УПЛОТНИТЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ ЗАПОРНОГО ОРГАНА ШАРОВОГО КРАНА
SEALING UNIT OF SHUT-OFF DEVICE OF BALL VALVE

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно к трубопроводной арматуре, а именно к кранам с поворотными пробками, имеющими сферическую поверхность.
Известен уплотнительный узел запорного органа шарового крана с входным и выходным патрубком, содержащий обойму с наружными кольцевыми уплотнениями относительно ее посадочного места, выполненного в соответствующих впускном и выпускном (не показано) патрубках шарового крана, сердцевину, размещенную в обойме и, разъемно соединенную с ней, подвижное поджатое пружиной седло, выполненное с возможностью размещения на его рабочей поверхности герметизирующего кольца, при этом уплотнительный узел установлен в шаровом кране с возможностью образования камер прямого L и обратного N хода подвижного седла (патент РФ RU2168665, МПК F16K 5/20, опубл. 10.06.2001 г.).
Данное техническое решение является наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату, поэтому принято за прототип.
Недостатками прототипа являются невысокая надежность и сложность конструкции.
Технический результат от использования заявленного технического решения заключается в повышении надежности и упрощение конструкции.
Ниже раскрыты все общие и частные существенные признаки изобретения, характеризующие их причинно-следственную связь с указанным техническим результатом, достаточные для осуществления специалистом в данной области техники.
Уплотнительный узел запорного органа шарового крана с входным и выходным патрубком содержит обойму с наружными кольцевыми уплотнениями относительно ее посадочного места, выполненного в соответствующих впускном и выпускном патрубках шарового крана, сердцевину, размещенную в обойме и разъемно соединенную с ней. Уплотнительный узел поджат пружинами и выполнен с возможностью размещения на его рабочей поверхности герметизирующего кольца.
Элементы уплотнительного узла: обойма, сердцевина и герметизирующее кольцо объединены в единый конструктивный узел - подвижное составное седло.
Подвижное составное седло установлено в шаровом кране с возможностью образования камер прямого L и обратного N хода.
Указанная обойма выполнена в виде чаши с кольцевым выступом на одном ее торце, имеющим указанные кольцевые уплотнения на его наружной поверхности, со ступенчатым отверстием, большее из которых выполнено со стороны кольцевого выступа, а меньшее - расположено в зоне от большего отверстия до другого торца обоймы. На наружной поверхности сердцевины образован цилиндрический фланец с наружной резьбой, выполненной с возможностью образования резьбового соединения с соответствующей резьбой на внутренней поверхности большего отверстия обоймы. Указанное резьбовое соединение имеет средство блокировки от раскручивания. В собранном состоянии крана уплотнительный узел образует две камеры: прямого хода L подвижного составного седла с одной стороны кольцевого выступа и камеры обратного хода N, с другой стороны кольцевого выступа. В указанном цилиндрическом фланце в сторону запорного органа выполнены равномерно размещенные по кругу открытые отверстия с пружинами, сопряженными с герметизирующим кольцом, подвижно установленным в полости, образованной между сердцевиной и обоймой, и частично выступающим в открытом положении крана за пределы рабочей поверхности составного седла на величину, допускаемую другим торцом обоймы, с возможностью выполнения функции ограничителя. Герметизирующее кольцо на сопряженных с обоймой и сердцевиной поверхностях снабжено уплотнениями. Открытые отверстия под пружины соединены с камерой прямого хода L. Наружная поверхность сердцевины, расположенная до цилиндрического фланца, уплотнена относительно патрубка с возможностью герметизации пространства между камерой прямого хода L и входным или выходным (не показано) патрубками шарового крана. Рабочая поверхность составного подвижного седла состоит из разделенных по кругу герметизирующим кольцом поверхностей обоймы и сердцевины, выполненных сферическими в месте контакта с поверхностью шаровой пробки. Герметизирующее кольцо может быть выполнено из эластомерного, из термопластичного материала или из металла.
Устройство иллюстрируется чертежами, где: на фиг. 1 представлена установка уплотнительного узла в кране; на фиг. 2 - уплотнительный узел в сборе, продольный разрез; на фиг. 3 - обойма, продольный разрез; на фиг. 4 - герметизирующее кольцо, продольный разрез; на фиг. 5 - сердцевина, продольный разрез.
Уплотнительный узел запорного органа 1 шарового крана 2 с входным и выходным патрубком содержит обойму 3 с наружными кольцевыми уплотнениями 4 относительно ее посадочного места, выполненного в соответствующих впускном 5 и выпускном (не показано) патрубках шарового крана 2, сердцевину 6, размещенную в обойме 3 и разъемно соединенную с ней. Уплотнительный узел поджат пружинами 7 и выполнен с возможностью размещения на его рабочей поверхности герметизирующего кольца 8. Элементы уплотнительного узла: обойма 3, сердцевина 6 и герметизирующее кольцо 8 объединены в единый конструктивный узел - подвижное составное седло 9. Подвижное составное седло 9 установлено в шаровом кране 2 с возможностью образования камер прямого L и обратного N хода. Указанная обойма 3 выполнена в виде чаши с кольцевым выступом 10 на одном ее торце, имеющим указанные кольцевые уплотнения 4 на его наружной поверхности со ступенчатым отверстием, большее из которых выполнено со стороны кольцевого выступа 10, а меньшее - расположено в зоне от большего отверстия до другого торца обоймы 3. На наружной поверхности сердцевины 6 образован цилиндрический фланец 11 с наружной резьбой, выполненной с возможностью образования резьбового соединения с соответствующей резьбой на внутренней поверхности большего отверстия обоймы 3. Указанное резьбовое соединение 12 имеет средство блокировки от раскручивания 13. В собранном состоянии крана уплотнительный узел образует две камеры: прямого хода L подвижного составного седла 9 с одной стороны кольцевого выступа 10 и камеры обратного хода N, с другой стороны кольцевого выступа 10. В указанном цилиндрическом фланце 11 в сторону запорного органа 1 выполнены равномерно размещенные по кругу открытые отверстия 14 с пружинами 15, сопряженными с герметизирующим кольцом 8, подвижно установленным в полости, образованной между сердцевиной 6 и обоймой 3, и частично выступающим в открытом положении крана 2 за пределы рабочей поверхности составного седла 9 на величину, допускаемую другим торцом обоймы 3, с возможностью выполнения функции ограничителя. Герметизирующее кольцо 8 на сопряженных с обоймой 3 и сердцевиной 6 поверхностях снабжено уплотнениями 16. Открытые отверстия пружин 15 соединены с камерой прямого хода L. Наружная поверхность сердцевины 6, расположенная до цилиндрического фланца 11, уплотнена относительно соответствующего патрубка с возможностью герметизации пространства между камерой прямого хода L и входным 5 или выходным (не показано) патрубками шарового крана 2. Рабочая поверхность составного подвижного седла 9 состоит из разделенных по кругу герметизирующим кольцом 8 поверхностей обоймы 3 и сердцевины 6, выполненных сферическими в месте контакта с поверхностью шаровой пробки 1. Герметизирующее кольцо 8 может быть выполнено из эластомерного или из термпопластичного материала или из металла.
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 изобретения, 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 изобретения указано его назначение, оно может быть осуществлено промышленным способом для запорно-регулирующих операций в трубопроводах, осуществимо и воспроизводимо, а отличительные признаки, приведенные в формуле изобретения устройства, позволяют получить заданный технический результат, т.е. являются существенными.
Изобретение в том виде, как оно охарактеризовано в формуле, может быть осуществлено с помощью средств и методов, описанных в патенте RU 2168665, ставшем общедоступным до даты приоритета изобретения.
Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость".
Анализ известных технических решений в данной области техники показал, что предложенное техническое решение не следует для специалиста явным образом из уровня техники, поскольку не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с его отличительными признаками, а в выявленных таких решениях не подтверждена известность влияния отличительных признаков на указанный в материалах заявки технический результат.
Т.е. заявленное решение имеет признаки, которые отсутствуют в известных технических решениях, а использование этих признаков в заявленной совокупности существенных признаков дает возможность получить новый технический результат - повышение надежности и упрощение конструкции.
Следовательно, предложенное техническое решение может быть получено только путем творческого подхода и неочевидно для среднего специалиста в этой области, т.е. имеет изобретательский уровень по сравнению с существующим уровнем техники.
Для подтверждения возможности осуществления изобретения ниже приводятся следующие сведения о работе устройства, раскрывающие, как может быть осуществлено изобретение с реализацией указанного заявителем назначения и с подтверждением возможности достижения технического результата при осуществлении изобретения.
Реализация устройства осуществляется следующим образом.
1
2
2
Уплотнительный узел (подвижное составное седло 9) выполнен сборно-разборным из подсборки, включающей в себя: сердцевину 6, пружины 15 и герметизирующее кольцо 8, которую закрепляют в обойме 3 с уплотнениями 4. После этого собранный уплотнительный узел устанавливают во входной 5 и выходной (не показано) патрубки с двух сторон запорного органа 1. В процессе работы осуществляется принудительный отвод уплотнительных узлов (подвижных составных седел 9) от запорного органа 1 в момент его поворота и осуществляется автоматическое поджатие их к запорному органу 1 после его остановки. Герметизирующее кольцо 8 предварительно поджато пружинами 15 до упора в выступ на торце обоймы 3 (защита от выдавливания), при этом у него имеется возможность свободного перемещения в полости, образованной между сердцевиной 6 и обоймой 3. Герметизирующее кольцо 8 по наружному и внутреннему диаметру имеет свои кольцевые уплотнения 16. Полость, в которой установлено герметизирующее кольцо 8, соединяется с полостью L в патрубке крана. Для закрытия крана рабочая среда подается через штуцер Ш в замкнутые полости L, расположенные перед подвижным составным седлом 9, при этом полости N, расположенные после него, сообщены с атмосферой через штуцер Ш. В результате этого на подвижном составном седле 9 каждого из патрубков появляется перепад давлений, т.к. в полости N давление рабочей среды равно атмосферному. Под воздействием перепада давлений, а также под действием пружин 7 и 15 подвижное составное седло 9 и герметизирующее кольцо 8 каждого патрубка плотно прижаты к уплотнительной поверхности запорного органа 1. Чем выше давление в трубопроводе, тем больше сила прижатия составных седел 9 к поверхности запорного органа 1. При необходимости открыть шаровой кран рабочая среда подается через штуцер Ш в замкнутые полости N. Давление в замкнутых полостях L становится равным атмосферному. На подвижном составном седле 9 каждого патрубка появляется обратный перепад давлений: в полости N будет давление рабочей среды, а в полости L равно атмосферному. Под воздействием обратного перепада давлений, подвижное составное седло 9 перемещается от запорного органа 1, преодолевая усилие пружин 7 и 15, между подвижным составным седлом 9 и запорным органом 1 появляется зазор. Запорный орган 1 открывается при отсутствии трения между уплотнительными поверхностями подвижных составных седел 9 и запорным органом 1.
Устройство может быть использовано для перекрытия потока рабочей среды с содержанием твердых включений, транспортируемой по трубопроводам технологических систем в газовой, нефтяной отраслях промышленности.
Преимуществами изобретения являются:
- снижение стоимости крана также за счет уменьшения рабочих усилий для его управления, что позволяет использовать для шарового крана менее мощных и более дешевых приводов;
- увеличение срока службы герметизирующих колец уплотнительных узлов запорного органа шарового крана.
Использование изобретения позволяет повысить надежность, а также упростить конструкцию уплотнительного узла запорного органа шарового крана.