КРАН ШАРОВОЙ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к области запорной трубопроводной арматуры, а именно, к шаровому крану для использования на трубопроводах с агрессивной средой, эксплуатируемых при высоких и критичных температурах и давлениях, а также в условиях термоциклирования.
Известен кран шаровой, содержащий цилиндрический корпус с пробкой в виде шара и уплотнение, (см. описание к свидетельству на полезную модель Российской Федерации №21632 МПК F16K 5/04, F16K 5/06 от 21.06.2001 г.).
Уплотнительные кольца в известном шаровом кране выполнены из электроизоляционного материала с консольными выступами. Консольный выступ по длине имеет криволинейный профиль, повторяющий сферическую форму охватываемой поверхности шара. В качестве уплотнительного электроизоляционного материала колец использован фторопласт, при этом поверхность шара полируют. Для повышения надежности уплотнения шара устанавливают дополнительные резиновые кольца между кольцами из электроизоляционного материала и корпусом или/и патрубками.
Устройство ненадежно герметизирует проходное сечение, т.к. применение уплотнений из фторопласта, обладающего текучестью под нагрузкой, особенно при повышенных температурах, не позволяет получить достаточный уровень контактных давлений на контактирующих поверхностях, а необходимость установки резиновых колец усложняет конструкцию и снижает возможности эксплуатации при высоких температурах и в агрессивных средах.
Известен кран шаровой, содержащий цилиндрический корпус с пробкой в виде шара и уплотнение (см. описание к патенту СССР №1839702, МПК F16K 5/06, 30.12. 1993 г.).
Уплотнение в известном кране имеет сложную конструкцию и состоит из металлических обойм с установленными в них неметаллическими уплотнительными седлами, пожатыми к пробке резьбовой втулкой, перемещающейся во внутренней резьбе корпуса. Кроме того, во внутренней резьбе установлена дополнительная гайка, образующая с резьбовой втулкой и внутренней резьбой кольцевую канавку, в которую помещено уплотнительное кольцо, а между обоймой и резьбовой втулкой установлена неметаллическая прокладка.
Такая конструкция крана шарового вызвана необходимостью обеспечивать постоянное контактное давление в уплотнении для компенсации тепловых и механических воздействий.
Устройство ненадежно герметизирует проходное сечение, а необходимость изготовления и установки большого количества втулок, гаек, обойм, седел, использующихся для уплотнения пробки, значительно усложняет конструкцию крана и влечет за собой сложности при эксплуатации.
Известен кран шаровой, принятый в качестве прототипа, содержащий корпус с пробкой в виде шара, седла, установленные по обе стороны от пробки, и уплотнения в виде упругих элементов, покрытых фторопластовой оболочкой, (см. описание к патенту на полезную модель Российской Федерации №45171 МПК F16K 5/06 от 07.12.2005 г.).
В проходном канале корпуса размещена сферическая поворотная пробка, установленная на седловые уплотнения, помещенные в подпружиненные втулки, в канавке которых, а также между корпусом и втулками, расположены кольцевые упругие элементы, покрытые фторопластовой оболочкой, применение которых позволяет расширить диапазон крана шарового по рабочим средам. Недостатком конструкции является необходимость подпружинивать втулки с седлами для компенсации тепловых и механических воздействий, что снижает надежность и усложняет конструкцию.
Технической задачей полезной модели является повышение надежности за счет улучшения технических характеристик шарового крана, и обеспечение герметичности в любом положении пробки за счет упругости комбинированного уплотнения.
Техническая задача решается тем, что шаровой кран содержит корпус с пробкой в виде шара, седла, установленные по обе стороны от пробки, и уплотнения в виде упругих элементов, покрытых фторопластовой оболочкой, при этом седла выполнены металлические с канавками со стороны пробки для установки уплотнений. Сердечник уплотнений выполнен с сечением в виде круга. Оболочка уплотнения выполнена из фторопласта Ф4МБ или из Ф-50.
Техническая задача решается тем, что шаровой кран содержит корпус с пробкой в виде шара, и уплотнения в виде упругих элементов, покрытых фторопластовой оболочкой, при этом уплотнения выполнены с сечением прямоугольника со срезанным углом и установлены по обе стороны от пробки. Оболочка уплотнения выполнена из фторопласта Ф4МБ или из Ф-50.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в повышении рабочих характеристик крана шарового за счет применения комбинированного резино-фторопластового уплотнения шара, которое существенно упрощает конструкцию, снижает стоимость изготовления, позволяет увеличить ресурс работы и снизить эксплуатационные расходы без существенного изменения конструкции крана шарового. При этом одновременно увеличиваются рабочие параметры перекачиваемой среды, а именно, температура и давление, а также обеспечивается перекачивание среды любой агрессивности.
Упругость резинового сердечника и отсутствие хладотекучести у применяемых марок фторопласта устраняют течение под нагрузкой, вплоть до максимальных давлений в 10 МПа. Применение резиновых сердечников на основе силоксановых каучуков и оболочки из фторопласта 50 обеспечивают максимальных давлений в 10 МПа. Применение резиновых сердечников на основе силоксановых каучуков и оболочки из фторопласта 50 обеспечивают эластичность уплотнений при криогенных температурах и снижение температурного порога применимости шаровых кранов до -200°С без изменения конструкции крана шарового.
Применение радиационно стойкого фторопласта Ф-50 в материале оболочки взамен фторопласта Ф-4, обладающего на два порядка более низкой радиационной стойкостью, позволяет использовать предлагаемое техническое решение в атомной промышленности.
Оба предлагаемых варианта, в отличие от прототипа, предполагают применение комбинированных уплотнений в качестве основного уплотнительного элемента пробки крана шарового.
Второй вариант предусматривает полную замену металлического седла на уплотнение, имеющее резиновый сердечник с сечением прямоугольника со срезанным углом для взаимодействия с пробкой.
Возможность изменения твердости резинового сердечника от 50 до 80 по Шор А и толщины стенки оболочки от 0.2 до 2 мм в широких пределах, а именно эти характеристики определяют герметизирующую способность, формы сечения и размеров комбинированного уплотнения, использования различных материалов оболочки позволяют направленно регулировать свойства уплотнительного узла и соответственно характеристики запорной арматуры.
На фигуре 1 изображено сечение крана шарового с уплотнениями с сечением в виде круга, установленными в седла; на фиг.2 - тоже, с уплотнениями с сечением прямоугольника со срезанным углом для взаимодействия с пробкой, установленными вместо седел.
Кран шаровой (вариант 1) содержит корпус 1 с пробкой 2 в виде шара, седла 3, установленные по обе стороны от пробки 2, и уплотнения 4.
Седла 3 выполнены металлические с канавками со стороны пробки 2 для установки уплотнений 4. Уплотнения 4 выполнены в виде упругих элементов, покрытых фторопластовой оболочкой с сердечником из резины с сечением в форме круга, размещенного в оболочке из сополимеров фторопласта Ф4МБ или Ф-50.
Кран шаровой (вариант 2) содержит корпус 1 с пробкой 2 в виде шара, и уплотнения 5, установленные по обе стороны от пробки 2.
Уплотнения 5 выполнены аналогично уплотнениям 3, а именно, с сердечником из резины с сечением в виде прямоугольника со срезанным углом для взаимодействия с пробкой, покрытого фторопластовой оболочкой из сополимеров фторопласта Ф4МБ или Ф-50.
Уплотнения 5 установлены по обе стороны от пробки, а их увеличенные размеры позволяют одновременно выполнять функцию седел.
Резиновый сердечник из силикона или фторэластомера обеспечивает эластические свойства уплотнения и соответственно, надлежащий уровень контактных давлений на сопрягаемых поверхностях во всем диапазоне температур от -200°С до +250°С. Оболочка из сополимеров фторопласта Ф4М6 или Ф-50 обеспечивает химическую устойчивость во всех промышленно применяемых средах, повышенная прочность и теплостойкость обусловливают высокие параметры эксплуатации по температурам до 250°С и давлениям до 10 МПа, низкие усилия поворота штока (коэффициент трения скольжения 0,1-0,2 в отличие от 0,5 для пары резина-металл).