Шаровой кран

 

Изобретение относится к области запорной арматуры и предназначено для использования в составе магистральных трубопроводов для управления потоками рабочей среды. Шаровой кран содержит корпус с проходным каналом, размещенными в нем уплотнениями и запорным элементом. Запорный элемент выполнен в виде полой сферы с проходными отверстиями и дополнительным отверстием. В проходных отверстиях соосно проходному каналу установлен полый цилиндр. Ось дополнительного отверстия перпендикулярна оси полого цилиндра. Шпиндель выполнен в виде цилиндрического стержня с соединительным элементом. На наружной поверхности полого цилиндра выполнен кольцевой бурт или кольцевой паз. Упомянутый бурт или упомянутый паз взаимодействуют с соединительным элементом шпинделя. Диаметр стержня последнего составляет 0,8-0,95 от диаметра дополнительного отверстия полой сферы. Изобретение направлено на повышение надежности и долговечности работы шарового крана при упрощении его конструкции. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к запорной арматуре и может быть использовано в составе магистральных трубопроводов для управления потоками рабочей среды.

Известно запорное устройство, содержащее запорный орган, выполненный в форме шарового пояса, размещенного в корпусе с возможностью вращения своей сферической поверхностью в вертикальной плоскости относительно оси оснований и снабженного в плоскости вращения под углом 90° к основаниям двумя диаметрально противоположными параллельными сечениями, жестко соединенными с полым цилиндром, выполненную в корпусе внутреннюю кольцевую выемку, имеющую в сечении трапецеидальную форму, расположенную под углом 45° к горизонтали и образующую вместе со сферической поверхностью запорного органа кольцевую полость, в которой размещена кольцевая эластичная камера с патрубками подачи и слива рабочей жидкости (см. МПК F 16 К 5/06, патент Российской Федерации №2022189, опубл. 15.10.94 г.).

Существенными недостатками известного устройства являются:

- низкая надежность работы, обусловленная возникновением больших по величине удельных нагрузок в зоне контакта шпинделя и запорного органа, выполненного в форме шарового пояса;

- низкая долговечность работы, обусловленная большим износом уплотнений запорного устройства;

- сложная конструкция, обусловленная наличием кольцевой полости и эластичной камеры с патрубками подачи и слива рабочей жидкости.

Известен шаровой кран, содержащий корпус, внутри которого расположены патрубки с проходными отверстиями и размещенными в нем уплотнениями и запорным элементом, выполненным в виде полой сферы, соединенной со шпинделем (см. Проспект “Стальные шаровые краны НАВАЛ”, Финского производства, стр.10).

Существенным недостатком известного устройства является низкая надежность работы, обусловленная возникновением больших по величине удельных нагрузок в зоне контакта шпинделя и полой сферы, приводящих к смятию контактирующих участков, особенно с увеличением потребного для вращения шпинделя крутящего момента.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является шаровой кран, содержащий корпус с проходным каналом и размещенными в нем уплотнениями и запорным элементом, выполненным в виде полой сферы с проходными отверстиями, в которых соосно проходному каналу установлен полый цилиндр, и с дополнительным отверстием, ось которого перпендикулярна оси полого цилиндра, шпиндель в виде цилиндрического стержня с соединительным элементом на торце (см. МПК F 16 К 5/06, патент Российской Федерации №2156906, опубл. 27.09.2000 г.)

Существенными недостатками известного устройства являются:

- низкая надежность работы шарового крана, обусловленная возникновением значительных по величине удельных нагрузок в зоне контакта шпинделя и полой сферы, приводящих к смятию контактирующих участков, особенно с увеличением потребного для вращения шпинделя крутящего момента, который в свою очередь возрастает при увеличении давления рабочей среды;

Для исключения смятия материалов в указанной зоне повышают твердость материалов путем соответствующей термообработки или используют более высокопрочные материалы, что приводит к увеличению трудоемкости и себестоимости изготовления;

- низкая долговечность работы, обусловленная большим износом уплотнений шарового крана, происходящим при увеличении потребного для вращения полой сферы крутящего момента, который вызывает деформацию сферы в упругой зоне, искажая ее сферическую форму;

- сложность конструкции, обусловленная наличием жесткой связи полого цилиндра с корпусом посредством крепежного элемента и заполнением внутренней полости сферы упругодеформированным материалом.

Задачей изобретения является создание шарового крана, обладающего высокой надежностью и долговечностью работы при упрощении конструкции.

Задача достигается тем, что шаровой кран, содержащий корпус с проходным каналом, размещенными в нем уплотнениями и запорным элементом, выполненным в виде полой сферы с проходными отверстиями, в которых соосно проходному каналу установлен полый цилиндр, и с дополнительным отверстием, ось которого перпендикулярна оси полого цилиндра, шпиндель в виде цилиндрического стержня с соединительным элементом, согласно изобретению на наружной поверхности полого цилиндра выполнен кольцевой бурт или кольцевой паз, взаимодействующий с соединительным элементом шпинделя, а диаметр стержня последнего составляет 0,8-0,95 от диаметра дополнительного отверстия сферы, при этом соединительный элемент выполнен в виде прямоугольной шпонки или прямоугольного шпоночного паза.

Заявляемое изобретение имеет отличия от прототипа в существенных признаках:

- на наружной поверхности полого цилиндра выполнен кольцевой бурт или кольцевой паз;

- кольцевой бурт или кольцевой паз взаимодействует с соединительным элементом шпинделя;

- диаметр цилиндрического стержня шпинделя составляет 0,8-0,95 от диаметра дополнительного отверстия сферы;

- соединительный элемент шпинделя выполнен в виде прямоугольной шпонки или прямоугольного шпоночного паза.

Следовательно, предложенное решение соответствует критерию “новизна”.

Выполнение на наружной поверхности полого цилиндра кольцевого бурта или кольцевого паза позволит обеспечить передачу крутящего момента от шпинделя, расположенного в дополнительном отверстии сферы запорного элемента, за счет образованных соединений: прямоугольная шпонка шпинделя - кольцевой паз полого цилиндра или прямоугольный паз шпинделя - кольцевой бурт полого цилиндра на полый цилиндр, и далее, используя поверхность контакта полого цилиндра с полой сферой, на последнюю, при этом усилие воздействия крутящего момента на сферу значительно уменьшается за счет уменьшения удельной нагрузки, что обеспечивает сохранение формы ее наружной поверхности. В этом случае отсутствует зона контакта шпинделя и полой сферы, а возникающее плечо (расстояние от точки приложения силы на шпинделе до поверхности контакта полого цилиндра и сферы) позволяет увеличить крутящий момент, необходимый для поворота запорного элемента, при уменьшении усилия, воздействующего на сферу, сохранить ее форму и размеры, уменьшить износ уплотнений, что приведет к повышению надежности и долговечности работы шарового крана.

Выполнение диаметра цилиндрического стержня шпинделя при значении, меньшем 0,8 диаметра дополнительного отверстия сферы, приведет к уменьшению жесткости шпинделя, а при значении, большем 0,95, - к уменьшению диапазона смещения запорного органа при его самоустановке между уплотнениями корпуса, что приведет к снижению надежности и долговечности работы шарового крана.

В предложенном решении все отличительные признаки взаимосвязаны и в сочетании с другими признаками позволяют получить новый технический результат: повысит надежность и долговечность работы шарового крана, упростить его конструкцию.

Следовательно, предложенное решение соответствует критерию “изобретательский уровень”.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид устройства в разрезе и соединение шпинделя с полым цилиндром через паз шпинделя - бурт цилиндра; на фиг.2 - соединение шпинделя с полым цилиндром через бурт шпинделя - паз цилиндра.

Шаровой кран содержит корпус 1 с проходным каналом, размещенные в нем уплотнения 2 и запорный элемент, выполненный в виде полой сферы 3 с проходными отверстиями, а также установленным соосно проходному каналу полым цилиндром 4, шпиндель 5 в виде цилиндрического стержня с соединительным элементом 6 на торце, выполненным в виде прямоугольного шпоночного паза (фиг.1 и 3), прямоугольной шпонки (фиг.2 и 4). В полой сфере 3 выполнено дополнительное отверстие 7 с осью, перпендикулярной оси полого цилиндра 4, на наружной поверхности которого выполнен кольцевой бурт 8 или паз 9, взаимодействующий с соединительным элементом 6, выполненным в виде шпоночного паза (фиг.1) или прямоугольной шпонки (фиг.2).

Шаровой кран работает следующим образом. В положении “закрыт” полая сфера 3 перекрывает проходной канал корпуса 1. При переводе крана в открытое состояние поворотом запорного элемента на 90° посредством привода 13 ее проходное отверстие совмещают с проходным каналом корпуса и полый цилиндр 4 открывает путь среде через кран.

Применение изобретения позволит повысить надежность, долговечность работы, упростить конструкцию и улучшит ремонтоспособность шарового крана.

Формула изобретения

1. Шаровой кран, содержащий корпус с проходным каналом, размещенными в нем уплотнениями и запорным элементом, выполненным в виде полой сферы с проходными отверстиями, в которых соосно проходному каналу установлен полый цилиндр, и с дополнительным отверстием, ось которого перпендикулярна оси полого цилиндра, шпиндель в виде цилиндрического стержня с соединительным элементом, отличающийся тем, что на наружной поверхности полого цилиндра выполнен кольцевой бурт или кольцевой паз, взаимодействующий с соединительным элементом шпинделя, а диаметр стержня последнего составляет 0,8-0,95 от диаметра дополнительного отверстия сферы.

2. Шаровой кран по п.1, отличающийся тем, что соединительный элемент выполнен в виде прямоугольной шпонки или прямоугольного шпоночного паза.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4