Шаровой кран с седлом без прижимного кольца

Заявленное техническое решение относится к трубопроводной технике, более точно к конструктивным особенностям уплотнений шарового крана, и предназначено для использования в газовых, нефтяных и других магистральных и технологических трубопроводах, может найти применение, в области энергетики, нефтегазовой и химической промышленности, например, для перекрытия среды в магистральном трубопроводе.
Известен шаровой кран по изобретению RU №2310787 МПК F16K 5/06, в корпусе которого размещены седла в виде уплотнительных колец с плоскими торцовыми поверхностями и поворотная шаровая пробка с центральным проходным каналом. Крышки корпуса с внутренней стороны имеют выступы. Наружная конусная поверхность крышек контактирует с уплотнительным кольцом. Внутренняя конусная поверхность крышек контактирует в закрытом положении с шаровой пробкой. Уплотнительное кольцо установлено с предварительным натягом. Наименьший диаметр наружного конуса равен большему основанию внутреннего конуса. Изобретение направлено на возможность использования в нем при высоких давлениях рабочей среды эластичных и упругих материалов, например, резин, для изготовления уплотнительных колец и свести к минимуму их износ.
Недостатком такого шарового крана является то, что он не обеспечивает герметичность при больших перепадах температур, особенно в области высоких их значений. Это обусловлено тем, что при высоких температурах рабочих сред, например, 200°С, возникает существенное температурное расширение корпуса и других деталей, происходит потеря упругих свойств уплотнительных колец, которые по мнению авторов, могут быть выполнены из резины, не выдерживающей высоких температур. Кроме этого, уплотнение шпинделя шаровой пробки в изобретении не предусматривает герметичность в условиях высоких температур.
Другим изобретением является шаровой кран (RU Патент №2277662 С1 МПК F16K 5/06), содержащий корпус и связанный со шпинделем и установленный в седлах шаровой запорный орган. Имеется элемент в виде втулки с неравными по величине торцевыми поверхностями. Втулка установлена в корпусе с возможностью создания усилия, поджимающего седло к запорному органу. Упомянутое усилие создается наружной поверхностью втулки. Втулка обращена к седлу либо меньшей торцевой поверхностью и наружной поверхностью введена в контакт с ребром, образованным внутренней поверхностью седла и его торцевой поверхностью, обращенной от запорного органа, либо втулка обращена к седлу большей торцевой поверхностью и наружной поверхностью введена в контакт с ребром выполненного на внутренней поверхности корпуса кольцевого выступа. По мнению автора, изобретение направлено на обеспечение герметичности шарового крана в узле седло-запорный орган в большом диапазоне давлений рабочей среды и в условиях агрессивных воздействий на шаровой кран путем изменения формы нажимного элемента.
Недостатком данного изобретения является то, что втулка, выполненная в виде конуса, не создает равномерное по поверхности герметизирующего кольца усилие прижатия к запорному органу. При этом происходит неравномерный по пояску износ герметизирующего кольца, что ведет к снижению ресурса и не обеспечивает герметичность в широком диапазоне температур рабочей среды. Кроме этого не оговорено уплотнение шпинделя, работоспособного в условиях высоких температур рабочей среды
Наиболее близким устройством того же назначения, которое принят за прототип, является шаровой кран системы Овандер (Ru, Патент №2374540, опубликованный 27.11.2009 МПК F16K 5/06) - далее Прототип, сущностью является шаровой кран, содержащий корпус с одной или двумя крышками с каналами для прохода жидкости, шаровой затвор с проходным каналом и управляющим шпинделем, плавающий между двумя седлами из элементов с высокой и низкой жесткостью, размещенными в крышках и корпусе в стыках каналов с затвором, отличающийся тем, что жесткий элемент седла выполнен в виде кольца из жесткого и прочного материала с антифрикционными свойствами на поверхности контакта с затвором и установлен без начального натяга по затвору, а мягкий элемент седла расположен на наружной поверхности жесткого элемента и выполнен в виде фланцевой манжеты, лопасть которой имеет натяг по шаровому затвору, а фланцевая часть размещена с диаметральным натягом в охватывающей ее расточке корпуса или крышки.
Недостатком известного шарового крана является то, что он не обеспечивает качественную герметичность при изменении температуры перекачиваемой среды. Это обусловлено тем, что жесткое кольцо, упирающееся без натяга в шаровой затвор, не обеспечивает постоянное его поджатие, а мягкая фланцевая манжета изменяет свои физико-механические свойства при изменении температуры и подвергается деформации из-за расширения корпуса шарового затвора и жесткого кольца. В управляющем шпинделе не предусмотрена установка герметизирующего уплотнения, обеспечивающего герметичность шарового крана при высоких температурах рабочей среды.
Заявленное техническое решение направлено на повышение технологичности сборки шарового крана, повышению его надежности и герметичности, увеличению срока эксплуатации крана до очередного ремонта и на упрощение конструкции за счет исключения кольца прижимного и винтов из конструкции шарового крана. Указанное достигнуто за счет оптимизации технологии изготовления седла крана шарового.
Заявленное техническое решение поясняется следующими графическими материалами фиг. 1-5.
На фиг. 1 представлен общий вид заявленного крана шарового в разрезе.
На фиг. 2а представлено седло шарового крана.
На фиг. 2б представлено седло шарового крана в разрезе без прижимного кольца.
На фиг. 3 представлен общий вид седла в сборе.
На фиг. 4 представлен общий вид шарового крана в разрезе.
На фиг. 5 представлена система подачи смазки крана шарового, смазка ТОМФЛОН НГ 220м (ТУ 20.59.41-335-76643964-2015).
Далее заявителем приведено описание, приведенное на фиг.1-5 детально.
На фиг. 1 представлен шаровой кран в разрезе, где: 1 - пробка; 2 - седло без прижимного кольца; 3 - уплотнительное кольцо; 4 - полимерное кольцо; 7 - фланец магистральный; 8 - плита; 9 - корпус; 10 - шпиндель; 11 - втулка сальника; 12 - фланец.
Заявленное техническое решение в целом относится к трубопроводной арматуре, в частности, более точно к модернизации седла шарового крана, т.е. к элементу конструкции шарового крана отвечающего в целом за качество герметизации шарового крана.
Шаровой кран состоит из корпуса, выполненного из металла с входным и выходным патрубками, шаровой поворотной пробки (1) в опорах и двух подпружиненных седел (2).
Каждое седло содержит основное уплотнительное полиуретановое или резиновое кольцо (3) (в зависимости от температуры транспортируемой среды), зафиксированное в канавке, образованной контуром седла (2) и запрессованным полимерным кольцом (4).
Полимерное кольцо (4), в свою очередь, также служит скребком, исключающим непосредственный контакт металла седла с пробкой (1) шарового крана, что обеспечивает сохранение целостности и долгого срока службы износостойкого покрытия, нанесенного на сферическую поверхность шаровой пробки (1).
Также седло (2) содержит каналы для подвода герметизирующей смазки в зону уплотнения между пробкой 1 и седлом 2 и разгрузочные отверстия для исключения вырыва основного уплотнительного кольца (3) из его посадочной канавки в момент открытия шарового крана, а также для обеспечения дополнительного поджатия кольца (3) давлением транспортируемого газа при выходе из строя одного из двух седел (2) шарового крана.
Основной целью заявленного технического решения является повышение герметичности шарового крана, увеличение срока эксплуатации крана до ремонта и исключение деталей кольцо прижимное и винты из сборки седла.
Технологический эффект
Для шарового крана с номинальным диаметром прохода от DN050 до DN200 этой разработкой мы исключили операцию завальцовки прижимного кольца и саму деталь прижимное кольцо.
Для седел от DN200 до DN1400 мы исключили деталь прижимное кольцо и крепеж, который фиксировал деталь кольцо прижимное на седле.
Канавка под уплотнительное кольцо обрабатывается за одну установку детали на станке, что обеспечивает более точное позиционирование уплотнительного кольца на седле.
Полимерное кольцо, запрессованное в седло, исключает контакт металла седла с металлом пробки, что в свою очередь, обеспечивает сохранение целостности покрытия (Н-Ф.25 ГОСТ 9.306-85) шаровой пробки (царапины, риски, сколы).
Принцип работы седла шарового крана
Седло поджимается к пробке крана шарового под действием давления транспортируемой среды, этот принцип работы всех седел кранов шаровых с пробкой в опорах. В нашем случае добавляются разгрузочные отверстия в седле, для исключения разрушения уплотнительного кольца в момент открытия крана шарового и для обеспечения дополнительного поджатия уплотнительного кольца в закрытом положении.