Благодаря точной ориентации соединения втулок 15, 16 относительно вала 17, обеспечивается соосность уплотнительных поверхностей C, C1 с B, B1 в положении затвора «закрыто», а расположение шпонки 19 в одной плоскости при незначительном наклоне сегментов при их дополнительном поджатии способствует самоустановке уплотнительных поверхностей.
Промышленная применимость очевидна. Опытное изготовление предлагаемой конструкции доказало ее эффективность и полностью подтвердило повышение герметичности уплотнительных поверхностей «металл-металл». В настоящее время планируется использовать данное техническое решение на кранах с абразивными рабочими средами, в частности, в технологическом процессе висбрекинга на рабочей среде - битум с температурой 385°C на нескольких НПЗ.