Шаровой кран

 

Изобретение м.б. использовано в шаровых кранах двойного герметизирующего действия. Цель изобретения - повышение надежности срабатывания крана путем выравнивания сверхдопустимого давления в полости корпуса с давлением в проходном канале за счет торможения основного поршня при обратном его ходе. Основной цилиндр 16 снабжен вспомогательным цилиндром 19 с размещенным в нем аксиально по

СОЮЗ СОВЕТСНИХ соцИАлистичесних

РЕСПУБЛИК

„.SU„„163943 (51)5 F 16 К 5120

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

3%4Ю

flA (611 %:

БИБЛИ .

К ПАТЕНТ У

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 3895849/29 (22) 23.05.85 (31) 59-137590 (32) 02.07.84 (33) JP (46) 30.03.91. Бюл. Р 12 (71) Кабусики Кайся Кобе Сецко Се (JP) (72) Садаюки Наканиси (JP) (53) 621.646(088.8) (56) Патент СГИ Р 385626 t, кл. Г 16 К 25/00, 1974 °

2 (54) ШАРОНОП КР Щ (57) Изобретение м.б. использовано в шаровых кранах двойного герметизирующего действия. Цель изобретенияповышение надежности срабатывания крана путем выравнивания сверхдопус-. тимого давления в полости корпуса с давлением в проходном канале за счет торможения основного поршня при обратном его ходе. Основной цилиндр

16 снабжен вспомогательным цилиндром

19 с размещенным в нем аксиапьно по1639437 движным вспомогательным поршнем (Л) 20. П 20 отделяет внутреннюю полость цилиндра 19 от управляющей камеры (K) 21, сообщенной каналом 22 с ннутренней полостью 14 корпуса. Основной и вспомогательный П 17, 20 соединены между ".oáîé. К 23, образованная П 17, 20, сообщена с атмосфе-. рой и в ней размещена пружина 25 сжа- 10 тия, нагружающая П 17, 20 в направлеИзобретение относится к трубопроводной арматуре, в частности к шаровым кранам двойного герметиэирующвго,. действия. 20

Целью изобретения является повыше те надежности срабатывания крана путем зыравнивания сверхдопустимого давления во внутренней полости корпуса с давлением в проходном канале за 25 счет торможения основного поршня при обратном его ходе.

На фиг. 1 изображен шаровой кран в положении, когда проходной канал разобщен с внутренней полостью корпу-. са, разрез; иа фиг. 2 — многоходовой

ы.апм :. по фиг. 1 в положении, когда через него проходной канал сообщен с внутренней цолостью корпуса, разрез; на фиг. 3 — 4 — упрощенные варианты выполнения многоходового клапана, представленного на фиг. 1, разрез; на фиг. 5 — вариант выполнения многоходового клапана, представленного на фиг. 1; на фиг. 6 - другой вариант выполнения многоходового клапана, представленного на фиг.5, оснащенного газовой герметичной камерой.

Паровой кран содержит корпус 1 с проходным каналом 2 для рабочей жидкости. Для открытия и перекрытия проходного канала 2 в корпусе 1 установлена шаровая пробка 3. В ступенчатой расточке 4 корпуса 1 размещена с воэможностью перемещения упорно-уплотни- >О тельная гильза 5 с закрепленным в ней уплотнительным кольцом 6, рабочая кромка 7. которого постоянно поджата к шаровой пробке 3 под действием пружин 8 сжатия, расположенных равномерно по окружности. Наружная поверхность упорной гильзы 5 выполнена ступенчатой. Диаметр D одной поверхности ступени 9 выполнен больше диаметнии К 21. В канале 22 установлен обратный клапан 26, обращенный входоМ в сторону полости 14. Параллельно клапану 26 подключен регулирующий дрос- сель 27. В К 21 соосно П 20 установлен плавающий И 29, между торцовой поверхностью к-рого и внутренней поверхностью K 21 образована герметичная К 30, заполненная газом под давлением. 1 з.п. A-лы, 6 ил. ра D рабочей кромки 7 уплотнительа ного кольца 6, а диаметр D> другой поверхности ступени 10 — меньше.диаметра D рабочей кромки 7. Между укаэанными поверхностями большего и меньmего диаметров ступеней 9 и 10 и внут" ренней поверхностью 11 корпуса 1 образована кольцевая камера 12, герметизированная уплотнением 13. Внутренняя полость 14 корпуса сообщена с проходным каналом 2 через многоходовой клапан 15, который выполнен в виде основного цилиндра 16 с размещенным в нем аксиально подвижным основным поршнем 17, образующим с внутренней поверхностью основного цилиндра 16 камеру 18> соединенную с внутренней полостью 14 корпуса 1, Основной цилиндр 16 снабжен вспомогательным цилиндром 19 с размещенным в нем аксиально подвижным вспомогательным поршнем 20. Внутренняя полость вспомогательного цилиндра 19 разделена вспомогательным поршнем 20 на управляющую камеру 21, сообщенную каналом 22 с внутренней полостью 14 корпуса 1.

Основной 17 и вспомогательный 20 поршни соединены между собой. Между ними образована камера 23, сообщенная с атмосферой отверстием 24. В камере

23 размещена пружина 25 сжатия, нагружающая поршни 17 и 20 в направлении управляющей камеры 21. В канале 22, соединяющем внутреннюю полость 14 корпуоа 1 с управляющей камерой 21, установлен обратный клапан 26, обраценный своим входом в сторону внутренней полости 14 корпуса 1. Параллельно обратному клапану 26 подключен регулирующий дроссель 27. В основном поршне 17 выполнен канал 28, соединяющий внутреннюю полость 14 корпуса

1 с проходным каналом 2. Вспомога5 16394 3 тельный поршень 20 имеет дополнительный поршневой поясок 29 диаметром и располагающийся в полости .23 рядом с поршнем 20. Между вспомогательным поршнем 20 и поршневым пояском ?9 образована кольцевая камера 30 с внутренним диаметром и . Камера 30 сообщается с проходным каналом 2 через отверстие 31 и соединительный канал

32, через канал 28 — с кольцевым пазом 33.

Усилие пружины 25 сжатия выбирается таким, чтобы вспомогательный поршень 20 мог перемещаться влево лишь тогда, когда давление Р во внутренней полости 14 корпуса 1 вы" ходит за определенный допустимый диапазон и достигает заданного сверхдопустимого давления Р, . Диаметр az

I вспомогательного поршня 20 выбран большим диаметра d основного порш1 ня 17.

Когда давление P в проходном 25 канале 2 выше давления Р внутренней полости 14 корпуса 1, поршень 17 располагается справа (фиг. 1). При этом полость 14 отделена от проходного канала 2, а упорно-уплотнительная 30 гильза 5 поджата самоподдерживающимся усилием к шаровой пробке 3.

Когда давление Р во внутренней полости 14 становится выше давления

Р, действуюцего со стороны проходного канала 2, но остается в пределах допустимого диапазона, вспомогательный поршень 20 удерживается в крайнем правом положении под действием пружины 25 сжатия, в результа- 40 те чего с тыпьной стороны на упорноуплотнитепьную гильзу 5 действует поджимающее",самоподдерживающееся усилие, герметизирующее шаровой кран.

Когда давление Р во внутренней 45 полости 14 достигает сверхдопустимого давления Р 1, поршень 17 смещается влево, преодолевая усилие пружины 25 сжатия, до тех пор, пока кольцевой паз 33 не совпадет с отверстием 34, как это показано íà AHF. 2, В этом случае кольцевая камера 30 сообщается с отверстием 34 через соединительный канал 28 и далее - с внутренней полостью 14 через каналы 35 и 22.

Таким образом осуществляется сброс

I давления Р из внутренней полости 14 в проходной канал ? для компенсации ,недопустимого роста этого давления.

7 6

С целью стабилизации многоходового клапана 15 используют регулирующий дроссель 27 в сочетании с обратным (контрольным) клапаном 26, установленные в канале 2?.

На Аиг. 3 и 4 представлены упрощенные варианты выполнения многоходового клапана 15, предназначенные для использования в данном шаровом кране.

Вспомогательный поршень 20 (Аиг. 3 и 4) выполнен без вспомогательного пояска 29 (Аиг. 1), а камера 23, образованная между поршнями f7 и 20, сообщена с проходным каналом 2 через отверстия 36 и камеру 3 (Аиг. 3) или с атмосАерой отверстием 24 (Аиг. 4), поэтому действуюцее в камере 23 давление (Аиг ° 4) не равно давлению в камере 37.

На Аиг. 5 и 6 изображены варианты конструкции многоходового клапана 15, показанного íà AHI, 1.

Многоходовой клапан 15, показанный на Аиг. 5, имеет цилиндрический корпус 38, внутри которого установлена цилиндрическая обойма 39, имеющая с одной стороны вспомогательный цилиндр 40 с концевой цилиндрической частью 4 1, выполненной с относительно большим внутренним диаметром, а с другой стороны обойма 39 переходит в основной цилиндр 42. Внутри основного цилиндра 42 размещен цилиндрический золотниковый плунжер 43, перемещающийся в продольном направлении. Этот .плунжер имеет ? основной поршень 44 с меньшим диаметром, выполненным с торца. Поршень 44 ограничивает проходную камеру 45, образованную со стороны уменьшенного в диаметре торца основного цилиндра 42 ° Камера 45 сообщается с внутренней полостью 14 через выходное отверстие 46 и соединительный трубопровод 47. На уменьшенном в диаметре торце золотникового плунжера 43 выполнена прорезь 48, с помощью которой выходное отверстие

46 сообщается с камерой 45 даже тогда, когда плунжер, реагируя на ненормальное увеличение давления во внутренней полости 14, плотно прижимается к внутреннему торцу отверстия 46.

Между наружной боковой поверхностью уменьшенной по диаметру цилиццрической части основного цилиндра 42 и внутренней цилиндрической поверхностью корпуса 38 образована кольцевая регулирующая камера 49, охва16 39437 тывающая снаружи. камеру 45. Камера

49 сообщается с камерой 45 через торцовую проточку 50 и отверстия 51, выполненные в стенке уменьшенной по диаметру цилиндрической части основ5 ного цилиндра 42.

Та часть золотникового плунжера

43, которая находится в увеличенной но диаметру цилиндрической части 41 1О вспомогательного цилиндра 40, имеет поршневой поясок 52 относительно больmего диаметра. Поршневой поясок 52 находится на противоположном относительно проходной камеры 45 конце 15 плунжера, образуя управляющую камеру 53. Внутри упомянутого золотникового плунжера выполнен проходной канал 54, соединяющий камеру 45, связанную с внутренней полостью 14, с управляющей камерой 53 через обратный клапан 55, нагруженный пружиной в сторону камеры 45. Пружина упираетcs в закрепленное в корпусе основание

56, выполненное с праходньм отверсти-?5 ем 57.

Во внутренней цилиндрической обой-.. ме 39 выполнен регулирующий расходомерный канал 58, проходящий от управляющей камеры 53 к кольцевой регули-: Зп рующей камере 49. На конце канала 58, выходящем в камеру 49, установлен жиклерный клапан 59, регулирующии рас" ход жидкости (газа). Внутреннее давление управляющей камеры 53 передает-35 ся в камеру 49 и при этом регулируется клапаном 59. Последний приводится в действие в данном случае с помощью регулировочной стопорной гайки 60, которая установлена с внешней стороны 40 цилиндрического корпуса клапана.

Плунжер 43, кроме того, снабжен вторым выступающим поршневым пояском

° 61, который находится рядом с первым поршневым пояском 52. Между поясками

61 и 52 образована проходная гидрокамера 62, сообщающаяся с проходным каналом 2 контролируемой гидромагистрали через проходные отверстия 63 и 64.

Помимо этого в эолотниковом плунжере 43 выполнен канал 65, соединяющий камеру 62 с кольцевым пазом бб, выполненным на боковой поверхности основного поршня 44 °

Между поршневым пояском 61 и основным поршнем 44 образована декомпрессионная камера, находящаяся в уширенной части упомянутой цилиндрической обоймы 39 и отделенная от управляющей камеры 53. Камера 67 сообщается с атмосферой через сквозные ради"альные отверстия 68 и 69. Внутри камеры 67 находится пружина 70 сжатия, которая удерживает золотниковый плунжер 43 в крайнем правом положении (фиг. 5), когда давление Р во внут{ ренней полости 14 корпуса шарового клапана находится в пределах заданного допустимого диапазона, разъединяя таким образом камеру 62 от внутренней полости 14.

Жесткость пружины 70 сжатия выбирается так же, как жесткость пружины 25 сжатия.

Принцип действия многоходового клапана, изображенного на фиг. 5, состоит в следующем.

Если внутреннее давление Р внутренней полости 14 шарового клапана находится в пределах заданного допустимого диапазона, золотниковый плунжер 43 находится в крайнем правом подпружиненном положении, при этом давление передается из внутренней полости 14 через отверстие 46 в проходную камеру 45 и далее с некоторым изменением в управляющую камеру 53 через проходной канал 54, а из канала

54 - через обратный клапан 55. Одновременно давление Р, передаемся частично из камеры 45 в регулирующую камеру 49 через торцовую проточку 50 и соединительные дроссельные отверстия 51. В свою очередь, давление Р< проходного канала 2 передается во внутреннюю камеру 62 через радиальные отверстия 64 и 63. В данном случае давление не влияет на работу эолотникового плунжера, поскольку камера 62 выполнена внутри этого нлунжера, и при этом давление никак не передается в декомпрессионную камеру

67, связанную с атмосферой и участвующую в перемещении плунжера. Таким образом, когда давление во внутренней полости 14 находится в пределах определенного допустимого диапазона, эта полость отсоединена от проходного канала 2.

При черезмерном повьппении давления

Р, во внутренней полости 14 с выходом эа допустимый диапазон значений, по достижении какого-то определенного критического уровня P создается зна/

4 чительный перепад между давлением, прикладываемым к вспомогательному поршню„состоящему из двух поршневых ч 16394 37 !О поясков 52 и 61, и тем давлением, которое прикладывается к основному поршню 44, в результате чего появляется, усилие, превосходящее усилие поджатия пружины 70, вследствие чего золотнико5 вый плунжер 43 смещается влево (в плоскости фиг. 5), совмещая кольцевой паз 66 с радиальными проходными отверстиями 51. Внутренняя полость 14 связывается с камерой 62 многоходового клапана и ее внутреннее давление

"сбрасывается" в проходной магистральный канал 2, в результате чего обеспечивается надежная компенсация недо- 15 пустимого роста давления P

При уменьшении внутреннего давле. ния в полости 14 давление из управляющей камеры 53 не передается в обратном направлении в проходную камеру 45 через соединительный канал

54 плунжера, этому препятствует обратный клапан 55. Одновременно с этим не происходит и обратного перетекания гидравлической жидкости (газа) по соединительному каналу 58 в регулирующую кольцевую камеру 49, поскольку выходной конец этого канала заблокирован контрольным жиклерным клапаном 59. Таким образом, давление внутренней полости 14, которое передается в камеру 62, будет действовать некоторый отрезок времени. Это обеспечивает возможность достаточно полного снижения давления, так как 35 золотниковый плунжер не сразу вернется в исходное крайнее правое положение под действием возвратной пружины.

В конструкции МНОгОхОДОВОгО .Клапа 40 на 15, показанного на фиг. 6, внешний цилиндрический корпус 38 удлиняет управляющую камеру 53. В камере 53 установлен соосно вспомогательному поршню (61 и 52) плавающий поршень 71. 45

Между торцовой поверхностью поршня 71 и внутренней поверхностью торцовой стенки 72 управляющей камеры образована герметичная камера 73.

В отличие от предыдущего варианта в данном клапане также применен удлиненный двухопорный шток 74, на конце которого закреплен пружинный упор 56.

Этот шток закреплен внешним концом

B торцовой сТеНКе 72. Плавающий Вор шень 71 размещен на штоке 74 и делит управляющую камеру на регулирующую камеру 75 и герметичную камеру 73.

Последняя заполнена газом под давлением, соответствующим расчетному давI лению P, .

Принцип действия рассматриваемого многоходового клапана сводится к следующему.

Увеличение давления внутренней полости 14 передается в управляющую камеру, в результате чего давление в этой камере увеличивается. Одновременно с этим упомянутый поршневой элемент смещается п направлении торцовой стенки 72 (т.е. на фиг. 6 вправо), увеличивая внутреннее давление газа в герметичной камере 73, которое становится равным внутреннему давлению регулирующей камеры 75 (фиг. 5)., По мере роста давления во внутренней полости 14, когда оно достигает определенного критического уровня, эта полость подключается к кольцевой камере 62, в результате че- го происходит сброс давления. В это время происходит также уменьшение давления в регулирующей камере 75 и уве- личение объема герметичной (компрессионной) камеры 73, поскольку она заполнена сжимаемой газовой средой. При этом подвижный поршень 71 смещается по штоку 74 в направлении регулирующей камеры 53 соответственно падению давления в этой камере,. что обеспечивает компенсацию уменьшения давления.

Таким образом, в дополнение к устранению перепада давления, создаваемого обратным клапаном 55 и (в какойто степени) регулирующим жиклерным клапаном, 59, в данном варианте обеспечивается эффективная компенсация резкого падения давления в камере 75 с помощью дополнительной герметичной газокомпрессионной камеры 73 переменного объема, находящейся рядом с регулирующей камерой, причем такая . компенсация осуществляется в момент сброса повышенного давления внутренней полости 14 в проходной канал 2.

В результате такого компенсационного действия положительным образом снижается быстродействие и замедляется возврат золотникового плунжера 43 в исходное смещенное положение, что, естественно, способствует более стабильной работе этого плунжера и более полному снижению давления во внутренней полости 14.

Многоходовой клапан наиболее эффективен при работе на несжимаемой жидкости. Это обусловлено тем, что

1639437 при использовании такой жидкости в процессе сброса повышенного давления иэ внутренней полости в проходной канал давление или расход перепускае5 мой жидкости в регулирующей камере уменьшается достаточно быстро при увеличении объема компенсационной газонаполненной камеры, вследствие чего

-исключается резкое падение давления, ð которое может быть следствием сжатия регулирующей камеры.

Таким образом, конструкция рассмотренного выше шарового клапана с двухступенчатым уплотнением рассчитана на 15 то, что в случае недопустимо резкого увеличения давления во внутренней полости эта полость гндравлически соединяется с магистральным каналом за счет использования повышенного давле- щ ния в дополнительном многоходовом клапане с результирующей компенсаци. ей ненормального роста давления в упомянутой полости.

Кроме того, за счет использования 25 компрессионной герметичной газовой камеры, образованной подвижным поршнем рядом с управляющей камерой в указанном многоходовом клапане, устраняется резкое падение давления в регулирую- Зр щей камере в момент компенсационного понижения давления в обратной полости, что в целом повышает эффективность процесса выравнивания давления.

Формула изобретения

Шаровой кран, содержащий корпус с проходным каналом для рабочей жидкости, установленную в корпусе шаровую пробку для открытия и перекрытия проходного канала, размещенную с возможностью перемещения в расточке, корпуса цилиндрическую упорно-уплотнительную гильзу, уплотнительное коль", 5 цо, закрепленное в упорной гильзе и установленное с возможностью взаимодействия рабочей кромки с шаровой пробкой, наружная поверхность упорной гильзы выполнена ступенчатой, причем диаметр одной поверхности ступени выполнен большим диаметра рабочей кромки уплотнительного кольца, а дна метр другой поверхности ступени вы» полнен меньшим диаметра рабочей кромкн уплотнительного кольца, при этом между указанными поверхностями большего и меньшего диаметров ступеней и внутренней поверхностью корпуса образована герметизировакная уплотнениями кольцевая камера, кроме того, внутренняя полость корпуса сообщена с проходным каналом через многоходо- . вой клапан, выполненный в виде основного цилиндра с размещенным в нем аксиально подвижным основным поршнем, образующим с внутренней поверхностью основного цилиндра камеру, соединенную с внутренней полостью корпуса, а в основном поршне выполнен канал, соединяющий внутреннюю полость корпуса с проходным каналом, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности срабатывания крана путем выравнивания сверхдопусти1 мого давления во внутренней полости корпуса с давлением в проходном канале за счет торможения основного поршня при обратном его ходе, основной цилиндр снабжен вспомогательньщ цилиндром с размещенным в нем ак" сиально подвижным вспомогательным поршнем, разделяющим внутреннюю полость цилиндра на управляющую камеру, сообщенную каналом с внутренней полостью корпуса, причем основной и вспомогательный поршни соединены между собой, а камера, образованная поршнями, сообщена с атмосАерой и в ней размещена пружина сжатия, нагружающая поршни в направлении управляющей камеры, кроме того, в канале, соединяющем внутреннюю полость корпуса с управляющей камерой установлен обратный клапан, обращенный входом в сторону внутренней полости корпуса, а параллельно обратному клапану подключен регулирующий дроссель.

2. Кран по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что в управляющей камере вспомогательного цилиндра установлен соосно!с вспомогательным поршнем плавающий поршень, между тор" цовой поверхностью которого и внут- .. ренней поверхностью управляющей камеры образована герметичная камера, заполненная газом под давлением.

1639437

1639437

zl

cue. s

1639437

Составитель А.Бирюкова

Техред Я.Олийнык Корректор |"..Øåêìàð

Редактор А.Маковская

Заказ 935 Тираж 435 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101