RU2179677C1

RU2179677C1 - Ball cock

Info

Publication number: RU2179677C1
Application number: RU2000127966A
Authority: RU
Inventors: Н.Ю. Брычин; С.А. Старун
Original assignee: Проектно-конструкторский и технологический институт трубопроводной арматуры "Атомармпроект"
Priority date: 2000-11-08
Filing date: 2000-11-08
Publication date: 2002-02-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering; shut-off or adjusting fittings for liquid media containing solid particles. SUBSTANCE: proposed ball cock has body, spherical swivel shut-off member and seat with sealing plastic rings. Seats are fitted in inlet and outlet branch pipes. Each has two metal springing tabs located on side of spherical swivel shut-off member; they are made integral with seat for prevention of seizure of spherical swivel shut-off member. Angle α is formed by outer surface of tab and plane passing through radius to point of contact of tab and spherical swivel shut-off member. This angle is selected from condition: tgα > K_fr., where K_fr. is coefficient of sliding of solid particles over surface of tab. Prior to assembly, sealing plastic rings of seats project above spherical surface of seats running through point of contact of tab and swivel spherical shut-off member by amount of deformation δ necessary for tightness of cock. EFFECT: increased service life of cock due to cleaning of surface of spherical swivel shut-off member; facilitated procedure of manufacture of cock. 3 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности арматуростроению, и может быть использовано в качестве запорной или регулирующей арматуры для жидких рабочих сред, содержащих твердые частицы. The invention relates to mechanical engineering, in particular valve manufacturing, and can be used as shutoff or control valves for liquid working environments containing solid particles.

Известные шаровые краны (А.с. СССР 525823, 1564446, МКИ F 16 К 5/06) при работе в жидких рабочих средах, содержащих твердые частицы, частично теряют свои функции, из-за того, что уплотнительные кольца контактируют с шаром по узкому пояску и при повороте шара, из-за наличия в среде твердых частиц, на этих поясках возникают сквозные царапины, риски. Через эти царапины просачивается среда, которая за счет эрозионного воздействия расширяет канал до таких размеров, что уплотнение теряет свои функции, нарушается герметичность крана. Known ball valves (AS USSR 525823, 1564446, MKI F 16 K 5/06) when working in liquid working media containing solid particles, partially lose their function due to the fact that the sealing rings contact the ball in a narrow when turning the ball, due to the presence of solid particles in the medium, through these scratches there are through scratches, risks. Through these scratches, a medium leaks out, which, due to erosion, expands the channel to such a size that the seal loses its function, and the valve is not sealed.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является шаровой кран (А.с. СССР 987244, МКИ F 16 К 5/06), в корпусе которого размещен сферический поворотный запорный орган, взаимодействующий с уплотнительными пластмассовыми кольцами седел, установленных во входном и выходном патрубках. По окружности колец выполнена сеть отверстий, размещенных в шахматном порядке и заполненных вязким веществом. The closest in technical essence and the achieved result to the proposed invention is a ball valve (AS USSR 987244, MKI F 16 K 5/06), in the housing of which there is a spherical rotary locking element interacting with the plastic sealing rings of the seats installed in the input and outlet nozzles. A circle of rings made a network of holes staggered and filled with a viscous substance.

Недостатком известной конструкции является малый срок службы вследствие того, что твердые частицы, протягивающиеся шаром до первого встречающегося на их пути отверстия в седле, царапают уплотнительную поверхность седла и кран теряет герметичность в затворе, а в полуоткрытом состоянии сферического поворотного запорного органа частицы внедряются на скорости в вязкое вещество ловителей седла и без срабатывания крана, что при больших концентрациях частиц разрушает уплотнительную поверхность седла. Кроме того, седла данной конструкции имеют большую трудоемкость изготовления из-за наличия множества отверстий. A disadvantage of the known design is the short service life due to the fact that solid particles, stretching the ball until the first hole in the seat they encounter, scratch the sealing surface of the seat and the valve loses its tightness in the valve, and in the semi-open state of the spherical rotary locking element, particles are introduced at a speed of viscous substance of catchers of a saddle and without operation of the crane that at high concentrations of particles destroys a sealing surface of a saddle. In addition, saddles of this design have a great complexity of manufacturing due to the presence of many holes.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение срока службы крана, работающего в жидких рабочих средах, содержащих твердые частицы, и упрощение технологии его изготовления. The technical task of the invention is to increase the life of the crane, working in liquid working environments containing solid particles, and simplifying the technology of its manufacture.

Указанная задача решается за счет того, что в шаровом кране, содержащем корпус, сферический поворотный запорный орган, седла с уплотнительными пластмассовыми кольцами, установленные во входном и выходном патрубках, каждое седло содержит два металлических пружинящих уса, которые расположены со стороны сферического поворотного запорного органа и выполнены за одно целое с седлом, с возможностью предотвращения заклинивания сферического поворотного запорного органа, а угол α, образованный наружной поверхностью уса и плоскостью, проходящей через радиус в точку контакта уса и сферического поворотного запорного органа, выбирается из условия:
tgα>K_TР,
где К_тр - коэффициент трения скольжения твердых частиц о материал уса,
причем уплотнительное пластмассовое кольцо седла перед сборкой выступает над уровнем сферической поверхности седла, проходящей через точку контакта уса и сферического поворотного запорного органа, на величину деформации δ, необходимую для герметизации крана.This problem is solved due to the fact that in a ball valve containing a housing, a spherical rotary locking element, seats with plastic sealing rings installed in the inlet and outlet pipes, each saddle contains two metal spring mustaches, which are located on the side of the spherical rotary locking element and made integrally with the saddle, with the possibility of preventing jamming of the spherical rotary locking element, and the angle α formed by the outer surface of the whisker and the plane passing in terms of the radius point of contact whisker and the spherical rotary closure member, chosen from the condition:
tgα> K _TP ,
where K _Tr - the coefficient of friction of sliding solid particles on the material of the mustache,
moreover, the sealing plastic ring of the saddle before assembly protrudes above the level of the spherical surface of the saddle passing through the contact point of the mustache and the spherical rotary locking element, by the strain value δ necessary for sealing the valve.

На фиг.1 изображен шаровой кран. Figure 1 shows a ball valve.

На фиг.2 - узел I шарового крана. Figure 2 - node I of the ball valve.

На фиг.3 - влияние угла α на прохождение твердых частиц. Figure 3 - the influence of the angle α on the passage of solid particles.

Шаровой кран содержит входной 1 и выходной 2 патрубки, в которых размещены седла 3 с уплотнительными пластмассовыми кольцами 4, взаимодействующими с сферическим поворотным запорным органом 5. Седло 3 имеет усы 6, обладающие пружинящим свойством и плотно прилегающие к поверхности сферического поворотного запорного органа 5. Причем угол α, образованный наружной поверхностью уса и плоскостью, проходящей через радиус R в точку контакта уса и сферического поворотного запорного органа, больше угла трения твердых частиц по седлу. Уплотнительные пластмассовые кольца 4 перед сборкой выступают над уровнем (по сферической поверхности) точки контакта уса и сферического поворотного запорного органа на величину деформации δ, необходимую для обеспечения герметичности крана. The ball valve contains an inlet 1 and an outlet 2 nozzles in which saddles 3 with sealing plastic rings 4 are placed, interacting with a spherical rotary locking member 5. The saddle 3 has a mustache 6 having a spring property and tightly adhering to the surface of the spherical rotary locking member 5. Moreover the angle α formed by the outer surface of the mustache and the plane passing through the radius R to the point of contact of the mustache and the spherical rotary locking element is larger than the angle of friction of the solid particles along the saddle. Before assembly, the plastic sealing rings 4 protrude above the level (on a spherical surface) of the contact point of the mustache and the spherical rotary locking element by the strain value δ necessary to ensure the tightness of the valve.

Величина деформации, необходимая для герметизации затвора крана определяется экспериментальным путем в зависимости от величины условного прохода, давления, при котором работает кран, и марки материала уплотнительного кольца. К примеру, для крана условного прохода 100 мм, на рабочее давление 2,5 МПа (25 кгс/см²) и уплотнительных колец из фторопласта 4 экспериментально получено, что величина деформации δ ==0,4^+0,25 мм. Величина деформации 0,4 мм является минимально необходимой для герметизации затвора крана, а с 0,65 мм усилие управления крана начинает резко расти и экономически нецелесообразно. Таким образом, для вышеприведенного изделия величина деформации определена δ ==0,4^+0,25 мм.The strain required to seal the valve shutter is determined experimentally, depending on the size of the nominal bore, the pressure at which the valve operates, and the grade of the material of the o-ring. For example, for a 100 mm nominal bore crane, for a working pressure of 2.5 MPa (25 kgf / cm ² ) and fluoroplastic O-rings 4, it was experimentally obtained that the strain value δ == 0.4 ^+0.25 mm. A strain of 0.4 mm is the minimum necessary to seal the shutter of the crane, and with 0.65 mm the control force of the crane begins to increase sharply and is not economically feasible. Thus, for the above product, the strain value is determined δ == 0.4 ^+0.25 mm.

Чтобы не происходило зажима сферического поворотного запорного органа при контакте с усом, кромка уса выполнена тонкой для придания усу пружинящего свойства. In order not to clamp the spherical rotary locking member in contact with the mustache, the edge of the mustache is made thin to give the mustache a springy property.

Кромки усов при повороте сферического поворотного запорного органа снимают с его поверхности попавшие твердые частицы, которые уносятся проходящим потоком. The edges of the mustache during the rotation of the spherical rotary locking element remove from the surface of the solid particles that are entrained, which are carried away by a passing stream.

Шаровой кран работает следующим образом. Ball valve works as follows.

При открытии или закрытии крана, при прохождении среды, содержащей твердые частицы, через сферический поворотный запорный орган твердые частицы не скапливаются уже в зоне пластмассового кольца, как это было в известном решении прототипа, откуда они могут быть легко затянуты в зону контакта шар - уплотнительное пластмассовое кольцо, а отводятся острой кромкой уса, плотно прилегающей к сферическому поворотному запорному органу по наружной боковой поверхности уса. When opening or closing a valve, when a medium containing solid particles passes through a spherical rotary locking element, solid particles do not accumulate already in the area of the plastic ring, as was the case with the known solution of the prototype, from where they can be easily pulled into the ball-sealing plastic contact zone ring, and diverted by the sharp edge of the mustache, tightly adjacent to the spherical rotary locking element on the outer side surface of the mustache.

На фиг.3 показано влияние угла α на достижение положительного эффекта,
где: Q - сила с которой действует частица на ус седла;
N - реакция (опоры) плоскости уса от силы Q, направлена перпендикулярно поверхности уса;
F - составляющая силы Q, параллельна поверхности уса;
В - точка контакта уса с сферическим поворотным запорным органом.Figure 3 shows the effect of angle α on achieving a positive effect,
where: Q is the force with which the particle acts on the saddle mustache;
N - reaction (support) of the mustache plane from the force Q, directed perpendicular to the surface of the mustache;
F - component of the force Q, parallel to the surface of the mustache;
In - the point of contact of the mustache with a spherical rotary locking element.

При всех возможных направлениях движения твердых частиц в турбулентном потоке самыми опасными, с точки зрения вероятности попадания в зону контакта сферического поворотного запорного органа и пластмассового седла, являются твердые частицы, двигающиеся по направлению вектора Q к точке В. For all possible directions of movement of solid particles in a turbulent flow, the most dangerous, from the point of view of the probability of a spherical rotary locking element and a plastic saddle getting into the contact zone, are solid particles moving in the direction of the vector Q towards point B.

Рассмотрим силы, действующие на частицу, попавшую в точку В. Consider the forces acting on a particle that hits point B.

Частица под действием силы F сможет отойти от точки В в том случае, если ее величина будет больше силы трения скольжения частицы по седлу (F_тр.ск):
F > F_тp.ск (1)
Из треугольника сил CEG имеем:
F = Q•sin(α) (2)
F_тр.ск = N • К_тр.ск,
но
N = Q•cos(α),
тогда
F_TР.СК. = Q•cos(α)•K_TР.СК. (3)
где: K_тр.ск - коэффициент трения скольжения твердых частиц по поверхности уса;
α - угол, образованный наружной поверхностью уса и плоскостью, проходящей через радиус R в точку В.A particle under the action of the force F can move away from point B in the event that its value is greater than the friction force of the sliding particles on the saddle (F _Tr.s. ):
F> F _mp.sk (1)
From the triangle of CEG forces we have:
F = Q • sin (α) (2)
F _tr.sk = N • K _tr.sk ,
but
N = Q • cos (α),
then
F _TR.SK. = Q • cos (α) • K _TP.SC. (3)
where: K _tr.sk - coefficient of sliding friction of solid particles on the surface of the mustache;
α is the angle formed by the outer surface of the mustache and the plane passing through the radius R to point B.

Из формулы (1) с учетом (2) и (3) имеем:
Q•sin(α) = Q•cos(α)•K_TР.СК.
или при умножении обеих частей неравенства на общий множитель 1/cos(α) имеем
tg(α)>K_TР.СК. (4)
При выполнении данного неравенства мы имеем наиболее благоприятные условия для отвода твердых частиц из зоны контакта шар - уплотнительное пластмассовое кольцо.From formula (1), taking into account (2) and (3), we have:
Q • sin (α) = Q • cos (α) • K _TP.SC.
or by multiplying both sides of the inequality by a common factor of 1 / cos (α), we have
tg (α)> K _TP.SC. (4)
When this inequality is fulfilled, we have the most favorable conditions for the removal of solid particles from the zone of contact of the ball - a plastic sealing ring.

В результате при эксплуатации шарового крана предлагаемой конструкции в среде, содержащей твердые частицы, пластмассовое кольцо не царапается, герметичность затвора не нарушается, а это увеличивает срок службы крана в целом. As a result, during the operation of the ball valve of the proposed design in an environment containing solid particles, the plastic ring does not scratch, the valve does not leak, and this increases the life of the valve as a whole.

Кроме того, при изготовлении шарового крана по предлагаемому изобретению не требуется изготовления множества отверстий в уплотнительных пластмассовых кольцах, что значительно проще в изготовлении. In addition, in the manufacture of a ball valve according to the invention does not require the manufacture of many holes in the plastic sealing rings, which is much simpler to manufacture.

Claims

A ball valve comprising a housing, a spherical rotary locking element, seats with plastic sealing rings installed in the inlet and outlet nozzles, characterized in that each saddle contains two metal spring bars, which are located on the side of the spherical rotary locking element and are integral with the saddle with the possibility of preventing jamming of the spherical rotary locking element, and the angle α formed by the outer surface of the whisker and the plane passing through the radius to the point act whisker and the spherical rotary valve plug is selected from the condition
tgα> K _mp ,
where K _tr is the coefficient of friction of sliding of solid particles on the material of the mustache, and the sealing plastic rings of the saddles before assembly protrude above the level of the spherical surface of the saddles passing through the contact point of the mustache and the spherical rotary locking element by the strain value δ necessary for sealing the valve.