Металлическое уплотнение для шаровых клапанов и шаровой клапан, содержащий упомянутое уплотнение

Группа изобретений относится к области арматуростроения и предназначена в качестве металлического уплотнения для обеспечения герметичности в шаровых кранах. Металлическое уплотнение (50) для клапанов (10) шарового (30) типа содержит кольцевой корпус (51) и кольцевой выступ (52) с передней поверхностью (52a) для относительного контакта с поверхностью шара (30). Упомянутый кольцевой корпус (51) имеет большую толщину в продольном направлении и является жестким. Упомянутая передняя поверхность (52a) для осуществления относительного контакта содержит углубленные радиальные канавки (53). Имеется шаровой клапан, содержащий упомянутое металлическое уплотнение (50). Группа изобретений направлена на повышение герметичности при использовании клапана при высоких рабочих давлениях и очень высоких и/или очень низких температурах. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 12 ил.

 

Изобретение относится к металлическому уплотнению для шаровых клапанов и шаровому клапану, содержащему такое уплотнение.

В области техники, относящейся к транспортировке жидкостей по трубам, известно, что существует потребность в прерывании транспортировки жидкости по упомянутым трубам с использованием клапанов, с помощью которых можно соединять две секции труб и обеспечивать/прерывать поток текучей среды, пропускаемый по ним.

Особенно важными в этом соединении являются шаровые клапаны, т.е. клапаны, в которых прохождением/прерыванием потока управляют с помощью шара, расположенного внутри корпуса клапана и снабженного сквозным отверстием, имеющим по существу такой же диаметр, как и диаметр труб, и который может быть задействован путем поворота из открытого положения, при котором отверстие расположено соосно с направлением потока, в закрытое положение, при котором отверстие расположено в поперечном направлении к потоку, и наоборот, в котором уплотнение между шаром и трубой обеспечивают посредством кольцевых уплотнений, расположенных между соответствующими противоположными поверхностями, находящимися в относительном контакте.

Для обеспечения уплотнения камеры шара эти клапаны снабжены кольцом, соосно расположенным между корпусом клапана и шаром, к которому кольцо прижимают в осевом направлении, используя эластичное средство для обеспечения контакта между уплотнительной поверхностью и самим шаром; упомянутая уплотнительная поверхность обычно состоит из металлической поверхности самого кольца, которое различным образом изготовлено и/или обработано или которое является уплотнением подходящей конфигурации, вставленным с усилием в осевом направлении внутрь специального седла кольца.

Хотя эти уплотнения выполняют свою функцию, тем не менее, они обладают недостатками, которые на практике ограничивают их использование, особенно в условиях действия высоких температур и/или высоких давлений, в которых металлические уплотнения, хотя они и более пригодны, но очень дороги как из-за необходимости обработки, повышающей твердость контактирующих поверхностей шара и кольца, действующего в качестве седла, так и из-за операций механической обработки, требующихся для приспособления и обеспечения очень точной посадки между контактирующими поверхностями шара и двух уплотнительных колец.

В дополнение к упомянутому выше (и как показано на фиг.1-3b, относящихся к прототипу) на практике случается также, что во время применения в условиях действия высокого давления шар и уплотнение обладают тенденцией к деформации в результате действия давления, оказываемого жидкостью, и эти деформации нерегулярны как в области шара, так и в области уплотнения, которое больше не может очень точно согласовываться с наружной поверхностью шара, в результате чего образуются зоны, в которых нет контакта и, таким образом, отсутствует уплотнение клапана, что ведет к утечке.

Примеры прототипов описаны в патенте Великобритании GB 2206952, в котором раскрыт клапан плавающего типа, а именно: с уплотнительным действием, обеспеченным посредством перемещения шара, который смещают к фиксированному уплотнительному кольцу; описанное уплотнительное кольцо состоит из тонкой эластичной пластины, изгибающейся, подобно пружине, таким образом, что она прилегает к поверхности шара. Из этого следует, что если упомянутая поверхность не равномерна, то относительный контакт не точен и происходит утечка; кроме того, указано, что поверхность кольца в области контакта с шаром сформирована в виде периферического кольцевого выступа 4A и что прорези 4C, посредством которых обеспечена возможность деформации кольца, сформированы на поверхности, противоположной уплотнительной поверхности.

Дополнительный пример прототипа описан в патенте США № 4421895, в котором управляющий диск вращают относительно фиксированного уплотнительного кольца; в этом случае также уплотнительное кольцо является эластичным, а уплотнительная поверхность 30b, которая противодействует соответствующей поверхности 28 диска, не содержит фрезерованных зон, которые вместо этого сформированы на задней поверхности, контактирующей со стопорным кольцом 36.

Поставленная техническая проблема, таким образом, заключается в создании металлического уплотнения для шаровых клапанов такого типа, которые содержат уплотненную камеру, сформированную между шаром и корпусом клапана, причем это уплотнение можно использовать при очень высоких и/или очень низких температурах и/или при высоких рабочих давлениях, таким образом, обеспечивая уплотнение клапана также при наличии деформаций запорного клапана.

В связи с этой проблемой также требуется, чтобы этот клапан был прост и не дорог в изготовлении и сборке и чтобы его можно было применять также в уже существующих, а не специально спроектированных клапанах.

Эти результаты достигаются посредством использования настоящего изобретения, т.е. посредством использования металлического уплотнения согласно отличительным признакам п.1 формулы изобретения и посредством использования клапана, содержащего такое уплотнение, согласно отличительным признакам п.6 формулы изобретения.

Дополнительные подробности могут быть получены из последующего описания примера варианта осуществления предмета настоящего изобретения, не ограничивающего объем изобретения, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

на фиг.1a показано поперечное сечение вдоль продольной вертикальной плоскости известного шарового клапана в закрытом положении клапана;

на фиг.1b показана часть уплотнения, в большем масштабе, представленного на фиг.1a, с деформированным шаром;

на фиг.2a показан вид в перспективе шара с кольцом согласно фиг.1, в деформированном состоянии;

на фиг.2b показана часть зоны, в большем масштабе, где нет контакта между шаром и кольцом, согласно фиг.2a;

на фиг.3 показан вид в перспективе контактирующей стороны уплотнительного кольца согласно настоящему изобретению;

на фиг.4 показано поперечное сечение вдоль диаметральной плоскости кольца согласно фиг.3;

на фиг.5 показано частично, в большем масштабе, поперечное сечение наружного кольцевого края кольца согласно фиг.2;

на фиг.6 показан частичный вид, в большем масштабе, радиальных канавок на кольце согласно фиг.2;

на фиг.7a показано поперечное сечение вдоль продольной вертикальной плоскости шарового клапана согласно настоящему изобретению в закрытом положении клапана;

на фиг.7b показана часть уплотнения, в большем масштабе, согласно фиг.7a с деформированным шаром;

на фиг.8a показан вид в перспективе шара с кольцом согласно настоящему изобретению в деформированном состоянии; и

на фиг.8b показана часть зоны контакта, в большем масштабе, между шаром и кольцом согласно настоящему изобретению.

Как показано на фиг.1 и принимая просто ради удобства описания и без каких-либо ограничений по смыслу пару осей координат, включающую ось X-X, проходящую в продольном направлении, параллельном направлению потока, и ось Y-Y, проходящую в поперечном направлении, шаровой клапан согласно настоящему изобретению, показанный в качестве примера на чертежах в виде клапана поворотного типа, состоящего из трех частей, по существу содержит: корпус 10 клапана, снабженный седлом, в котором размещен шар 30, имеющий соосное цилиндрическое отверстие 31 и который выполнен с возможностью поворота из закрытого положения клапана (фиг.1) в открытое положение клапана (не показано) с помощью обычных средств (не показаны).

Клапан также содержит два противоположных концевых фланца 20, прикрепленных к корпусу 10 клапана с противоположных сторон шара, предназначенных для присоединения к трубе (не показана).

Металлическое осевое уплотнение 50 расположено между каждым фланцем 20 и шаром 30 таким образом, чтобы оно взаимодействовало с наружной поверхностью 30a шара 30, относительно которого оно образует уплотнение, таким образом, создавая камеру 12 шара. Как показано на фиг.1a-2b, относящихся к прототипу, с помощью уплотнительного клапана 50 обычного типа невозможно поддерживать уплотнительное действие из-за нерегулярных деформаций шара 30, из-за которых происходит потеря относительного контакта между уплотнением 50 и самим шаром 30, так как первое не может быть приспособлено к упомянутым деформациям.

Как показано на фиг.3-6, настоящим изобретением предусмотрено металлическое осевое уплотнение 50, сформированное в виде кольца 51, имеющего большую толщину в продольном направлении X-X и являющегося жестким, край 51a которого для осуществления уплотнения относительно шара содержит кольцевой выступ 52, передняя поверхность 52a которого, находящаяся в контакте с шаром 30, содержит множество углубленных радиальных канавок 53, проходящих в радиальном направлении.

Согласно предпочтительным вариантам осуществления предусмотрено, что упомянутые радиальные канавки 53:

- расположены на расстоянии друг от друга с постоянным угловым интервалом;

- определяют отношение твердой части к полой части выступа 52, находящееся в диапазоне от 10% до 70%;

- сформированы с отношением длины к ширине, составляющим больше 1.

Как показано на фиг.7a-8b, клапан 10, снабженный уплотнением согласно настоящему изобретению, может действовать без утечек даже при высоких рабочих давлениях и очень высоких и/или очень низких температурах, при которых обычные уплотнения не действуют надлежащим образом, приводя к повышенным утечкам, тогда как уплотнение согласно изобретению может следовать нерегулярным деформациям шара 30, поддерживая очень точный относительный контакт между соответствующими поверхностями.

Таким образом, понятно, что при использовании клапана согласно изобретению можно получить уплотненную камеру и осевые уплотнительные поверхности, особенно пригодные для использования при очень высоких и/или очень низких температурах и/или высоких давлениях, при транспортировке жидкостей, которые могут также быть абразивными, и которые также можно использовать в клапанах больших диаметров; это возможно благодаря тому, что при использовании уплотнительного выступа конкретной конфигурации с радиальными углубленными канавками обеспечивается возможность упругой деформации самого выступа как в радиальном направлении, так и относительно плоскости контакта между кольцом и шаром, позволяя первой упруго приспосабливаться к нерегулярным деформациям последнего, в результате чего достигается продолжительный срок службы с очень точным уплотнительным действием, называемым в данной области техники «газонепроницаемым».

Кроме того, уплотнение можно легко заменять без необходимости выполнения операций, которые бы приводили к повреждению различных частей, чем обеспечивается возможность легкого и быстрого технического обслуживания клапана в случае износа уплотнения, которое можно заменять без необходимости одновременной замены как уплотнений, так и шара; кроме того, при замене уплотнения не требуется использование специальной технологии и замена, таким образом, может быть выполнена также на месте у конечного потребителя, без необходимости отправления клапана изготовителю.

1. Металлическое уплотнение (50) для клапанов (10) шарового (30) типа, содержащее кольцевой корпус (51), имеющий большую толщину в продольном направлении X-X и являющийся жестким и имеющий кольцевой выступ (52) с передней поверхностью (52a) для относительного контакта с поверхностью шара (30), отличающееся тем, что упомянутая передняя поверхность (52a) для осуществления относительного контакта содержит углубленные радиальные канавки (53).

2. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что упомянутые канавки (53) открыты в радиальном направлении на стороне большего диаметра выступа.

3. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что упомянутые радиальные канавки (53) расположены на расстоянии друг от друга с постоянными угловыми интервалами.

4. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что упомянутые радиальные канавки (53) определяют отношение твердой части к полой части выступа (52), находящееся в диапазоне от 10% до 70%.

5. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что упомянутые радиальные канавки (53) сформированы с отношением длины к ширине, составляющим больше 1.

6. Шаровой клапан, содержащий:
- корпус (10) клапана, снабженный седлом для размещения шара (30), имеющего соосное сквозное отверстие (31), и который выполнен с возможностью поворота из закрытого положения клапана в открытое положение клапана, и наоборот;
- соосное металлическое уплотнение (50), расположенное между корпусом (10) клапана и шаром (30) и воздействующее на наружную поверхность последнего, причем упомянутое металлическое уплотнение содержит кольцевой корпус (51), имеющий большую толщину в продольном направлении X-X и являющийся жестким, и содержит кольцевой выступ (52) с передней поверхностью (52a) для относительного контакта с поверхностью шара (30), отличающееся тем, что упомянутая передняя контактирующая поверхность (52a) содержит множество углубленных радиальных канавок (53).

7. Клапан по п.6, отличающийся тем, что он содержит фиксированный шар (30) и уплотнение (50), плавающее в продольном направлении.