RU223963U1 - Кран шаровый - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к трубопроводной арматуре, а именно к шаровым кранам, и предназначена для использования в трубопроводных транспортных системах различных отраслей промышленности. Технический результат достигается тем, что кран шаровый, содержащий корпус и установленные в него уплотнительные кольца и сферическую пробку, которая связана со штоком, на котором расположено сальниковое уплотнение, при этом корпус выполнен цельным, а сферическая пробка закреплена на штоке посредством выполнения в сферической пробке отверстия многоугольной формы, а окончание штока имеет многоугольное сечение ответной формы отверстию на сферической пробке так, что на штоке между многоугольным сечением и основной частью штока выполнены фиксирующие пазы, а на сферической пробке в многоугольном отверстии выполнены фиксирующие выступы ответной формы фиксирующим пазам, пробка выполнена из сплава, способного к проявлению термоупругих фазовых превращений, уплотнительные кольца выполнены из эластичного материала. Техническим результатом является повышение эксплуатационных характеристик шарового крана, а именно увеличение ресурса герметичности и срока службы.

Description

Полезная модель относится к трубопроводной арматуре, а именно к шаровым кранам, и предназначена для использования в трубопроводных транспортных системах различных отраслей промышленности.

Аналогом полезной модели является шаровый кран (пат. на изобретение № 2327073, опубл. 20.06.2008), содержащий сварной корпус с входным и выходным патрубками, дренажный трубопровод, фланцы под шпиндель и привод пробки, шаровую равнопроходную поворотную на опорах пробку и два подпружиненных седла с уплотнительными кольцами и обоймами, установленных в патрубки с возможностью взаимодействия с поверхностью шаровой пробки, отличающийся тем, что шаровая равнопроходная поворотная на опорах пробка различных способов изготовления выполнена с центральной расточной проходного диаметра DN с размером D1 больше внутреннего диаметра магистральной трубы D на длине L1 и с двумя сливными отверстиями с заходными фасками, расположенными у торцов расточки по центру низа пробки, а дренажный трубопровод выполнен из двух частей, внутренней и внешней, из которых внутренняя выполнена в форме криволинейной трубы со скошенным входным и прямым выходным торцом, приваренным к переходу для выхода из корпуса при расположении входного торца по центру низа полукорпуса, а внешняя выполнена из трубы, приваренной к корпусу, шарового запорного крана и выходного патрубка.

Недостатком данного изобретения является низкие эксплуатационные характеристики. Во-первых, это обусловлено сложностью обеспечения герметичности корпуса шарового крана в связи с необходимостью выполнения корпуса сборным. Это связано с тем, что шаровая пробка имеет больший диаметр, чем проходное отверстие крана, что обусловлено особенностью конструкции и требует выполнения центральной части корпуса большего внутреннего диаметра, чем у входной и выходной части корпуса. При этом элементы сборного корпуса (корпус с патрубками) необходимо соединять посредством сварного соединения, которое характеризуется ненадежностью к вибрационным воздействиям и герметичность которого может быть нарушена в процессе эксплуатации под воздействием внешних нагрузок, коррозии и гидроударов, что приводит к разрывам и утечкам. Во-вторых, низкие эксплуатационные характеристики обусловлены накоплением повреждений и деформаций, возникающих вследствие возникновения гидроударов как в процессе эксплуатации в открытом состоянии, так и при закрывании пробки, а также вследствие абразивного, эрозионного и кавитационного воздействия. Эти повреждения образуются на поверхности пробки и могут повлиять как на гидродинамическое сопротивление пробки, так и на ее способность полностью перекрывать поток жидкости или газа в связи с нарушением ее геометрии. В-третьих, в результате внешнего механического воздействия, а также воздействия возникающих гидроударов происходит смещение пробки относительно штока, что приводит к образованию люфта между штоком и пробкой, в результате чего невозможно обеспечить полное перекрытие потока и плотное сопряжение пробки с уплотнениями крана.

Аналогом полезной модели является шаровый кран (пат. на изобретение № 2229649, опубл. 27.05.2004), содержащий корпус с двумя залитыми в нем под давлением полимерным материалом, предпочтительно полипропиленом, предварительно полученными методом литья под давлением полуформами из полимерного материала, предпочтительно полипропилена, в которых размещены запорный элемент, выполненный из латуни с никелевым покрытием и имеющий форму полого шара с каналом, фторопластовые седла, охватывающие по периметру запорный элемент, и шток запорного элемента с уплотнительными кольцами, причем корпус шарового крана выполнен с противоположных его концов с каналами, имеющими на участке длины, меньшем диаметра его большего основания, внутреннюю поверхность по форме усеченного конуса, переходящего в цилиндрическую поверхность меньшего диаметра, примыкающую торцом к полуформам.

Недостатком данного изобретения является низкие эксплуатационные характеристики. Во-первых, это обусловлено низким диапазоном температуры эксплуатации, так как полимерные материалы ограничены в использовании при высоких температурах. Во-вторых, полимерные материалы обладают значительно меньшими показателями прочности по сравнению с металлическими материалами, в связи с чем максимально допустимое давление в трубопроводной арматуре будет значительно меньше. В-третьих, низкие эксплуатационные характеристики обусловлены накоплением повреждений и деформаций, возникающих вследствие возникновения гидроударов как в процессе эксплуатации в открытом состоянии, так и при закрывании пробки, а также вследствие абразивного, эрозионного и кавитационного воздействия. Эти повреждения образуются на поверхности пробки и могут повлиять как на гидродинамическое сопротивление пробки, так и на ее способность полностью перекрывать поток жидкости или газа в связи с нарушением ее геометрии. В-четвертых, в результате внешнего механического воздействия, а также воздействия возникающих гидроударов происходит смещение пробки относительно штока, что приводит к образованию люфта между штоком и пробкой, в результате чего невозможно обеспечить полное перекрытие потока и плотное сопряжение пробки с уплотнениями крана.

Прототипом полезной модели является шаровый кран (пат. на изобретение № 2268430 опубл. 20.01.2006), содержащий корпус с патрубком и установленную в нем сферическую пробку, которая связана со штоком, на котором расположены нажимная втулка и сальниковое уплотнение, на торцах корпуса и патрубка, соприкасаемых с пробкой, установлены уплотнительные кольца, а между корпусом и патрубком размещено уплотнение, отличающийся тем, что корпус имеет расточку с цилиндрической и конусной поверхностями, на торце патрубка выполнены цилиндрические поверхности, а уплотнение содержит в себе односторонний клин и цилиндр, расположено в расточке корпуса и состыковано с ее цилиндрической и конусной поверхностями и с цилиндрическими поверхностями патрубка, при этом шток состоит из ступеней с канавкой, в которую входит выступ сальникового уплотнения.

Недостатком данного изобретения является низкие эксплуатационные характеристики. Во-первых, это обусловлено сложностью обеспечения герметичности корпуса шарового крана в связи с необходимостью выполнения корпуса сборным. Это связано с тем, что шаровая пробка имеет больший диаметр, чем проходное отверстие крана, что обусловлено особенностью конструкции и требует выполнения центральной части корпуса большего внутреннего диаметра, чем у входной и выходной части корпуса. При этом элементы сборного корпуса (корпус с патрубками) необходимо соединять посредством резьбового соединения, которые характеризуются ненадежностью к вибрационным воздействиям и герметичность которых может быть нарушена в процессе эксплуатации под воздействием внешних нагрузок, коррозии и гидроударов, что приводит к разрывам и утечкам. Во-вторых, низкие эксплуатационные характеристики обусловлены накоплением повреждений и деформаций, возникающих вследствие возникновения гидроударов как в процессе эксплуатации в открытом состоянии, так и при закрывании пробки, а также вследствие абразивного, эрозионного и кавитационного воздействия. Эти повреждения образуются на поверхности пробки и могут повлиять как на гидродинамическое сопротивление пробки, так и на ее способность полностью перекрывать поток жидкости или газа в связи с нарушением ее геометрии. В-третьих, в результате внешнего механического воздействия, а также воздействия возникающих гидроударов происходит смещение пробки относительно штока, что приводит к образованию люфта между штоком и пробкой, в результате чего невозможно обеспечить полное перекрытие потока и плотное сопряжение пробки с уплотнениями крана.

Задачей полезной модели является усовершенствование конструкции шарового крана, обеспечивающее повышение ее срока службы и герметичности.

Техническим результатом является повышение эксплуатационных характеристик шарового крана, а именно увеличение ресурса герметичности и срока службы.

Технический результат достигается тем, что кран шаровый содержит корпус и установленные в него уплотнительные кольца и сферическую пробку, которая связана со штоком, на котором расположено сальниковое уплотнение, при этом корпус выполнен цельным, а сферическая пробка закреплена на штоке посредством выполнения в сферической пробке отверстия многоугольной формы, а окончание штока имеет многоугольное сечение ответной формы отверстию на сферической пробке так, что на штоке между многоугольным сечением и основной частью штока выполнены фиксирующие пазы, а на сферической пробке в многоугольном отверстии выполнены фиксирующие выступы ответной формы фиксирующим пазам, пробка выполнена из сплава, способного к проявлению термоупругих фазовых превращений, уплотнительные кольца выполнены из эластичного материала.

Благодаря имеющимся у сплавов с термоупругими фазовыми превращениями явлений псевдоупругости (сверхэластичности) и эффекта памяти формы становится возможным изменить принцип монтажа, что позволит уйти от сборного исполнения корпуса, увеличить точность позиционирования сферической пробки на штоке, а также увеличить ее стойкость к агрессивному воздействию рабочей среды.

Благодаря выполнению сферической пробки из материала, проявляющего термоупругие фазовые превращения, становится возможным произвести монтаж пробки внутрь цельного неразъёмного корпуса. Ранее корпус приходилось выполнять из нескольких элементов (чаще всего один из патрубков присоединялся к корпусу). Это связано с тем, что пробка имеет больший диаметр, чем проходное отверстие крана, что требует выполнения центральной части корпуса большего внутреннего диаметра, чем у входной и выходной части корпуса. В случае если пробка способна к проявлению эффекта памяти формы, то перед монтажом в корпус ее охлаждают и легко деформируют так, чтобы ее форма позволяла установить ее в центральную часть корпуса. После этого при нагревании пробка принимает первоначальную форму, фиксируясь в цельном корпусе. Изготовление корпуса шарового крана цельным позволяет избежать дополнительных мест стыковки и линий разъема за счет упрощения общей компоновки и уменьшения количества сборочных единиц, а, следовательно, обеспечивает её максимальную герметичность.

Сопряжение сферической пробки и штока происходит по схожему принципу. На пробке выполнено специальное посадочное отверстие под шток, которое представляет собой неглубокое отверстие многоугольной формы для фиксации от проворота и небольшие фиксирующие выступы для фиксации от вертикального перемещения штока. У основания шток имеет многоугольное сечение ответной формы посадочному отверстию пробки, а выше многоугольного сечения имеются небольшие фиксирующие пазы ответной формы фиксирующему выступу пробки. Перед монтажом пробка охлаждается и легко деформируется, что позволяет деформировать фиксирующие выступы сферической пробки и после ее монтажа в цельный корпус установить в посадочное отверстие шток. После нагревания выступы приобретут первоначальную геометрию и жестко зафиксируются в пазах штока. Данная конструкция позволит увеличить точность позиционирования штока и пробки относительно друг друга, а также увеличит стойкость к ударным нагрузкам за счет явления псевдоупругости, предотвращая образование люфта.

Также выполнение пробки из сплава, проявляющего термоупругие фазовые превращения, позволит за счет явления псевдоупругости (сверхэластичности) увеличить стойкость пробки к кавитационному и гидроабразивному видам износа, а также стойкость к различным динамическим нагрузкам (гидроудары). Перечисленные воздействия неизбежно присутствуют в процессе эксплуатации трубопроводной арматуры, в том числе и шаровых кранов, что приводит к постепенному изменению геометрии и разрушению, приводящим к нарушению герметичности шарового крана и уменьшению срока службы. Явление псевдоупругости, представляющее собой упругую (обратимую) реакцию на приложение нагрузок, которая вызвана фазовым превращением, способно снизить скорость накопления остаточных деформаций при воздействиях абразивных частиц, кавитационных пузырей или динамических ударных нагрузок, что увеличивает срок службы сферической пробки и шарового крана в целом. Также сплавы, проявляющие термоупругие фазовые превращения, обладают повышенной коррозионной стойкостью, что увеличивает срок службы сферической пробки, выполненной из данных сплавов, при эксплуатации в условиях агрессивных сред.

Таким образом, совокупность приведенных конструктивных признаков обеспечивает достижение заявляемого технического результата.

На фиг. 1 изображен шаровый кран.

На фиг. 2 изображено соединение сферической пробки и штока.

Шаровый кран состоит из сферической пробки 1 выполненной из сплава, проявляющего термоупругие фазовые превращения, цельного корпуса 2, уплотнительных колец 3, сальникового узла 4 и штока 5. На сферической пробке 1 имеется посадочное многоугольное отверстие 6 под шток 5 и фиксирующие выступы 7. Шток 5 имеет присоединительную резьбу 8, посадочную часть многоугольного сечения 9 для сферической пробки 1 и фиксирующие пазы 10. В качестве примера сечения многоугольного отверстия и многоугольной посадочной части был выбран шестиугольник.

Монтаж шарового крана осуществляют следующим образом. Сферическую пробку 1, изготовленную из сплава, проявляющего термоупругие фазовые превращения, охлаждают до температуры, соответствующей низкотемпературной (мартенситной) фазе. Далее сферическую пробку 1 деформируют в два этапа: сначала сплющивают, чтобы ее внешний диаметр был меньше чем проходной диаметр корпуса 2, затем деформируют фиксирующие пазы 10, задавая геометрическую форму и размеры, позволяющие с легкостью осуществить монтаж сферической пробки 1 в корпус 2 и штока 5 в сферическую пробку 1. После установки сферической пробки 1 в корпус 2 и установки штока 5 в сферическую пробку 1 посредством вставки посадочной части многоугольного сечения 9 штока 5 в посадочное отверстие многоугольной формы 6 сферической пробки 1, сферическую пробку 1 нагревают до температуры, соответствующей высокотемпературному фазовому состоянию материала (аустенит), в связи с чем происходит обратный фазовый переход из мартенситного состояния в аустенитное, что способствует возникновению напряжений и восстановлению первоначальных геометрической формы и размеров сферической пробки 1. При этом сферическая пробка 1 занимает требуемое положение в корпусе, а фиксирующие выступы 7 сферической пробки 1 занимает положение в фиксирующих пазах 10 штока 5. После этого в корпус устанавливаются эластичные уплотнительные кольца и сальниковый узел.

Таким образом, предлагаемая конструкция шарового крана, обеспечивает повышение эксплуатационных характеристик конструкции в целом, а также увеличение срока службы.

Claims (1)

1. Кран шаровый, содержащий корпус и установленные в него уплотнительные кольца и сферическую пробку, которая связана со штоком, на котором расположено сальниковое уплотнение, отличающийся тем, что корпус выполнен цельным, а сферическая пробка закреплена на штоке посредством выполнения в сферической пробке отверстия многоугольной формы, а окончание штока имеет многоугольное сечение ответной формы отверстию на сферической пробке так, что на штоке между многоугольным сечением и основной частью штока выполнены фиксирующие пазы, а на сферической пробке в многоугольном отверстии выполнены фиксирующие выступы ответной формы фиксирующим пазам, пробка выполнена из сплава, способного к проявлению термоупругих фазовых превращений, уплотнительные кольца выполнены из эластичного материала.