RU209661U1

RU209661U1 - BALL VALVE FOR MAIN GAS PIPELINES

Info

Publication number: RU209661U1
Application number: RU2021134340U
Authority: RU
Inventors: Владимир Вадимович Мороз; Юрий Дмитриевич Логанов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Арматурные технологии"
Priority date: 2021-11-24
Filing date: 2021-11-24
Publication date: 2022-03-17
Also published as: RU209661U9

Abstract

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к трубопроводной арматуре, в частности к конструкции шарового крана, и предназначена для использования в области энергетики, нефтегазовой и химической промышленности, например, для перекрытия потока взрывоопасной газообразной среды в магистральных газопроводах транспортирующих природный газ или водород. Шаровой кран содержит корпус 1 с входным и выходным магистральными патрубками 2, шаровую поворотную пробку 3, седла 4, уплотнительное полиуретановое или резиновое кольцо 5, зафиксированное в посадочной канавке 6, образованной контуром седла 4, и запрессованное полимерным кольцом 7. В седле 4 выполнены разгрузочные отверстия 9. В каждом разгрузочном отверстии установлен обратный клапан 10 для сброса давления из посадочной канавки 6, состоящий из запорного органа 11, пружины 12 и фиксатора 13. В последнем выполнено сбросное отверстие 14, сообщенное с разгрузочным отверстием 9. Технический результат заявленной полезной модели заключается в повышении надежности работы шарового крана за счет увеличения срока его эксплуатации до ремонта и исключения возникновения аварийной ситуации, связанной с вырывом уплотнительного кольца в момент его открытия, потерей герметичности крана при подаче рабочей среды в любом направлении, и обеспечения требуемой герметичности шарового крана с функцией DIB, предназначенного для установки на магистральных газопроводах, транспортирующих природный газ или водород. 4 ил.The utility model relates to the field of mechanical engineering, namely to pipeline fittings, in particular to the design of a ball valve, and is intended for use in the energy, oil and gas and chemical industries, for example, to shut off the flow of an explosive gaseous medium in main gas pipelines transporting natural gas or hydrogen. The ball valve comprises a body 1 with inlet and outlet main pipes 2, a ball swivel plug 3, seats 4, a sealing polyurethane or rubber ring 5 fixed in a seat groove 6 formed by the contour of the seat 4, and pressed with a polymer ring 7. The seat 4 is equipped with unloading holes 9. In each relief hole, a check valve 10 is installed to relieve pressure from the mounting groove 6, consisting of a shut-off element 11, a spring 12 and a retainer 13. The latter has a relief hole 14, which communicates with the relief hole 9. The technical result of the claimed utility model in increasing the reliability of the ball valve by increasing its service life before repair and eliminating the occurrence of an emergency situation associated with the tearing of the sealing ring at the time of its opening, the loss of tightness of the valve when the working medium is supplied in any direction, and ensuring the required tightness of the ball valve with the DIB function , pre intended for installation on main gas pipelines transporting natural gas or hydrogen. 4 ill.

Description

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к трубопроводной арматуре, в частности к конструкции шарового крана, и предназначена для использования в области энергетики, нефтегазовой и химической промышленности, например, для перекрытия потока взрывоопасной газообразной среды в магистральных газопроводах транспортирующих природный газ или водород.The utility model relates to the field of mechanical engineering, namely to pipeline fittings, in particular to the design of a ball valve, and is intended for use in the energy, oil and gas and chemical industries, for example, to shut off the flow of an explosive gaseous medium in main gas pipelines transporting natural gas or hydrogen.

Известен промышленный шаровой клапан (кран) двойного действия с уплотнительной системой, содержащий седла с эластомерным и термопластичным уплотнительным элементом, причем эластомерный уплотнительный элемент удерживается в гнезде седла только с помощью термопластичного элемента и особой формы гнезда. Периметр эластомерного уплотнительного элемента находится в контакте только с термопластичным элементом и с внутренними краями гнезда. Гнездо имеет открытое спереди прямоугольное сечение и предназначено для приема термопластичного элемента. Это решение направлено на повышение срока службы уплотнительной системы за счёт стабилизации положения эластомерного уплотнительного элемента (патент на изобретение РФ № 2573092, МПК F16K 5/06, 2016 г.).Known industrial ball valve (faucet) double-acting with a sealing system containing seats with an elastomeric and thermoplastic sealing element, and the elastomeric sealing element is held in the seat of the seat only with the help of a thermoplastic element and a special shape of the seat. The perimeter of the elastomeric sealing element is in contact only with the thermoplastic element and with the inner edges of the seat. The socket has a rectangular section open at the front and is designed to receive a thermoplastic element. This solution is aimed at increasing the service life of the sealing system by stabilizing the position of the elastomeric sealing element (RF patent No. 2573092, IPC F16K 5/06, 2016).

Недостатком этого устройства является то, что уплотнительная система не обеспечивает надёжную герметичность при высоких давлениях по причине отсутствия разгрузочных отверстий в седле, предназначенных для исключения вырыва эластомерного уплотнительного элемента из гнезда в начальный момент открытия шарового крана.The disadvantage of this device is that the sealing system does not provide reliable tightness at high pressures due to the lack of relief holes in the seat, designed to prevent the elastomeric sealing element from tearing out of the seat at the initial moment of opening the ball valve.

Известен также шаровой кран с седлом, содержащий корпус с входным и выходным магистральными патрубками, шаровую поворотную пробку и два подпружиненных седла. Каждое седло содержит уплотнительное полиуретановое или резиновое кольцо, зафиксированное в канавке, образованной контуром седла и запрессованным полимерным кольцом. Также седло содержит каналы для подвода герметизирующей смазки в зону уплотнения между пробкой и седлами и разгрузочные отверстия, предназначенные для исключения вырыва основного уплотнительного кольца из его посадочной канавки в начальный момент открытия шарового крана, а также для обеспечения дополнительного поджатия кольца давлением транспортируемого газа при выходе из строя одного из двух седел шарового крана. По мнению авторов, заявленное техническое решение направлено на повышение герметичности шарового крана, увеличение срока эксплуатации крана до ремонта и исключение деталей кольца прижимного и винтов из сборки седла (Патент на полезную модель РФ №203482, МПК F16K 5/06, 2020 г.).Also known is a ball valve with a seat, containing a housing with inlet and outlet main pipes, a ball swivel plug and two spring-loaded seats. Each seat contains a sealing polyurethane or rubber ring fixed in a groove formed by the seat contour and a pressed polymer ring. The seat also contains channels for supplying a sealing lubricant to the sealing zone between the plug and the seats and relief holes designed to prevent the main sealing ring from tearing out of its seating groove at the initial moment of opening the ball valve, as well as to provide additional compression of the ring by the pressure of the transported gas at the exit from building one of the two ball valve seats. According to the authors, the claimed technical solution is aimed at increasing the tightness of the ball valve, increasing the life of the valve before repair and excluding the parts of the clamping ring and screws from the seat assembly (Utility model patent of the Russian Federation No. 203482, IPC F16K 5/06, 2020).

Данное техническое решение является наиболее близким к предложенному, поэтому принято за прототип.This technical solution is the closest to the proposed one, therefore it is taken as a prototype.

Недостатком прототипа является то, что разгрузочные отверстия исключают вырыв основного уплотнительного кольца из посадочной канавки в момент открытия шарового крана при подаче рабочей среды в одном направлении: при наличии давления в патрубке и отсутствии в корпусе. При этом заявленное дополнительное поджатие кольца давлением обеспечивается при неподвижной пробке, а в начальный момент открытия крана дополнительное поджатие уплотнения через разгрузочные отверстия наоборот, способствует вырыву уплотнительного кольца из гнезда. Это происходит вследствие того, что в начальный момент открытия крана в образовавшийся зазор из корпуса в патрубок устремляется рабочая среда с большой скоростью, причем в суженном сечении средняя скорость потока повышается, а статическое давление в данном сечении становится меньше статического давления перед суженным сечением. Вследствие возникновения разницы давления рабочей среды, которая подводится через разгрузочные отверстия к тыльной стороне основного уплотнительного кольца, и рабочей среды, перемещающейся с большой скоростью перед рабочей стороной основного уплотнительного кольца, возникает сила, воздействующая на уплотнительное кольцо и стремящаяся вырвать его из гнезда. Таким образом, это известное техническое решение может использоваться в кранах с функцией DBB - шаровых кранов с двумя седлами, каждое из которых однонаправленное и в закрытом положении обеспечивает герметичность при наличии давления только с одной стороны, но не подходит для кранов с функцией DIB - шаровых кранов с двумя седлами, каждое из которых двунаправленное и в закрытом положении обеспечивает герметичность при наличии давления с любой из сторон. В соответствии с требованиями нормативных документов, конструкция седел шаровых кранов для газовой промышленности с пробкой в опорах должна обеспечивать требуемую герметичность затвора в любом направлении подачи рабочей среды, поэтому устройство по прототипу не обеспечит надежную эксплуатацию крана в составе газопровода.The disadvantage of the prototype is that the relief holes prevent the main sealing ring from tearing out of the groove at the moment the ball valve is opened when the working medium is supplied in one direction: in the presence of pressure in the pipe and in the absence of pressure in the housing. At the same time, the claimed additional compression of the ring by pressure is provided with a stationary plug, and at the initial moment of opening the valve, additional compression of the seal through the discharge holes, on the contrary, contributes to the tearing of the sealing ring from the socket. This is due to the fact that at the initial moment of opening the valve, the working medium rushes into the gap from the body into the pipe at high speed, and in the narrowed section the average flow velocity increases, and the static pressure in this section becomes less than the static pressure in front of the narrowed section. Due to the occurrence of a pressure difference between the working medium, which is supplied through the discharge holes to the back side of the main sealing ring, and the working medium moving at high speed in front of the working side of the main sealing ring, a force arises that acts on the sealing ring and tends to pull it out of the seat. Thus, this known technical solution can be used in valves with DBB function - ball valves with two seats, each of which is unidirectional and in the closed position provides tightness with pressure on only one side, but is not suitable for valves with DIB function - ball valves with two seats, each of which is bidirectional and in the closed position provides tightness in the presence of pressure from either side. In accordance with the requirements of regulatory documents, the design of ball valve seats for the gas industry with a plug in the supports must ensure the required tightness of the valve in any direction of the working medium supply, so the device according to the prototype will not ensure reliable operation of the valve as part of the gas pipeline.

Технический результат заявленной полезной модели заключается в повышении надежности работы шарового крана за счет увеличения срока его эксплуатации до ремонта и исключения возникновения аварийной ситуации, связанной с вырывом уплотнительного кольца в момент его открытия и потерей герметичности крана при подаче рабочей среды в любом направлении, и обеспечения требуемой герметичности шарового крана с функцией DIB, предназначенного для установки на магистральных газопроводах, транспортирующих природный газ или водород.The technical result of the claimed utility model is to increase the reliability of the ball valve by increasing its service life before repair and eliminating the occurrence of an emergency situation associated with the tearing of the sealing ring at the time of its opening and the loss of tightness of the valve when the working medium is supplied in any direction, and ensuring the required tightness ball valve with DIB function, designed for installation on main gas pipelines transporting natural gas or hydrogen.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в шаровом кране для магистральных газопроводов, содержащем корпус с входным и выходным магистральными патрубками, шаровую поворотную пробку, седла, уплотнительное полиуретановое или резиновое кольцо, зафиксированное в посадочной канавке, образованной контуром седла и запрессованным полимерным кольцом, в седле выполнены разгрузочные отверстия, в каждом разгрузочном отверстии установлен обратный клапан для сброса давления из посадочной канавки, состоящий из запорного органа, поджимаемого пружиной и фиксирующего пружину фиксатора, в котором выполнено сбросное отверстие, сообщенное с разгрузочным отверстием. Причем сбросное отверстие в фиксаторе выполнено соосно разгрузочному отверстию.The specified technical result is achieved due to the fact that in a ball valve for main gas pipelines, containing a body with inlet and outlet main pipes, a ball swivel plug, seats, a polyurethane or rubber sealing ring fixed in the seating groove formed by the saddle contour and a pressed polymer ring, relief holes are made in the saddle, in each relief hole there is a check valve for relieving pressure from the mounting groove, consisting of a shut-off body pressed by a spring and a latch fixing the spring, in which a relief hole is made, communicated with the relief hole. Moreover, the discharge hole in the retainer is made coaxially with the discharge hole.

Устройство иллюстрируется чертежами, гдеThe device is illustrated in the drawings, where

на фиг. 1 изображен шаровой кран, продольный разрез;in fig. 1 shows a ball valve, longitudinal section;

на фиг. 2 - представлено седло в разрезе с обратным клапаном;in fig. 2 - a saddle is shown in section with a check valve;

на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 1, увеличено, шаровая пробка показана в начальный момент открытия крана при наличии давления в патрубке и отсутствии давления в корпусе;in fig. 3 - section A-A in Fig. 1, enlarged, the ball plug is shown at the initial moment of opening the valve with pressure in the nozzle and no pressure in the body;

на фиг. 4 - сечение А-А на фиг. 1, увеличено, шаровая пробка показана в начальный момент открытия крана при наличии давления в корпусе и отсутствии давления в патрубке.in fig. 4 - section A-A in Fig. 1, enlarged, the ball plug is shown at the initial moment of opening the valve with pressure in the body and no pressure in the nozzle.

Шаровой кран содержит корпус 1, выполненный из металла, с магистральными патрубками 2, шаровую поворотную пробку 3, установленную в опорах, подпружиненное седло 4, полиуретановое или резиновое уплотнительное кольцо 5, (материал кольца выбирают в зависимости от температуры транспортируемой среды), зафиксированное в посадочной канавке 6, образованной контуром седла 4, и запрессованное полимерным кольцом 7. Полимерное кольцо 7 также служит скребком, исключающим непосредственный контакт металла седла 4 с шаровой поворотной пробкой 3 шарового крана, что обеспечивает сохранение целостности и долгого срока службы износостойкого покрытия, нанесенного на сферическую поверхность шаровой поворотной пробки 3. Седло 4 содержит каналы 8 для подвода герметизирующей смазки в зону уплотнения между шаровой поворотной пробкой 3 и седлом 4, и разгрузочные отверстия 9 для исключения вырыва основного уплотнительного кольца 5 из посадочной канавки 6 в момент открытия шарового крана, когда давление рабочей среды в патрубке 2 больше, чем в корпусе 1. В разгрузочных отверстиях 9 установлен обратный клапан 10, который содержит запорный орган 11, поджимаемый пружиной 12, и фиксатор 13, фиксирующий пружину 12. В фиксаторе 13 выполнено сбросное отверстие 14, соосное оси разгрузочного отверстия 9.The ball valve contains a body 1 made of metal with main pipes 2, a ball swivel plug 3 installed in the supports, a spring-loaded seat 4, a polyurethane or rubber sealing ring 5 (the material of the ring is chosen depending on the temperature of the transported medium), fixed in the seat groove 6, formed by the contour of the seat 4, and pressed by the polymer ring 7. The polymer ring 7 also serves as a scraper, excluding direct contact of the metal of the seat 4 with the ball swivel plug 3 of the ball valve, which ensures the preservation of the integrity and long service life of the wear-resistant coating applied to the spherical surface ball rotary plug 3. The seat 4 contains channels 8 for supplying sealing lubricant to the sealing zone between the ball rotary plug 3 and the seat 4, and relief holes 9 to prevent the main sealing ring 5 from tearing out of the seat groove 6 at the moment the ball valve is opened, when the working pressure Wed there is more food in the pipe 2 than in the housing 1. In the discharge openings 9, a check valve 10 is installed, which contains a shut-off body 11, pressed by a spring 12, and a latch 13, which fixes the spring 12. In the latch 13, a discharge hole 14 is made, coaxial to the axis of the discharge hole nine.

Сравнение заявленного технического решения с уровнем техники, известным из научно-технической и патентной документации на дату приоритета, не выявило средство, которому присущи признаки, идентичные всем признакам, содержащимся в заявленной формуле полезной модели, т.е., совокупность существенных признаков заявленного решения ранее не была известна и не тождественна каким-либо известным техническим решениям, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности "новизна". Comparison of the claimed technical solution with the prior art known from the scientific, technical and patent documentation as of the priority date did not reveal a tool that has features identical to all the features contained in the claimed utility model claims, i.e., a set of essential features of the previously claimed solution was not known and is not identical to any known technical solutions, therefore, it meets the condition of patentability "novelty".

Данное техническое решение промышленно применимо, поскольку в описании к заявке и названии полезной модели указано его назначение, оно может быть изготовлено промышленным способом, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость".This technical solution is industrially applicable, since its purpose is indicated in the description of the application and the name of the utility model, it can be manufactured industrially, workable, feasible and reproducible, therefore, it meets the condition of patentability "industrial applicability".

Принцип работы шарового крана с функцией DIB.Working principle of ball valve with DIB function.

Седло 4 поджимается к шаровой поворотной пробке 3 шарового крана под действием давления транспортируемой среды.The seat 4 is pressed against the ball valve plug 3 of the ball valve under the pressure of the transported medium.

В начальный момент открытия крана (фиг. 3), при наличии давления Р3=PN в патрубке 2 и отсутствии давления (Р1=0) в корпусе 1, высвобождается сегмент уплотнительного кольца 5. В этом месте кольцо деформируется и под действием соотношения давлений Р3>Р2>Р1, выдвигается из седла, а в посадочную канавку 6 под уплотнительное кольцо 5 попадает рабочая среда из патрубка 2 с давлением Р3=PN. При последующем повороте пробки 3 рабочая среда приподнимает запорный орган 11 обратного клапана 10, сжимая пружину 12, и сбрасывается из посадочной канавки 6 через сбросное отверстие 14 фиксатора 13 в корпус 1, после чего уплотнительное кольцо 5 возвращается обратно в посадочную канавку 6.At the initial moment of opening the valve (Fig. 3), with pressure P3=PN in the pipe 2 and no pressure (P1=0) in the body 1, the segment of the sealing ring 5 is released. In this place, the ring is deformed and under the action of the pressure ratio P3 P2>P1, moves out of the seat, and the working medium from the nozzle 2 enters the mounting groove 6 under the sealing ring 5 from the pipe 2 with pressure P3=PN. With the subsequent rotation of the plug 3, the working medium lifts the shut-off element 11 of the check valve 10, compressing the spring 12, and is discharged from the seat groove 6 through the discharge hole 14 of the retainer 13 into the housing 1, after which the sealing ring 5 returns back to the seat groove 6.

При наличии давления Р1=PN в корпусе 1 и отсутствии давления (Р3=0) в патрубке 2 в начальный момент открытия крана (фиг. 4), когда возникает соотношение давлений Р3<Р2<Р1, обратный клапан 10 перекрывает подвод рабочей среды давлением Р1=PN из корпуса 1 в посадочную канавку 6 под уплотнительное кольцо 5 через разгрузочное отверстие 9, т.е. клапан герметичен и не позволяет рабочей среде с давлением Р1=PN при движении из корпуса 1 в патрубок 2 вырвать уплотнительное кольцо 5 из посадочной канавки 6 седла 4 в сторону зазора между шаровой поворотной пробкой 3 и седлом 4 с перемещающейся с большой скоростью рабочей средой с более низким давления Р2.In the presence of pressure P1=PN in the body 1 and the absence of pressure (P3=0) in the branch pipe 2 at the initial moment of opening the valve (Fig. 4), when the pressure ratio P3<P2<P1 occurs, the check valve 10 blocks the supply of the working medium with pressure P1 =PN from the housing 1 into the groove 6 under the sealing ring 5 through the relief hole 9, i.e. the valve is hermetic and does not allow the working medium with pressure P1=PN, when moving from the body 1 to the branch pipe 2, to pull out the sealing ring 5 from the seat groove 6 of the seat 4 towards the gap between the spherical rotary plug 3 and the seat 4 with the working medium moving at high speed with more low pressure P2.

Р1 - давление в корпусе;P1 - pressure in the case;

Р2 - давление в зазоре между шаровой поворотной пробкой и седлом в начальный момент открытия крана;P2 - pressure in the gap between the ball swivel plug and the seat at the initial moment of valve opening;

Р3 - давление в патрубке;P3 - pressure in the pipe;

PN - давление транспортируемой среды.PN - pressure of the transported medium.

Таким образом, обеспечивается требуемая герметичность шарового крана в любом направлении подачи рабочей среды. Шаровой кран с функцией DIB соответствует требованиям нормативных документов и может применяться в газовой промышленности в магистральных газопроводах транспортирующих природный газ или водород.Thus, the required tightness of the ball valve is ensured in any direction of the supply of the working medium. The ball valve with DIB function complies with the requirements of regulatory documents and can be used in the gas industry in main gas pipelines transporting natural gas or hydrogen.

Использование заявленной полезной модели позволит повысить надежность работы шарового крана за счет увеличения срока его эксплуатации до ремонта и исключения возникновения аварийной ситуации, связанной с вырывом уплотнительного кольца в момент открытия и потерей герметичности крана при подаче рабочей среды в любом направлении, и обеспечить требуемую герметичность шарового крана с функцией DIB, предназначенного для установки на магистральных газопроводах, транспортирующих природный газ или водород.The use of the claimed utility model will improve the reliability of the ball valve by increasing its service life before repair and eliminating the occurrence of an emergency situation associated with the tearing of the sealing ring at the time of opening and loss of tightness of the valve when the working medium is supplied in any direction, and to ensure the required tightness of the ball valve with DIB function, intended for installation on main gas pipelines transporting natural gas or hydrogen.

Кроме того, расширяется арсенал средств определенного назначения, альтернативного известному из прототипа решению.In addition, the arsenal of tools for a specific purpose, alternative to the solution known from the prototype, is expanding.

Claims

1. A ball valve for main gas pipelines, containing a body with inlet and outlet main pipes, a ball swivel plug, seats, a polyurethane or rubber sealing ring fixed in a seating groove formed by a seat contour and a pressed polymer ring, while relief holes are made in the seat, characterized in that in each relief hole there is a check valve for relieving pressure from the mounting groove, consisting of a shut-off body pressed by a spring and a latch fixing the spring, in which a relief hole is made, communicated with the relief hole.

2. Ball valve according to claim. 1, characterized in that the discharge hole in the retainer is made coaxially with the discharge hole.