RU159646U1

RU159646U1 - BALL VALVE

Info

Publication number: RU159646U1
Application number: RU2015128721/06U
Authority: RU
Inventors: Виктор Владимирович Иванов
Priority date: 2015-07-14
Filing date: 2015-07-14
Publication date: 2016-02-20

Abstract

Шаровой кран, состоящий из цельносварных корпуса с соосными входным и выходным патрубками и корпуса двухстороннего храпового механизма и сильфона, установленного между рукояткой привода и корпусом двухстороннего храпового механизма, содержащий шаровую поворотную пробку, сопряженную с валом, и рукоятку привода, отличающийся тем, что проходной канал крана дополнительно снабжен уплотнением в виде сильфона, приваренного к входному патрубку и установленного с поджатием к шаровой поворотной пробке, причем контактирующая с шаровой поворотной пробкой поверхность сильфона выполнена в виде седла.Ball valve, consisting of an all-welded housing with coaxial inlet and outlet nozzles and a housing of a double-sided ratchet mechanism and a bellows installed between the handle of the drive and the housing of the double-sided ratchet mechanism, comprising a ball rotary plug coupled to the shaft and a handle of the drive, characterized in that the passage channel the valve is additionally equipped with a seal in the form of a bellows welded to the inlet pipe and installed with compression to the ball rotary plug, and in contact with the ball rotation second stopper surface is formed as a bellows seat.

Description

Полезная модель относится к трубопроводной запорной арматуре, применяемой для отсечки или регулирования потоков агрессивных жидкостей и газов в системах холодного и горячего водоснабжения промышленного и жилищно-коммунального хозяйства, химической, нефтяной и металлургической промышленности. Специфической особенностью модели является возможность использования ее для аварийных, следовательно после длительного бездействия и вероятности отсутствия профилактических работ, гарантированной отсечки или открытия трубопровода.The utility model relates to pipeline shutoff valves used to cut off or control the flow of aggressive liquids and gases in cold and hot water supply systems of industrial and housing and communal services, chemical, oil and metallurgical industries. A specific feature of the model is the possibility of using it for emergency, therefore, after prolonged inactivity and the likelihood of a lack of preventive maintenance, guaranteed cut-off or opening of the pipeline.

Известен шаровой кран (патент РФ на полезную модель №86691 МПК F16K 5/20, опубл. 10.09.2009 г, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, проходной канал, сферическую поворотную пробку, уплотнительные седла, прижимающую их подвижную подпружиненную втулку, соединенную с корпусом герметичным соединением, управляющий узел, установленный на шпиндель шарового крана, подвижная подпружиненная втулка поджата пакетом тарельчатых пружин при этом герметичное соединение втулки с корпусом выполнено в виде подвижной кольцевой металлической мембраны.Known ball valve (RF patent for utility model No. 86691 IPC F16K 5/20, published on 09/10/2009, comprising a housing with inlet and outlet nozzles, a passage channel, a spherical rotary tube, sealing seats, pressing their movable spring-loaded sleeve connected to the case with a sealed connection, the control unit mounted on the spindle of the ball valve, the movable spring-loaded sleeve is preloaded by a packet of Belleville springs, while the tight connection of the sleeve with the body is made in the form of a movable annular metal membrane.

Недостатками технического решения являются невысокая надежность, связанная с наличием уплотнений, между сферической поворотной пробкой проходным каналом, проходным каналом и атмосферой, выполненных из неметаллических материалов, нестабильных в агрессивных средах и с рабочими телами, следовательно ненадежных, в особенности, при высоких температурах или частых перепадах температур. Разборный характер конструкции, сопряженный с использованием уплотнительных прокладок из неметаллических материалов и болтовых соединений, склонных соответственно к старению и коррозии снижают надежность шарового крана при его использовании в качестве аварийного, который длительное время находится или в открытом или закрытом положении, причем без проведения регламентных работ, но при возникновении аварийной ситуации должен исключать возможность отказа, например по причине деструкции уплотнительных прокладок и уплотнений, коррозии элементов управляющего узла или заклинивания шаровой пробки при гуммировании рабочего тела между ней и седлом. Данное техническое решение, в связи с перечисленными причинами, предполагает обязательное и систематическое проведение регламентных работ. Отличительные особенности существенно усложняют конструкцию шарового крана.The disadvantages of the technical solution are the low reliability associated with the presence of seals between the spherical rotary stopper of the passage channel, the passage channel and the atmosphere, made of non-metallic materials, unstable in aggressive environments and with working fluids, therefore unreliable, especially at high temperatures or frequent changes temperatures. The collapsible nature of the design, coupled with the use of gaskets made of non-metallic materials and bolted joints, which are prone to aging and corrosion, respectively, reduces the reliability of the ball valve when it is used as an emergency valve, which has been in the open or closed position for a long time, and without routine maintenance, but in the event of an emergency should exclude the possibility of failure, for example due to the destruction of gaskets and seals, corrosion control node elements or jamming the ball plug at gumming working fluid between it and the valve seat. This technical solution, in connection with the above reasons, requires mandatory and systematic routine maintenance. Distinctive features significantly complicate the design of a ball valve.

Известен узел уплотнения подвижного соединения (патент РФ №2273781 МПК F16K 5/06, опубл. 10.04.2006 г.), содержащий кольцевой блок, одна часть которого установлена в кольцевую канавку корпуса а другая выполнена по форме и с возможностью контакта с поверхностью контр детали, а кольцевой блок включает в себя два уплотнительных кольцевых тела из которых первое выполнено из материала с более высокими показателями твердости и прочности, второе из более мягкого и эластичного уплотнительного термостойкого - терморасширенного графита, причем первое и второе уплотнительные тела монолитно связаны друг с другом. Недостатками технического решения являются невысокая надежность, связанная с наличием соединений неметаллических уплотнительных кольцевых тел между собой и с металлическим корпусом, при герметизации проходного канала, стабильностью физических и механических свойств материалов из которых выполнены кольцевые блоки, в особенности при высоких температурах или частых перепадах температур.A known seal assembly of a movable joint (RF patent No. 2273781 IPC F16K 5/06, published April 10, 2006) containing an annular block, one part of which is installed in the annular groove of the housing and the other is made in shape and with contact with the surface of the counter part and the annular block includes two sealing ring bodies of which the first is made of a material with higher hardness and strength, the second of a softer and more flexible heat-resistant sealing - expanded graphite, the first and second sealing bodies are integrally connected to each other. The disadvantages of the technical solution are the low reliability associated with the connections of non-metallic sealing ring bodies to each other and with the metal case, when sealing the passage channel, the stability of the physical and mechanical properties of the materials of which the ring blocks are made, especially at high temperatures or frequent temperature extremes.

Наиболее близким техническим решением является шаровой кран (патент РФ на полезную модель №139949 МПК F16K 5/06, F16K 31/44, опубл. 26.11.2013), содержащий корпус с соосными входным и выходным патрубками, шаровую поворотную пробку, сопряженную с валом, и рукоятку привода, оснащенную двухсторонним храповым механизмом с обеспечением возвратно-вращательного движения с фиксацией шаровой пробки через 90°, отличающийся тем, что двухсторонний храповой механизм, содержащий сдвоенное храповое колесо, собачки, расположенные на внутреннем конце рукоятки привода, и шарнир, заключен в корпус, при этом между рукояткой привода и корпусом двухстороннего храпового механизма установлено уплотнение в виде сильфона для герметизации проходного канала, а корпус шарового крана, корпус двухстороннего храпового механизма и сильфон выполнены цельносварными.The closest technical solution is a ball valve (RF patent for utility model No. 139949 IPC F16K 5/06, F16K 31/44, publ. 11/26/2013), comprising a housing with coaxial inlet and outlet nozzles, a ball rotary plug coupled to the shaft, and a drive handle equipped with a double-sided ratchet mechanism with a reverse-rotational movement with fixation of the ball plug through 90 °, characterized in that the double-sided ratchet mechanism containing a dual ratchet wheel, dogs located on the inner end of the drive handle, and the hinge is enclosed in a housing, while between the handle of the drive and the housing of the bilateral ratchet mechanism, a seal is installed in the form of a bellows to seal the passage channel, and the housing of the ball valve, the housing of the double-sided ratchet mechanism and the bellows are made completely welded.

Недостатком данного технического решения является недостаточная герметичность проходного канала в закрытом состоянии.The disadvantage of this technical solution is the lack of tightness of the passage channel in the closed state.

Задачей является создание новой конструкции шарового крана, обеспечивающей герметичность проходного канала как в открытом, так и закрытом состоянии, работающей при значительных давлениях и температурах в сети.The task is to create a new design of a ball valve, ensuring the tightness of the passage channel in both open and closed conditions, operating at significant pressures and temperatures in the network.

Техническим результатом является повышение надежности шарового крана при сохранение работоспособности и при исключении необходимости выполнения технического обслуживания крана а также упрощение конструкции.The technical result is to increase the reliability of the ball valve while maintaining operability and while eliminating the need to perform maintenance of the crane as well as simplifying the design.

Указанный технический результат достигается тем, что шаровой кран, состоящий из цельносварных корпуса с соосными входным и выходным патрубками, корпуса двухстороннего храпового механизма и сильфона, установленного между рукояткой привода и корпусом двухстороннего храпового механизма, содержит шаровую поворотную пробку, сопряженную с валом, и рукоятку привода, при этом проходной канал крана дополнительно снабжен уплотнением в виде сильфона, приваренного к входному патрубку и установленного с поджатием к шаровой поворотной пробке, причем, контактирующая с шаровой поворотной пробкой поверхность сильфона выполнена в виде седла.The specified technical result is achieved in that the ball valve, consisting of an all-welded housing with coaxial inlet and outlet nozzles, a housing of a double-sided ratchet mechanism and a bellows installed between the handle of the drive and the housing of the double-sided ratchet mechanism, contains a ball rotary plug coupled to the shaft and the handle of the drive while the passage channel of the valve is additionally equipped with a seal in the form of a bellows welded to the inlet pipe and installed with compression to the ball rotary plug, than, the surface of the bellows in contact with the ball rotary plug is made in the form of a saddle.

Двухсторонний храповой механизм, содержащий сдвоенное храповое колесо, собачки, расположенные на внутреннем конце рукоятки привода, и шарнир и заключенный в корпус, обеспечивает реверсирование поворота шаровой пробки, а соотношение плеч рукоятки привода и собачек храповика позволяет создать на валу шаровой пробки момент, достаточный для ее проворота при открывании или закрывании крана в случае гуммирования рабочего тела.A two-way ratchet mechanism containing a double ratchet wheel, dogs located on the inner end of the drive handle, and a hinge and enclosed in a housing provide reversal of rotation of the ball plug, and the ratio of the shoulders of the handle of the drive and the ratchet dogs allows creating enough moment on the shaft of the ball plug rotation when opening or closing the crane in case of gumming of the working fluid.

Уплотнение в виде сильфона, установленное между рукояткой привода и корпусом двухстороннего храпового механизма, значительно повышает надежность работы шарового крана, так как обеспечивается абсолютная герметичность трубопровода по отношению к внешней среде, исключается применение неметаллических материалов и вероятность отказов в работе, связанных с их старением, закоксовыванием, схватыванием, а также позволяет уменьшить частоту проведения технического обслуживания в процессе эксплуатации, а малая жесткость сильфона и значительная допустимая деформация в угловом направлении позволяют уменьшить габариты шарового крана и повысить долговечность за счет снижения напряжений в материале сильфона.A bellows seal installed between the handle of the drive and the housing of the double-sided ratchet mechanism significantly increases the reliability of the ball valve, since the pipeline is completely sealed against the external environment, the use of non-metallic materials and the possibility of failure in operation associated with aging, coking are eliminated , setting, and also allows to reduce the frequency of maintenance during operation, and the low rigidity of the bellows and significantly The allowable deformation in the angular direction allows to reduce the dimensions of the ball valve and increase durability by reducing stresses in the material of the bellows.

Уплотнение в виде сильфона, установленное между впускным патрубком и шаровой пробкой обеспечивает прижим седла проходного канала к шаровой пробке в открытом положении шарового крана, усиленный прижим в закрытом положении за счет использования давления рабочего тела в трубопроводе, наличие зазора между сильфоном проходного канала и корпусом шарового крана при транспортировке вязких и гуммирующихся рабочих тел способствует снижению усилия отрыва седла проходного канала от шаровой пробки после длительного бездействия крана.A bellows seal installed between the inlet pipe and the ball plug provides a clamp on the passage channel seat to the ball plug in the open position of the ball valve, reinforced clamp in the closed position due to the use of the working fluid pressure in the pipeline, the gap between the bellows of the passage channel and the ball valve body when transporting viscous and gumming working fluids, it helps to reduce the separation force of the passage channel seat from the ball plug after prolonged inactivity of the crane.

Выполнение седла сильфона проходного канала упруго податливым в поперечной плоскости и использование давления рабочего тела для дополнительного прижима седла сильфона проходного канала к шаровой пробке обеспечивают высокую герметичность проходного канала.The implementation of the saddle bellows passage channel elastically pliable in the transverse plane and the use of pressure of the working fluid for additional pressure of the saddle bellows passage channel to the ball plug provide high tightness of the passage channel.

Выполнение корпуса крана, корпуса двухстороннего храпового механизма, сильфона храпового механизма и сильфона проходного канала цельносварными обеспечивает абсолютную герметичность трубопровода по отношению к внешней среде и сохранение работоспособности шарового крана после длительного бездействия при исключении необходимости обслуживания, повышая надежность работы шарового крана.The execution of the valve body, the housing of the double-sided ratchet mechanism, the ratchet bellows and the passage channel bellows all-welded ensures the absolute tightness of the pipeline in relation to the external environment and maintain the operability of the ball valve after prolonged inactivity while eliminating the need for maintenance, increasing the reliability of the ball valve.

На рисунке изображено профильное сечение шарового крана.The figure shows a profile section of a ball valve.

Шаровой кран содержит цельно сварной корпус с соосными входным 1 и выходным 2 патрубками, между которыми расположена шаровая поворотная пробка 3, перекрывающая проходной канал. На валу 4 шаровой поворотной пробки 3 закреплено сдвоенное храповое колесо 5 со встречным наклоном зубьев с возможностью зацепления с подпружиненными собачками 6 и 7 двустороннего храпового механизма, на внутренних концах рукоятки привода 8, шарнирно, посредством пальца 9, зафиксированным в осевом направлении фланцем 10 приваренным к корпусу 11 двустороннего храпового механизма. Наружный конец рукоятки привода 8 для поворота двустороннего храпового колеса 5 снабжен шайбой 12, а к ней и к фланцу 10 приварен сильфон 13, обеспечивающий герметизацию проходного канала от атмосферы в зоне шарнира рукоятки привода 8, обеспечивая возможность ее поворота относительно корпуса 11 двустороннего храпового механизма за счет упругой деформации сильфона 13, а усилие от сдвоенного храпового колеса 5 для поворота шаровой пробки 3 передается посредством вала 4. Для герметичного перекрытия проходного канала в цилиндрической расточке впускного патрубка 1, с поджатием к шаровой поворотной пробке 3 установлен упругий и предварительно напряженный в осевом направлении, с целью обеспечения поджатая к сферической поверхности шаровой поворотной пробки 3 сильфон проходного канала 14, соединенный посредством сварки с торцевой поверхностью расточки входного патрубка 1. Торец сильфона проходного канала 14 контактирующий с шаровой поворотной пробкой 3 выполнен в виде седла 15 с заостренными, в зоне прилегания к шаровой поворотной пробке 3, кромками. При этом, седло 15 может быть выполненным как заодно с сильфоном проходного канала 14, так и в виде отдельной детали, типа тарельчатой пружины, соединенной также посредством сварки с сильфоном проходного канала 14.The ball valve contains a fully welded housing with coaxial inlet 1 and outlet 2 nozzles, between which there is a ball rotary plug 3, overlapping the passage channel. A double ratchet wheel 5 is mounted on the shaft 4 of the ball rotary plug 3 with an opposing tooth inclination with the possibility of engagement with the spring-loaded dogs 6 and 7 of the double-sided ratchet mechanism, at the inner ends of the drive handle 8, pivotally, by means of a pin 9, axially fixed by a flange 10 welded to case 11 bilateral ratchet mechanism. The outer end of the handle of the actuator 8 for turning the double-sided ratchet wheel 5 is equipped with a washer 12, and a bellows 13 is welded to it and to the flange 10, providing sealing of the passage channel from the atmosphere in the hinge area of the handle of the drive 8, allowing it to rotate relative to the housing 11 of the double-sided ratchet mechanism behind due to the elastic deformation of the bellows 13, and the force from the twin ratchet wheel 5 to rotate the ball plug 3 is transmitted by means of the shaft 4. For tight closure of the passage channel in the cylindrical bore elastomeric nozzle 1, with compression to the ball rotary plug 3 installed elastic and pre-stressed in the axial direction, in order to ensure that the bellows of the passage 14, which is pressed against the spherical surface of the ball rotary plug 3, is connected by welding to the end surface of the bore of the inlet pipe 1. The end of the bellows channel 14 in contact with the ball rotary plug 3 is made in the form of a saddle 15 with pointed edges in the zone of contact with the ball rotary plug 3. In this case, the saddle 15 can be made both integral with the bellows of the passage channel 14, and in the form of a separate part, such as a disk spring, also connected by welding with the bellows of the passage channel 14.

Работает шаровой кран следующим образом:The ball valve works as follows:

В начальный момент открывания или закрывания шарового крана рукоятка 8 находится под действием сил упругости сильфона 13 в нейтральном положении.At the initial moment of opening or closing the ball valve, the handle 8 is under the action of the elastic forces of the bellows 13 in a neutral position.

Для перекрытия проходного канала рукоятку 8 циклично поворачивают от нейтрального положения до упора в сторону от продольной оси трубопровода. При этом верхняя собачка 6 входит в зацепление с верхним венцом сдвоенного храпового колеса 5, вращает его, а с ним посредством вала 4 поворачивается шаровая пробка 3 в направлении закрытия проходного канала. Нижняя собачка 7 с момента начала движения рукоятки 8 выходит из зацепления. При возврате рукоятки 8 в нейтральное положение верхняя собачка 6 скользит по зубьям верхнего венца храпового колеса 5, поджимая пружину собачки двустороннего храпового механизма при неподвижном сдвоенном храповом колесе 5 и шаровой пробке 3. По окончании прохождения зубчатого венца храпового колеса 5 в пределах от открытого состояния шаровой поворотной пробки 3 до закрытого, сопротивление движению на рукоятке 8 привода снижается, поскольку при этом заканчивается верхний зубчатый венец на сдвоенном храповом колесе 5, что свидетельствует о закрытом положении шаровой пробки 3.To block the passage channel, the handle 8 is cyclically rotated from the neutral position to the stop in the direction from the longitudinal axis of the pipeline. In this case, the upper dog 6 engages with the upper crown of the double ratchet wheel 5, rotates it, and with it through the shaft 4 the ball plug 3 is rotated in the direction of closing the passage channel. The lower dog 7 from the moment the start of the movement of the handle 8 disengages. When the handle 8 is returned to the neutral position, the upper dog 6 slides along the teeth of the upper crown of the ratchet wheel 5, pressing the spring of the dog of the double-sided ratchet mechanism with the fixed dual ratchet wheel 5 and ball plug 3. At the end of the passage of the ring gear of the ratchet wheel 5, from the open state of the ball the rotary plug 3 to closed, the resistance to movement on the handle 8 of the drive is reduced, since this ends the upper gear ring on the double ratchet wheel 5, which indicates closed position of ball plug 3.

На начальной стадии поворота шаровой пробки, по прошествии значительного времени с момента предшествующего использования шарового крана, седло 15 сильфона проходного канала 14 вследствии залипания, гуммирования рабочего тела или его закоксовывания, увлекается шаровой пробкой 3 в радиальном направлении до соприкосновения наружной радиальной поверхности сильфона проходного канала 14 с внутренней поверхностью расточки впускного патрубка 1, при котором происходит упругая деформация сильфона проходного канала 14 вблизи седла 15, разрушение отвердевших отложений и отрыв седла от шаровой пробки 3. При этом, заостренные наружная и внутренняя кромки седла 15 зачищают поверхность шаровой пробки 3 от отложений рабочего тела. Поскольку при сборке шарового крана сильфон проходного канала 14 устанавливается с поджатием седла 15 к шаровой пробке 3, то в момент завершения стадии перекрытия проходного канала усилие поджатия определяет степень уплотнения. По завершении перекрытия проходного канала, разность давления между впускным 1 и выпускным 2 патрубками приводит к возникновению в сильфоне проходного канала 14 осевого усилия, пропорционального этой разности давлений и обеспечивающего герметизацию проходного канала.At the initial stage of rotation of the ball plug, after a considerable time has passed since the previous use of the ball valve, the saddle 15 of the bellows of the passage channel 14 due to sticking, gumming of the working fluid or its coking, is carried away by the ball plug 3 in the radial direction until the outer radial surface of the bellows of the passage channel 14 is in contact with the inner surface of the bore of the inlet pipe 1, at which there is elastic deformation of the bellows of the passage channel 14 near the seat 15, the destruction of hardened deposits and the separation of the saddle from the ball plug 3. At the same time, the pointed outer and inner edges of the saddle 15 clean the surface of the ball plug 3 from deposits of the working fluid. Since when assembling a ball valve, the bellows of the passage channel 14 is installed with the seat 15 pressed against the ball plug 3, then at the time of completion of the stage of closing the passage channel, the compression force determines the degree of compaction. Upon completion of the closure of the passage channel, the pressure difference between the inlet 1 and outlet 2 nozzles leads to the appearance in the bellows of the passage channel 14 of an axial force proportional to this pressure difference and providing sealing of the passage channel.

Соотношение плеч, одно из которых представляется рукояткой привода 8, а второе - собачками 6 и 7, определяет усилие поворота шаровой пробки 3, повышая надежность шарового крана после периода длительного неиспользования.The ratio of the shoulders, one of which is represented by the handle of the drive 8, and the second by the dogs 6 and 7, determines the rotation force of the ball plug 3, increasing the reliability of the ball valve after a period of prolonged non-use.

Для открывания проходного канала рукоятку привода 8 необходимо циклично поворачивать от нейтрального положения до упора, в противоположную сторону от продольной оси трубопровода до прекращения сопротивления движения шаровой пробки 3. При этом в зацеплении будут находиться нижний венец храпового колеса 5 и собачка 7 храпового механизма.To open the passage channel, the handle of the actuator 8 must be cyclically rotated from the neutral position to the stop, in the opposite direction from the longitudinal axis of the pipeline until the movement resistance of the ball plug 3 ceases. In this case, the lower crown of the ratchet wheel 5 and the dog 7 of the ratchet gear will mesh.

Шаровая поворотная пробка 3 с седлом 15 на начальной стадии открывания поворачиваются совместно при упругом деформировании сильфона проходного канала 14 до соприкосновения наружной радиальной поверхности сильфона проходного канала 14 с внутренней поверхностью расточки впускного патрубка 1, при котором происходит отрыв седла 15 от шаровой пробки 3, и выравнивание давления в магистрали.The rotary ball plug 3 with the seat 15 at the initial opening stage is rotated together during elastic deformation of the bellows of the passage channel 14 until the outer radial surface of the bellows of the passage channel 14 contacts the inner surface of the bore of the inlet pipe 1, at which the saddle 15 is torn off and the ball plug 3 is aligned pressure in the line.

Шаровой кран обеспечивает высокую надежность отсечки рабочего тела в проходном канале и абсолютную герметизацию рабочего тела от внешней среды, при высоких значениях давления и температуры, сохранение работоспособности с вязкими и агрессивными рабочими телами, агрессивной внешней средой, обеспечивает сохранение работоспособности после длительного бездействия при полном исключении необходимости выполнения технического обслуживания в процессе эксплуатации.The ball valve provides high reliability of the cutoff of the working fluid in the passage channel and the absolute sealing of the working fluid from the external environment, at high pressure and temperature, maintaining working capacity with viscous and aggressive working fluids, aggressive external environment, ensures maintaining working capacity after prolonged inactivity with the complete elimination of the need perform maintenance during operation.

Claims

Ball valve consisting of an all-welded housing with coaxial inlet and outlet nozzles and a housing of a double-sided ratchet mechanism and a bellows installed between the handle of the drive and the housing of the double-sided ratchet mechanism, comprising a ball rotary plug coupled to the shaft and a handle of the drive, characterized in that the passage channel the valve is additionally equipped with a seal in the form of a bellows welded to the inlet pipe and installed with compression to the ball rotary plug, and in contact with the ball rotation second stopper surface is formed as a bellows seat.