КЛАПАН ШАРОВОЙ ЗАПОРНЫЙ
VALVE BALL VALVE

Изобретение относится к общему машиностроению, в частности к запорным клапанам с ручным приводом, предназначенным для пропускания по тракту клапана потока рабочей среды при его открытом положении и для перекрытия потока рабочей среды при его отсоединении, и может быть использовано, например, в устройствах пневматической аппаратуры.
Известен клапан запорный (Патент RU на полезную модель №135755, МПК F16K1/02, 2012 г.), содержащий корпус тройникового вида, в патрубке, нормально расположенном к входному и выходному патрубкам, выполнен вертикальный канал, в котором между входом и выходом каналов, расположенных соответственно во входном и выходном патрубках, размещено седло, взаимодействующее при закрытии клапана с загерметизированным относительно корпуса запорным цилиндрическим органом переменного сечения, управляемым рукояткой. Рукоятка закреплена на крышке, взаимодействующей внутренней резьбовой поверхностью с ответной поверхностью патрубка, нормально расположенного к входному и выходному патрубкам. При этом в днище крышки коаксиально закреплен подвижно-вращательно запорный орган, часть меньшего диаметра которого охвачена стопором, размещенным в пазу упомянутого патрубка, перпендикулярном оси запорного органа.
Недостатками данного устройства являются низкая оперативность перекрытия потока рабочей среды при аварийной ситуации, а также значительные габариты и неудобство при эксплуатации.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому техническому решению является шаровой клапан (Патент RU на изобретение №2517467, МПК F16K 5/20, F16K 43/00, 2013 г.), состоящий из корпуса с входным и выходным штуцерами и двумя седлами, имеющими проходные отверстия со сферическими поверхностями для взаимодействия с перекрывающим проходное отверстие шаровым запорным элементом, в паз которого входит выступ штока, при этом со стороны входного штуцера седло подпружинено. Седла выполнены в виде уплотнительных элементов, а седло со стороны входного штуцера установлено в выполненный в виде втулки подвижный уплотнительный элемент, через который посредством тарельчатой шайбы осуществляется подпружинивание седла, а также со стороны поворотного механизма установлен съемный дублирующий уплотнительный элемент, выполненный в виде резьбового стакана с уплотнительной поверхностью и с местом для установки съемной заглушки.
Недостатками вышеуказанного устройства-аналога являются низкая оперативность перекрытия потока рабочей среды при аварийной ситуации, низкая оперативность подключения и отключения его от устройства пневматической аппаратуры, низкая надежность из-за значительной номенклатуры деталей и трудоемкости их изготовления, сборки и эксплуатации.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое техническое решение, заключается в повышении оперативного перекрытия потока рабочей среды и отключении клапана шарового запорного от устройства пневматической аппаратуры, а также технологичности эксплуатации и обслуживания.
Технический результат достигается тем, что корпус выполнен с внутренней полостью, со сквозными радиальными цилиндрическими отверстиями, поверхность которых контактирует с фиксирующими элементами, и стопорным элементом, жестко зафиксированным со стороны наружной ступенчатой боковой поверхности. На корпусе зафиксирован упругий элемент посредством подвижной муфты с внутренней полостью, образованной конической поверхностью проточки, переходящей в цилиндрическую поверхность, контактирующую с фиксирующими элементами, которая ступенчато переходит в другую цилиндрическую поверхность большего диаметра, а также со сквозным пазом со стороны нижнего торца, соразмерным ширине стопорного элемента корпуса. Подвижная муфта зафиксирована на корпусе посредством фиксирующего кольца. В корпусе установлен шток, выполненный с выходным штуцером в верхней части, с кольцевой проточкой, поверхность которой контактирует с фиксирующими элементами, и со сквозными отверстиями в нижней части, образующими внутренний центральный канал. Со стороны входного штуцера корпуса установлен переходник, выполненный с выходным штуцером и седлом с шаровым запорным элементом, перекрывающим проходное отверстие. Со стороны торцевой поверхности выходного штуцера переходника выполнены продольные пазы.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
Фиг. 1 - общий вид клапана шарового запорного в исходном положении;
Фиг. 2 - общий вид клапана шарового запорного в рабочем положении;
Фиг. 3 - общий вид клапана шарового запорного в закрытом положении;
Фиг. 4 - корпус (увеличено);
Фиг. 5 - шток (увеличено);
Фиг. 6 - подвижная муфта (увеличено);
Фиг. 7 - сквозной Г-образный паз подвижной муфты со стопорным элементом;
Фиг. 8 - сквозной Τ-образный паз подвижной муфты со стопорным элементом;
Фиг. 9 - переходник (увеличено);
Фиг. 10 - шток со стороны нижней части;
Фиг. 11 - переходник со стороны выходного штуцера.
Клапан шаровой запорный состоит из корпуса 1 (Фиг. 1 -4) с входным штуцером 2 (Фиг. 4) и седлом 3 (Фиг. 4), имеющим сферическую поверхность для взаимодействия с шаровым запорным элементом 4 (Фиг. 1-3), перекрывающим проходное отверстие 5 (Фиг. 4), переходящее во внутреннюю полость цилиндрической формы. Внутренняя полость корпуса 1 выполнена с внутренней кольцевой проточкой 6 (Фиг. 4), например, Π-образной формы в плане, для установки герметизирующего уплотнительного кольца 7 (Фиг. 1-3) торообразной формы, выполненного из эластомерного материала, например резиновой смеси.
Наружная боковая поверхность корпуса 1 выполнена цилиндрической ступенчатой. На верхней ступени выполнены наружная кольцевая проточка 8 (Фиг. 4) для размещения фиксирующего кольца 9 (Фиг. 1-3), и сквозные радиальные цилиндрические отверстия 10 (Фиг. 4) для размещения фиксирующих элементов 11 (Фиг. 1-3) в виде шариков. На нижней ступени жестко зафиксирован стопорный элемент 12 (Фиг. 1-3, 7, 8) в виде цилиндрического штифта.
Во внутренней полости корпуса 1 размещен шток 13 (Фиг. 1-3, 5) с выходным штуцером 14 (Фиг. 1-3, 5) в верхней части. Средняя часть штока 13 выполнена шестигранной формы (Фиг. 10) для завинчивания клапана шарового запорного стандартным гаечным ключом в устройство пневматической аппаратуры (условно не показана). Под шестигранником на штоке 13 выполнена кольцевая проточка 15 (Фиг. 5) со сферической поверхностью, идентичной поверхности фиксирующих элементов 11. Нижняя часть штока 13 выполнена с конической боковой поверхностью, переходящей в сферическую поверхность выступа 16 (Фиг. 5, 10). Со стороны конической боковой поверхности нижней части штока 13 выполнены сквозные тангенциальные отверстия 17 (Фиг. 5, 10), объединенные во внутренний центральный канал 18 (Фиг. 1-3, 5).
Шток 13 зафиксирован во внутренней полости корпуса 1 посредством герметизирующего уплотнительного кольца 7, обеспечивающего герметичность соединения, а также фиксирующих элементов 11, поверхность которых контактирует со сферической поверхностью кольцевой проточки 15. При этом торцевая поверхность средней части штока 13 контактирует с верхней торцевой поверхностью корпуса 1, а выступ 16 штока 13 входит в проходное отверстие 5 корпуса 1.
На корпусе 1 зафиксирована подвижная муфта 19 (Фиг. 1-3, 6) посредством фиксирующего кольца 9 с возможностью вращения штока 13 вокруг своей оси. Подвижная муфта 19 выполнена в виде втулки с внутренней полостью, образованной конической поверхностью проточки 20 (Фиг. 6) со стороны верхнего торца, переходящей в цилиндрическую поверхность 21 (Фиг. 6), которая ступенчато переходит в цилиндрическую поверхность 22 (Фиг. 6) большего диаметра, и сквозным пазом 23 (Фиг. 6) со стороны нижнего торца. Геометрия сквозного паза может быть выполнена, например:
- Г-образной формы (Фиг. 7);
- Τ-образной формы (Фиг. 8).
Подвижная муфта 19 фиксирует упругий элемент 24 (Фиг. 1-3) в виде пружины сжатия, размещенный на средней ступени корпуса 1, при этом ее упор 25 (Фиг. 6) контактирует с торцевой поверхностью упругого элемента 24, а ее цилиндрическая поверхность 21 - с поверхностью фиксирующих элементов 11. Ширина сквозного паза 23 обеспечивает размещение в нем стопорного элемента 12 корпуса 1, что в совокупности представляет байонетное соединение, для оперативного перекрытия потока рабочей среды.
В корпусе 1 клапана шарового запорного со стороны входного штуцера 2 закреплен переходник 26 (Фиг. 1-3, 9) посредством своего выходного штуцера 27 (Фиг. 9). Выходной штуцер 27 переходника 26 выполнен с седлом 28 (фиг. 9), имеющим коническую поверхность, для взаимодействия с шаровым запорным элементом 4, перекрывающим проходное отверстие 29 (Фиг. 1-3, 9, 11) переходника 26. В переходнике 26 со стороны торцевой поверхности выходного штуцера 27 выполнены продольные симметричные пазы 30 (Фиг. 9, 11), например, арочной формы для прохождения рабочей среды. Средняя часть переходника 26 выполнена шестигранной формы (Фиг. 11) для возможности крепления его стандартным гаечным ключом. Нижняя часть переходника 26 выполнена с наружной поверхностью 31 (Фиг. 1-3, 9) типа «елочка» для фиксирования в трубопроводе пневмосистемы (условно не показана).
Рабочий зазор между выступом 16 штока 13 и шаровым запорным элементом 4 регулируется одним или более регулировочными кольцами 32 (Фиг. 1-3), установленными на переходнике 26 под выходным штуцером 27.
Сборка клапана шарового запорного осуществляется следующим образом.
Устанавливают герметизирующее уплотнительное кольцо 7 во внутреннюю кольцевую проточку 6 внутренней полости корпуса 1.
Устанавливают шток 13 во внутреннюю полость корпуса 1.
Размещают фиксирующие элементы 11 в сквозных радиальных цилиндрических отверстиях 10 корпуса 1.
Размещают упругий элемент 24 на средней ступени корпуса 1.
Фиксируют подвижную муфту 19 на корпусе 1 фиксирующим кольцом 9.
Фиксируют стопорный элемент 12 на корпусе 1, размещая его в сквозном пазу 23 подвижной муфты 19.
Размещают шаровой запорный элемент 4 в седле 28 переходника 26.
Завинчивают переходник 26 посредством выходного штуцера 27 во входной штуцер 2 корпуса 1, регулируя рабочий зазор между выступом 16 штока 13 и шаровым запорным элементом 4 одним или более регулировочными кольцами 32, устанавливая их на переходнике 26 под выходным штуцером 27.
Закрепляют клапан шаровой запорный в устройстве пневматической аппаратуры посредством выходного штуцера 14 штока 13, а трубопроводе пневмосистемы - нижней части переходника 26.
Работа клапана шарового запорного осуществляется следующим образом.
При наличии давления в трубопроводе пневмосистемы рабочая среда проходит по проходному отверстию 29 переходника 26, перемещая шаровой запорный элемент 4 из седла 28 переходника 26 в верхнее положение до упора и поджатая в торцевую поверхность выступа 16 штока 13. Открываются продольные симметричные пазы 30 в переходнике 26 для дальнейшего прохождения рабочей среды во внутреннюю полость корпуса 1. Далее рабочая среда через сквозные тангенциальные отверстия 17 штока 13 поступает в его внутренний центральный канал 18, а затем в устройство пневматической аппаратуры.
Для оперативного перекрытия потока рабочей среды и отключения клапана шарового запорного от устройства пневматической аппаратуры подвижную муфту 19 стопорят на стопорном элементе 12 корпуса 1 посредством ее осевого перемещения и поворота в крайнее левое или правое положение сквозного паза 23. Внутри клапана шарового запорного упругий элемент 24 сжимается. Фиксирующие элементы 11 выходят из кольцевой проточки 15 штока 13 и перемещаются в кольцевую проточку 20 подвижной муфты 19, исключающей их выпадение. Шаровой запорный элемент 4 под воздействием потока рабочей среды продвигается далее вверх, поджимает выступ 16 штока 13, который выходит из проходного отверстия 5 корпуса 1, и перекрывает проходное отверстие 5 корпуса 1, контактируя со сферической поверхностью седла 3 входного штуцера 2 корпуса 1, а также прохождение потока рабочей среды во внутреннюю полость корпуса 1. Затем выкручивают шток 13 из устройства пневматической аппаратуры при помощи стандартного гаечного ключа. Шток 13, вращаясь вокруг своей оси, не передает движение на корпус 1 и далее через переходник 26 на трубопровод пневмосистемы, обеспечивая оперативное отключение клапана шарового запорного от устройства пневматической аппаратуры.
При подключении клапана шарового запорного к другому устройству пневматической аппаратуры рабочие операции проводятся в обратной последовательности.