ШАРОВОЙ КРАН С ВЕРХНИМ РАЗЪЕМОМ

Полезная модель относится к арматуростроению и может быть использована в конструкциях шаровых кранов с верхним фланцевым разъемом, позволяющим при их ремонте упростить замену быстроизнашиваемых деталей без извлечения корпуса крана из трубопровода при надежной работе крана.
Известна конструкция шарового крана, изложенная в каталоге «Трубопроводная арматура для объектов атомной энергетики» ПТКМ «Атомармпроект» 2010 г. корпорации «Сплав». Основная особенность этого шарового крана - возможность извлечения выемной части через верхний фланцевый разъем, без снятия корпуса с трубопровода. Наличие клиновых устройств, позволяющих герметично поджимать сферическую пробку в процессе работы крана и его ремонте, сильно увеличивают весо-габаритные характеристики корпуса и усложняют сборку и разборку крана.
Более рациональная конструкция аналога шарового крана Типа IN представлена в каталоге немецкой фирмы ITAG. Благодаря уникальной конструкции колец седла, внутренние детали крана легко извлекаются, после того, как шаровую пробку вытянули из крана: кольца седла автоматически поворачиваются к стенкам корпуса, что позволяет свободно извлечь шаровую пробку. Разворот седел при извлечении происходит по сопрягаемым поверхностям сфера-цилиндр. При этом, герметичность сопряжения обеспечивает герметизирующее кольцо, расположенное на сфере седла. Подобная герметизация не регламентирована ни в одном из руководящих документов и не может быть надежной, особенно при высоких давлениях. В этом заключается основной недостаток конструкции.
Наиболее близким техническим решением является конструкция запорного устройства по патенту RU 2098707 МПК F16K 5/20 публ. 10.12.1997, где в варианте шарового затвора заявлена конструкция решающая другую задачу - повышение герметичности крана путем самоустановки седла.
Шаровой кран с верхним разъемом содержит корпус с верхним фланцем, с входным и выходным патрубками, в которых расположены подвижные седла, постоянно нагруженные пружинами в сторону шаровой пробки, установленной в осях, при этом, каждое седло состоит из втулки с внутренней сферической поверхностью и кольца с наружной сферической поверхностью, установленного во втулке с герметизацией по сферической поверхности с помощью резинового уплотнительного кольца, размещенного перпендикулярно оси проходного сечения патрубков и со смещением от оси сферы кольца в противоположную сторону от сферической пробки, на торце кольца размещено уплотнение седла.
Данная конструкция обладает следующими недостатками:
- установка с наружной сферической поверхностью кольца во внутреннюю сферическую поверхность втулки технологически невозможна;
- в конструкции седла не предусмотрена фиксация кольца относительно втулки. При работе крана в зависимости от угла поворота шаровой пробки на седло действует усилие от перепада давления рабочей среды и предварительного поджатая пружин, создавая момент на уплотнительной поверхности кольца седла, который будет стремиться повернуть кольцо относительно втулки. При этом, происходит неравномерное распределение усилий на уплотнительной поверхности и, как следствие, повышенный неравномерный износ.
Задача полезной модели - извлечение выемной части затвора из корпуса с последующей установкой во время ремонта через верхний фланцевый разъем, при условии сохранения корпуса крана в трубопроводе при надежной работе крана.
Технический результат заявляемой полезной модели - повышение надежности работы шарового крана и упрощение замены быстроизнашиваемых деталей при ремонте без извлечения корпуса крана из трубопровода.
В предлагаемой полезной модели это достигается за счет того, что шаровой кран с верхним разъемом, содержащий корпус с верхним фланцем, с входным и выходным патрубками, в которых расположены подвижные седла, постоянно нагруженные пружинами в сторону шаровой пробки, установленной в осях, при этом, каждое седло состоит из втулки с внутренней сферической поверхностью и кольца с наружной сферической поверхностью, установленного во втулке с герметизацией по сферической поверхности с помощью резинового уплотнительного кольца, размещенного перпендикулярно оси проходного сечения патрубков и со смещением от оси сферы кольца в противоположную сторону от сферической пробки, на торце кольца размещено уплотнение седла, согласно полезной модели сферическая поверхность втулки выполнена с переходом в цилиндрическую поверхность того же диаметра, причем, между втулкой и кольцом введена механическая связь в виде штифта и паза, где последний выполнен по радиусу с центром сферической поверхности кольца.
На втулке под пружины дополнительно может быть установлено кольцо, которое фиксируется введенным пружинным упорным кольцом.
Резиновое уплотнительное кольцо может быть размещено в оболочке и расположено во втулке.
На фиг. 1 представлен продольный разрез шарового крана с верхним разъемом. Кран состоит из следующих основных деталей: корпуса 1, фланца 2, шаровой пробки 3, штока 4, оси 5 и двух седел, каждое их которых, в свою очередь, состоит из кольца 6 и втулки 7.
На корпусе 1 установлен фланец 2. Герметичность соединения корпуса 1 и фланца 2 обеспечивает уплотнительное кольцо 8. В корпусе 1 установлена шаровая пробка 3, которая удерживается при помощи штока 4 и оси 5. Шаровая пробка 3 и шток 4 соединены штифтом 9. Герметичность соединения штока 4 и фланца 2 обеспечивают сальниковые кольца 10. В патрубках корпуса 1 установлены седла, каждое из которых состоит из кольца 6 с наружной сферической поверхностью и втулки 7 с внутренней сферической поверхностью. Герметичность соединения сферических поверхностей кольца 6 и втулки 7 обеспечивает уплотнительное кольцо 11, герметичность соединения втулки 7 и корпуса 1 - уплотнительное кольцо 12. Сферическая поверхность втулки 7 выполнена с переходом в цилиндрическую поверхность того же диаметра D (см. фиг. 2). Предварительное поджатие седел обеспечивается пружинами 13, которые удерживаются на седле кольцом 14, зафиксированным на втулке 7 пружинным кольцом 15. Кольцо 6 и втулка 7 соединены между собой штифтом 16, при этом, штифт 16 имеет возможность перемещаться в пазе 17, выполненном во втулке 7. На торце кольца 6 герметично установлено мягкое уплотнение 18, контактирующее с шаровой пробкой 3. Шаровая пробка 3 выставляется соосно с патрубками корпуса 1 и седлами с помощью компенсаторов 19 и 20.
Демонтаж затвора при ремонте происходит в следующей последовательности:
- снимается резьбовое крепление фланца 2 и корпуса 1;
- извлекается шаровая пробка 3 совместно с фланцем 2, осью 5, штоком 4, штифтом 9, компенсатором 19 и сальниковыми кольцами 10. По мере подъема шаровой пробки 3, кольца 6 седел разворачиваются на определенный угол в плоскости перемещения пазов 17 относительно неподвижных штифтов 16. Затем, когда шаровая пробка 3 выходит из зацепления с торцом кольца 6, затвор (втулка 7 и кольцо 6) под действием пружин 13 незначительно (до 2 мм) перемещается в патрубках корпуса 1 до упора кольца 14 в кольцо 15;
- извлекаются седла из патрубков корпуса 1. Седла, кроме уплотнительных колец 12, извлекаются единым блоком. Все составляющие детали седел, соединены между собой штифтами 16 пазами 17 и кольцами 14 и 15.
Монтаж затвора происходит в обратной последовательности:
- устанавливаются уплотнительные кольца 12;
- устанавливаются седла;
- устанавливается шаровая пробка 3 с фланцем 2, при этом выставляется положение шаровой пробки 3 относительно корпуса 1 в положение «открыто». При установке нижняя часть шаровой пробки 3 при контакте с кольцом 6 своей сферической поверхностью незначительно развернет седло, а затем шаровая пробка 3 опускается между седлами до упора торца оси 5 в компенсатор 20. При этом, оси патрубков корпуса 1, седел и проходного сечения шаровой пробки 3 совпадают, а фланец 2 своей опорной поверхностью без зазорно ложится на торцовую поверхность корпуса 1;
- крепится фланец 2 к корпусу 1.
Разборка (сборка) седла обеспечивается извлечением (установкой) штифта 16 из кольца 6. Канавку под уплотнительное кольцо 11 целесообразно выполнить во втулке 7, т.к. необходимую чистоту сферической поверхности, соприкасающуюся с кольцом 11, легче выполнить на наружной сферической поверхности кольца 6.
При длительной эксплуатации седла возможно схватывание уплотнительного кольца 11 со сферической поверхностью, поэтому целесообразно использовать резиновое кольцо в оболочке из эластомера (см. фиг. 2).
Опытное изготовление и испытания предлагаемой конструкции доказали эффективность по сравнению с аналогами и прототипом. Полностью подтвердилась надежность работы крана и ее работоспособность конструкции при извлечении выемной части затвора из корпуса с последующей установкой при ремонте через верхний фланцевый разъем.