UA120665C2

UA120665C2 - BALL CUT-OFF VALVE

Info

Publication number: UA120665C2
Application number: UAA201805587A
Authority: UA
Inventors: Ольга В'ячеславівна Бабаніна; Олена Петрівна Назаренко; Дмитро Сергійович Решетило; Володимир Володимирович Устич; Євген Іванович Шевцов
Original assignee: Державне Підприємство "Конструкторське Бюро "Південне" Ім. М.К. Янгеля"
Priority date: 2018-05-21
Filing date: 2018-05-21
Publication date: 2020-01-10

Abstract

Запропонований винахід належить до області трубопровідної арматури, а саме до кульових клапанів двосторонньої дії великих діаметрів з дистанційним керуванням і призначений для перекриття потоків робочого середовища в умовах кріогенних температур, наприклад в ракетній техніці для перекриття потоків компонентів у магістралі двигуна. Технічним результатом є поліпшення габаритно-масових характеристик, зокрема зменшення маси на 20-25 % та габаритів у 1,2-1,35 разу, одержання високого ступеня герметичності та надійності роботи клапана. Кульовий відсічний клапан, містить корпус, оснащений вхідним та вихідним перехідниками, в яких виконані отвори, встановлений до корпусу вал, що оснащений ущільненням, та кульовий затвор зі шліцьовими отворами, при цьому у вхідному перехіднику виконана проточка, в яку встановлено ущільнення, що взаємодіє з кульовим затвором, при цьому клапан оснащено пневмоприводом, у корпусі клапана, на поршні та корпусі пневмоприводу встановлено комплекти ущільнень, кожен з яких складається з манжети та підтискного вузла, вхідний та вихідний перехідники виконані у вигляді фланців, на кульовому затворі опозитно виконані дві кругові площини, а на двох перпендикулярних до них кругових поверхнях виконані виїмки, що повторюють конфігурацію прохідного отвору, створюючи циліндричну стінку, на одній зі стінок по осі затвора виконаний виступ для кріплення вала, а зовнішня поверхня корпусу виконана циліндричною з відсічними бічними сегментами, площини яких перпендикулярні осі обертання кульового затвора.The present invention relates to the field of pipeline fittings, namely to ball valves of double action of large diameters with remote control and is intended for blocking the flow of the working environment in cryogenic temperatures, for example in rocket technology to block the flow of components in the engine line. The technical result is the improvement of dimensional and mass characteristics, in particular reduction of mass by 20-25% and dimensions by 1.2-1.35 times, obtaining a high degree of tightness and reliability of the valve. Ball shut-off valve comprising a housing equipped with inlet and outlet adapters in which holes are made, a shaft equipped with a seal is installed in the housing, and a ball valve with slotted holes, while the inlet adapter has a groove in which a seal is installed that interacts with ball valve, the valve is equipped with a pneumatic actuator, in the valve body, piston and pneumatic actuator housing are installed sets of seals, each of which consists of a cuff and a pressure unit, inlet and outlet adapters are made in the form of flanges, on the ball valve opposite circles are made two circles and on two perpendicular circular surfaces there are recesses that repeat the configuration of the through hole, creating a cylindrical wall, on one of the walls along the axis of the shutter is a protrusion for mounting the shaft, and the outer surface of the housing is cylindrical with clipping side segments. ball shutter.

Description

Винахід належить до області трубопровідної арматури, а саме до кульових клапанів двосторонньої дії великих діаметрів з дистанційним керуванням, і призначений для перекриття потоків робочого середовища в умовах кріогенних температур, наприклад, в ракетній техніці для перекриття потоків компонентів у магістралі двигуна.The invention belongs to the field of pipeline fittings, namely to ball valves of two-way action of large diameters with remote control, and is intended for blocking the flow of the working medium in conditions of cryogenic temperatures, for example, in rocket technology for blocking the flow of components in the engine line.

Відомий кульовий клапан (патент США 4678161 А, МПК Е16К 5/06Ї, що містить вхідний та вихідний фланці, корпус, кульовий затвор з наскрізним каналом, кільцеві ущільнення, рухому в осьовому напрямку втулку, що притискає кільця до затвора під дією накидної гайки, ущільнення, герметизуючу втулку відносно корпусу.The known ball valve (US patent 4678161 A, IPC E16K 5/06Y, containing inlet and outlet flanges, a body, a ball valve with a through channel, ring seals, an axially movable sleeve that presses the rings against the valve under the action of a union nut, a seal , sealing sleeve relative to the body.

Недоліками даної конструкції є низька надійність внаслідок ручного керування, неможливість досягнення необхідного ступеня герметичності, що спричинено наявністю накидної гайки, яку регулюють для підтиснення ущільнення, а також завищені габаритно-масові характеристики при використанні клапанів великих діаметрів.The disadvantages of this design are low reliability due to manual control, the impossibility of achieving the required degree of tightness, which is caused by the presence of a cap nut, which is adjusted to compress the seal, as well as overestimated dimensional and mass characteristics when using valves of large diameters.

Найбільш близьким до заявленого клапана за технічною суттю є кульовий кран з дистанційним керуванням (прототип - патент ВО 2551711, МПК Е16К 5/06), що призначений для використання в умовах кріогенних температур та великих прохідних перерізів кульових клапанів, для подачі робочого тіла. Кульовий кран містить корпус з вхідним та вихідним перехідниками з отворами, встановлений у корпус вал, оснащений ущільненням, кульовий затвор зі шліцьовими отворами та проточкою, а також ущільнення кульового затвора. У вхідному перехіднику виконана проточка, у яку встановлено ущільнення у вигляді манжети, взаємодіюче з поверхнею проточки та кульовим затвором. На внутрішній поверхні кромки манжети виконаний уступ з конічною поверхнею, паралельно дотичній до окружності кульового затвора.The closest to the declared valve in terms of technical essence is a ball valve with remote control (prototype - patent VO 2551711, IPC E16K 5/06), which is intended for use in conditions of cryogenic temperatures and large cross-sections of ball valves, for supplying the working fluid. The ball valve includes a body with inlet and outlet adapters with holes, a shaft installed in the body, equipped with a seal, a ball valve with slotted holes and a groove, as well as a ball valve seal. In the input adapter, a groove is made, in which a seal in the form of a cuff is installed, which interacts with the surface of the groove and the ball valve. On the inner surface of the edge of the cuff, a ledge with a conical surface parallel to the tangent to the circumference of the ball shutter is made.

До недоліків прототипу слід віднести низьку надійність внаслідок складності конструкції, наявності одностороннього ущільнення кульового затвора, що не дозволяє досягти необхідного ступеня герметичності, а також завищені габаритно-масові характеристики.The shortcomings of the prototype should include low reliability due to the complexity of the design, the presence of a one-sided sealing of the ball valve, which does not allow to achieve the required degree of tightness, as well as overestimated dimensional and mass characteristics.

Технічна задача запропонованого винаходу полягає у вдосконаленні конструкції клапана шляхом оснащення пневмоприводом і додатковими ущільнюючими елементами, а також виконання корпусу та кульового затвора найбільш раціональними з точки зору мінімізації габаритно-масових характеристик.The technical task of the proposed invention is to improve the design of the valve by equipping it with a pneumatic drive and additional sealing elements, as well as making the body and ball valve the most rational from the point of view of minimizing overall and mass characteristics.

Зо Технічним результатом є поліпшення габаритно-масових характеристик, зокрема зменшення маси на 20-255965 та габаритів у 1,2-1,35 разу, одержання високого ступеня герметичності та надійності роботи клапана.The technical result is an improvement in overall and mass characteristics, in particular, a reduction in weight by 20-255965 and dimensions by 1.2-1.35 times, obtaining a high degree of tightness and reliability of valve operation.

Технічна задача вирішена за рахунок застосування наступних відомих суттєвих ознак, а саме: корпус оснащений вхідним та вихідним перехідниками, в яких виконані отвори, встановлений до корпусу вал, оснащений ущільненням, та кульовий затвор зі шліцьовими отворами, при цьому у вхідному перехіднику виконана проточка, в яку встановлено ущільнення, взаємодіюче з кульовим затвором, а також наступних відмінних суттєвих ознак, а саме: клапан оснащено пневмоприводом, у корпусі клапана, на поршні та корпусі пневмоприводу встановлено комплекти ущільнень, кожен з яких складається з манжети та підтискного вузла, вхідний та вихідний перехідники виконані у вигляді фланців, на кульовому затворі опозитно виконані дві кругові площини, а на двох перпендикулярних до них кругових поверхнях виконані виїмки, що повторюють конфігурацію прохідного отвору, створюючи циліндричну стінку, на одній зі стінок по осі затвора виконаний виступ для кріплення вала, а зовнішня поверхня корпусу виконана циліндричною з відсіченими бічними сегментами, площини яких перпендикулярні осі обертання кульового затвора.The technical problem is solved by applying the following known essential features, namely: the housing is equipped with input and output adapters, in which holes are made, a shaft equipped with a seal is installed to the housing, and a ball valve with slotted holes, while the input adapter has a groove, in which is equipped with a seal that interacts with the ball valve, as well as the following distinctive essential features, namely: the valve is equipped with a pneumatic drive, in the valve body, on the piston and the pneumatic drive body, sets of seals are installed, each of which consists of a cuff and a pressure unit, inlet and outlet adapters are made in the form of flanges, two circular planes are oppositely made on the ball shutter, and notches are made on two circular surfaces perpendicular to them, repeating the configuration of the through hole, creating a cylindrical wall, on one of the walls along the axis of the shutter, a protrusion is made for fastening the shaft, and the outer the surface of the body is made cylindrical with cut-off by side segments, the planes of which are perpendicular to the axis of rotation of the ball valve.

Використання сукупності вищезазначених суттєвих ознак дозволяє поліпшити габаритно- масові характеристики, зокрема зменшити масу на 20-2595 та габарити у 1,2-1,35 разу, одержати високий ступінь герметичності та надійності роботи клапана.The use of a set of the above-mentioned essential features allows to improve the dimensional and mass characteristics, in particular to reduce the mass by 20-2595 and the dimensions by 1.2-1.35 times, to obtain a high degree of tightness and reliability of the valve operation.

Для пояснення конструкції пристрою та його роботи наведені креслення: фіг. 1 - загальний вигляд кульового відсічного клапана у відкритому положенні, фіг. 2 - ущільнення кульового затвора, фіг. З - комплект ущільнень з підтискним вузлом, фіг. 4 - переріз кульового відсічного клапана у відкритому положенні, фіг. 5 - комплект ущільнень з підтискним вузлом, фіг. 6 - кульовий затвор.To explain the design of the device and its operation, the drawings are given: fig. 1 - a general view of the ball shut-off valve in the open position, fig. 2 - sealing of the ball valve, fig. C - a set of seals with a pressure unit, fig. 4 - cross-section of the ball shut-off valve in the open position, fig. 5 - a set of seals with a pressure unit, fig. 6 - ball shutter.

Кульовий відсічний клапан складається з корпусу 1, вхідного перехідника 2, вихідного перехідника 3, кульового затвора 4, виступу 5, кільцевого ущільнення б, шпильок 7, вала 8, куліси 9, манжети 10, пелюсткової пружини 11, втулки 12, тарілчастої пружини 13, гайки 14, пневмоприводу 15, штуцера 16, поршня 17, кришки 18, штуцера 19, обмежувача ходу 20, манжети 21, пелюсткової пружини 22, втулки 23, тарілчастої пружини 24, гайки 25.The ball shut-off valve consists of a body 1, an inlet adapter 2, an outlet adapter 3, a ball valve 4, a protrusion 5, an annular seal b, pins 7, a shaft 8, a guide plate 9, a cuff 10, a leaf spring 11, a sleeve 12, a disk spring 13, nut 14, pneumatic drive 15, fitting 16, piston 17, cover 18, fitting 19, stroke limiter 20, cuff 21, leaf spring 22, sleeve 23, plate spring 24, nut 25.

Зовнішня поверхня корпусу 1 виконана циліндричною з відсічними бічними сегментами, бо площини яких перпендикулярні осі обертання кульового затвора. На поверхні кульового затвораThe outer surface of the body 1 is made cylindrical with cut-off side segments, because their planes are perpendicular to the axis of rotation of the ball shutter. On the surface of the ball valve

4 опозитно виконані дві кругові площини, а на двох перпендикулярних до них кругових поверхнях виконані виїмки, що повторюють конфігурацію прохідного отвору, створюючи циліндричну стінку, а на одній зі стінок по осі затвора виконаний виступ 5 для кріплення вала 8.4, two circular planes are made in opposition, and on two circular surfaces perpendicular to them, notches are made that repeat the configuration of the through hole, creating a cylindrical wall, and on one of the walls along the axis of the shutter, a protrusion 5 is made for fastening the shaft 8.

Розміри відсічних сегментів від корпусу 1 та кульового затвора 4 визначені за умов роботи конструкції на міцність. Вхідний перехідник 2 з'єднаний з корпусом 1 шпильками 7, а вихідний перехідник З з'єднаний з корпусом 1 зварним швом, при цьому перехідники виконані у вигляді фланців. Кільцеві ущільнення 6 розташовані аксіально з обох сторін кульового затвора 4, та мають ділянки, що дотичні до поверхні Г. Ущільнення навантажені до виникнення у матеріалі напруг, що порівняні з межею плинності, за рахунок підтискання вхідного перехідника 2 шпильками 7. Вал 8 встановлено до кульового затвора 4 через виступ 5 за допомогою шліцьового з'єднання.The dimensions of the cut-off segments from the body 1 and the ball shutter 4 are determined under the conditions of operation of the structure for strength. The input adapter 2 is connected to the body 1 with pins 7, and the output adapter C is connected to the body 1 by a weld, while the adapters are made in the form of flanges. The ring seals 6 are located axially on both sides of the ball valve 4, and have areas that are tangent to the surface of G. The seals are loaded until the stress occurs in the material, which is comparable to the yield strength, due to pressing the input adapter 2 with pins 7. The shaft 8 is installed to the ball shutter 4 through protrusion 5 using a splined connection.

Герметичність корпусу 1 з навколишнім середовищем забезпечує комплект ущільнень, кожен з яких складається з манжети 10 та підтискного вузла, у якому манжета 10 підтиснена пелюстковою пружиною 11, втулкою 12, тарілчастою пружиною 13, гайкою 14.Hermeticity of the housing 1 with the environment is provided by a set of seals, each of which consists of a cuff 10 and a pressure unit, in which the cuff 10 is pressed by a leaf spring 11, a sleeve 12, a plate spring 13, and a nut 14.

При здійсненні роботи клапана пневмопривод 15 забезпечує дистанційне керування шляхом подачі керувального тиску на штуцер 16, при цьому під дією від зусилля керувального тиску поршень 17 переміщується до притискання у кришку 18, приводячи до руху кулісу 9. Куліса 9 передає обертальний момент через вал 8 на кульовий затвор 4, який обертається на 90", перекриваючи потік робочого середовища. Герметичність пневмоприводу 15 забезпечується двома комплектами ущільнень, встановлених аксіально, кожне з яких складається з манжети 21 та підтискного вузла, у якому манжета 21 притиснена пелюстковою пружиною 22, втулкою 23, тарілчастою пружиною 24, гайкою 25. При необхідності відкриття клапана керувальний тиск подається до штуцера 19 та повертає клапан у вихідне положення шляхом переміщення поршня 17 до упирання обмежувача ходу 20 у торець пневмоприводу 15.When the valve is operating, the pneumatic actuator 15 provides remote control by applying control pressure to the fitting 16, while under the action of the force of the control pressure, the piston 17 moves until it is pressed against the cover 18, leading to the movement of the pulley 9. The pulley 9 transmits the torque through the shaft 8 to the ball shutter 4, which rotates by 90", blocking the flow of the working medium. Hermeticity of the pneumatic actuator 15 is ensured by two sets of seals installed axially, each of which consists of a cuff 21 and a pressure unit, in which the cuff 21 is pressed by a leaf spring 22, a sleeve 23, a plate spring 24, nut 25. If it is necessary to open the valve, the control pressure is applied to the fitting 19 and returns the valve to the initial position by moving the piston 17 until the stroke limiter 20 rests against the end of the pneumatic actuator 15.

Прикладом реалізації запропонованого рішення є варіант кульового відсічного клапана, що призначений для перекриття потоку середовища в умовах кріогенних температур -196 С із робочим середовищем у вигляді рідкого кисню або рідкого азоту. Діаметр прохідного перерізу виконаний 230 мм, корпусні деталі виготовлені з матеріалу АБТМ В 221-14 2219, ущільнювальні деталі з фторопласту-4, навантажувані деталі пневмоприводу - з легованих сталей. ПриAn example of the implementation of the proposed solution is a variant of the ball shut-off valve, which is designed to shut off the medium flow in conditions of cryogenic temperatures of -196 C with the working medium in the form of liquid oxygen or liquid nitrogen. The diameter of the passage section is 230 mm, body parts are made of ABTM B 221-14 2219 material, sealing parts are made of fluoroplastic-4, loaded parts of the pneumatic drive are made of alloy steel. At

Зо габаритних розмірах клапана 380х380х350 мм, габаритні розміри кульового затвора складуть 250х250х255, що дозволяє отримати масу клапана 22,0 кг, що менше, ніж у прототипі за масою на 22 95, а за габаритами - у 1,3 разу.From the overall dimensions of the valve 380x380x350 mm, the overall dimensions of the ball shutter will be 250x250x255, which makes it possible to obtain a weight of the valve of 22.0 kg, which is less than the weight of the prototype by 22 95, and in terms of dimensions - 1.3 times.

Таким чином, застосування запропонованого винаходу дозволяє, поліпшити габаритно- масові характеристики, зокрема зменшити масу на 20-2595 та габарити у 1,2-1,35 разу, одержати високий ступінь герметичності та надійності роботи клапана.Thus, the application of the proposed invention allows to improve the dimensional and mass characteristics, in particular to reduce the mass by 20-2595 and the dimensions by 1.2-1.35 times, to obtain a high degree of tightness and reliability of the valve.

Claims

FORMULA OF THE INVENTION

1. A ball shut-off valve containing a housing, equipped with inlet and outlet adapters, in which holes are made, a shaft equipped with a seal is installed to the housing, and a ball valve with slotted holes, while the inlet adapter has a groove in which the seal is installed, which interacts with the ball valve, which differs in that the valve is equipped with a pneumatic drive, in the valve body, on the piston and the pneumatic drive body, sets of seals are installed, each of which consists of a cuff and a pressure assembly, the inlet and outlet adapters are made in the form of flanges, on the ball valve two circular planes are made in opposition, and on two circular surfaces perpendicular to them, notches are made that repeat the configuration of the through hole, creating a cylindrical wall, on one of the walls along the axis of the shutter, a protrusion is made for fastening the shaft, and the outer surface of the case is made cylindrical with cut-off side segments , the planes of which are perpendicular to the axis of rotation of ku left shutter.

2. Ball shut-off valve according to claim 1, which is characterized by the fact that the pneumatic actuator is equipped with a travel limiter and rocker mechanism, and two sets of seals are installed axially on the piston.

3. Ball cut-off valve according to claim 1, which is characterized by the fact that the pressure unit consists of a leaf spring, a sleeve, a plate spring and a nut.

4. The ball shut-off valve according to claim 1, which differs in that the outlet adapter has a groove in which a seal is installed, the seal on the inlet and outlet adapters is made in the form of rings of rectangular cross-section, which are pressed against the spherical surface of the ball valve until stresses occur in the material , which are comparable to the yield point.