Шаровой кран

 

Изобретение относится к арматуростроению, в частности к шаровым кранам, и может быть использовано для перекрытия трубопроводов больших диаметров, находящихся под высоким давлением. Цель изобретения 5 12 повышение надежности работы крана за счет обеспечения равномерного по по- -перечному сечению предварительного напряженно-деформированного состояния уплотнения. Выполнение наружной поверхности 8 внутренней втулки 5 в зоне гнезда заделки конической, сходящейся с конической поверхностью 10 наружной втулки 4, и вьтолнение профиля уплотнительного кольца 6 с припуском относительно конической поверхности 8 внутренней втулки 5 обеспечивают в процессе запрессовки уплотнительного кольца 6 в гнездо заделки наличие клинового эффекта, при котором получаются высокие усилия обжатия уплотнительного кольца 6 в гнезде заделки и уменьшается интенсивность его (кольца) износа при вращении шаровой пробки 2. 3 ил. 4 О . (О (Л СП С71 // цзиг.2

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 F 16 К 5/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

5 12

Щг.2

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (2i) 3955197/23-29 (22) 23.09.85 (46) 30.01.89. Бюл. Ф 4 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт компрессорного машиностроения (72) С.К.Королев, Ю.Л.Рухлов и В,В.Псарев (53) 621 ° 646 (088.8) (56) Патент США Р 2916254, кл. 251-172, 1959. (54) ШАРОВОЙ КРАН (57) Изобретение относится к арматуростроению, в частности к шаровым кранам, и может быть использовано для перекрытия трубопроводов, больших диаметров, находящихся под высоким давлением. Цель изобретения

Л0„„455108 А 1 повышение надежности работы крана за счет обеспечения равномерного по по.перечному сечению предварительного напряженно-деформированного состояния уплотнения. Выполнение наружной поверхности 8 внутренней втулки 5 в зоне гнезда заделки конической, сходящейся с конической поверхностью 10 наружной втулки 4, и выполнение профиля уплотнительного кольца 6 с припуском относительно конической поверхности 8 внутренней втулки 5 . обеспечивают в процессе запрессовки уплотнительного кольца 6 в гнездо заделки наличие клинового эффекта, при котором получаются высокие усилия об- ф жатия уплотнительного кольца 6 в гнезде заделки и уменьшается интенсивность его (кольца) износа при вращении шаровой пробки 2. 3 ил.

1455108

Изобретение относится к арматуротроению, в частности к шаровым кранам, и может быть использовано для обеспечения герметичности затворов шаровых кранов, предназначенных для перекрытия трубопроводов больших диаметров, находящихся под высоким давлением.

Целью изобретения является повыше- 10 ние надежности работы крана за счет .обеспечения равномерного по поперечному сечению предварительного напряженно-деформированного состояния уплотнительного элемента. 15

На фиг. 1 изображен шаровой кран с фиксированной шаровой пробкой и плавающим узлом уплотнения, разрез; на фиг. 2 — узел уплотнения в сборе; на фиг.3 — уплотнитель при его обжатии (на нижней части фиг. 3 показано, положение в процессе обжатия, а на верхней части — момент окончания ,сборки седла и полного обжатия уплотнителя в гнезде). 25

Шаровой кран содержит установлен ную в корпусе 1 шаровую пробку 2 со .шпинделем 3, уплотненную узлами уплотнения, состоящими из металлических разъемных кольцевых седел, каждое из которых включает наружную 4 и внутреннюю 5 втулки, контактирующие между собой по цилиндрической, поверхности и образующие гнездо ""=,à. делки упругого уплотнительного коль ца 6 с кольцевой щелью 7 для выхода .кольца 6, Гнездо заделки образовано внутренней кольцевой расточкой в наружной втулке 4 и наружной поверхностью 8 внутренней втулки 5. Цилиндри- 40 ческая поверхность 9 расточки ограничена со стороны пробки конической поверхностью 10, а с противоположной стороны — упорной поверхностью 11 расположенной перпендикулярно к про45 дольной оси крана. Наружная поверхность 8 внутренней втулки 5 в зоне гнезда заделки выполнена конической с углом а(полуконуса не более 30 .

Конические поверхности 10 и 8 соответственно расточки и внутренней втулки 5, образующие кольцевую щель

7 для выхода уплотнительного кольца

6, выполнены сходящимися. Уплотнительное кольцо 6 выполнено с аналогичным гнезду заделки профилем. поперечного сечения, причем коническая поверхность уплотнительного кольца

6, контактирующая с конической поверхностью 8 внутренней втулки 5, выполнена с припуском по отношению к состоянию обжатия (т.е. предварительному напряженно-деформированному состоянию в гнезде, соответствующему полной сборке уплотнения, осуществляемому стягиванием втулок 4 и 5 посредством болтов или шпилек 12.

Линия перехода к наружной конической поверхности 8 внутренней втулки

5 расположена в плоскости упорной поверхности 11 наружной втулки 4.

Предварительное прижатие уплотнительных колец 6 к поверхности пробки

2 осуществляется с помощью пружин 13, действующих в осевом направлении на плавающие разъемные седла.

Шаровой кран работает следующим образом.

Под действием привода через шпиндель 3 крутящий момент передается на пробку 2. Поворачиваясь на 90, пробО ка 2 открывает или перекрывает поток рабочей среды в трубопроводе. Положение пробки 2, при котором ее проходное сечение совпадает с проходным сечением трубопровода, соответствует открытому положению крана. При закрытой пробке 2 уплотнительные кольца 6 предотвращают переток рабочей среды из участка трубопровода, находящегося под давлением, в участок, предохраняемый от поступления рабочей среды. При этом герметичность уплотнения пробки обеспечивается за счет прижатия выступающей из щели 7 гнезда части колец 6 к поверхности пробки 2 посредством действия на плавающие седла, состоящие из втулок 4 и 5, осевого усилия от пружин 13 и перепада давления на каждом седле уплотнения. Герметичность уплотнения достигается за счет превышения значений максимальных контактных напряжений (удельных давлений) в стыке уплотнительного кольца 6 с поверхностью пробки 2 над величиной запираемого давления.

В шаровом кране достижение высоких усилий обжатия уплотнителя обеспечивается за счет использования клинового эффекта при запрессовке уплотнительного кольца 6 в гнездо заделки механическим путем посредством стягивания внутренней 5 и наружной 4 втулок шпильками или болтами 12 в про- цессе сборки узла уплотнения. При этом усилия запрессовки (обжатия) з 14551 уплотнителя во много раз превышают предельные усилия затяжки шпилек (болтов) 12, что вытекает из анализа сил, действующих на уплотнительное кольцо (фиг.3).

При равномерном стягивании втулок сила стягивания втулок от суммарного усилия затяжки болтов действует в осевом направлении как на наружную 4, 1О так и на внутреннюю 5 втулки, причем векторы сил направлены навстречу друг другу (стягивание втулок) ° Коническая поверхность внутренней втулки контактирует при этом с конической поверхностью уплотнительного кольца, имею щей припуск h. На этой. конической поверхности контакта возникают две силы, действующие на уплотнительное кольцо (реакции конической поверхнос- 20 ти втулки) — это сила нормального давления и сила трения, Эти силы образуют равнодействующую силу, действующую на уплотнительное кольцо 6. 25

Сила нормального давления является активной силой, запрессовывающей уплотнительное кольцо 6 в гнездо заделки.

Сила трения в данном случае является "вредной" силой.

При запрессовке уплотнительного кольца в гнездо имеет место клиновой эффект, заключающийся в превышении силы нормального давления (запрессо3.5 вывающей силы) над силой стягивания втулок и в скольжении контактйрующих конических поверхностей уплотнительного кольца и внутренней втулки друг относительно друга, что ис- 40 ключает выворачивание уплотнительного кольца из гнезда при его запрессовке.

Величина угла d, определяющая возможность получения указанного клинового эффекта, выбирается в saвисимости от соотношения сил, дейст08 вующих на уплотнительное кольцо в проекциях на продольную ось к ана, и от коэффициента трения (f,„) контактирующих поверхностей уплотнительного кольца и внутренней втулки, при этом должно соблюдаться неравенство

f (0,5 — sin 4 )/cos с(Формула и з обретения

Шаровой кран, содержащий размещенную в корпусе. шаровую пробку и узел ее уплотнения в виде разъемного кольцевого седла, состоящего из наружной и внутренней втулок, контактирующих между собой по цилиндрической поверхности и образующих гнездо заделки упругого уплотнительного кольца, имеющее кольцевую щель для выхода указанного кольца, причем гнездо заделки образовано наружной поверхностью внутренней втулки и внутренней кольцевой расточкой в наружной втулке, цилиндрическая поверхность которой ограничена со стороны пробки конической поверхностью, а с противоположной стороны — упорной поверхностью, перпендикулярной к продольной оси крана, причем уплотнительное кольцо выполнено с аналогичным гнезду заделки профилем поперечного сечения, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы, наружная поверхность внутренней втулки в зоне гнезда заделки выполнена конической, сходящейся с конической поверхностью наружной втулки, а линия перехода к конической поверхности внутренней втулки расположена в плоскости упорной поверхности наружной втулки, причем конфигурация профиля поперечного сечения уплотнительного кольца выполнена с припуском по конической его поверхности относительно конической поверхности внутренней втулки.

14551 Î8

Фив. f

Составитель А.Бирюкова

Редактор А.Лежнина Техред И.Дидык Корректор Э.Лончакова

Заказ 7434/43 Тираж 721 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5.

Производственно-полиграфическое предприятие, r, Ужгород, ул. Проектная, 4