Шаровой кран
Владельцы патента RU 2275539:
Закрытое акционерное общество Научно-производственная фирма "Центральное конструкторское бюро арматуростроения" (RU)
Изобретение относится к области трубопроводной арматуры, в частности к шаровым кранам, и предназначено для перекрытия проходного сечения трубопроводов, транспортирующих природный газ, сжиженный углеводородный газ, жидкие нефтепродукты, пар, воду и другие среды. Шаровой кран содержит корпус, входной и выходной патрубки, шаровую пробку, установленные в проточках патрубков упругие седла, поджимающие седла к пробке тарельчатые пружины и жесткие промежуточные кольца. Последние установлены с возможностью взаимодействия с упругими седлами для передачи осевого уплотнительного усилия от тарельчатых пружин седлам и радиального уплотнительного усилия от тарельчатых пружин патрубкам. Поперечное сечение жесткого промежуточного кольца выполнено трапецеидальным. Большее основание трапеции обращено к периферии кольца и прилегает к поверхности проточки патрубка. Наклон боковой стороны трапеции, прилегающей к тарельчатой пружине, соответствует наклону образующей тарельчатой пружины в рабочем состоянии. Жесткое промежуточное кольцо выполнено из гомогенного, например спеченного, материала. Изобретение направлено на повышение герметичности шарового затвора относительно внешней среды за счет улучшения уплотнения в узлах "шаровая пробка - упругое седло - патрубок". 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к области трубопроводной арматуры и может быть использовано на трубопроводах, транспортирующих природный газ, сжиженный углеводородный газ, жидкие нефтепродукты, пар, воду и другие среды.
Известен шаровой кран, защищенный патентом WO 01/38761, МПК7 F 16 K 5/06, опубликованным 31.05.2001. Кран содержит корпус с проточной частью и установленную в проточной части на фторопластовых седлах шаровую пробку. Седла снабжены периферийными буртами, консольно зажатыми в проточках корпуса. В комплект седла входят уплотнительное кольцо, опорное кольцо и тарельчатая пружина, обеспечивающая поджатие седла к пробке и к цилиндрическим поверхностям проточки в корпусе при циклическом изменении давления и температуры рабочей среды.
Недостатком аналога является сложная конфигурация седла, повышенная трудоемкость изготовления узла уплотнения шарового крана и его сборки, низкая надежность работы.
Известен шаровой кран, защищенный патентом GB 1139676, МПК F 16 K 5/06, дата публикации - 08.01.69. Шаровой кран содержит корпус, входной и выходной патрубки, шаровую пробку, упругие седла для пробки, упругие полые уплотнительные кольца и тарельчатые пружины. Упругое седло установлено в цилиндрической проточке патрубка, там же установлено упругое полое уплотнительное кольцо, в полости которого размещена тарельчатая пружина, опертая с одной стороны на шайбу, а с другой стороны - на жесткое плоское кольцо с периферийным буртом. Через плоскую часть жесткого кольца с буртом осевое усилие от тарельчатой пружины передается на седло и поджимает седло к пробке. Радиальное усилие от тарельчатой пружины передается через бурт кольца на упругое полое уплотнительное кольцо и поджимает его к внутренней цилиндрической поверхности проточки в патрубке, уплотняя дополнительно шаровой затвор.
Неплотное прилегание тарельчатой пружины к жесткому плоскому кольцу с периферийным буртом не позволяет использовать уплотнительное усилие тарельчатой пружины в достаточной степени.
Прототипом заявляемого изобретения является шаровой кран, защищенный патентом GB 1120739, МПК F 16 K 5/06, дата публикации - 24.07.68.
Шаровой кран содержит корпус с входным и выходным патрубками, шаровую пробку и установленные в цилиндрических проточках корпуса упругие седла. Передняя поверхность седла повторяет поверхность пробки, задняя поверхность седла выполнена конусной. Седло поджато сзади стальным промежуточным кольцом и пружиной. Передняя поверхность стального промежуточного кольца выполнена также конусной с тем же углом конусности, что и задняя поверхность упругого седла, в результате чего седло и промежуточное кольцо взаимодействуют по конической контактной поверхности. Задняя поверхность промежуточного кольца выполнена радиальной. Пружина представляет собой деформированное кольцо из пружинной стали. Благодаря конусным поверхностям контакта на упругом седле и на стальном промежуточном кольце упругое седло также поджато пружиной в радиальном направлении к периферии осевой расточки, в результате чего предотвращены протечки среды по периферии расточки в корпусе.
Недостатком прототипа является низкая эффективность использования энергии пружины.
Изобретение решает техническую задачу повышения герметичности шарового крана относительно внешней среды за счет более эффективного использования энергии пружины.
Технический результат достигается в шаровом кране, содержащем корпус, входной и выходной патрубки, шаровую пробку, установленные в проточках патрубков упругие седла, поджимающие седла к пробке тарельчатые пружины и жесткие промежуточные кольца, установленные с возможностью взаимодействия с упругими седлами для передачи осевого уплотнительного усилия от тарельчатых пружин седлам и радиального уплотнительного усилия от тарельчатых пружин патрубкам. Поперечное сечение промежуточного кольца выполнено трапецеидальным, большее основание трапеции обращено к периферии кольца и прилегает к поверхности проточки патрубка. Наклон боковой стороны трапеции, прилегающей к тарельчатой пружине, соответствует наклону образующей тарельчатой пружины в рабочем состоянии. Жесткое промежуточное кольцо выполнено из гомогенного, например спеченного, материала. На упругом седле со стороны пробки выполнен торцевой наружный уплотнительный бурт. Между упругим седлом и жестким промежуточным кольцом расположено жесткое формообразующее кольцо для упругого седла.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен шаровой кран в открытом положении, на фиг.2 - узел А на фиг.1, на фиг.3 - промежуточное кольцо из гомогенного, например спеченного, материала.
Шаровой кран содержит корпус 1 с входным 2, выходным 3 патрубками и шаровую пробку 4, установленную в проточке корпуса 1 на упругих седлах 5 и 6. Упругие седла 5 и 6 размещены соответственно в проточках 7 и 8 патрубков 2 и 3. Седла 5 и 6 поджаты к пробке 4 соответственно тарельчатыми пружинами 9 и 10. Между упругим седлом 5 и тарельчатой пружиной 9 расположено жесткое промежуточное кольцо 11 из гомогенного, например спеченного, материала. Между упругим седлом 6 и тарельчатой пружиной 10 расположено жесткое промежуточное кольцо 12. Поперечное сечение промежуточного кольца 11 (12) выполнено трапецеидальным, большее основание трапеции обращено к периферии кольца и прилегает к поверхности проточки 7 (8) патрубка 2 (3). Наклон боковой стороны трапеции, прилегающей к тарельчатой пружине 9 (10), соответствует наклону образующей тарельчатой пружины в рабочем состоянии. На упругом седле 5 (6) со стороны пробки выполнен торцевой наружный уплотнительный бурт 13 (14). Между упругим седлом 5 (6) и жестким промежуточным кольцом 11 (12) расположено жесткое формообразующее кольцо 15 (16) для упругого седла 5 (6). Шаровая пробка 4 снабжена шпинделем 17 и узлом управления 18. Шпиндель 17 уплотнен относительно внешней среды сальником 19. Соединение корпуса 1 с патрубком 2 уплотнено прокладкой 20, с патрубком 3 - прокладкой 21.
При работе шарового крана тарельчатые пружины 9 и 10 плотно прилегают к конусным боковым поверхностям жестких промежуточных колец 11 и 12 из гомогенного материала, которые равномерно передают осевое уплотнительное усилие от тарельчатых пружин седлам 5 и 6. Эффективность использования энергии конусных тарельчатых пружин повышается как за счет геометрии поперечного сечения жестких промежуточных колец, плотно взаимодействующих с пружинами, так и за счет изотропии механических свойств их гомогенного материала. В режиме циклических изменений температуры и давления рабочей среды обеспечивается постоянное, плотное и равномерное поджатие упругих седел 5 и 6 к шаровой пробке 4. При этом жесткие формообразующие кольца 15 и 16 армируют седла 5 и 6, предохраняя материал седел от разрушения и вытекания в проходные отверстия пробки 4 и патрубков 2 и 3.
Одновременно жесткие промежуточные кольца 11 и 12, будучи гомогенными, эффективно передают радиальное уплотнительное усилие от тарельчатых пружин патрубкам 2 и 3, уплотняя относительно внешней среды радиальные зазоры между седлами и проточками в патрубках. Создается заданная герметичность в затворе.
1. Шаровой кран, содержащий корпус, входной и выходной патрубки, шаровую пробку, установленные в проточках патрубков упругие седла, поджимающие седла к пробке тарельчатые пружины и жесткие промежуточные кольца, установленные с возможностью взаимодействия с упругими седлами для передачи осевого уплотнительного усилия от тарельчатых пружин седлам и радиального уплотнительного усилия от тарельчатых пружин патрубкам, отличающийся тем, что поперечное сечение жесткого промежуточного кольца выполнено трапецеидальным, причем большее основание трапеции обращено к периферии кольца и прилегает к поверхности проточки патрубка, а наклон боковой стороны трапеции, прилегающей к тарельчатой пружине, соответствует наклону образующей тарельчатой пружины в рабочем состоянии, при этом жесткое промежуточное кольцо выполнено из гомогенного, например спеченного, материала.
2. Шаровой кран по п.1, отличающийся тем, что на упругом седле со стороны пробки выполнен торцевой наружный уплотнительный бурт.
3. Шаровой кран по п.1 или 2, отличающийся тем, что между упругим седлом и жестким промежуточным кольцом размещено жесткое формообразующее кольцо для упругого седла.
