ШАРОВОЙ КРАН
BALL VALVE

Изобретение относится к запорной арматуре и может быть использовано в газовой и других отраслях промышленности.
Известен шаровой кран, содержащий корпус с входным и выходным каналами, размещенный в нем шаровой затвор с цилиндрическим осевым отверстием, два седла со стороны входа и выхода, подвижно контактирующие со сферической поверхностью шарового затвора, по меньшей мере одно из которых установлено в крышке, закрывающей один из торцов корпуса, и шток управления шарового затвора, выведенный из корпуса через отверстие в его боковой поверхности, в котором шаровой затвор выполнен из сплава на алюминиевой основе с керамическим покрытием толщиной, например, 0,1÷0,5 мм сферических уплотнительных поверхностей и поверхности цилиндрического осевого отверстия (патент РФ на изобретение №2104434, МПК F16K 5/06. Опубл. 10.02.1998).
Известен также шаровой кран, в цилиндрическом корпусе которого размещен шаровой поворотный затвор со сквозным отверстием, уплотненный эластичными кольцами/седлами и снабженный подводящим и отводящим патрубками, соединяющими кран с трубопроводом с обеих сторон, в котором в месте соединения патрубков с трубопроводом размещены торцевые квадратной формы фланцы, образуя в месте соединения корпуса шарового крана с фланцем, по крайней мере, один прилив с развитой поверхностью внутри цилиндрического корпуса, на которой выполнены продувочные отверстия с выходом на торцевые квадратной формы фланцы (патент РФ на изобретение №2135870, МПК F16K 5/06. Опубл. 27.08.1999).
Недостатком известных шаровых кранов является то, что герметизация в них осуществляется седлом, находящимся перед шаровым затвором, что увеличивает крутящий момент, необходимый для управления краном, а также повышает износ седел.
Наиболее близким к предлагаемому по совокупности существенных признаков является шаровой кран, содержащий корпус с входным и выходным отверстиями, в котором расположены шаровая пробка со сквозным отверстием, приводимая в движение шпинделем, и два седла, каждое из которых состоит из металлической обоймы, в которой размещены эластичный уплотнитель, взаимодействующий с шаровой пробкой, и упругий уплотнитель, размещенный в канавке и взаимодействующий с корпусом крана, в котором седла установлены относительно корпуса с зазором, величина которого больше половины допустимой величины деформации упругого уплотнителя, а полость канавки, выполненной на торце седла, соединена с полостью корпуса, как минимум, одним каналом. При этом упругий уплотнитель размещен в канавке с исключением перекрытия им канала(ов) при прохождении транспортируемой среды (патент РФ на изобретение №2618634, МПК F16K 5/06, F16K 5/20. Опубл. 05.05.2017. Бюл. №13).
В кране-прототипе недостатки аналогов устранены за счет выравнивания давления на входе и внутри корпуса крана, при этом герметизация осуществляется седлом, находящимся за шаровой пробкой, что приводит к уменьшению усилия, необходимого для управления краном, и снижает износ седла.
Недостатком этого крана является невозможность его работы на высоких давлениях (до 10 МПа).
Технической проблемой, на решение которой направлена заявленное изобретение, является расширение диапазона рабочего давления шарового крана (2,0÷10 МПа).
Поставленная техническая проблема решается тем, что в шаровой кран, содержащий корпус с входным и выходным отверстиями, в котором расположены шаровая пробка со сквозным отверстием, приводимая в движение шпинделем, и два седла, контактирующие с корпусом крана и с шаровой пробкой, введены две втулки, установленные на седлах с зазором. При этом втулки взаимодействуют с корпусом крана через резьбовые соединения, а с седлами - через выступы, выполненные на контактирующих с корпусом крана торцами седел. Причем выступы седел размещены в расточках, выполненных на внутренней поверхности втулок, а на внутренней поверхности седел выполнены расточки, в которых размещены выступы корпуса, выполненные на входном и выходном отверстиях и направленные внутрь корпуса.
Введение двух втулок, установленных на седлах с зазором, позволяет за счет упругой деформации седел, которая ограничена внутренней поверхностью втулок, осуществить выравнивание давления на входе крана и внутри корпуса, что обеспечивает герметизацию крана седлом, установленным за шаровой пробкой.
Взаимодействие втулок с корпусом крана через резьбовое соединение создает усилия, необходимые для герметизации торцов седел по корпусу крана, независимо от усилий, создаваемых по оси крана.
Взаимодействие втулок с седлами через выступы, выполненные на контактирующих с корпусом крана торцах седел, позволяет передать усилие, создаваемое втулкой, на торец седла.
Размещение выступов седел в расточках, выполненных на внутренней поверхности втулок, ограничивает деформацию седел при давлении внутри входного и выходного отверстий. При этом усилия направлены от оси крана к периферии седла.
Выступы корпуса, выполненные на входном и выходном отверстиях и направленные внутрь корпуса, позволяют за счет размещения их в расточках, изготовленных на внутренних поверхностях седел, ограничить деформацию седла при давлении внутри корпуса крана. При этом усилия направлены от периферии седла к оси крана.
Технический результат заключается в упругой деформации седла при перепуске высокого давления внутрь корпуса крана.
На фиг. 1 изображен шаровой кран, общий вид в положении «Закрыто»; на фиг. 2 - то же в положении «Открыто»
Шаровой кран содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 отверстиями, шаровую пробку со сквозным отверстием 4, шпиндель 5, два седла 6 и 7 с выступами 8 и 9 и расточками 10 и 11, две втулки 12 и 13 с резьбовыми соединениями 14 и 15 и расточками 16 и 17. Втулки 12 и 13 установлены на седлах 6 и 7 с зазорами 18 и 19. На входном 2 и выходном 3 отверстиях корпуса 1 выполнены выступы 20 и 21 (фиг. 1, 2). Седла 6 и 7 изготовлены из упруго-деформируемого материла, например, полиуретана.
Шаровой кран работает следующим образом.
При подаче давления (не менее 2,0 МПа) в входное 2 отверстие крана седло 6 (фиг. 1) упруго деформируется до контакта с внутренней поверхностью втулки 12, освобождения проход транспортируемой среды в корпус 1 (фиг. 1). После выравнивания давления между входным отверстием 2 и корпусом 1 под действием упругих сил седло 6 возвращается в исходное положение (фиг. 2). Седло 7 под действием перепада давления упруго деформируется до контакта с втулкой 13 (фиг. 1), обеспечивая герметичное соединение с шаровой пробкой 4, а выступ 21 ограничивает деформацию седла 7 от действия давления в корпусе 1 (фиг. 1). При повороте шпинделя 5 на 90° против хода часовой стрелки сквозное отверстие шаровой пробки 4 устанавливается по оси крана, обеспечивая проход транспортируемой среды (фиг. 1). Выравнивание давления между входным 2 отверстием и корпусом 1 позволяет герметизировать кран седлом 7, находящимся за шаровой пробкой 4 (фиг. 1), что уменьшает усилие, необходимое для управления краном, и снижает износ седла 7. Так как для деформации седла 6 необходимо высокое давление (2,0 МПа и выше), то это определяет и диапазон давлений (2,0÷10 МПа) крана.
На предприятии ООО Завод «Газпроммаш», согласно изобретению, разработаны и изготовлены и испытаны шаровые краны с условным проход DN 25÷50 мм на давление PN 2,0÷10 МПа. При испытаниях нарушений герметичности не наблюдалось, что подтверждает достижение поставленной задачи - возможность работы шарового крана на высоких давлениях.