RU131115U1

RU131115U1 - SHUT-OFF CONTROL BALL VALVE

Info

Publication number: RU131115U1
Application number: RU2012142036/06U
Authority: RU
Inventors: Михаил Михайлович Тверской; Владимир Николаевич Андрианов; Евгений Юрьевич Стародубов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Проектная группа "Уральское Арматуростроение" (ООО ПГ "УралАрм")
Priority date: 2012-10-02
Filing date: 2012-10-02
Publication date: 2013-08-10

Abstract

Запорно-регулирующий шаровой кран, содержащий корпус, запирающий шаровой затвор, в сферическую пробку которого встроен поворотный регулирующий элемент в виде шара с проходным отверстием, равным проходному отверстию в сферической пробке, отличающийся тем, что сферическая пробка запирающего шарового затвора выполнена «плавающей» и центрируется в корпусе крана с помощью двух подпружиненных седел.Shut-off and control ball valve, comprising a housing locking the ball valve, in the spherical tube of which a rotary control element is integrated in the form of a ball with a bore equal to the bore in the spherical tube, characterized in that the spherical tube of the ball shutter is made "floating" and centered in the crane body using two spring-loaded seats.

Description

Полезная модель относится к области трубопроводной арматуры, а именно к конструкции запорно-регулирующих устройств, используемых в технологических трубопроводах и трубопроводах инженерных коммуникаций.The invention relates to the field of pipeline valves, namely, to the design of shut-off and control devices used in process pipelines and utilities pipelines.

Шаровые краны как вид запорной трубопроводной арматуры получили широкое распространение благодаря таким преимуществам как минимальные габариты, полнопроходность (отсутствие деформации потока) и, как следствие, малое гидравлическое сопротивление, высокая степень герметичности затвора вследствие его самозапираемости под действием давления в трубопроводе. Однако для регулирования расхода рабочей среды шаровые краны используются редко. Это объясняется тем, что при неполном открытии крана происходит турбулизация потока, возникает кавитация и порождаемый ею сильный шум. Расходная характеристика крана при таком применении сугубо нелинейная и неустойчива, а уплотнения подвергаются в этих условиях эрозии и быстро выходят из строя.Ball valves as a type of shutoff valves have become widespread due to such advantages as minimal dimensions, full bore (no flow deformation) and, as a result, low hydraulic resistance, a high degree of shutter tightness due to its self-locking under pressure in the pipeline. However, ball valves are rarely used to control the flow rate of the working medium. This is explained by the fact that when the tap is not fully opened, the flow is turbulized, cavitation occurs and strong noise generated by it. The flow characteristics of the crane in this application are purely non-linear and unstable, and the seals undergo erosion under these conditions and quickly fail.

Другой крупный недостаток регулирующих шаровых кранов, связан с хладотекучестью фторопласта, из которого обычно изготавливаются седла крана, и его недостаточной стойкостью к абразивному износу. При частичном открытии крана в течение некоторого отрезка времени его седла контактируют со сферической пробкой не по всей своей рабочей сферической поверхности. Под действием давления потока пробка вдавливается в седло, на котором с течением времени образуется кольцевая «ступенька». При дальнейшем повороте сферической пробки эта «ступенька» сминается или срезается кромкой пробки, что приводит к постепенному искажению формы рабочей поверхности седел и потере герметичности затвора. Кроме того, при частичном открытии крана его седла находятся под воздействием рабочей среды, в которой неизбежно содержатся твердые частицы. Происходит абразивный износ седел, уменьшающий срок службы крана. По указанным причинам ряд фирм запрещает использование своих запорных шаровых кранов в качестве регулирующих.Another major drawback of regulating ball valves is associated with the cold flow of the fluoroplastic, from which valve seats are usually made, and its insufficient resistance to abrasion. When the crane is partially opened for a certain period of time, its saddles do not contact the spherical plug over their entire working spherical surface. Under the influence of flow pressure, the plug is pressed into the saddle, on which an annular “step” forms over time. With a further rotation of the spherical plug, this “step” is wrinkled or cut off by the edge of the plug, which leads to a gradual distortion of the shape of the working surface of the seats and loss of valve tightness. In addition, when the crane is partially opened, its saddles are exposed to the working medium, which inevitably contains solid particles. Seat abrasion occurs, which reduces crane life. For these reasons, a number of companies prohibit the use of their shut-off ball valves as regulating ones.

Для повышения долговечности седел их изготавливают не из «чистого» фторопласта, а из углеродно-фторопластовых композиций или из металлических сплавов, стойких к абразивному износу. Однако достигнуть и сохранить требуемую герметичность затвора с металлическими седлами гораздо сложнее, чем с фторопластовыми, а добавки к фторопласту углерода, дисульфита молибдена и других материалов увеличивают износостойкость и модуль упругости, снижают хладотекучесть и коэффициент теплового расширения, но не решают кардинальным образом проблему его хладотекучести и недостаточной износостойкости.To increase the durability of saddles, they are made not of “pure” fluoroplastic, but of carbon-fluoroplastic compositions or of metal alloys that are resistant to abrasion. However, it is much more difficult to achieve and maintain the required tightness of the shutter with metal seats than with fluoroplastic ones, and additives to carbon fluoroplastic, molybdenum disulfite, and other materials increase the wear resistance and elastic modulus, reduce cold flow and thermal expansion coefficient, but do not fundamentally solve the problem of its cold flow and insufficient wear resistance.

Проблемы с седлами запорно-регулирующих шаровых кранов вынуждают в ряде случаев отказаться от использования седел и сделать шаровой кран только регулирующим. Такие краны созданы на заводе «Самараволгомаш» (). Сферическая пробка установлена на цапфах. Зазор между сферической поверхностью пробки и внутренней сферической поверхностью корпуса крана минимален. При повороте сферической пробки поток деформируется и частично перекрывается, расход рабочей среды уменьшается. Наличие утечек через зазор между сферической пробкой и корпусом позволяет уменьшить турбулизацию потока и снизить шум.Problems with saddles of shut-off and control ball valves force in some cases to abandon the use of seats and make the ball valve only regulating. Such cranes were created at the Samaravolgomash plant (). Spherical plug mounted on pins. The gap between the spherical surface of the tube and the inner spherical surface of the valve body is minimal. When the spherical plug is rotated, the flow is deformed and partially blocked, the flow rate of the working medium decreases. The presence of leaks through the gap between the spherical plug and the housing allows to reduce the turbulization of the flow and reduce noise.

Совмещение функций полного перекрытия потока и его регулирования в шаровых кранах с единственным затвором не нашло пока удовлетворительного конструктивного решения.The combination of the functions of complete flow shutoff and its regulation in ball valves with a single valve has not yet found a satisfactory structural solution.

Совмещение функций регулирования и перекрывания потока может быть достигнуто введением в конструкцию шарового крана дополнительного затвора, выполняющего функции регулирования потока. Такое решение реализовано в балансировочных кранах фирм Broen (, каталог балансировочные клапаны BROEN BALLOREX®, стр.3) и Danfoss (rus._sec69.html, каталог RC.08.A8.50 © Danfoss 2008, стр.31). Перекрытие потока осуществляется шаровым затвором. В шпиндель сферической пробки затвора вмонтирован винтовой механизм, перемещающий шибер. Шибер частично перекрывает цилиндрическое отверстие в сферической пробке. Поворотом рукоятки крана можно повернуть сферическую пробку на 90°, полностью перекрыв поток, не меняя регулировки крана (положения шибера). Недостатком такой конструкции является консольное закрепление регулирующего шибера. При использовании такого крана в качестве регулирующего в процессе непрерывной работы не исключены вибрации шибера и его заклинивание. Кроме того, наличие шибера, частично перекрывающего поток, увеличивает гидравлическое сопротивление крана.The combination of the functions of regulating and blocking the flow can be achieved by introducing into the design of the ball valve an additional shutter that performs the functions of regulating the flow. Such a solution is implemented in balancing valves from Broen (catalog of balancing valves BROEN BALLOREX®, page 3) and Danfoss (rus._sec69.html, catalog RC.08.A8.50 © Danfoss 2008, page 31). The flow is shut off by a ball valve. A screw mechanism for moving the gate is mounted in the spindle of the spherical shutter tube. The gate partially overlaps the cylindrical hole in the spherical plug. By turning the crank handle, you can rotate the spherical plug 90 °, completely blocking the flow, without changing the crane settings (gate position). The disadvantage of this design is the cantilever fixing of the regulating gate. When using such a crane as a regulating one during continuous operation, vibrations of the gate and its jamming are not excluded. In addition, the presence of a gate, partially blocking the flow, increases the hydraulic resistance of the valve.

Прототипом заявляемого решения является комбинированный запорно-регулирующий кран (авторское свидетельство на изобретение SU 1596162, МПК F16K 5/10, 30.09.199, Бюл. №36). Кран содержит корпус, в котором на опорных цапфах, одной из которых служит «приводная ось» (шпиндель), установлена шаровая запорная пробка, внутри которой размещен регулирующий орган с приводным шпинделем. Пробка выполнена со сферической внутренней поверхностью, а регулирующий орган выполнен в виде шара с проходным отверстием, равным проходному отверстию в пробке, и установлен с зазором относительно сферической внутренней поверхности пробки.The prototype of the proposed solution is a combined shut-off and control valve (copyright certificate for the invention SU 1596162, IPC F16K 5/10, 09/30/199, Bull. No. 36). The crane contains a housing in which on the support pins, one of which is the “drive axis” (spindle), a ball stopper is installed, inside of which there is a regulating body with a drive spindle. The cork is made with a spherical inner surface, and the regulatory body is made in the form of a ball with a bore equal to the bore in the cork, and is installed with a gap relative to the spherical inner surface of the cork.

Одним из недостатков данной конструктивной схемы запорно-регулирующего шарового крана является способ базирования запорной сферической пробки в корпусе крана. Пробка устанавливается на две цапфы, одной из которых является шпиндель («приводная ось»). Шпиндель жестко соединен с пробкой и одновременно служит для поворота пробки на 90°. Такая «цапфовая» схема в основном используется при высоких давлениях рабочей среды, поскольку обеспечивает разгрузку седел крана от сил давления рабочей среды. Эти силы воспринимаются опорами цапф. Однако такая конструктивная схема нетехнологична, поскольку для обеспечения требуемой герметичности и долговечности затвора требуется с высокой точностью обеспечить такое взаимное расположение поверхностей, при котором общая ось цапф пробки пересекалась бы с общей осью седел в центре наружной сферической поверхности пробки. Кроме этого, неподвижно закрепленные седла не обеспечивают компенсацию износа своих уплотнительных элементов, а также упругих и температурных деформаций деталей крана, что приводит к потере герметичности его затвора.One of the disadvantages of this design scheme of a locking ball valve is the method of basing a locking spherical plug in the valve body. The plug is mounted on two trunnions, one of which is a spindle (“drive axis”). The spindle is rigidly connected to the plug and simultaneously serves to rotate the plug 90 °. Such a trunnion scheme is mainly used at high pressures of the working medium, since it provides unloading of the valve seats from the pressure forces of the working medium. These forces are perceived by the trunnion supports. However, this design scheme is not technologically advanced, because to ensure the required tightness and longevity of the shutter, it is necessary to ensure a high accuracy of the mutual arrangement of surfaces in which the common axis of the tube pins intersects the common axis of the seats in the center of the outer spherical surface of the tube. In addition, the fixed seats do not compensate for the wear of their sealing elements, as well as the elastic and temperature deformations of the crane parts, which leads to a loss of tightness of its shutter.

В ответственных конструкциях седла устанавливаются в корпус крана с возможностью смещения вдоль своей оси и прижимаются к пробке силами давления рабочей среды и упругими седлами пружин (чаще всего тарельчатых). Однако при подвижных седлах установка сферической пробки на цапфы теряет смысл, поскольку седла не разгружены от сил давления среды, протекающей через кран.In critical structures, the seats are mounted in the crane body with the possibility of displacement along their axis and are pressed against the tube by the pressure of the working medium and elastic seats of the springs (most often Belleville). However, with movable saddles, installing a spherical plug on the trunnion loses its meaning, since the saddles are not unloaded from the pressure forces of the medium flowing through the valve.

Техническая задача заявляемой полезной модели направлена на повышение технологичности конструкции запорно-регулирующего крана, степени его герметичности и ресурса (долговечности) и достигается за счет установки запорной сферической пробки не на цапфы, а непосредственно между двух подпружиненных седел.The technical task of the claimed utility model is aimed at improving the manufacturability of the design of the shut-off and control valve, the degree of its tightness and resource (durability) and is achieved by installing a shut-off spherical plug not on trunnions, but directly between two spring-loaded seats.

Поставленная задача достигается тем, что в запорно-регулирующем шаровом кране, содержащем корпус, запирающий шаровый затвор, в сферическую пробку которого встроен поворотный регулирующий элемент в виде шара с проходным отверстием, равным проходному отверстию в сферической пробке, согласно полезной модели сферическая пробка запирающего шарового затвора выполнена плавающей и центрируется в корпусе крана с помощью двух подпружиненных седел.The problem is achieved in that in a shut-off and control ball valve containing a housing that locks the ball valve, in the spherical plug of which a rotary control element is integrated in the form of a ball with a bore equal to the bore in the spherical plug, according to the utility model, the spherical plug of the ball shutter made floating and centered in the body of the crane using two spring-loaded seats.

Сферическая запирающая пробка самоустанавливается между седлами в такое положение, при котором центр ее наружной сферической поверхности располагается на общей оси рабочих поверхностей седел. При этом шпиндель «плавающей» сферической запирающей пробки не препятствует ее самоустановке между седлами, т.к. соединен с пробкой с зазором.The spherical locking plug is self-installed between the seats in such a position that the center of its outer spherical surface is located on the common axis of the working surfaces of the seats. In this case, the spindle of the “floating” spherical locking plug does not prevent its self-installation between the saddles, as connected to the cork with a gap.

Компенсация износа седел, температурных и упругих деформаций деталей крана, нарушающих плотность прилегания седел к «плавающей» пробке, достигается за счет постоянного поджима седел с помощью пружин.Compensation for seat wear, temperature and elastic deformation of crane parts that violate the seat fit to the “floating” plug is achieved by constantly pressing the seats with springs.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором приведен общий вид крана.The essence of the utility model is illustrated in the drawing, which shows a General view of the crane.

Запорно-регулирующий шаровой кран содержит корпус 1 с присоединительными фланцами 2, шаровой затвор, включающий в себя запирающую сферическую пробку 3 (далее - запирающая пробка 3) и два седла 4. Каждое седло 4 установлено на опоре седла 5 и поджимается к запирающей пробке 3 тарельчатой пружиной 6. Внутри запирающей пробки 3 встроен поворотный регулирующий элемент в виде шара с проходным отверстием - регулирующая внутренняя сферическая пробка 7 (далее -регулирующая пробка 7). Для поворота каждой из двух пробок имеется свой шпиндель, при этом шпиндель 8 регулирующей пробки 7 проходит сквозь шпиндель 9 запирающей пробки 3. Запирающая пробка 3 выполнена плавающей, т.е. базируется по своей наружной сферической поверхности в двух седлах 4. Регулирующая пробка 7 установлена на двух цапфах, в качестве одной из цапф служит ее шпиндель 8, в качестве второй -разжимная втулка 10.The locking and regulating ball valve comprises a housing 1 with connecting flanges 2, a ball valve including a locking spherical plug 3 (hereinafter referred to as locking plug 3) and two saddles 4. Each saddle 4 is mounted on the support of the saddle 5 and is pressed against the locking plug 3 a spring 6. Inside the locking plug 3, a rotary regulating element in the form of a ball with a through hole is integrated - a regulating internal spherical plug 7 (hereinafter referred to as regulating plug 7). To turn each of the two plugs, there is a spindle, while the spindle 8 of the control plug 7 passes through the spindle 9 of the locking plug 3. The locking plug 3 is made floating, i.e. based on its outer spherical surface in two seats 4. The control plug 7 is mounted on two trunnions, its spindle 8 is used as one of the trunnions, and the expansion sleeve 10 is used as the second.

Диаметры проходных отверстий в запирающей и регулирующей пробках одинаковы, что обеспечивает полнопроходность крана.The diameters of the bore holes in the locking and regulating plugs are the same, which ensures the full bore of the crane.

Запорно-регулирующий шаровой кран работает следующим образом.Shut-off ball valve works as follows.

Исходным угловым положением пробок крана считаем такое, при котором оси отверстий в пробках совпадают с осью отверстия в седлах крана, при этом расход рабочей среды через кран максимален. При повороте регулирующей пробки и неподвижной запирающей расход уменьшается и достигает минимума при угле поворота 90°. Величина минимального расхода определяется величиной зазора между пробками.The initial angular position of the valve plugs is considered to be such that the axis of the holes in the plugs coincide with the axis of the holes in the valve seats, while the flow rate of the working medium through the crane is maximum. When the control plug is rotated and the lock is stationary, the flow rate decreases and reaches a minimum at a rotation angle of 90 °. The minimum flow rate is determined by the size of the gap between the plugs.

При необходимости полного перекрытия потока шпиндель запирающей пробки необходимо повернуть на 90°.If it is necessary to completely block the flow, the spindle of the locking plug must be rotated 90 °.

Шпиндели запирающей и регулирующей пробок могут поворачиваться независимо друг от друга или быть кинематически связаны и поворачиваться от одной рукоятки или одного привода.The spindles of the locking and regulating plugs can rotate independently of each other or be kinematically connected and rotate from one handle or one drive.

Краны могут использоваться в системах теплоснабжения промышленных предприятий и жилищно-коммунального хозяйства, системах водоснабжения, системах охлаждения и кондиционирования, технологических и инженерных сетях предприятий и магистральных трубопроводах, а также в составе транспортных средств (пожарные машины, топливозаправщики и тому подобное).Cranes can be used in heat supply systems of industrial enterprises and housing and communal services, water supply systems, cooling and air conditioning systems, technological and engineering networks of enterprises and main pipelines, as well as in vehicles (fire engines, tankers, etc.).

Claims

Shut-off and control ball valve, comprising a housing locking the ball valve, in the spherical tube of which a rotary control element is integrated in the form of a ball with a bore equal to the bore in the spherical tube, characterized in that the spherical tube of the ball shutter is made "floating" and centered in the crane body using two spring-loaded seats.