ШАРОВОЙ КРАН ТРУБОПРОВОДНОЙ АРМАТУРЫ

Полезная модель относится к относится к судовым системам гидравлики, в частности, к шаровому крану, применяемому в качестве запорной арматуры, устанавливаемой в трубопровод гидросети.
Для оценки новизны заявленного решения рассмотрим ряд известных технических средств аналогичного назначения, характеризуемых совокупностью сходных с заявленным устройством признаков.
Известен шаровой кран по патенту РФ №102727, содержащий изготовленный из термопластичного полимерного материала корпус с двумя элементами подсоединения к трубопроводу с его противоположных сторон, полости которых соединены выполненным в корпусе проходным каналом, шаровой затвор со сквозным каналом, изготовленную из металлического сплава и расположенную в корпусе обойму с проходными отверстиями, открытыми в проходной канал корпуса, в которой установлен шаровой затвор с возможностью поворота и с уплотнением кольцами, сопряженными с его боковой поверхностью, установленными в обойме по периметрам обоих проходных отверстий, шток, установленный в корпусе с сопряжением через отверстие в обойме одним концом с шаровым затвором и выходом второго конца наружу корпуса для принудительного поворота шарового затвора с целью перекрытия проходного канала корпуса.
Использование в известной конструкции уплотнения шарового затвора в виде обоймы из металлического сплава, повышает стоимость шарового крана за счет необходимости использование трудоемких технологических операций формообразования детали из металлического сплава.
Известен шаровой кран по патенту РФ №84937, который содержит корпус с впускным и выпускным участками для протекания рабочей среды, сообщающиеся между собой через разделяющую рабочую камеру, в которой установлен шаровой запорный орган со сквозным отверстием, снабженный средством для поворота в вертикальной плоскости на угол 90°. По обеим сторонам шарового запорного органа расположены подвижные упругонагруженные поджимными устройствами седла-уплотнители, выполненные из полимерного материала с центральными вогнутыми участками, полностью соприкасающимися с поверхностью шарового запорного органа, установленные в металлические обоймы, одна из которых расположена в цилиндрической расточке корпуса, а другая - в цилиндрической расточке патрубка, подсоединенного к впускному отверстию, отличающийся тем, что в указанных седлах-уплотнителях и обоймах выполнены сообщающиеся между собой дренажные каналы, которые расположены в плоскости, поперечной оси шарового запорного органа симметрично относительно этой оси, и связывают впускной участок внутренней полости шарового крана с рабочей камерой.
Данное техническое решение, как наиболее близкое к заявленному по техническому существу и достигаемому результату, принято в качестве его прототипа
Недостаток прототипа заключается в его низкой надежности, поскольку герметичность крана может быть нарушена вследствие выдавливания уплотнения из обоймы на начальном этапе движения запорного шарового крана из положения «закрыто» в положение «открыто» из-за отсутствия давления в рабочей камере крана к моменту его открытия.
Задачей полезной модели является повышение герметичности, а, следовательно, надежности шарового крана.
Сущность заявленного технического решения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше обеспечиваемого полезной моделью технического результата.
Согласно полезной модели шаровой кран трубопроводной арматуры, содержащий корпус с впускным и выпускным участками для протекания рабочей среды, сообщающиеся между собой через разделяющую рабочую камеру, в которой установлен шаровой запорный орган со сквозным отверстием, снабженный средством для поворота в вертикальной плоскости на угол 90° и уплотнением, контактирующим с поверхностью шарового запорного органа, отличающийся тем, что уплотнение выполнено из полимерного материала, с коэффициентом термического расширения выровненным до уровня коэффициента термического расширения запорного органа и корпуса трубопроводной арматуры путем добавления в его состав микро или нанокерамических порошков с размером менее 1 мкм и их объемным содержанием от 10 до 70%.
Кроме того, заявленное техническое решение характеризуется наличием ряда дополнительных факультативных признаков, а именно:
- в качестве полимерного материала уплотнения может быть использован полиуретан;
- в качестве микро или нано керамических порошков может быть использован нитрид кремния крупностью 500 нанометров;
- в качестве микро или нано керамических порошков может быть использован нитрид алюминия крупностью 500 нанометров.
Заявленная совокупность существенных признаков обеспечивает достижение технического результата, который заключается в том, что заявленный состав уплотнения не увеличивает коэффициент трения и в тоже время снижает деформацию под давлением, что существенно повышает надежность крана.
Заявленное устройство работает следующим образом.
-6
-1
-6
-1
Коэффициент термического расширения полиуретанов при нормальных условиях составляет около 57×10/с, а коэффициент термического расширения используемых совместно с ними в одних изделиях нержавеющих аустенитных сталей, например, 08х18н10т, составляет при нормальных условиях 17×10/с. При повышении температуры полиуриетановые детали будут расширяться опережающе, создавая избыточную нагрузку. Введение в состав полиуриетанов наполнителей больших по размеру чем 3 мкм ухудшает коэффициент трения и механические свойства полученного композита. Поэтому основой заявленного решения является снижение коэффициента термического расширения композита путем наполнения его керамическими микро или нанопорошками с низким коэффициент термического расширения и химически инертными.
По результатам испытаний выявлено что керамические частицы с размерами менее 1 мкм не ухудшают коэффициента трения по сравнению с исходным материалом.
-6
-1
-1
-1
В качестве наполнителей выбраны нитрид кремния с коэффициентом термического расширения 3.4×10/с и нитрид алюминия с коэффициентом термического расширения 3.3×10/с. При введении 10% об керамики механические свойства не изменяются, но коэффициент термического расширения композита уменьшается незначительно (не более 10%), но при введении от 30 до 50% об. коэффициент термического расширения композита уменьшался до 2-х раз, Возможности деформации в упругой зоне ухудшались, но оставались приемлемыми. При повышении содержания до 70% при многоцикловых нагрузках происходит разрушение образца. Соответственно, оптимальными значениями армирования композит является интервал от 30 до 50% керамики размером 1 мкм и менее до 400-500 нм.