УПРУГОЕ СЕДЛО ДЛЯ КРАНА С ПОВОРОТНОЙ ПРОБКОЙ

УПРУГОЕ СЕДЛО ДЛЯ КРАНА С ПОВОРОТНОЙ ПРОБКОЙ
Полезная модель относится к общему машиностроению, в частности к трубопроводной арматуре, а именно к уплотнениям поворотных пробок кранов.
Известны упругие седла кранов, установленные в корпусе крана и прижатые к пробке шаровой, седла имеют зону изгиба. (Все о клапанах. Нелес-Джеймсбури и авторы. Хельсинки, AKT/BBDO Business Communications Оу, 1993 г, стр. 98 рис. 4, стр. 111 рис. 18). Недостатком данного седла является - заклинивание седла между пробкой и корпусом, что увеличивает износ седла и увеличивает момент управления краном, а также не надежное прикрытие при малых давлениях рабочей среды.
Известна конструкция крана шарового с упругим седлом, в котором на ограничивающем диаметре поджимающей втулки расположено седло и упругое кольцо помещенное в паз втулки (Патент Российской Федерации на полезную модель №45171, 2005 г., по кл. МПК F16K 5/06). Кран шаровой состоит из корпуса, проходного канала, в котором размещена сферическая поворотная пробка; с поверхностью сферической поворотной пробки контактируют уплотнительные седла, которые помещены в подпружиненные втулки; между уплотнительными седлами и подпружиненными втулками, в канавках втулок, установлены кольцевые эластичные упругие элементы, покрытые фторопластовой оболочкой; подпружиненные втулки имеют на своей наружной цилиндрической поверхности канавки, в которые вставлены кольцевые упругие элементы, покрытые фторопластовой оболочкой; в подпружиненной втулке, со стороны торцевой поверхности, выполнена кольцевая проточка для прохода рабочей среды. Недостатком седла данного крана шарового является - вынужденное увеличение габаритных размеры конструкции крана шарового в целом, необходимой для обеспечения надежного уплотнения запорного органа.
Наиболее близким аналогом полезной модели являются седла с резиновым кольцом, примененные в конструкции крана шарового DN 80, PN 0,6 МПа ВИЛН.491825.001 ТУ 3742-024-05749381-2000 производства ОАО «Пензинский арматурный завод» (440007, Россия, г. Пенза, улица Транспортная, дом 1, официальный сайт в информационно-телекоммуникационной сети "Интернет" http://armatura-paz.ru/kran-sharovoj-stalnoj-du-80.html). Конструкция крана шарового представляет собой корпус с плавающим шаром и установленными на седлах резиновыми уплотнительными кольцами. Однако недостаток данной конструкции состоит в том, при повышенных давлениях происходит заклинивание седла между пробкой и втулкой корпуса (эффект «закусывания»), что увеличивает износ седла и увеличивает момент управления краном.
Задачей полезной модели является увеличение надежности перекрытия потока рабочей среды после каждого цикла в процессе эксплуатации крана с упругим седлом, а также уменьшение эффекта «закусывания» седла между пробкой и втулкой корпуса.
Поставленная задача решается созданием конструкции упругого седла для крана с поворотной пробкой:
- с ограничением смещения седла, для этого на поджимающей втулке выполняется ограничивающий диаметр для установки седла, что исключает эффект «закусывания» седла;
- с увеличением упругости седла, для этого в седле выполняется паз, в паз седла размещается упругое кольцо;
- с равновесием седла на разных давлениях, для этого паз на седле и упругое кольцо располагаются на ограничивающем диаметре.
Конструкция упругого седла до сборки представлена на фиг. 1, после сборки - на фиг. 2, при действии давления среды - на фиг. 3 и 4, где:
1 - седло, 2 - пробка, 3 - упругое кольцо, 4 - поджимающая втулка, F - силы, Т - моменты, Р - силы от давления среды.
1
При сборке упругое кольцо 3 устанавливается с натягом на поджимающую втулку 4 - упругая сила F на фиг. 1.
2
Собранное и готовое к работе упругое седло представлено на фиг. 2. Для создания удельного давления - упругая сила F, седло сжимается до равновесия упругих сил  и упругих моментов , где:
21
F - сила упругости седла;
22
F - сила упругости кольца;
1
T - момент от силы упругости кольца;
2
Т - момент от силы упругости седла.
При давлении упругое седло работает следующим образом. В закрытом положении крана при давлении рабочей среды упругое седло на выходе крана находится в состоянии равновесия сил (фиг. 3):
- в осевом направлении
- в радиальном направлении
и упругих моментов
где:
3
F - сила реакции опорной поверхности ограничивающего диаметра;
3
Т - момент от силы реакции опорной поверхности ограничивающего диаметра;
4
Т - момент от силы давления среды в канавке седла;
1
Р - сила, на открытом торце седла возникающая при давлении;
2
Р - сила, на боковой поверхности седла возникающая при давлении;
3
Р - сила, на поверхности уплотнения седла возникающая при давлении;
4
Р - сила, на закрытом торце седла возникающая при давлении;
5
Р - сила, на поверхности канавки седла возникающая при давлении;
6
Р - сила, на боковой поверхности канавки седла возникающая при давлении.
22
1
6
1
22
2
При повышении давления сила F и момент T увеличивается, т.к. упругое кольцо сжимается давлением - силы Р и F и увеличивается плечо между силами F и F.
1
3
5
4
Посредством того, что седло 1 имеет ограничение на поджимающей втулке 4, возможна компенсирующая сила F и момент Т, а геометрические размеры паза седла рассчитаны так, что обеспечивается зависимое увеличение силы Р от давления и как следствие изменение момента Т, который противодействует моменту поворота сечения седла, тем самым обеспечивая равновесие сил и моментов. При равновесии сил и моментов не происходит «закусывание» седла и увеличивается надежность перекрытия потока рабочей среды после каждого цикла в процессе эксплуатации крана на разных давлениях.
В закрытом положении крана при давлении рабочей среды упругое седло на входе крана работает до потери герметичности (фиг. 4) при сохранении условия:
Наличие паза в седле увеличивает диапазон рабочих давлений и не требует дополнительного поджатия, что обеспечивает надежность перекрытия потока рабочей среды как при малых, так и при больших давлениях и противодействует эффекту «закусывания» седла.