Шаровой кран

Полезная модель относится к области арматуростроения и предназначена для использования при изготовлении шаровых кранов для газовой, химической и других областей промышленности.
Известны шаровые краны (патенты RU 2088829, МПК F16К 5/10; RU 2087783, МПК 6 F16К 5/06 от 04.04.1996; RU 21335870, МПК 6 F16К 5/06 от 22.08.1997; RU 2150907, МПК F16К 5/20 от 20.04.1999 и т.д). Все названные конструкции имеют стандартный набор деталей: корпус с входным и выходным отверстиями, размещенный в нем шаровой затвор, посадочно-уплотнительные элементы. Смену рабочего положения затвора осуществляет орган управления, как правило, шток или вал.
Основным недостатком шаровых кранов, работающих в химически агрессивных средах и (или) в средах с высоким содержанием абразивных частиц и (или) в условиях частого открывания-закрывания, является быстрый выход из строя из-за эрозии (коррозии) шарового затвора и посадочно-уплотнительных элементов.
Известен шаровой кран (патент DE 3803414) с керамическими посадочными шайбами и шаровым затвором из спеченного корунда, а также шаровой кран (заявка RU 93004040, МПК F16К 5/06, опубл. 27.11.1995) с затвором из фарфора.
Эти краны лишены вышеперечисленных недостатков, однако конструктивно сложны, дороги в изготовлении и, кроме того, легко выходят из строя от случайных ударов в силу хрупкости материала изготовления.
Известны также шаровые краны (патенты DE 19800894, МПК F16К 5/06, 13.01.1998; DE 19801042, МПК F16К 5/06, 14.01.1998), в которых опорные кольца и шаровой запорный элемент выполнены в виде минеральных литых деталей, состоящих из реактивной смолы в качестве связующего, и 60-90% прочного на износ керамического наполнителя.
Эти краны более дешевы, но подвержены химической коррозии связующего.
Известен также шаровой кран (заявка на изобретение RU 93016455/29, МПК F16К 5/06, 31.03.1993) с керамическим покрытием на сферическом запорном элементе.
Наиболее близким к заявляемому решению является шаровой кран (RU 2104434, МПК F16К 5/06, 21.03.1996) с керамическим покрытием на шаровом затворе из сплава на алюминиевой основе. Недостатками указанного шарового крана является использование на шаровом затворе из алюминиевого сплава керамического покрытия, поскольку коэффициент теплового расширения алюминия  а керамических материалов Из-за резкого отличия величин коэффициентов теплового расширения происходит растрескивание керамических покрытий при изменениях температуры окружающей среды. Для условий различных регионов, где эксплуатируются шаровые краны, перепады температуры могут составлять 80°С (от -40 до 40°С). Это резко ограничивает применимость подобных кранов. Растрескивание покрытий усугубляется при увеличении размеров покрываемого шарового затвора: чем больше диаметр, тем больше величина абсолютного изменения размеров и тем более критичен шаровой затвор с таким покрытием даже к незначительному изменению температуры.
Второй недостаток, присущий шаровым кранам с керамическим покрытием, - следствие технологии получения керамик. Керамические покрытия могут отличаться и по сырью, и по составу, и по структуре, и по свойствам материалов, единственным объединяющим их признаком можно считать технологию: составление шихты, формирование и обжиг (Словарь-справочник по порошковой металлургии. Киев: Наукова Думка, 1982, стр. 84).
Обжиг керамики производят при температуре выше 800°С, в то время как температура плавления алюминиевых сплавов составляет 660°С. Это делает процесс формирования керамического покрытия весьма сложным и трудно реализуемым по причине расплавления материала основы (алюминиевого сплава) шарового затвора.
Задачей полезной модели является повышение срока службы и повышение качества арматуры за счет повышения износо- и коррозионной стойкости рабочих поверхностей и изделия в целом.
Указанная задача решается тем, что в шаровом кране, содержащем корпус с входным и выходным каналами и размещенные в нем шаровой затвор с проходным отверстием, посадочно-уплотнительные элементы, шток управления шаровым затвором и имеющий покрытие на рабочих поверхностях, покрытие представляет собой слоистую структуру, причем наружный защитный слой - слой оксида алюминия, подслой - слой алюминия или слой анодируемого алюминиевого сплава.
Другой особенностью полезной модели является то, что толщина оксидного слоя составляет 0,07-0,25 мм.
Еще одной особенностью полезной модели является то, что слой алюминия или его сплава имеет толщину 0,1-0,5 мм.
И еще одной особенностью полезной модели является то, что наружный оксидный слой имеет сотовую структуру.
Полезная модель поясняется чертежами, на которых представлено:
Фиг. 1 - Вид основного варианта шарового крана в разрезе.
Фиг. 2 - Вид части шарового крана в разрезе в варианте, содержащем сальник для температуры среды выше 250°С.
Шаровой кран (Фиг. 1) содержит: корпус 1 с входным и выходным каналами 2 и размещенным в них шаровым затвором в комплекте: шар 3, седла 4, конусные уплотнительные кольца 5, кольца нажимные 6, тарельчатые пружины 7, вкладыши 8, гайки опорные регулирующие 9.
Далее расположены по вертикали: шток 10, уплотнительный сальник 11 из полимерных конусных элементов для уплотнения штока 10 с температурой среды до 250°С, проставка 12, упругая прокладка 13 для поджатая сальника проставкой, винт опорный регулирующий 14 (Фиг. 1), предназначенный для регулирования положения шара 3 соосно с седлами 4, винт стопорный 15 (Фиг. 2).
Сальник (Фиг. 2) включает в себя конусные кольца ТРГ среднее 16 и нажимные конусные металлические кольца 17, шайбу опорную 18, кольцо уплотнительное внешнее 19, кольцо нажимное 20, проставку 12 и прокладку упругую 13.
Основную сборку и настройку крана производят следующим образом.
Вставить направитель в проходное отверстие в шаре. Ввести шар с направителем в корпус до совмещения опорных отверстий с осями верхней и нижней. По направителю ввести седла с входящими деталями до контакта с шаром. Замерить размер от торца корпуса до пружины + величина сжатия пружины на 1 мм. Ввинтить гайки опорные в патрубки на величину замеров сжатия пружин. Опорный винт завинтить до упора с шаром. Винт застопорить. Направитель удалить из крана.
Шаровой затвор (шар 3 и седла 4) имеет покрытие на рабочих поверхностях. Для снижения коэффициента трения пары шар х седла рабочие поверхности покрывать антифрикционным твердосплавным покрытием (АТСП). АТСП представляют собой материалы, состоящие из связующей смолы, растворителя, высокодисперсных частиц твердых смазочных материалов, а также функциональных добавок. После нанесения на специально подготовленную поверхность детали, формируется тонкий композиционный слой, обладающий высокими защитными и смазочными свойствами. Такой слой обеспечивает эффективную сухую смазку и защиту от коррозии.
Преимущества технологии АТСП:
Сухая смазка эффективна в запыленных средах.
Высокие противозадирные свойства
Низкий коэффициент трения до 0,03
Широкий диапазон температур от минус 180 до +550 гр.с.
Износостойкость до 400 тыс. циклов.
Устойчивость к химически агрессивным средам - кислотам, щелочам, органическим растворителям и др.;
Работоспособность в вакууме и в условиях радиации;
Толщина покрытия на детали составляет 5-15 мкм и мало влияет на исходную точность размеров;
Высокие противозадирные свойства и несущая способность до 2500 МПа.