ШАРОВОЙ КРАН С РЕГУЛИРУЕМЫМ ПОДЖАТИЕМ И ИЗМЕНЯЕМОЙ ГЕОМЕТРИЕЙ

Полезная модель относится к области машиностроения, преимущественно к трубопроводной арматуре, а именно - к кранам с поворотными пробками, имеющими сферическую поверхность.
Устройство может быть использовано для регулирования и перекрытия потока высокотемпературной рабочей среды с содержанием твердых включений, транспортируемой по трубопроводам технологических систем в газовой, нефтяной, химической и угольной отраслях промышленности.
Известен шаровой кран с регулируемым поджатием, содержащий корпус, в котором размещен механизм регулировки подачи рабочей среды, выполненный в виде шаровой пробки со сквозным отверстием, установленной с возможностью поворота в неподвижном и подвижном кольцевых уплотнениях, и шпинделя с рукояткой, кинематически соединенного с шаровой пробкой, при этом сквозное отверстие в пробке в открытом положении крана сообщено с отверстиями в входном и выходном патрубках, имеющих средства разъемного соединения с трубопроводной магистралью, при этом кран снабжен несущим элементом, в котором размещено резьбовое средство регулируемого поджатия подвижного кольцевого уплотнения, причем оси шпинделя и резьбового средства расположены под прямым углом друг к другу (патент РФ RU 137590, МПК F16K 5/06, опубликовано: 20.02.2014 г.).
Данное техническое решение является наиболее близким к полезной модели по технической сущности и достигаемому результату, поэтому принято за прототип.
Недостатками прототипа являются ограниченный срок службы крана из-за повышенного износа шаровой пробки и ее уплотнений вследствие попадания в их сопряжения абразивных веществ и увеличенных усилий для управления краном.
Технический результат от использования заявленного технического решения заключается в увеличении срока службы крана путем снижения износа шаровой пробки и ее уплотнений вследствие исключения попадания в их сопряжения абразивных веществ и за счет снижения усилий ее поворота
Ниже приведены общие и частные существенные признаки, характеризующие причинно-следственную связь полезной модели с указанным техническим результатом.
Шаровой кран с регулируемым поджатием и изменяемой геометрией содержит корпус, в котором размещен механизм регулировки подачи рабочей среды, выполненный в виде шаровой пробки со сквозным отверстием, установленной с возможностью поворота в неподвижном и подвижном кольцевых уплотнениях, и шпинделя с рукояткой, кинематически соединенного с шаровой пробкой. Сквозное отверстие в пробке в открытом положении крана сообщено с отверстиями в входном и выходном патрубках, имеющих средства разъемного соединения с трубопроводной магистралью. Кран снабжен несущим элементом, в котором размещено резьбовое средство регулируемого поджатия подвижного кольцевого уплотнения. Оси шпинделя и резьбового средства расположены под прямым углом друг к другу. На каждом из указанных патрубков под острым углом к их продольной оси выполнены внутренние фланцы, разъемно прикрепленные к корпусу крана с возможностью их выборочной перестановки в два независимых фиксированных положения путем поворота патрубков в плоскости их разъема с корпусом. Несущий элемент резьбового средства регулируемого поджатия изготовлен во входном патрубке, в кольцевой проточке, выполненной в котором, размещено подвижное уплотнение. Резьбовое средство снабжено винтом с рукояткой на наружном конце, расположенным соосно сквозному отверстию в шаровой пробке в открытом положении крана и шарнирно соединенным внутренним концом с перфорированным диском. На свободном торце перфорированного диска отформовано упомянутое подвижное кольцевое уплотнение, сопряженное с шаровой пробкой и, установленное в указанной кольцевой проточке во входном патрубке с возможностью осевого перемещения диска на величину, обеспечивающую свободный поворот шаровой пробки. Суммарная площадь отверстий в перфорированном диске составляет 0,5-0,9 площади поперечного сечения сквозного отверстия в шаровой пробке в зависимости от плотности и состава транспортируемой рабочей среды. Неподвижное кольцевое уплотнение размещено в кольцевой проточке в выходном патрубке. Средства разъемного соединения с трубопроводной магистралью могут быть выполнены в виде внешних фланцев на входном и выходном патрубках. Плоскости фланцев входного и выходного патрубков могут быть параллельны друг другу или расположены под углом, не превышающим угол 90° в сторону, противоположную рукояткам шпинделя и винта резьбового средства.
Устройство иллюстрируется чертежами, где: на фиг. 1 представлен продольный разрез крана с продольным расположение входного и выходного патрубков; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1 в увеличенном масштабе; на фиг. 3 - вид Б на фиг. 1 в увеличенном масштабе; на фиг. 4 - вариант угловой геометрии крана; на фиг. 5 - вид В на фиг. 1 на перфорированный диск; на фиг. 6 - то же, что и на фиг. 5, вариант исполнения; на фиг. 7 - то же, что и на фиг. 5, вариант исполнения.
Шаровой кран с регулируемым поджатием и изменяемой геометрией содержит корпус 1, в котором размещен механизм регулировки подачи рабочей среды, выполненный в виде шаровой пробки 2 со сквозным отверстием, установленной с возможностью поворота в неподвижном 3 и подвижном 4 кольцевых уплотнениях, и шпинделя 5 с рукояткой 6, кинематически соединенного с шаровой пробкой 2.
Сквозное отверстие в пробке 2 в открытом положении крана сообщено с отверстиями в входном 7 и выходном 8 патрубках, имеющих средства разъемного соединения с трубопроводной магистралью.
Кран снабжен несущим элементом 9, в котором размещено резьбовое средство регулируемого поджатия подвижного кольцевого уплотнения 4.
На каждом из указанных патрубков 7 и 8 под острым углом к их продольной оси выполнены внутренние фланцы 10 и 11, разъемно прикрепленные к корпусу 1 крана с возможностью их выборочной перестановки в два независимых фиксированных положения путем поворота патрубков 7 и 8 в плоскости их разъема с корпусом 1.
Несущий элемент 9 резьбового средства регулируемого поджатия изготовлен во входном патрубке 7, в кольцевой проточке, выполненной в котором, размещено подвижное кольцевое уплотнение 4.
Резьбовое средство снабжено винтом 12 с рукояткой 13 на наружном конце, расположенным соосно сквозному отверстию в шаровой пробке 2 в открытом положении крана. Оси винта 12 и шпинделя 5 расположены под прямым углом друг к другу (фиг. 1). Винт 12 шарнирно соединен внутренним концом с перфорированным диском 14, выполненным со сквозными отверстиями диаметром, уменьшающимся от периферии к центру диска.
На свободном торце перфорированного диска 14 отформовано упомянутое подвижное кольцевое уплотнение 4, сопряженное с шаровой пробкой 2 и, установленное в указанной кольцевой проточке во входном патрубке 7 с возможностью осевого перемещения перфорированного диска 14 на величину, обеспечивающую свободный поворот шаровой пробки 2.
Суммарная площадь отверстий в перфорированном диске 14 составляет 0,5-0,9 площади поперечного сечения сквозного отверстия в шаровой пробке 2 в зависимости от плотности и состава транспортируемой рабочей среды.
Неподвижное кольцевое уплотнение 3 размещено в кольцевой проточке в выходном патрубке 8.
Средства разъемного соединения с трубопроводной системой могут быть выполнены в виде внешних фланцев 15 на входном 7 и выходном 8 патрубках.
Плоскости внешних фланцев 15 входного 7 и выходного 8 патрубков могут быть параллельны друг другу или могут быть расположены под углом, не превышающим угол 90° в сторону, противоположную рукояткам 6 шпинделя и 13 - винта 12 резьбового средства.
В других вариантах исполнения вместо фланцев могут быть использованы резьбовые, муфтовые и другие известные типы соединений (не показано).
Сравнение заявленного технического решения с уровнем техники известным из научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках не выявило средство, которому присущи признаки, идентичные всем признакам, содержащимся в предложенной заявителем формуле полезной модели, включая характеристику назначения.
Т.е., совокупность существенных признаков заявленного решения ранее не была известна и не тождественна каким-либо известным техническим решениям, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности “новизна”.
Данное техническое решение промышленно применимо, поскольку в описании к заявке и названии полезной модели указано его назначение, оно может быть изготовлено промышленным способом и использовано при транспортировании по трубопроводом жидких или газообразных сред.
Техническое решение работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, а отличительные признаки устройства позволяют получить заданный технический результат - увеличение срока службы крана путем снижения износа шаровой пробки и ее уплотнений, т.е. являются существенными.
Устройство в том виде, как оно охарактеризовано в каждом из пунктов формулы, может быть осуществлено с помощью средств и методов, описанных в прототипе, ставшим общедоступным до даты приоритета полезной модели.
Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности “промышленная применимость”.
Устройство работает следующим образом.
В открытом положении в шаровом кране проходное отверстия в шаровой пробке 2 совпадает с отверстиями патрубков 7 и 8.
Поток рабочей среды из трубопровода попадает через отверстие во внешнем фланце 15 в патрубок 7, меняет направление движения и, затем через внутренний фланец 10 через перфорацию в диске 14, проходное отверстие в шаровой пробке 2 и отверстие во внутреннем фланце 11 попадает в патрубок 8 где меняет направление движения и, из выходного отверстия в его внешнем фланце 15 снова попадает в трубопровод.
В этом положении пробка 2 зафиксирована от поворота винтом 12 с помощью вращения его рукоятки 13 между металлическим кольцевым уплотнением 3 и металлическим кольцевым уплотнением 4 перфорированного диска 14.
Перфорированный диск 14 выполнен с отверстиями 16, поскольку выполняет функции запорно-регулирующего, поэтому указанные отверстия 18 позволяют получить требуемую расходную характеристику.
В предложенной конструкции размер и расположение отверстий 16 позволяют это достичь и за счет формы отверстий 16 или прорезей (не показано) в перфорированном диске 14 диске, а также можно получить линейную или пропорциональную расходную характеристику.
Винт 12 фиксирует шаровую пробку 2 в любом требуемом положении: «открыто», «закрыто» или промежуточном.
За счет усилия, создаваемого винтом 12, между сферической поверхностью шаровой пробки 2 и металлическим кольцевым уплотнением 3 отсутствует зазор, в результате чего твердые включения, содержащиеся в рабочей среде не могут повредить его уплотнительную поверхность, которое, в свою очередь уплотнено относительно патрубка 8 прокладкой 17.
Герметичность шарового крана относительно внешней среды обеспечивается сальниковым уплотнением 18 и 19, прокладками 20 и 21.
Прокладки 20, 21 и сальниковые уплотнения 18 и 19 могут быть изготовлены из термостойких материалов, например, терморасширенного графита, что обеспечивает работоспособность крана при повышенных температурах рабочей среды.
При необходимости повернуть шаровую пробку 2 в требуемое положение при регулировании расхода рабочей среды через шаровой кран необходимо винт 12 повернуть с помощью рукоятки 13 так, чтобы уменьшить осевое усилие создаваемое им на диск 14, шаровую пробку 2 и кольцевое уплотнение 3.
В результате этого между сферической поверхностью шаровой пробки 2 и металлическим кольцевым уплотнением 3 появляется зазор достаточный для свободного вращения пробки 2 шпинделем 5 с помощью рукоятки 6.
Благодаря наличию зазора снижается усилие на рукоятке 6 при повороте шаровой пробки 2.
В вариантном исполнении на винте 12 может быть нарезана, например, трапецеидальная резьба, В этом случае требуемый зазор составляет половину шага трапецеидальной резьбы на винте 12. в результате этого максимальный угол поворота его рукоятки 12 не превышает 300°, что достаточно либо для полной фиксации шаровой пробки 2 между диском кольцевыми уплотнениями 3 и 4, либо - для полного ее освобождения, обеспечив гарантированный зазор h (фиг. 2) между диском 14 и кольцевой проточкой в патрубке 7.
Чтобы закрыть шаровой кран необходимо освободить рукояткой 13 шаровую пробку 2, повернуть ее рукояткой 6 на угол 90° по часовой стрелке, при этом она полностью перекроет проход для рабочей среды, и затем зафиксировать ее в этом положении рукояткой 13, создав необходимые удельные давления для герметизации крана.
Открытие шарового крана выполняется в обратной последовательности.
Тот факт, что оси патрубков 7 и 8 пересекаются под углом 44°-…46° к плоскости разъема соответствующих внутренних фланцев 10 и 11, позволяет, при необходимости, менять геометрию крана, например, с угловой конфигурацуии на проходную путем поворота выходного патрубка 8 на угол 180 градусов, после чего кран может быть установлен на прямолинейном трубопроводе.
В процессе работы перфорированный диск 14 прилегает к сферической поверхности пробки 2, которая, перемещаясь, постепенно закрывает часть отверстий, регулируя пропускную способность, крана.
Использование полезной модели позволяет увеличить срок службы крана путем снижения износа шаровой пробки и ее уплотнений вследствие исключения попадания в их сопряжения абразивных веществ и за счет снижения усилий ее поворота. При этом сохранять и восстанавливать работоспособность в случае засорения рабочей среды твердыми включениями и - посредством компенсации износа трущихся поверхностей. Конструктивные признаки устройства обеспечивают снижение усилия на рукоятке при управлении краном и позволяют сохранить работоспособность при повышенных температурах рабочей среды