Результат интеллектуальной деятельности: ШАРОВОЙ КРАН

Изобретение относится к запорной арматуре и может быть использовано в газовой и других отраслях промышленности.

Известен шаровой кран, в цилиндрическом корпусе которого размещен шаровой поворотный затвор со сквозным отверстием, уплотненный эластичными кольцами и снабженный подводящим и отводящим патрубками, соединяющими кран с трубопроводом с обеих сторон, в котором в месте соединения патрубков с трубопроводом размещены торцевые квадратной формы фланцы, образуя в месте соединения корпуса шарового крана с фланцем по крайней мере один прилив с развитой поверхностью внутри цилиндрического корпуса, на которой выполнены продувочные отверстия с выходом на торцевые квадратной формы фланцы (патент РФ на изобретение №2135870, МПК F16K 5/06. Опубл. 27.08.1999).

Известен также шаровой кран, содержащий корпус с двумя залитыми в нем под давлением полимерным материалом, предпочтительно полипропиленом, предварительно полученными методом литья под давлением полуформами из полимерного материала, предпочтительно полипропилена, в которых размещены запорный элемент, выполненный из латуни с никелевым покрытием и имеющий форму полого шара с каналом, фторопластовые седла, охватывающие по периметру запорный элемент, и шток запорного элемента с уплотнительными кольцами. Причем корпус шарового крана выполнен с противоположных его концов с каналами, имеющими на участке длины, меньшем диаметра его большего основания, внутреннюю поверхность по форме усеченного конуса, переходящего в цилиндрическую поверхность меньшего диаметра, примыкающую торцом к полуформам (патент РФ на изобретение №2229649, МПК F16K 5/06, F16K 27/06. Опубл. 27.05.2004).

Недостатком известных кранов является низкая износостойкость седел.

Наиболее близким к предлагаемому по своей технической сущности является шаровой кран, содержащий корпус с входным и выходным отверстиями, в котором установлены шаровая пробка со сквозным отверстием, приводимая в движение штоком, и седла из полиуретана, взаимодействующие с сферической поверхностью шаровой пробки («Промышленное газовое оборудование. Справочник» - Саратов: Научно-исследовательский институт промышленного газового оборудования «Газовик», 2010, с. 37-39).

В кране-прототипе устранены недостатки вышеописанных кранов за счет выполнения седел из полиуретана, обладающего наивысшей износостойкостью среди материалов, используемых для «мягких» уплотнений седел шаровых кранов. Недостатком крана-прототипа является адгезия (прилипание) седел из полиуретана к сферической поверхности шаровой пробки при длительном состоянии покоя (как в положении «Открыто», так и в положении «Закрыто»), что приводит к увеличению (в 3-5 раз) крутящего момента, необходимого для управления краном, особенно в момент страгивания. Это существенно снижает возможность свободного открытия и закрытия шарового крана.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является устранение адгезии (прилипания) седел из полиуретана к сферической поверхности шаровой пробки, что уменьшает и стабилизирует крутящий момент, необходимый для управления краном, т.е. при этом крутящий момент становится постоянным независимо от длительности времени покоя как в положении «Открыто», так и в положении «Закрыто».

Поставленная задача решается тем, что в шаровом кране, содержащем корпус с входным и выходным отверстиями, в котором установлены шаровая пробка со сквозным отверстием, приводимая в движение штоком, и седла из полиуретана, взаимодействующие с сферической поверхностью шаровой пробки, на шаровой пробке герметично закреплены кольца, выполненные из материала, антифрикционного к полиуретану, и имеющие сферическую поверхность, взаимодействующую с седлами, причем центр сферической поверхности колец совпадает с центром сферической поверхности шаровой пробки, а диаметр сферической поверхности колец больше диаметра сферической поверхности шаровой пробки, при этом центры колец совмещены с осью, проходящей через центр сферической поверхности шаровой пробки и перпендикулярной плоскости, проходящей через ось сквозного отверстия шаровой пробки и ось штока.

Герметично закрепленные на шаровой пробке кольца, выполненные из материала, антифрикционного к полиуретану, например из композиционных материалов Ф4К20, Ф4УВ20, Ф4К15М5 или других подобных материалов, позволяют снизить крутящий момент, необходимый для управления краном, и сделать его постоянным во времени. Снижение крутящего момента позволяет уменьшить стоимость шаровых кранов за счет возможности использования четвертьоборотных приводов с меньшим крутящим моментом.

Наличие на кольцах взаимодействующей с седлами сферической поверхности, центр которой совпадает с центром сферической поверхности шаровой пробки, и совмещение центров колец с осью, проходящей через центр сферической поверхности шаровой пробки и перпендикулярной плоскости, проходящей через ось сквозного отверстия шаровой пробки и ось штока, обеспечивает надежную герметизацию отверстия в корпусе крана.

Введение в конструкцию шаровой пробки сферической поверхности колец, диаметр которой больше диаметра сферической поверхности шаровой пробки, исключает контакт седел из полиуретана с металлической сферической поверхностью шаровой пробки и позволяет осуществлять очистку от загрязнений поверхности седел из полиуретана торцом колец, что способствует надежной герметизации отверстия в корпусе крана и нормальному функционированию крана.

Технический результат заключается в повышении надежности работы шарового крана.

На фиг. 1 изображен осевой поперечный разрез шарового крана в положении «Закрыто»; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1 в положении крана «Открыто».

Шаровой кран содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 отверстиями, в котором установлены шаровая пробка 4 со сквозным отверстием 5 (фиг. 1, 2), приводимая в движение штоком 6 (фиг. 1), и седла 7 (фиг. 1, 2) из полиуретана. На шаровой пробке 4 гайками 8 герметично закреплены кольца 9 (фиг. 1, 2), выполненные из материала, антифрикционного к полиуретану, например из композиционных материалов Ф4К20, Ф4УВ20, Ф4К15М5 или других подобных материалов, и имеющие сферическую поверхность 10 (фиг. 1, 2), взаимодействующую с седлами 7, при этом центр 11 (фиг. 1) сферической поверхности 10 колец 9 совпадает с центром сферической поверхности 12 (фиг. 1) шаровой пробки 4, а диаметр D (фиг. 1) сферической поверхности 10 колец 9 больше (примерно, на 2 мм) диаметра d (фиг. 1) сферической поверхности 12 шаровой пробки 4, причем центры 13 (фиг. 1, 2) колец 9 совмещены с осью 14 (фиг. 1), проходящей через центр 11 сферической поверхности 12 шаровой пробки 4 и перпендикулярной плоскости, проходящей через ось 15 (фиг. 2) сквозного отверстия 5 шаровой пробки 4 и ось 16 (фиг. 1) штока 6.

Шаровой кран работает следующим образом.

Поворотом штока 6 (фиг. 1) на 90° против часовой стрелки устанавливают шаровую пробку 4 в положение «Открыто», при этом ось 15 (фиг. 2) сквозного отверстия 5 в шаровой пробке 4 совмещается с осью 17 (фиг. 1) входного 2 и выходного 3 отверстий корпуса 1, а кольца 9, перемещаясь по седлам 7 (фиг. 1, 2), обеспечивают минимальный крутящий момент сопротивления на штоке 6 (фиг. 1).

При повороте штока 6 (фиг. 1) на 90° по часовой стрелке устанавливают шаровую пробку 4 в положение «Закрыто». При этом кольца 9, перемещаясь по седлам 7 (фиг. 1, 2), также обеспечивают минимальный крутящий момент сопротивления на штоке 6 (фиг. 1).

При перемещении шаровой пробки 4 из положения «Открыто» в положение «Закрыто» поверхность седел 7 очищается от загрязнений торцом 18 колец 9 (фиг. 1, 2), что повышает надежность работы крана.

В ООО "Завод "Газпроммаш", согласно изобретению, разработаны, изготовлены и испытаны шаровые краны на давление Р_у=1,6 МПа с условными проходами от Д_у 32 мм до Д_у 200 мм, подтвердившие их высокие технико-эксплуатационные показатели и надежную работу.