Кран кульовий

Реферат: UA 75463 U UA 75463 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до трубопровідної арматури, до кульових кранів для магістральних і технологічних трубопроводів, і може бути використана для керування потоками робочого середовища в різних галузях промисловості. Відомий клапан [патент RU 2319879 С1 F16K 1/22, F16K5/06 Бюл. № 8, 20.03.2008], який містить корпус з вхідним і вихідним отворами, два сідла з конічними ущільнювальними поверхнями, розташовані у вхідного і вихідного отвору, два запірні елементи виконані в вигляді сегментів з ущільнювальними поверхнями, розташовані в корпусі з ексцентриситетом і з'єднані один з одним з забезпеченням одночасного обертання. Відомий клапан має наступні недоліки: - складність виготовлення ущільнювальних поверхонь запірних елементів і сідел з необхідною точністю їх взаємного розташування в корпусі для герметизації проходу; - необхідність в прикладанні значного крутного моменту на шпинделі клапана для герметизації проходу; - при положенні клапану "відкрито" унеможливлює прохід очисного і діагностичного устаткування, унаслідок можливості зміщення його під своєю вагою в корпусі відносно вхідного або вихідного отвору і упирання в ущільнювальну поверхню сідла; - ущільнювальні поверхні сідел не захищені від руйнування механічними домішками при положенні клапану "відкрито"; - є вірогідність заклинювання клапану при закриванні в разі потрапляння сторонніх предметів між сідлом і запірним елементом; - наявність двох шпинделів потребує додаткових ущільнювальних кілець, що знижує надійність герметичності клапану відносно навколишнього середовища. Відомо також кран кульовий [патент RU 2273782 С1 F16K 5/20 Бюл. № 10, 10.04.2006], який містить корпус з вхідним і вихідним патрубками, сідло з ущільнювачем і запірний орган, нижня опора якого сферична, а верхня виконана в вигляді розташованих в отворах запірного органа двох паралельних штирів і шпинделя. Шпиндель має на кінці дві ділянки з плоскими поверхнями для взаємодії зі штирями. Відомий кран кульовий має наступні недоліки: - герметичність забезпечується при подачі робочого середовища тільки в одному напрямку; - необхідність в прикладанні значного крутного моменту на шпинделі крана для герметизації проходу; - кран має великі габарити по висоті; - при відкритті або закритті крану постійний контакт ущільнювального кільця зі сторони вхідного патрубка з поверхнею пробки приводить до необхідності її точної обробки і наявності зносостійкого покриття на всій її поверхні. Найближчим до заявлюваного є відомий кран кульовий [патент UA 91587 F16K 5/00, опублікований Бюл. № 5 10.03.2010], який містить корпус з патрубками, в яких розташовано ущільнення, запірний орган з прохідним отвором, що повертається в двох опорах, упор, який обмежує кут повороту запірного органа, рухомі сідла з кульовою ущільнювальною поверхнею, встановлені в проточках на запірному органі, втулку, встановлену в прохідному отворі запірного органа з можливістю взаємодії з упором та рухомими сідлами. Відомий кран кульовий має наступні недоліки: - складну конструкцію, що містить багато деталей, для герметизації роз'ємів, між якими необхідно використання додаткових ущільнень, що збільшує вартість його виготовлення та знижує надійність; - наявність полімерного ущільнення в патрубках корпусу обмежує застосування крана кульового для керування робочим середовищем з підвищеною температурою та знижує його ресурс. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення крана кульового, у якому введення нових конструктивних елементів та зв'язків забезпечувало б, без збільшення габаритів за габарити звичайних кранів кульових, що випускаються промисловістю, спрощення конструкції, зменшення собівартості її виготовлення, спрощення обслуговування і підвищення надійності при експлуатації, розширення області використання для керування робочими середовищами з підвищеною температурою. Поставлена задача вирішується тим, що кран кульовий, як і найближчий аналог, містить корпус з патрубками, в кожному з яких закріплене ущільнення, запірний орган з прохідним отвором, що повертається в двох опорах, упор, який обмежує кут повороту запірного органа, рухомі сідла з кульовою ущільнювальною поверхнею, встановлені в проточках на запірному органі, втулку, встановлену в прохідному отворі запірного органа з можливістю взаємодії з упором та рухомими сідлами, але на відміну від відомих конструкцій: - одна із опор виконана у вигляді тіла обертання з центральним отвором, яка розташована в корпусі з можливістю повороту навколо своєї осі і фіксування у вибраному положенні, між 1 UA 75463 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 корпусом і опорою розміщене комбіноване ущільнення, упор виконано на торцевій поверхні опори, яка стикається з торцем запірного органа; - проточки на запірному органі виконано ступінчастими, більшого та меншого діаметрів, причому відстань від осі повороту запірного органа до торця проточки більшого діаметра менше, чим радіус зовнішньої поверхні втулки, а відстань від осі повороту запірного органа до торця проточки меншого діаметра більше, чим радіус зовнішньої поверхні втулки; - опора має можливість повороту навколо своєї осі та фіксування у вибраному положенні по першому варіанту виготовлення крану кульового за допомогою двох гвинтів, встановлених в корпусі на різьбі з зовнішньої сторони комбінованого ущільнення опори, та які своїми торцями упираються в пази виконані на опорі; - по другому варіанту виготовлення крану кульового опора має можливість повороту навколо своєї осі та фіксування у вибраному положенні за допомогою черв'ячного вала, встановленого в корпусі з зовнішньої сторони комбінованого ущільнення з можливістю обертання, та який зчеплений з виконаним на поверхні опори черв'ячним сектором; - ущільнення в патрубках виконані у вигляді металевих дисків з центральним отвором, які закріплені до патрубків та ущільнені на діаметрі більшому, чим діаметр лінії контакту між ними і кульовою ущільнювальною поверхнею рухомих сідел, крім того вони мають можливість пружного деформування при переміщенні рухомих сідел та під дією тиску робочого середовища; - рухомі сідла можуть бути виготовлені з технічної кераміки. Спрощення конструкції досягається тим, що корпус крана кульового виконано з двох частин, між якими розміщені опори, одна із опор виконана у вигляді тіла обертання з центральним отвором, з можливістю повороту навколо своєї осі і фіксування у вибраному положенні, між корпусом і опорою розміщене комбіноване ущільнення, яке одночасно герметизує роз'єм між частинами корпусу і, також, роз'єм між корпусом і опорою. Упор, з яким взаємодіє втулка, виконано на торцевій поверхні опори, яка стикається з торцем запірного органа у вигляді торця кільцевого пазу. Таким чином, одна деталь "опора" виконує як функції опори для повороту запірного органа, так і функції упора для обмеження куту повороту запірного органа. Проточки на запірному органі виконано ступінчастими, більшого та меншого діаметрів, причому, відстань від осі повороту запірного органа до торця проточки більшого діаметра менше, чим радіус зовнішньої поверхні втулки, а відстань від осі повороту запірного органа до торця проточки меншого діаметра більше, чим радіус зовнішньої поверхні втулки. Це дає змогу виконати на зовнішній поверхні втулки лиски, якими вона стикається з рухомими сідлами без використання додаткових деталей. Зменшення кількості деталей спрощує конструкцію, зменшує собівартість її виготовлення. Спрощення обслуговування і підвищення надійності при експлуатації досягається тим, що, при зносі ущільнювальних поверхонь сідел або ущільнень в патрубках, є можливість на працюючому крані без його розбирання за допомогою, по першому варіанту, двох гвинтів, встановлених в корпусі на різьбі, а по другому варіанту за допомогою черв'ячного вала, встановленого в корпусі з можливістю обертання, та зчепленого з виконаним на поверхні опори черв'ячним сектором, повернути та зафіксувати опору таким чином, щоб взаємодія втулки з упором відбулася раніше, тобто при меншому куті повороту запірного органа, в цьому разі втулка, відповідно, при подальшому повороті запірного органа повернеться в прохідному отворі на більший кут і примусить при цьому сідла переміститись на більшу відстань, тобто більшу на розмір зносу поверхонь сідел або ущільнень. Те, що гвинти або черв'ячний вал розташовані з зовнішньої сторони комбінованого ущільнення опори, спрощує конструкцію, так як вони в цьому разі не потребують додаткових ущільнень. Розширення області використання крана кульового для керування робочими середовищами з підвищеною температурою досягається тим, що ущільнення в патрубках виконані у вигляді металевих дисків, а рухомі сідла можуть бути виготовлені з жаростійких сталей або кераміки. Використання металевих ущільнень замість полімерних значно підвищують температуру їх використання та зносостійкість при цих температурах. Крім того, металеві диски закріплені до патрубків та ущільнені на діаметрі більшому, чим діаметр лінії контакту між ними і кульовою ущільнювальною поверхнею рухомих сідел, що дає їм змогу пружного деформування при переміщенні рухомих сідел та під дією тиску робочого середовища. Це дозволяє при їх деформації повторювати поверхню рухомих сідел, тим самим знижуючи вимоги до якості їх виготовлення, крім того, при цьому спрощується обслуговування при експлуатації завдяки тому, що пружно деформуючись, диски забезпечують самоущільнення під дією тиску робочого середовища, зменшуючи тим самим потрібний крутний момент на шпинделі крану. Те, що з 2 UA 75463 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 жаростійких сталей або кераміки виготовлені тільки рухомі сідла, а запірний орган може бути виготовленим із звичайної сталі, також зменшує собівартість крану. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями. На фіг. 1 представлений кран кульовий в подовжньому розрізі при положенні кульового запірного органа "закрито". На фіг. 2 представлений розріз крану кульового вздовж гвинтів. На фіг. 3 представлений кран кульовий в поперечному розрізі при положенні кульового запірного органа "закрито". На фіг. 4 представлений кран кульовий в подовжньому розрізі при положенні кульового запірного органа "закрито" на виді зверху. На фіг. 5 представлений у збільшеному зображенні вузол взаємодії рухомого сідла з ущільненням. На фіг. 6 представлений у збільшеному зображенні вузол взаємодії втулки з упором. На фіг. 7 представлений другий варіант крану кульового з черв'ячним механізмом повороту опори. На фіг. 8 представлений кран кульовий в розрізі вздовж черв'ячного вала на виді зверху. На фіг. 9 представлений кран кульовий у рознесеному стані. Кран кульовий (фіг. 1) складається з корпусу, який виконано з двох частин 1, 2, кожна з яких має патрубки, шпильок 3 та гайок 4, які з'єднують між собою частини корпуса 1, 2, комбінованого ущільнення 5, розміщеного між частинами корпусу 1, 2, фланця 6, приєднаного до частин корпусу 1, 2, та призначеного для кріплення приводу до крану кульового, шпинделя 7, розташованого в отворі фланця 6, опор верхньої 8 та нижньої 9, розташованих між частинами корпусу 1, 2, запірного органа 10 з збільшеним прохідним отвором, розміщеного між верхньою 8 та нижньою 9 опорами з можливістю повороту в них. Шпиндель 7 та запірний орган 10 розташовані на одній осі обертання, та стикаються своїми торцями і між ними, в виконаних на їх торцях отворах, для передачі крутного моменту вставлені штифти 11 (фіг. 3). Вісь прохідного отвору запірного органа 10 перпендикулярна осі його обертання, і розташована так, що в положенні крану "відкрито" співпадає з віссю проходу в патрубках частин корпусу 1, 2. В збільшеному прохідному отворі запірного органа 10 розміщено втулку 12 з можливістю повертання в отворі. В патрубках кожної з частин корпусу 1, 2 в розточуваннях довкола прохідного отвору розміщені ущільнення 13 (фіг. 4), виконані у вигляді металевих дисків. Ущільнення 13 закріплені до частин корпусу 1, 2 за допомогою гвинтів 14 (фіг. 5) та ущільнені прокладками 15. В запірному органі 10 від верхнього торця до поверхні прохідного отвору на відстані від осі обертання в площині перпендикулярній осі прохідного отвору виконано крізний паз, з ним співпадає паз виконаний на поверхні втулки 12, в якому встановлено одним кінцем і зафіксовано важіль 16 (фіг. 6), важіль проходить крізь паз в запірного органі 10 та виступає над його торцем. В важіль 16 упирається пружина 17, яка зафіксована в запірному органі 10 різьбовою пробкою 18. Під дією пружини 17 важіль 16, разом з втулкою 12, при положенні крану кульового "відкрито" знаходиться в вихідному положенні. Важіль 16 має товщину, близьку до ширини пазу в запірному органі 10, та ширину, яка дає йому можливість повороту разом з втулкою 12 в прохідному отворі на кут "". В верхній опорі 8 на поверхні, яка стикається з верхнім торцем запірного органа 10, виконано кільцевий паз по ходу переміщення виступаючого кінця важеля 16 при їх обертанні разом з запірним органом 10 між крайніми положеннями крану кульового. Торець пазу у верхній опорі 8 виконує функцію упора, який обмежує кут повороту запірного органа 10. Глибина кільцевого пазу відповідає величині, на яку виступає важіль 16 над торцем запірного органа 10. Цим самим забезпечено фіксування важеля 16 в пазу на поверхні втулки 12. В частинах корпусу 1, 2 з зовнішньої сторони комбінованого ущільнення 5, по першому варіанту виконання крану кульового, на різьбі встановлено два гвинта 19 (фіг. 2), які своїми торцями упираються в виконані на поверхні верхньої опори 8 пази, що дає змогу повертати та фіксувати верхню опору 8 відносно частин корпусу 1, 2. В положенні крану кульового "закрито", при регулюванні положення гвинтів 19, верхня опора 8 повертається та повертає важіль 16, упертий в торець кільцевого пазу, разом з втулкою 12 в прохідному отворі запірного органа 10 на кут рівний або менший куту "" (фіг. 6), при цьому пружина 17 стискається. На запірному органі 10 на ступінчастих проточках, виконаних з обох його боків на загальній осі в площині, яка проходить скрізь вісь його обертання та перпендикулярна осі прохідного отвору, розташовані два рухомих сідла 20 (фіг. 1) таким чином, що при положенні крану кульового "закрито" їхня вісь співпадає з віссю проходу в патрубках частин корпусу 1, 2. Сідла 20 виконані з можливістю, при повертанні втулки 12, взаємодіяти з нею, та рухатися внаслідок цього в протилежних напрямках уздовж осі ступінчастих проточок, і по закінченню руху, при закритому положенні крану кульового, взаємодіяти з ущільнювачами 13, 3 UA 75463 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 розташованими в частинах корпусу 1, 2. В ступінчастих проточках більшого діаметра для герметизації рухомих сідел 20 в канавках розміщені гумові кільця 21 (фіг. 5). При цьому лінія контакту між ущільнювальними поверхнями рухомих сідел 20 та ущільнювачами 13 знаходиться на діаметрі меншому за розмір ступінчастої проточки більшого діаметра та також менше за діаметр закріплення ущільнень 13 до частин корпусу 1, 2. Рухомі сідла 20 мають сферичні ущільнювальні поверхні. Рухомі сідла 20 в положенні крану кульового "відкрито" своїми торцями стикаються з лисками, виконаними на зовнішній поверхні втулки 12 проти торців рухомих сідел 20. Для повернення рухомих сідел 20 у вихідне положення після завершення взаємодії з втулкою 12, на запірному органі 10 гвинтами 22 закріплені пружини 23, які заведені в пази, виконані на рухомих сідлах 20. По другому варіанту виконання крану кульового в частинах корпусу 1, 2 встановлено черв'ячний вал 24 (фіг. 8) з можливістю обертання, який зчеплений з виконаним на поверхні опори 8 черв'ячним сектором, що дає змогу повертати черв'ячний вал 24 рукояткою 25 (фіг. 7) та фіксувати верхню опору 8 відносно частинах корпусу 1, 2 вже після повороту запірного органа 10 рукояткою 26, яка з'єднана з шпинделем 7, в положення крану кульового "закрито". Рукоятки 25 та 26 розташовані таким чином, що при положенні крану кульового "відкрито" (фіг. 7) рукоятка 26 знаходиться вздовж прохідного отвору в патрубках, рукоятка 25 - поперек, причому рукоятка 26 в цьому положенні блокує рукоятку 25. Рукоятку 25 є можливість повернути тільки після повороту рукоятки 26. Кран кульовий працює таким чином. При положенні кульового крану "відкрито" вісь втулки 12, розміщеної в прохідному отворі запірного органа 10, співпадає з віссю патрубків частин корпусу 1, 2, утворюючи прохід в крані кульовому одного діаметра, що дає можливість для повного проходу робочого середовища, проведення профілактичних та діагностичних робіт з пропусканням очисного і діагностичного устаткування. В цьому положенні крану кульового, під дією пружин 23, які заведені в пази на рухомих сідлах 20, останні притиснуті своїми торцями до торців ступінчастих проточувань, виконаних з обох боків запірного органа 10 та до лисок, виконаних проти торців рухомих сідел 20 на зовнішній поверхні втулки 12. Сферична поверхня рухомих сідел 20 співпадає з сферичною поверхнею запірного органа 10. В крані кульовому забезпечений мінімально необхідний зазор "" між поверхнями ущільнень 13, розташованих в розточуваннях довкола прохідного отвору патрубків частин корпусу 1, 2, і сферичними поверхнями рухомих сідел 20 та запірного органа 10, наявність зазору гарантує відсутність зносу ущільнювальних поверхонь рухомих сідел 20 та ущільнень 13 при повороті запірного органа 10. Наявність мінімального зазору, крім того, виключає можливість при експлуатації та проведенні профілактичних та діагностичних робіт потрапляння в внутрішню порожнину частин корпусу 1, 2 сторонніх предметів. При необхідності перевести кран кульовий в положення "закрито" до шпинделя 7 прикладається необхідний крутний момент, який через штифти 11 передається до запірного органа 10, повертаючи його на кут 90 градусів в опорах 8, 9 разом з втулкою 12, важелем 16, пружиною 17, рухомими сідлами 20, пружинами 23 та гвинтами 22. При повороті запірного органа 10 виступаючий над його торцем кінець важеля 16 переміщуються вздовж кільцевого пазу, виконаного на торці верхньої опори 8, глибина пазу відповідає величині, на яку виступають важіль 16 над торцем запірного органа 10. При цьому важіль 16 під дією пружини 17 займає в пазу на запірному органі 10 крайнє вихідне положення. Вказана глибина кільцевого пазу гарантує фіксування важеля 16 своїм кінцем в пазу на поверхні втулки 12. При завершенні закриття крану кульового, коли запірний орган 10 не доходить до положення "закрито" на кут, рівний куту повороту важеля 16 "", виступаючий торець важеля 16 упирається в торець кільцевого пазу, який виконує функцію упора, що обмежує кут повороту запірного органа 10. Під дією крутного моменту приводу запірний орган 10 продовжує повертатися далі на кут "" до положення "закрито", а важіль 16, не маючи можливості далі рухатися, примушує втулку 12, яка далі повертається з запірним органом 10, повертатися в його прохідному отворі на цей же кут "", при цьому пружина 17 стискається. Втулка 12 при повороті взаємодіє з рухомими сідлами 20, в результаті чого рухомі сідла 20, які розташовані на ступінчастих проточках в запірному органі 10, рухаються в протилежних напрямках уздовж осі проточок, і по закінченню руху, при положенні крану кульового "закрито", взаємодіють з ущільненнями 13, розташованими в розточуваннях довкола прохідного отвору патрубків кожної з частин корпусу 1, 2. При цьому лінія контакту між ущільнювальними поверхнями рухомих сідел 20 та ущільненнями 13 знаходиться на діаметрі D1, меншому за діаметр D2 більшої ступінчастої проточки в запірному органі 10, в якій для герметизації розміщено гумове кільце 21, та, також, менше за діаметр D3 герметизації ущільнень 13 відносно частин корпусу 1, 2. Ця різниця в діаметрах дозволяє ущільненням 13 пружно деформуватися при переміщенні рухомих сідел 20, та під дією тиску робочого середовища на площу між діаметром D1 лінії контакту з сферичними поверхнями 4 UA 75463 U 5 10 15 рухомих сідел 20, та діаметром D3 герметизації ущільнень 13 до частинах корпусу 1, 2. В наслідок повороту втулки 12 забезпечується попереднє ущільнення запірного органа 10 крану кульового, а подальше ущільнення відбувається завдяки самоущільненню рухомих сідел 20 з ущільненнями 13 під дією тиску робочого середовища. В разі необхідності відновити герметичність крану кульового, наприклад, при зносі ущільнювача 13, виконується регулювання положення гвинтів 19 по першому варіанту виконання крану кульового, або за допомогою повороту черв'ячного вала 24 рукояткою 25, по другому варіанту виконання крана кульового. В наслідок цього верхня опора 8 повертається проти напрямку закривання запірного органа 10, при цьому збільшується кут, при якому важіль 16 починає упиратися в упор і збільшується кут повороту втулки 12. Рухомі сідла 20 при цьому переміщуються уздовж своєї осі в протилежні один від одного сторони на більшу відстань і, по закінченню руху, взаємодіють зі зношеними ущільнювачами 13. По другому варіанту виконання крану кульового є можливість повороту верхньої опори 8 при обертанні черв'ячного вала 24 рукояткою 25 вже після повороту запірного органа 10 рукояткою 26 в положення крану кульового "закрито", що зменшує знос ущільнення 13. Розташування рукояток 25 та 26 відносно одне одної унеможливлює поворот запірного органа 10 при повернутій опорі 8 та розсунутих рухомих сідлах 20. Відкриття крану кульового відбувається в зворотній послідовності. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 30 35 40 45 1. Кран кульовий, який містить корпус з патрубками, в яких розташоване ущільнення, запірний орган з прохідним отвором, що повертається в двох опорах, упор, який обмежує кут повороту запірного органа, рухомі сідла з кульовою ущільнювальною поверхнею, встановлені в проточках на запірному органі, втулку, встановлену в прохідному отворі запірного органа з можливістю взаємодії з упором та рухомими сідлами, який відрізняється тим, що хоча б одна із опор виконана у вигляді тіла обертання з центральним отвором, яка розташована в корпусі з можливістю повороту навколо своєї осі і фіксування у вибраному положенні, між корпусом і опорою розміщене ущільнення, на торцевій поверхні опори, яка стикається з торцем запірного органа, виконаний упор, проточки на запірному органі виконано ступінчастими більшого та меншого діаметрів, причому відстань від осі повороту запірного органа до торця проточки більшого діаметра менше, чим радіус зовнішньої поверхні втулки, а відстань від осі повороту запірного органа до торця проточки меншого діаметра більше, чим радіус зовнішньої поверхні втулки. 2. Кран кульовий за п. 1, який відрізняється тим, що опора має можливість повороту та фіксування за допомогою двох гвинтів, встановлених в корпусі на різьбі з зовнішньої сторони ущільнення опори, та які своїми торцями упираються в виконані на опорі пази. 3. Кран кульовий за п. 1, який відрізняється тим, що опора має можливість повороту та фіксування за допомогою черв'ячного вала, встановленого в корпусі з зовнішньої сторони ущільнення опори з можливістю обертання, та який зчеплений з виконаним на поверхні опори черв'ячним сектором. 4. Кран кульовий за п. 1, який відрізняється тим, що ущільнення в патрубках виконані у вигляді металевих дисків з центральним отвором, які закріплені до патрубків та ущільнені на діаметрі більшому, чим діаметр лінії контакту між ними і кульовою ущільнювальною поверхнею рухомих сідел, крім того, вони мають можливість пружного деформування при переміщенні рухомих сідел та під дією тиску робочого середовища. 5. Кран кульовий за п. 1, який відрізняється тим, що рухомі сідла виготовлені з технічної кераміки. 5 UA 75463 U 6 UA 75463 U 7 UA 75463 U 8 UA 75463 U 9 UA 75463 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 10