RU209435U1 - Шаровой кран для напорных полипропиленовых трубопроводов - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к запорной арматуре шарового крана, которая может быть применена в напорных полипропиленовых трубопроводах, широко используемых, например, во внутридомовых инженерных системах. Кран содержит полипропиленовый корпус, внутри которого вмонтирована запорная арматура, состоящая из шарового затвора, выполненного из полифенилсульфоновой смолы и сопрягаемого с ним штока, выполненного из конструкционного полимерного материала, имеющего модуль упругости при растяжении более 2100 Мпа и температурой изгиба под нагрузкой при напряжении 1,8 Мпа - более 180°С, при этом рабочий диаметр штока составляет не менее чем 18 % от диаметра сферы шарового затвора, а соединение штока со сферической поверхностью шарового затвора выполнено крестообразным. Полезная модель позволяет предотвращать деформацию элементов запорной арматуры и исключать протечки шарового крана с запорной арматурой из полимерных материалов.

Description

Полезная модель относится к запорной арматуре шарового крана, которая может быть применена в напорных полипропиленовых трубопроводах, широко используемых, например, во внутридомовых инженерных системах.

Традиционный шаровой кран, используемый в напорных полипропиленовых трубопроводах, содержит полипропиленовый корпус, внутри которого вмонтирована запорная арматура. Запорная арматура традиционного шарового крана состоит из латунного шарового затвора (шара), вращением которого перекрывают или открывают движение потока жидкости, а также латунного штока, передающего усилие на перекрытие потока воды с рукоятки на шар. На штоке размещены уплотнительные сальниковые кольца, предназначенные для герметизации крана в области вращения штока. Соединение штока со сферической поверхностью шарового затвора в традиционном шаровом кране выполнено по шпоночному типу «выступ-паз». Электронный ресурс/ https://valtec.ru/document/article/povyshenie_resursnoj_nadejnosti_polipropilenovyh_sharovyh_kranov.html [1].

Наиболее часто встречающимся недостатком эксплуатируемых шаровых кранов с полипропиленовым корпусом принято считать протечку по штоку, вызванную потерей герметичности крана.

Одной из причин потери герметичности полипропиленовых кранов является различие коэффициентов линейного расширения (КЛР) полимерных материалов, из которых изготовлены обойма и корпус шарового крана, и КЛР латуни, которую широко используют для изготовления элементов запорной арматуры. Пластиковые обойма и корпус шарового крана увеличиваются в размерах больше, чем латунные шаровой затвор и шток, что ведет к образованию зазора между деталями и появлению течи.

Прочность пластиковой обоймы полипропиленового шарового крана гораздо меньше прочности латунного штока, который в процессе открытия-закрытия крана, поворачиваясь, постепенно сминает более мягкую пластиковую обойму. Это вызвано тем, что при воздействии на рукоятку крана пользователь передаёт на шток не только крутящий, но и некоторый изгибающий момент, который тем больше, чем туже открывается затвор. Поэтому с течением времени между штоком и обоймой образуется зазор, не компенсируемый эластичностью уплотнительных колец штока, что является причиной протечки крана. Таким образом, использование металлических элементов запорной арматуры, подверженных коррозии и износу, приводит к такому недостатку, как негерметичность шаровых кранов. Одним из способов устранения такой негерметичности является изготовление элементов запорной арматуры из полимерных материалов.

Так, из китайского патента CN204176024, опубл. 25.02.2015, принятого в качестве прототипа заявленному шаровому крану, известна конструкция пластикового шарового крана, устойчивого к коррозии, не образующего окалины и способного эффективно предотвращать утечки [2]. В этом кране шар выполнен из полифенилсульфоновой смолы (PPSU). Как сказано в описании к этому патенту полифенилсульфоновые смолы являются аморфными, устойчивым к обычным кислотам, щелочам, солям, спиртам и алифатическим углеводородам, растворимы в галогеноводородах, а потому эффективны для изготовления шаров крана с полипропиленовым корпусом. Учитывая высокие эксплуатационные свойства современных пластиков, напрашивается идея выполнить из них не только шар, но и сопрягаемый с ним шток.

Однако, как показали испытания, в разъемных соединениях полимерного штока со сферической поверхностью полимерного шарового затвора возможны деформации элементов запорной арматуры. В традиционном шаровом кране, как сказано выше, разъемное соединение латунного шарового затвора с латунным штоком выполнено по шпоночному типу «выступ-паз». Этот тип соединения показал свою надежность и при соединении полимерного шара с латунным штоком. Однако при соединении полимерного шара с полимерным штоком, имеющим ту же конструкцию, что и латунный шток, при усилии в 4-5 Нм происходит изменение соосности штока, в результате чего шар прекращает вращаться, а шток прокручивается по оси. При усилии 7-9 Нм происходил слом штока или разрушение паза в шаре. Поэтому обеспечение надежности соединения элементов запорной арматуры из полимерных материалов потребовало подбора этих материалов, геометрических размеров элементов запорной арматуры, а также разработки формы соединения шарового затвора и штока, выполненных из полимерных материалов.

Задача полезной модели заключается в разработке надежной конструкции шарового крана с полипропиленовым корпусом, внутри которого вмонтирована запорная арматура из полимерных материалов.

Для этого предложен шаровой кран, который, как и кран по прототипу, содержит полипропиленовый корпус, внутри которого вмонтирована запорная арматура, состоящая из шарового затвора, выполненного из полифенилсульфоновой смолы и сопрягаемого с ним штока, при этом соединение штока со сферической поверхностью шарового затвора выполнено по типу «выступ-паз». Новый шаровой кран отличается тем, что шток выполнен из конструкционного полимерного материала, имеющего модуль упругости при растяжении более 2100 Мпа и температурой изгиба под нагрузкой при напряжении 1,8 Мпа – более 180°С, при этом рабочий диаметр штока составляет не менее чем 18 % от диаметра сферы шарового затвора, а соединение штока со сферической поверхностью шарового затвора выполнено крестообразным.

В заявленном решении элементы запорной арматуры, выполненные из полимерных материалов, а также экспериментально подобранное соотношение диаметра штока по отношению к диаметру сферы шарового затвора в совокупности с крестообразным соединением штока и шарового затвора, обеспечивают надежное соединение элементов запорной арматуры и исключают протечки шарового крана.

Новый технический результат, достигаемый заявленным решением, заключается в предотвращении деформации элементов запорной арматуры и исключении протечек шарового крана с запорной арматурой из полимерных материалов.

Полезная модель иллюстрируется рисунками, где фиг.1 изображен общий вид шарового крана; на фиг.2 и 3 – крестообразное соединение полимерного шарового затвора с полимерным штоком; на фиг.4 – полимерный шток; на фиг.5 – крестообразный выступ на полимерном штоке; на фиг.6 – крестообразный паз на полимерном шаровом затворе.

Шаровой кран содержит корпус 1, изготовленный методом литья под давлением из полипропилена тип 3 (рандом сополимер полипропилена). Для предотвращения деформации запорных элементов, находящихся внутри отливаемого корпуса, используют форму бочонка, который собирают вручную, а затем вставляют в пресс форму для формирования вокруг бочонка корпуса. Запорная арматура шарового крана содержит шаровой затвор (шар) 2 из полифенилсульфоновой смолы (PPSU), вращением которого перекрывают или открывают движение потока жидкости, а также шток 3, передающий усилие на перекрытие потока воды с рукоятки на шаровой затвор. В данном примере шток 3 выполнен из полиамида-66 с содержанием стекла 30%. Этот материал является предпочтительным, но могут быть использованы и другие полимерные материалы, имеющие модуль упругости при растяжении более 2100 Мпа и температурой изгиба под нагрузкой при напряжении 1,8 Мпа – более 180 °С. К таким материалам относится, например, полифенилсульфоновая смола, из которой изготовлен шаровой затвор, а также полифениленсульфид, полиамид-6 с содержанием стекла 30% и др.

На штоке 3 размещены резиновые кольца круглого сечения 4, предназначенные для герметизации крана в области вращения штока. Рукоятка 5 монтируется отдельно и прикручивается перед упаковкой изделия. Шаровой кран содержит фторопластовую прокладку 6, предназначенную для поддержания герметичности крана при закрытом шаре, а также кольцо 7 из полипропилена тип 3, предназначенное для сохранения целостности собранного бочонка при транспортировке.

Соединение штока 3 со сферической поверхностью шарового затвора 2 выполнено крестообразным по типу «выступ-паз». Для этого в данном примере на штоке 3 выполнен выступ 8 в форме креста, а на шаре 2 – паз 9 в форме креста. Крестообразная форма соединения штока со сферической поверхностью шарового затвора не исчерпывается изображением, представленным на фиг.5 и 6. Выступ и паз могут быть выполнены в форме креста иной формы, основное требование к которой заключается в не использовании формы шпоночного типа, применяемой в известных шаровых кранах, включая прототип.

В данном примере представлена конструкция, испытанная для двух типов шарового крана: д20 и д25. Для шарового затвора крана д20 с диаметром сферы «D», равным 25(-0,05)мм, рабочий диаметр штока «d» выполнен равным 13,9 (-0,05) мм. Для шарового затвора крана д25 с диаметром сферы «D», равным 30(-0,05) мм, рабочий диаметр штока «d» также выполнен равным 13,9 (-0,05) мм. Предложенная конструкция может быть использована для других типов шарового крана.

Шаровой кран функционирует традиционным образом. Шток 3 передает усилие с рукоятки 5 на шаровой затвор, вращением которого перекрывают поток воды.

Claims (1)

1. Шаровой кран для напорных полипропиленовых трубопроводов, содержащий полипропиленовый корпус, внутри которого вмонтирована запорная арматура, состоящая из шарового затвора, выполненного из полифенилсульфоновой смолы и сопрягаемого с ним штока, при этом соединение штока со сферической поверхностью шарового затвора выполнено по типу «выступ-паз», отличающийся тем, что шток выполнен из конструкционного полимерного материала, имеющего модуль упругости при растяжении более 2100 Мпа и температурой изгиба под нагрузкой при напряжении 1,8 Мпа – более 180°С, при этом рабочий диаметр штока составляет не менее чем 18 % от диаметра сферы шарового затвора, а соединение штока со сферической поверхностью шарового затвора выполнено крестообразным.

Images