SU1639437A3 - Шаровой кран - Google Patents

Abstract

Изобретение м.б. использовано в шаровых кранах двойного герметизирующего действи . Цель изобретени  - повышение надежности срабатывани  крана путем выравнивани  сверхдопус- тимого давлени  в полости корпуса с давлением в проходном канале за счет торможени  основного поршн  при обратном его ходе. Основной цилиндр 16 снабжен вспомогательным цилиндром 19 с размещенным в нем аксиально по

Description

Фиг. 1

движным вспомогательным поршнем (Л) 20. И 20 отдел ет внутреннюю полость т длиндра 19 от управл ющей камеры (К) 21, сообщенной каналом 22 с внутренней полостью 14 корпуса. Основной и вспомогательный П 17, 20 соединены между собой. К 23, образованна  П 17, 20, сообщена с атмосферой и в ней размещена пружина 25 сжа- ти , нагружающа  Л 17, 20 в направлении К 21. В канале 22 установлен обратный клапан 26, обращенный входом сторону полости 14. Параллельно клапану 26 подключен регулирующий дроссель 27. В К 21 соосно П 20 установлен плавающий II 29 между торцовой поверхностью к-рого и внутренней поверхностью К 21 образована герметична  К 30, заполненна  газом под давлением . 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относитс  к трубопроводной арматуре, в частности к шаровым кранам двойного герметизирующего , действи .

Целью изобретени   вл етс  повышение надежности срабатывани  крана путем выравнивани  сверхдопустимого давлени  во внутренней полости корпуса с давлением в проходном канале за счет торможени  основного поршн  при обратном его ходе.

На фиг. 1 изображен шаровой кран в положении, когда проходной канал разобщен с внутренней полостью корпу- са, разрез; на фиг. 2 - многоходовой клаьаг до фиг. 1 в положении, когда через него проходной канал сообщен с внутренней полостью корпуса, разрез; на фиг 3 - 4 - упрощенные ва рианты выполнени  многоходового клапана , представленного на фиг. 1, разрез; на фиг. 5 - вариант выполнени  многоходового клапана, представленного на фиг. 1| на фиг. 6 - другой ва- риант выполнени  многоходового клапана , представленного на фиг.5, оснащенного газовой герметичной камерой.

| аровой кран содержит корпус 1 с проходным каналом 2 дл  рабочей жид- кости. Дл  открыти  и перекрыти  проходного канала 2 в корпусе 1 установлена шарова  пробка 3. В ступенчатой расточке 4 корпуса 1 размещена с возможностью перемещени  упорно-уплотнн- тельна  гильза 5 с закрепленным в ней уплотнительным кольцом 6, рабоча  кромка 7- которого посто нно поджата к шаровой пробке 3 под действием пружин 8 сжати , расположенных равномер- но по окружности. Наружна  поверх- , ность упорной гильзы 5 выполнена ступенчатой . Диаметр I) одной поверхности ступени 9 выполнен больше диаметра D рабочей кромки 7 уплотнитель- ного кольца 6, а диаметр D.J другой поверхности ступени 10 - меньше диаметра D2 рабочей кромки 7. Между указанными поверхност ми большего и меньшего диаметров ступеней 9 и 10 и внутренней поверхностью 11 корпуса 1 образована кольцева  камера 12, герметизированна  уплотнением 13. Внутренн   полость 14 корпуса 1 сообщена с проходным каналом 2 через многоходовой клапан 15, который выполнен в виде основного цилиндра 16 с размещенным в нем аксиально подвижным основным поршнем 17, образующим с внутренней поверхностью основного цилиндра 16 камеру 18, соединенную с внутренней полостью 14 корпуса 1. Основной цилиндр 16 снабжен вспомогательным цилиндром 19 с размещенным в нем аксиально подвижным вспомогательным поршнем 20. Внутренн   полость вспомогательного цилиндра 19 разделена вспомогательным поршнем 20 на управл ющую камеру 21, сообщенную каналом 22 с внутренней полостью 14 корпуса 1. Основной 17 и вспомогательный 20 поршни соединены между собой. Между ними образована камера 23, сообщенна  с атмосферой отверстием 24. В камере 23 размещена пружина 25 сжати , нагружающа  поршни 17 и 20 в направлении управл ющей камеры 21. В канал-е 22, соедин ющем внутреннюю полость 14 корпуса 1 с управл ющей камерой 21, установлен обратный клапан 26, обра- щенный своим входом в сторону внутренней полости 14 корпуса 1. Параллельно обратному клапану 26 подключен регулирующий дроссель 27. В основном поршне 17 выполнен канал 28, соеди- н ющий внутреннюю полость 14 корпуса 1 с проходным каналом 2. Вспомогательный поршень 20 имеет дополнительный поршневой по сок 29 диаметром d, располагающийс  в полости 23 р дом с поршнем 20. Между вспомогательным поршнем 20 и поршневым по ском 29 образована кольцева  камера 30 с внутренним диаметром d5. Камера 30 сообщаетс  с проходным каналом 2 через отверстие 31 и соединительный канал 32, через канал 28 - с кольцевым пазом 33.

Усилие пружины 25 сжати  выбираетс  таким, чтобы вспомогательный поршень 20 мог перемещатьс  влево лишь тогда, когда давление Р( во внутренней полости 14 корпуса 1 выходит за определенный допустимый диапазон и достигает заданного сверхдопустимого давлени  Р,1 . Лиаметр d2 вспомогательного поршн  20 выбран большим диаметра d. основного поршн  17.

Когда давление Рг в проходном канале 2 выше давлени  Р внутренней полости 14 корпуса 1, поршень 17 располагаетс  справа (фиг. 1). При этом полость 14 отделена от проходного канала 2, а упорно-уплотнительна  гильза 5 поджата самоподдерживающимс  усилием к шаровой пробке 3.

Когда давление Р( во внутренней полости 14 становитс  выше давлени  Рг, действующего со стороны проходного канала 2, но остаетс  в пределах допустимого диапазона, вспомогательный поршень 20 удерживаетс  в крайнем правом положении под действием пружины 25 сжати , в результате чего с тыльной стороны на упорно- уплотнит едьную гильзу 5 действует поджимающее.самоподдерживающеес  усилие , герметизирующее шаровой кран.

Когда давление Р( во внутренней полости 14 достигает сверхдопустимого давлени  Р , поршень 17 смещаетс  влево , преодолева  усилие пружины 25 сжати , до тех пор, пока кольцевой паз 33 не совпадет с отверстием 34, как это показано на фиг. 2, В этом случае кольцева  камера 30 сообщаетс  с отверстием 34 через соединительный канал 28 и далее - с внутренней полостью 14 через каналы 35 и 22.

Таким образом осуществл етс  сброс давлени  Р из внутренней полости 14 в проходной канал 2 дл  компенсации недопустимого роста этого давлени .

0

5

0

5

С целью стабилизации многоходового клапана 15 используют регулирующий дроссель 27 в сочетании с обратным (контрольным) клапаном 26, установленные в канале 22.

На фиг. 3 и 4 представлены упрощенные варианты выполнени  многоходового клапана Т5, предназначенные дл  использовани  в данном шаровом кране. Вспомогательный поршень 20 (фиг. 3 и 4) выполнен без вспомогательного по ска 29 (фиг. 1), а камера 23, образованна  между поршн ми Т7 и 20, сообщена с проходным каналом 2 через отверсти  36 и камеру 3 (фиг. 3) или с атмосферой отверстием 24 (фиг. 4), поэтому действующее в камере 23 давление (фиг. 4) не равно давлению в камере 37.

На фиг, 5 и 6 изображены варианты конструкции многоходового клапа- . на 15, показанного на фиг. 1.

Многоходовой клапан 15, показанный на фиг. 5, имеет цилиндрический корпус 38, внутри которого установлена цилиндрическа  обойма 39, имеюща  с одной стороны вспомогательный цилиндр 40 с концевой цилиндрической 0 частью 41, выполненной с относительно большим внутренним диаметром, а с другой стороны обойма 39 переходит в основной цилиндр 42. Внутри основного цилиндра 42 размещен цилиндрический золотниковый плунжер 43, перемещающийс  в продольном направлении. Этот плунжер имеет ос новной поршень 44 с меньшим диаметром, выполненным с торца. Поршень 44 ограничивает проходную камеру 45, образованную со стороны уменьшенного в диаметре торца основного цилиндра 42. Камера 45 сообщаетс  с внутренней полостью 14 через выходное отверстие 46 и сое- 5 динительный трубопровод 47. На уменьшенном в диаметре торце золотникового плунжера 43 выполнена прорезь 48, с помощью которой выходное отверстие 46 сообщаетс  с камерой 45 даже тогда, когда плунжер, реагиру  на ненормальное увеличение давлени  во внутренней полости 14, плотно прижимаетс  к внутреннему торцу отверсти  46.

Между наружной боковой поверхностью уменьшенной по диаметру цилиндрической части основного цилиндра 42 и внутренней цилиндрической поверхностью корпуса 38 образована кольцева  регулирующа  камера 49, охва5

0

0

71639437

тывающа  снаружи камеру 45. Камера 49 сообщаетс  с камерой 45 через торцовую проточку 50 и отверсти  5t, выполненные в стенке уменьшенной по диаметру цилиндрической части основного цилиндра 42.

Та часть золотникового плунжера 43, котора  находитс  в увеличенной по диаметру цилиндрической части 41 JQ вспомогательного цилиндра 40, имеет поршневой по сок 52 относительно большего диаметра. Поршневой по сок 52 находитс  на противоположном относи- тельно проходной камеры 45 конце 15 плунжера, образу  управл ющую камеру 53. Внутри упом нутого золотникового плунжера выполнен проходной канал 54, соедин ющий камеру 45, св занную с внутренней полостью 14, с 20 управл ющей камерой 53 через обратный клапан 55, нагруженный пружиной в сторону камеры 45. Пружина упираетс  в закрепленное в корпусе основание 56, выполненное с праходным отверсти- 5 ем 57.

Во внутренней цилиндрической обойт- ме 39 выполнен регулирующий расходо- мерный канал 58, проход щий от управл ющей камеры 53 к кольцевой регули-/зо рующей камере 49. На конце канала 58, выход щем в камеру 49, установлен жиклерный клапан 59, регулирующий расход жидкости (газа). Внутреннее давление управл ющей камеры 53 передает- е с  в камеру 49 и при этом регулируетс  клапаном 59. Последний приводитс  в действие в данном случае с помощью регулировочной стопорной гайки 60, котора  установлена с внешней стороны до цилиндрического корпуса клапана.

Плунжер 43, кроме того, снабжен вторым выступающим поршневым по ском 61, который находитс  р дом с первым поршневым по ском 52. Между по сками 45 61 и 52 образована проходна  гидрокамера 62, сообщающа с  с проходным каналом 2 контролируемой гидромагистрали через проходные отверсти  63 и 64.

ПОМИМО ЭТОГО В ЗОЛОТНИКОВОМ ПЛУН- gQ

жере 43 выполнен канал 65, соедин ющий камеру 62 с кольцевым пазом 66, выполненным на боковой поверхности основного поршн  44.

Между поршневым по ском 61 и ос- « новным поршнем 44 образована деком- прессионна  камера, наход ща с  в уширенной части упом нутой цилиндрической обоймы 39 и отделенна  от управл ющей камеры 53. Камера 67 сообщаетс  с атмосферой через сквозные альные отверсти  68 и 69. Внутри камеры 67 находитс  пружина 70 сжати , котора  удерживает золотниковый плунжер 43 в крайнем правом положении (фиг. 5), когда давление Р. во внутренней полости 14 корпуса шарового клапана находитс  в пределах заданного допустимого диапазона, разъедин   таким образом камеру 62 от внутренней полости 14.

Жесткость пружины 70 сжати  выбираетс  так же, как жесткость пружины 25 сжати .

Принцип действи  многоходового клапана, изображенного на фиг. 5, состоит в следующем.

Если внутреннее давление Р„ внутренней полости 14 шарового клапана находитс  в пределах заданного допустимого диапазона, золотниковый плунжер 43 находитс  в крайнем правом подпружиненном положении, при этом давление передаетс  из внутренней полости 14 через отверстие 46 в проходную камеру 45 и далее с некоторым изменением в управл ющую камеру 53 через проходной канал 54, а из канала 54 - через обратный клапан 55. Одновременно давление Р4 передаетс  частично из камеры 45 в регулирующую камеру 49 через торцовую проточку 50 и соединительные дроссельные отверсти  51. В свою очередь, давление Рг проходного канала 2 передаетс  во внутреннюю камеру 62 через радиальные отверсти  64 и 63. В данном случае давление не вли ет на работу золотникового плунжера, поскольку камера 62 выполнена внутри этого плунжера , и при этом давление никак не передаетс  в декомпрессионную камеру 67, св занную с атмосферой и участвующую в перемещении плунжера. Таким образом, когда давление во внутренней полости 14 находитс  в пределах определенного допустимого диапазона, эта полость отсоединена от проходного канала 2.

При чрезмерном повышении давлени  Р, во внутренней полости 14 с выходом за допустимый диапазон значений, по достижении какого-то определенного критического уровн  Р создаетс  значительный перепад между давлением, прикладываемым к вспомогательному поршню, состо щему из двух поршневых

10

нием, соответствукифш расчетному давлению Р .

Принцип действи  рассматриваемого многоходового клапана сводитс  к следующему .

Увеличение давлени  внутренней полости 14 передаетс  в управл ющую камеру, в результате-чего давление отверсти ми 51. Внутренн   полость 14 JQ в этой камере увеличиваетс . Одновре- св зываетс  с камерой 62 многоходово- менно с этим упом нутый поршневой го клапана и ее внутреннее давление сбрасываетс  в-проходной магистральный канал 2, в результате чего обесу1639437

по сков 52 и 61, и тем давлением, которое прикладываетс  к основному поршню 44, в результате чего по вл етс , усилие, превосход щее усилие поджати  пружины 70, вследствие чего золотниковый плунжер 43 смещаетс  влево (в плоскости Лиг. 5), совмеща  кольцевой паз 66 с радиальными проходными

элемент смещаетс  п направлении торцовой стенки 72 (т.е. на Лиг. 6 - вправо), увеличива  внутреннее давлепечиваетс  надежна  компенсаци  недо- 55 ние газа в герметичной камере 73, копустимого роста давлени  Р, .

При уменьшении внутреннего давлени  в полости 14 давление из управл ющей камеры 53 не передаетс  в обратном направлении в проходную камеру 45 через соединительный канал 54 плунжера, этому преп тствует обратный клапан 55. Одновременно с этим не происходит и обратного перетекани  гидравлической жидкости (газа ) по соединительному каналу 58 в регулирующую кольцевую камеру 49, поскольку выходной конец этого канала заблокирован контрольным жиклерным клапаном 59. Таким образом, давление внутренней полости 14, которое передаетс  в камеру 62, будет действовать , некоторый отрезок времени. Это обеспечивает возможность достаточно полного снижени  давлени , так как золотниковый плунжер не сразу вернетс  в исходное крайнее правое положение под действием возвратной пружины.

торое становитс  равным внутреннему давлении регулирующей камеры 75 (фиг. 5).. По мере роста давлени  во внутренней полости 14, когда оно до20 стигает определенного критического уровн , эта полость подключаетс  к кольцевой камере 62, в результате чего происходит сброс давлени . В это врем  происходит также уменьшение дав25 лени  в регулирующей камере 75 и увеличение объема герметичной (компрессионной ) камеры 73, поскольку она заполнена сжимаемой газовой средой. При этом подвижный поршень 71 смещаетс 

30 по штоку 74 в направлении регулирующей камеры 53 соответственно падению давлени  в этой камере$ что обеспечивает компенсацию уменьшени  давлени . Таким образом, в дополнение к устранению перепада давлени , создаваемого обратным клапаном 55 и (в какой- то степени) регулирующим жиклерным клапаном. 59, в данном варианте обес35

печиваетс  эффективна  компенсаци 

В конструкции многоходового .клала- дд резкого падени  давлени  в камере 75

с помощью дополнительной герметичной газокомпрессионной камеры 73 переменного объема, наход щейс  р дом с регулирующей камерой, причем така  компенсаци  осуществл етс  в момент сброса повышенного давлени  внутренней полости 14 в проходной канал 2. В результате такого компенсационного действи  положительным образом снина 15, показанного на фиг. 6, внешний цилиндрический корпус 38 удлин ет управл ющую камеру 53. В камере 53 установлен соосно вспомогательному поршню (61 и 52) плавающий поршень 71.д5 Между торцовой поверхностью поршн  71 и внутренней поверхностью торцовой стенки 72 управл ющей камеры образована герметична  камера 73.

В отличие от предыдущего варианта в данном клапане также применен удлиненный двухопорный шток 74, на конце которого закреплен пружинный упор 56. Этот шт.ок закреплен внешним концом в торцовой стенке 72. Плавающий поршень 71 размещен на итоке 74 v. делит управл ющую камеру на регулирующую камеру 75 и герметичную камеру 73. Последн   заполнена газом под давле50 жаетс  быстродействие и замедл етс  возврат золотникового плунжера 43 в исходное смещенное положение, что, естественно, способствует более стабильной работе этого плунжера и более полному снижению давлени  во внутренней полости 14.

Многоходовой клапан наиболее эффективен при работе на несжимаемой жидкости. Это обусловлено тем, что

55

Увеличение давлени  внутренней полости 14 передаетс  в управл ющую камеру, в результате-чего давление в этой камере увеличиваетс . Одновре- менно с этим упом нутый поршневой

элемент смещаетс  п направлении торцовой стенки 72 (т.е. на Лиг. 6 - вправо), увеличива  внутреннее давлеторое становитс  равным внутреннему давлении регулирующей камеры 75 (фиг. 5).. По мере роста давлени  во внутренней полости 14, когда оно достигает определенного критического уровн , эта полость подключаетс  к кольцевой камере 62, в результате чего происходит сброс давлени . В это врем  происходит также уменьшение давлени  в регулирующей камере 75 и увеличение объема герметичной (компрессионной ) камеры 73, поскольку она заполнена сжимаемой газовой средой. При этом подвижный поршень 71 смещаетс 

по штоку 74 в направлении регулирующей камеры 53 соответственно падению давлени  в этой камере$ что обеспечивает компенсацию уменьшени  давлени . Таким образом, в дополнение к устранению перепада давлени , создаваемого обратным клапаном 55 и (в какой- то степени) регулирующим жиклерным клапаном. 59, в данном варианте обес

жаетс  быстродействие и замедл етс  возврат золотникового плунжера 43 в исходное смещенное положение, что, естественно, способствует более стабильной работе этого плунжера и более полному снижению давлени  во внутренней полости 14.

Многоходовой клапан наиболее эффективен при работе на несжимаемой жидкости. Это обусловлено тем, что

при использовании такой жидкости в процессе сброса повышенного давлени  из внутренней полости в проходной канал давление или расход перепускае- мой жидкости в регулирующей камере уменьшаетс  достаточно быстро при увеличении объема компенсационной газонаполненной камеры, вследствие чего исключаетс  резкое падение давлени , jg которое может быть следствием сжати  регулирующей камеры.

Таким образом, конструкци  рассмотренного выше шарового клапана с двухступенчатым уплотнением рассчитана на 15 то, что в случае недопустимо резкого увеличени  давлени  во внутренней полости эта полость гидравлически соедин етс  с магистральным каналом за счет использовани  повышенного давле д ни  в дополнительном многоходовом клапане с результирующей компенсацией ненормального роста давлени  в упом нутой полости.

Кроме того, за счет использовани  25 компрессионной герметичной газовой камеры , образованной подвижным поршнем р дом с управл ющей камерой в указанном многоходовом клапане, устран етс  резкое падение давлени  в регулирую- 30 щей камере в момент компенсационного )понижени  давлени  в обратной полости, что в целом повышает эффективность процесса выравнивани  давлени .

Claims (2)

1. Формула изобретени 

   t. Шаровой кран, содержащий корпус с проходным каналом дл  рабочей жидкости, установленную в корпусе 40 шаровую пробку дл  открыти  и перекрыти  проходного канала, размещенную с возможностью перемещени  в расточке корпуса цилиндрическую упорно-уплот- нительную гильзу, уплотнительное коль-45 цо, закрепленное в упорной гильзе и установленное с возможностью взаимодействи  рабочей кромки с шаровой пробкой, наружна  поверхность упорной гильзы выполнена ступенчатой, причем г- диаметр одной поверхности ступени выполнен большим диаметра рабочей кромки уплотнительного кольца, а диаг метр другой поверхности ступени вы g

   5 д

   5 0

   5

   0 45 г-

   полнен меньшим диаметра рабочей кромки уплотнительного кольца, при этом между указанными поверхност ми большего и меньшего диаметров ступеней и внутренней поверхностью корпуса образована герметизированна  уплотнени ми кольцева  камера, кроме того, внутренн   полость корпуса сообщена с проходным каналом через многоходовой клапан, выполненный в виде основного цилиндра с размещенным в нем аксиально подвижным основным поршнем, образующим с внутренней поверхностью основного цилиндра камеру, соединенную с внутренней полостью корпуса, а в основном поршне выполнен канал, соедин ющий внутреннюю полость корпуса с проходным каналом, отличающийс  тем, что, с целью повышени  надежности срабатывани  крана путем выравнивани  сверхдопустимого давлени  во внутренней полости корпуса с давлением в проходном канале за счет торможени  основного поршн  при обратном его ходе, основной цилиндр снабжен вспомогательным цилиндром с размещенным в нем аксиально подвижным вспомогательным поршнем, раздел ющим внутреннюю по- : лость цилиндра на управл ющую камеру, сообщенную каналом с внутренней полостью корпуса, причем основной и вспомогательный поршни соединены между собой, а камера, образованна  поршн ми , сообщена с атмосферой и в ней размещена пружина сжати , нагружающа  поршни в направлении управл ющей камеры, кроме того, в канале, соедин ющем внутреннюю полость корпуса с управл ющей камерой установлен обратный клапан, обращенный входом в сторону внутренней полости корпуса, а параллельно обратному клапану подключен регулирующий дроссель.
2. 2. Кран по п. 1, отличающийс  тем, что в управл ющей камере вспомогательного цилиндра установлен соосно1.с вспомогательным поршнем плавающий поршень, между торцовой поверхностью которого и внут- ренней поверхностью управл ющей камеры образована герметична  камера, заполненна  газом под давлением.

   TV . . .r

   У//ГЛ/777//;

   I

   tf J/7

   I

   25

   Фиг. 2

   22

   n№

   Фиг.З

   21

   15 49 38 66 39 6869WW,

   4В

   f4

   50 31 59 и 43 54 67 6f 53 §2

   Фаг.5

   22

   63

   64

   S3

   гКЛ

   У

   м

   50 Ь5 5159Щ ft 55 &7® М 62

   71 73 Фиг. 6