RU203284U1

RU203284U1 - Ball valve

Info

Publication number: RU203284U1
Application number: RU2020134649U
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Владимирович Дроздов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью «Восточная Арматурная Компания»
Priority date: 2020-10-22
Filing date: 2020-10-22
Publication date: 2021-03-30

Abstract

Полезная модель относится к трубопроводной арматуре, преимущественно к шаровым кранам с поворотной пробкой, имеющей сферическую поверхность, и может быть использована в трубопроводах при добыче, переработке и транспортировке продуктов нефтяной и газовой отрасли. Шаровой кран содержит корпус, шаровую пробку, уплотняющие седла и кулачки. Рабочие поверхности кулачков и контактные поверхности седел выполнены с твердостью 32–42 HRC.Технический результат - создание надежного шарового крана за счет повышения его герметичности.The utility model relates to pipeline valves, mainly to ball valves with a swivel plug having a spherical surface, and can be used in pipelines in the production, processing and transportation of products of the oil and gas industry. The ball valve contains a body, a ball plug, sealing seats and cams. The working surfaces of the cams and the contact surfaces of the seats are made with a hardness of 32–42 HRC. The technical result is the creation of a reliable ball valve by increasing its tightness.

Description

Полезная модель относится к трубопроводной арматуре, преимущественно к шаровым кранам с поворотной пробкой, имеющей сферическую поверхность, и может быть использована в трубопроводах при добыче, переработке и транспортировке продуктов нефтяной и газовой отрасли.The utility model relates to pipeline valves, mainly to ball valves with a swivel plug having a spherical surface, and can be used in pipelines in the production, processing and transportation of products of the oil and gas industry.

Известен кран, предназначенный для управления потоками жидкости в трубопроводах (патент RU 2638097, опубл. 11.12.2017). Кран содержит корпус, патрубки, приводной вал, седло, запорный орган с рычагом, кулачок-толкатель и копир. Кулачок-толкатель жестко соединен с валом, копир - с корпусом. Между запорным органом и валом жесткая связь отсутствует. Форма поверхностей кулачка-толкателя и копира обеспечивает разделение движения запорного органа на 2 фазы: вращение вокруг оси приводного вала и перемещение вдоль оси трубопровода. Первая фаза соответствует совместному повороту запорного органа и вала на 90°. Во время второй фазы вращается только вал. Общий угол поворота вала более 90°.Known valve designed to control fluid flows in pipelines (patent RU 2638097, publ. 11.12.2017). The valve contains a body, branch pipes, a drive shaft, a saddle, a shut-off element with a lever, a cam-pusher and a copier. The pusher cam is rigidly connected to the shaft, the copier is rigidly connected to the body. There is no rigid connection between the shut-off element and the shaft. The shape of the surfaces of the cam-pusher and the copier ensures the separation of the movement of the shut-off element into 2 phases: rotation around the axis of the drive shaft and movement along the axis of the pipeline. The first phase corresponds to the joint rotation of the shut-off element and the shaft by 90 °. During the second phase, only the shaft rotates. The total angle of rotation of the shaft is more than 90 °.

Известный кран имеет сложную конструкцию для обеспечения движения запорного органа в двух фазах - поворот вокруг своей оси и перемещение вдоль оси трубопровода. Такая сложная траектория движения запорного органа в процессе длительной эксплуатации приводит к перекосу указанного органа (отклонению его оси от заданного положения) и появлению люфтов; в появившиеся полости проникает транспортируемая по трубопроводу среда. Все это обуславливает низкую герметичность крана.The known valve has a complex design to ensure the movement of the shut-off element in two phases - rotation around its axis and movement along the axis of the pipeline. Such a complex trajectory of movement of the shut-off element in the course of long-term operation leads to a distortion of the specified organ (deviation of its axis from a given position) and the appearance of backlash; the medium transported through the pipeline penetrates into the cavities that have appeared. All this determines the low tightness of the valve.

Известен шаровой кран, описанный в заявке CN 105422900 A, опубл. 23.03.2016. Кран включает корпус с патрубками, запорный орган в виде шаровой пробки, шток запорного органа, седла и две кулачковые пластины, жестко соединенные с запорным органом. Кулачковые пластины имеют сложную эллипсообразную форму - криволинейные участки в виде дуг и два прямолинейных участка (срезы), расположенные диаметрально. При работе крана шаровая пробка поворачивается, при этом кулачковые пластины своей торцевой поверхностью контактируют с седлами: криволинейные участки отталкивают седла, устраняя трение между ними и шаровой пробкой.Known ball valve, described in the application CN 105422900 A, publ. 03/23/2016. The valve includes a body with branch pipes, a shut-off body in the form of a ball plug, a stem of the shut-off body, a saddle and two cam plates rigidly connected to the shut-off body. Cam plates have a complex elliptical shape - curved sections in the form of arcs and two rectilinear sections (cuts) located diametrically. When the crane is operating, the ball plug rotates, while the cam plates with their end surface contact the seats: the curved sections push the seats away, eliminating friction between them and the ball plug.

Однако известный кран не герметичен. Криволинейные участки кулачков (дуги) соответствуют положению «открыто» и в этом положении не позволяют седлам плотно прилегать в шаровой пробке, приводя тем самым к проходу среды в пространство между седлами и пробкой и, соответственно, износу уплотнителя седел. Изношенные уплотнители не обеспечивают равномерного плотного прилегания поверхностей кулачков и седел в положении «закрыто», позволяя проходящей по трубопроводу среде попадать между ними, а также обуславливают фрикционный износ поверхностей кулачков и седел, еще больше способствуя снижению герметичности.However, the known faucet is not airtight. The curved sections of the cams (arcs) correspond to the "open" position and in this position do not allow the seats to fit snugly in the ball plug, thereby leading to the passage of the medium into the space between the seats and the plug and, accordingly, wear of the seat seal. Worn seals do not provide a uniform tight fit of the cam and seat surfaces in the closed position, allowing the medium passing through the pipeline to get between them, and also cause frictional wear of the cam and seat surfaces, further contributing to a decrease in tightness.

Наиболее близким по технической сущности является шаровой кран, предназначенный для регулирования расхода перекачиваемой по трубопроводу жидкости (патент RU 2262630, опубл. 20.10.2005). Кран содержит корпус, в котором размещен закрепленный на валу шар, а также установлены в кольцевых пазах две оправки седел. На двух торцах шара, расположенных перпендикулярно оси его вращения, закреплены два диска, края которых выполнены в виде четырехлепестковых кулачков и расположены вблизи торцов оправок в открытом и закрытом состояниях крана, а в промежуточном состоянии крана край дисков упирается в торцы оправок. Для увеличения контактной поверхности края дисков с торцом оправок в торцах оправок выполнены радиального сечения пазы радиуса R, равного радиусу R выступов края дисков. Центр радиуса пазов смещен относительно оси вращения дисков в направлении противолежащей оправки.The closest in technical essence is a ball valve designed to regulate the flow rate of the liquid pumped through the pipeline (patent RU 2262630, publ. 20.10.2005). The valve contains a body in which a ball fixed to the shaft is located, and also two seat mandrels are installed in the annular grooves. At two ends of the ball, located perpendicular to the axis of its rotation, two discs are fixed, the edges of which are made in the form of four-lobed cams and are located near the ends of the mandrels in the open and closed states of the valve, and in the intermediate state of the valve, the edge of the discs rests against the ends of the mandrels. To increase the contact surface of the edge of the discs with the end face of the mandrels, the radial section of the grooves of the radius R equal to the radius R of the projections of the edge of the discs are made in the ends of the mandrels. The center of the radius of the grooves is offset relative to the axis of rotation of the discs in the direction of the opposing mandrel.

Увеличение контактной поверхности края диска и торца оправки в кране, выбранном в качестве прототипа, обуславливает бóльший фрикционный износ сопрягаемых поверхностей, в результате чего в месте их сопряжения образуются зазоры, в которые проникает проходящая по трубопроводу среда, т.е. кран становится негерметичным, что обуславливает его низкую надежность.An increase in the contact surface of the edge of the disk and the end of the mandrel in the valve selected as a prototype causes greater frictional wear of the mating surfaces, as a result of which gaps are formed at the point of their conjugation, into which the medium passing through the pipeline penetrates, i.e. the crane becomes leaky, which leads to its low reliability.

Технической проблемой является создание надежного крана с увеличенным сроком службы.The technical challenge is to create a reliable crane with an extended service life.

Технический результат заключается в повышении герметичности крана.The technical result consists in increasing the tightness of the tap.

Технический результат достигается тем, что в кране, содержащем корпус, шаровую пробку, уплотняющие седла и кулачок, согласно полезной модели, рабочие поверхности кулачков и контактные поверхности седел выполнены с твердостью 32-42 HRC. The technical result is achieved by the fact that in a valve containing a body, a ball plug, sealing seats and a cam, according to the utility model, the working surfaces of the cams and the contact surfaces of the seats are made with a hardness of 32-42 HRC.

Выполнение поверхностей кулачков и седел с заявленной твердостью поверхностей позволяет значительно сократить фрикционный износ этих поверхностей, а, следовательно, исключить появление зазоров между уплотнителем седел и шаровой пробкой, и, соответственно, нарушение герметичности крана. Заявленный диапазон твердости поверхностей является оптимальным для обеспечения плавности работы крана при одновременно длительном сроке службы.The execution of the surfaces of the cams and seats with the declared surface hardness can significantly reduce the frictional wear of these surfaces, and, therefore, eliminate the appearance of gaps between the seat seal and the ball plug, and, accordingly, a violation of the valve tightness. The stated range of surface hardness is optimal to ensure smooth operation of the crane with a long service life.

Заявленная полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен кран в положении «закрыто», на фиг. 2 - кран в промежуточном положении, на фиг. 3 - шаровая пробка с кулачками.The claimed utility model is illustrated by drawings, where FIG. 1 shows the valve in the "closed" position, FIG. 2 - tap in an intermediate position, Fig. 3 - ball plug with cams.

Шаровой кран содержит корпус 1, в полости которого размещены седла 2 с уплотнителями 3 и закрепленная на штоке 4 шаровая пробка 5.The ball valve contains a body 1, in the cavity of which there are seats 2 with seals 3 and a ball plug 5 fixed to the rod 4.

На шаровой пробке 5 или на штоке 4 установлен по меньшей мере один кулачок 6 (на фигурах представлен вариант исполнения крана с двумя кулачками). Кулачок 6 выполнен в форме круга и имеет четыре торцевых среза D, которые плавно переходят в дугообразные участки. Плавный контур профиля кулачка 6 позволяет осуществлять плавное начало открытия и закрытия крана (плавный отвод седел от шаровой пробки), что уменьшает момент и предотвращает гидроудар.At least one cam 6 is installed on the ball plug 5 or on the rod 4 (the figures show a variant of the valve with two cams). The cam 6 is made in the shape of a circle and has four end cuts D, which smoothly turn into arcuate sections. The smooth contour of the cam profile 6 allows for a smooth start of opening and closing of the valve (smooth removal of the seats from the ball plug), which reduces the moment and prevents water hammer.

Торцевая (рабочая) поверхность кулачка 6 и контактная поверхность S седел 2 выполнены с твердостью 32-42 HRC, что значительно увеличивает ресурс кулачка и седел, а также позволяет снизить прилагаемое для перемещения кулачка по поверхности седла усилие. Кулачок 6 и седла 2 могут быть выполнены из любых материалов, а необходимая твердость рабочих и контактных поверхностей обеспечивается наплавкой металла или сплава с требуемыми характеристиками (например, легированная сталь).The end (working) surface of the cam 6 and the contact surface S of the seats 2 are made with a hardness of 32-42 HRC, which significantly increases the resource of the cam and seats, and also reduces the force applied to move the cam over the surface of the saddle. Cam 6 and seats 2 can be made of any materials, and the required hardness of the working and contact surfaces is provided by surfacing a metal or alloy with the required characteristics (for example, alloy steel).

В шаровой пробке 5 может быть выполнено отверстие 7. При прохождении среды по трубопроводу седла 2 поддавливаются средой, т.е. находятся в нагруженном состоянии. Через отверстие 7 среда заполняет пространство между шаровой пробкой 5 и корпусом 1, тем самым уравновешивая усилия и снижая нагрузку на мягкое уплотнение 3 седла 2.A hole 7 can be made in the ball plug 5. When the medium passes through the pipeline, the seats 2 are pressed by the medium, i.e. are in a loaded state. Through hole 7, the medium fills the space between the ball plug 5 and the body 1, thereby balancing the forces and reducing the load on the soft seal 3 of the seat 2.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

В исходном положении «открыто» шаровая пробка развернута таким образом, что ее отверстие обеспечивает проход среды (жидкой или газообразной) по трубопроводу. Седла 2 с уплотнителями 3 плотно прилегают к поверхности шаровой пробки 5 за счет прижатия пружинами 8. При повороте штока 4 кулачок 6 начинает поворачиваться, воздействуя своей рабочей поверхностью на контактную поверхность S седел 2 - дугообразные участки торцевой поверхности кулачка 6 отжимают седла 2 от шаровой пробки 5, которая поворачивается в положение «закрыто», не соприкасаясь в момент движения с седлами 2. При открывании крана описанная очередность имеет обратный порядок.In the initial position "open", the ball plug is deployed in such a way that its opening provides the passage of the medium (liquid or gaseous) through the pipeline. Saddles 2 with seals 3 adhere tightly to the surface of the ball plug 5 due to pressing by the springs 8. When the rod 4 is turned, the cam 6 begins to rotate, acting with its working surface on the contact surface S of the seats 2 - the arcuate sections of the end surface of the cam 6 squeeze the saddles 2 from the ball plug 5, which pivots to the “closed” position, without touching the seats 2 at the moment of movement. When the valve is opened, the sequence described is reversed.

Наличие четырех срезов на кулачке 6 позволяет при необходимости, например, в аварийных случаях, использовать поверхности, находящиеся напротив используемых поверхностей. Это дополнительно способствует снижению износа такой поверхности.The presence of four cuts on the cam 6 allows, if necessary, for example, in emergency cases, to use the surfaces opposite the surfaces used. This further helps to reduce wear on such a surface.

Таким образом, заявленная полезная модель обеспечивает создание надежного шарового крана за счет повышения его герметичности.Thus, the claimed utility model ensures the creation of a reliable ball valve by increasing its tightness.

Claims

A ball valve containing a body, a ball plug, sealing seats and cams, characterized in that the working surfaces of the cams and the contact surfaces of the seats are made with a hardness of 32–42 HRC.