Патент на краны шаровые

Изобретение предназначено для управления потоками жидкости и может быть использовано в трубопроводном арматуростроении, в частности в пищевой и медицинской промышленности. Шаровой кран содержит корпус и размещенные в нем шаровую пробку, седла и уплотнительные элементы. Корпус выполнен составным в виде трубы и сопряженных с ней коническими поверхностями двух тонкостенных элементов с конусно-фланцевым профилем. Тонкостенные элементы корпуса охвачены снаружи по коническим поверхностям тонкостенными полухомутами. Последние скреплены между собой. Технический результат: повышение технологичности изготовления, снижение металлоемкости, сокращение операций при сборке и разборке. 2 ил.

Рисунки к патенту РФ 2155903

Изобретение относится к трубопроводному арматуростроению и может быть использовано в пищевой, медицинской промышленности для управления потоками жидкости.

Известен шаровой кран по авт. св. N 1717886 от 28.12.89, содержащий корпус и размещенные в нем шаровую пробку и седло, при этом при открытии крана между пробкой и седлом образуется кольцевой канал, по которому движется поток газа. Недостатком данного крана является то, что он предназначен для регулирования потоков газа на газораспределительных станциях и имеет низкую пропускную способность.

Известен шаровой кран по авт. св. N 1605069 от 06.12.88, содержащий корпус с установленной в нем шаровой пробкой, верхним и нижним подпружиненными седлами, фиксатором верхнего седла и ограничителем поворота пробки. Недостатком данного крана являются большие габариты и масса, а также неудобство в эксплуатации, в частности, сложность сборки и разборки.

Наиболее близким к заявляемому является шаровой кран по авт. св. N 1760223 от 19.02.91, содержащий корпус, съемные патрубки, поворотную пробку, уплотнительные прокладки, установленные в кольцевых расточках корпуса седла. Недостатками данного крана являются высокая металлоемкость, а также сложность сборки и разборки крана.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является разработка шарового крана для пищевой и медицинской промышленности с минимальным числом операций при разборке и сборке, с низкой металлоемкостью, с высокой технологичностью изготовления без понижения надежности и качества.

Техническим результатом является повышение технологичности изготовления, снижение металлоемкости, сокращение операций при сборке и разборке.

Технический результат достигается тем, что шаровой кран содержит составной корпус, выполненный в виде трубы и сопряженных с ней коническими поверхностями двух штампованных тонкостенных элементов, имеющих конусно-фланцевый профиль. Внутри корпуса размещены шаровая пробка с примыкающими к ней седлами, имеющими кольцевую расточку, в которой установлены уплотнительные элементы между седлом и корпусом. Составные элементы корпуса охвачены по конической поверхности штампованными тонкостенными полухомутами, скрепленными между собой.

На фиг. 1 изображен общий вид шарового крана; на фиг. 2 — вид А.

Шаровой кран содержит шаровую пробку 1, трубу 2, штампованные тонкостенные элементы 3, уплотнительные элементы 4, 5, седла 6, полухомуты 7, крепежный узел 8.

Шаровой кран работает следующим образом. При повороте ручки в положение «открыто» проходное отверстие шаровой пробки совпадает с отверстием трубопровода и поток жидкости проходит по трубопроводу. При повороте ручки в положение «закрыто» кран перекрывает поток жидкости.

Разборка крана осуществляется следующим образом. Вручную откручивают винт, стягивающий полухомуты, полухомуты разделяются, затем разделяются элементы корпуса. Сборка шарового крана осуществляется в обратном порядке. Таким образом данное устройство легко разбирается и собирается, что необходимо в пищевой и медицинской промышленности, где требуется частая промывка оборудования. При изготовлении данного крана снижается металлоемкость, так как два составных тонкостенных элемента корпуса и полухомуты изготавливаются штамповкой. Изготовление штамповкой повышает также технологичность изготовления крана. При этом герметичность крана соответствует классу A по ГОСТ 9544, пропуск среды через металл, а также через прокладочные уплотнения отсутствует.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Шаровой кран, содержащий корпус, размещенные внутри корпуса шаровую пробку, седла и уплотнительные элементы, отличающийся тем, что корпус выполнен составным в виде трубы и сопряженных с ней коническими поверхностями двух тонкостенных элементов, имеющих конусно-фланцевый профиль, охваченных по конической поверхности тонкостенными полухомутами, скрепленными между собой.

кран шаровой трехходовой

Изобретение относится к арматуростроению и предназначено для использования в качестве распределяющего устройства на трубопроводах различного назначения. Кран шаровой трехходовой содержит корпус с центральным каналом, установленным в нем поворотным штоком, расположенным в пазу шарового затвора с возможностью взаимодействия с шаровым затвором. Шаровой затвор снабжен проходными отверстиями, расположенными перпендикулярно к оси поворота, и опирается на уплотнительные седла, размещенные в корпусе и резьбовых втулках. Резьбовые втулки поджимаются к затвору. Уплотнительные седла в корпусе выполнены в виде единого углового элемента с рабочей частью меньшей, чем рабочая часть установленных во втулках седел. Последние размещены во втулках с возможностью плавающего перемещения вместе с затвором относительно втулок при затяжке до положения, соответствующего совпадению осей корпуса, штока и затвора. Сами седла выполнены с односторонним скосом на толщину седла. Шаровой затвор выполнен из корундовой керамики с содержанием окиси алюминия не менее 960,5% массы, прочностью не менее 360 МПа и средним размером зерна, не превышающим 8 мкм12%, с профилем стенок паза, выполненным в виде эвольвенты, и зазором по отношению к штоку, в котором установлен демпфирующий элемент. Изобретение позволяет повысить эксплуатационную надежность крана. 5 ил.

Рисунки к патенту РФ 2182270

Изобретение относится к арматуростроению и может быть использовано в качестве распределяющего устройства на трубопроводах различного назначения.

Известен трехходовой шаровой кран, содержащий корпус, в котором размещен поворотный шток, контактирующий через паз с керамическим шаровым затвором, опирающимся на уплотнительные седла, жестко закрепленные в корпусе и во втулках, прижимаемых к затвору в перпендикулярных плоскостях (см. авт.свид. 1643838, кл. F 16 K 5/06, опубл. 23.04.91 г., бюл. 15).

Недостатком данной конструкции является низкая надежность узла шаровой затвор — уплотнительное седло из-за конструктивно жесткого размещения уплотнительных седел в корпусе и во втулках. При сборке крана и затяжке втулок до упора в корпус во взаимно перпендикулярных плоскостях неизбежно возникают перекосы сферы в ту или другую сторону от оси штока, неравномерный прижим уплотнения в разных секторах керамического шарового затвора и, как следствие, повышение усилия поворота, сколы паза, ускоренный износ и недостаточная надежность.

Это тем более актуально для трехходовых кранов, поскольку размеры уплотнительных поясков на шаровом затворе значительно снижены из-за больших сечений проходных каналов, расположенных перпендикулярно оси поворота.

Герметичность в этом случае обеспечивают обычно заведомо увеличенным размером уплотнительного седла с тем, чтобы в итоге после затяжки втулок до упора в корпус и достижения внешней герметичности внутренняя герметичность уплотнительных поверхностей не была потеряна.

Известны также краны, затвор которых выполнен из корундовой керамики на основе Al2O3 типа ВК 94-1 (проспект фирмы «Дункан-Сервис», М., 2000 г.).

Недостатком этих кранов является то, что керамический затвор содержит недостаточное количество Al2O3, а для понижения температуры спекания в нее вводят спекающие добавки марганца, кремния, хрома.

Это приводит к неуправляемому росту зерна и образованию в структуре межкристаллитной стеклофазной прослойки. В результате трибологические характеристики материала ухудшаются, он охрупчивается, что в свою очередь также приводит часто к сколам керамических стенок в районе паза шарового затвора и выходу из строя крана.

Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности крана.

Эта задача решается путем выполнения уплотнительных седел, размещенных в корпусе, в виде единого углового элемента с рабочей частью меньшей, чем рабочая часть установленных во втулках седел, которые размещены в них с возможностью плавающего перемещения вместе с затвором при затяжке до положения, соответствующего совпадению осей корпуса, затвора и штока, причем седла выполняют с односторонним скосом на толщину седла, а шаровой затвор выполняют из керамики с содержанием Al2O3 не менее 960,5% от массы и размером зерна 8 мкм12%, прочностью не менее 360 МПа с профилем стенок паза, выполненным в виде эвольвенты, и зазором по отношению к штоку, в котором установлен демпфирующий элемент.

На фиг.1 изображен трехходовой шаровой кран, разрез, вид сверху;
на фиг.2 — то же, вид сбоку;
на фиг.3 — уплотнительные седла на фиг.1;
на фиг.4 — установка уплотнительного седла 9 во втулке 10;
на фиг.5 — место I на фиг.2.

В корпусе 1 установлен шаровой затвор 2 с пазом 3 и отверстиями для похода среды 4, 5 на прямой проход и поворот. В паз 3 входит шток 6. Шаровой затвор со стороны корпуса контактирует с уплотнительным седлом 7, установленным в нем в виде единого углового элемента, а с других сторон — с уплотнительными седлами 8, 9, которые вставлены во втулки 10 и 11. В пазе 3 между штоком 6 установлен демпфирующий элемент 12. На шток 6 надевается ручка 13, сальниковые кольца 14, 15 и гайка 16.

При сборке трехходового шарового крана в корпус 1 последовательно вставляют изнутри шток 6 с надетым кольцом 15, сверху надевают кольцо 14, ручку 13 и закрепляют гайкой 16. Затем внутрь вставляют уплотнительный элемент 7, собранный вместе с затвором 2, до упора в корпус 1 и направлением по пазу 3 и штоку 6, между которыми установлен демпфирующий элемент 12. В качестве демпфера может использоваться, например, медная или алюминиевая фольга, плотно заполняющая пространство паза 3. При этом профиль стенки паза 3 выполняют со скосом по эвольвенте. В результате нагрузка на стенки паза распределяется оптимально и их несущая способность повышается.

Шаровой затвор 2 после введения в корпус 1 зажимают последовательно и фиксируют на месте уплотнительными седлами 8 и 9, которые установлены во втулках 10 и 11 с возможностью их плавающего перемещения вместе с шаровым затвором 2 относительно втулок. Зона плавающего перемещения реально не более 1 мм практически не влияет на проходные сечения, но обеспечивает полное и равномерное прилегание седел 8, 9 к затвору 2 при зажиме во взаимно перпендикулярных направлениях.

Читайте так же:  Алгоритм увольнение сотрудника

Рабочая часть угловых седел 7 — S у раб выполнена заведомо меньшей, чем рабочая часть седел 8, 9 — с раб, что обеспечивает при сохранении параметров герметичности значительное снижение усилия проворота затвора 2.

На всех седлах выполнен односторонний скос на толщину седла В, что обеспечивает при сборке максимальный охват выходными уплотнительными седлами 8 и 9 сферического пояса затвора 2.

Затвор 2 для повышения надежности изготавливают из корундовой керамики с содержанием Al2O3 не менее 960,5% от массы, размером зерна 8 мкм12%, прочностью не менее 360 МПа, что обеспечивает устранение недостатков, присущих прототипу.

В результате такого конструктивного решения достигается, с одной стороны, полное высокогерметичное уплотнение сферической поверхности затвора, а с другой стороны, он надежно проворачивается без скалывания кромок паза при более низких усилиях, возрастают износостойкость уплотнительной пары и эксплуатационная надежность крана.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Кран шаровой трехходовой, содержащий корпус с центральным каналом, установленным в нем поворотным штоком, расположенным в пазу шарового затвора с возможностью взаимодействия с шаровым затвором, снабженным проходными отверстиями, расположенными перпендикулярно к оси поворота, и опирающимся на уплотнительные седла, размещенные в корпусе и резьбовых втулках, поджимаемых к затвору, отличающийся тем, что уплотнительные седла в корпусе выполнены в виде единого углового элемента с рабочей частью меньшей, чем рабочая часть установленных во втулках седел, которые размещены в них с возможностью плавающего перемещения вместе с затвором относительно втулок при затяжке до положения, соответствующего совпадению осей корпуса, штока и затвора, причем сами седла выполнены с односторонним скосом на толщину седла, а шаровой затвор выполнен из корундовой керамики с содержанием окиси алюминия не менее 960,5% массы, прочностью не менее 360 МПа и средним размером зерна, не превышающим 8 мкм12%, с профилем стенок паза, выполненным в виде эвольвенты, и зазором по отношению к штоку, в котором установлен демпфирующий элемент.

Патент на краны шаровые

(21), (22) Заявка: 2006135893/06, 10.10.2006

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:
10.10.2006

(43) Дата публикации заявки: 20.04.2008

(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске: DE 4209356 A1, 30.09.1993. RU 2003905 C1, 30.11.1991. DE 4206423 A1, 16.09.1993. DE 1216698 A, 12.05.1966. DE 2427783 A1, 11.12.1975.

Адрес для переписки:
195196, Санкт-Петербург, ул. Таллинская, 7, ЗАО «НПЦ «АКВАМАРИН»

(72) Автор(ы):
Левин Марк Зелигович (RU),
Уланов Михаил Валерьевич (RU),
Давидчук Андрей Геннадиевич (RU),
Солодухин Евгений Александрович (RU)

(73) Патентообладатель(и):
ЗАКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО «НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЦЕНТР «АКВАМАРИН» (RU)

(54) ШАРОВОЙ КРАН

Изобретение относится к запорной трубопроводной арматуре и предназначено для использования в качестве запорного и регулировочного устройства при работе с жидкими или газообразными средами. Шаровой кран содержит корпус в виде полого цилиндра с входным и выходным патрубками с седловыми поверхностями, шаровую пробку, взаимодействующую с последними, и поворотный шток. На верхнем фланце корпуса выполнено отверстие для штока. На нижнем фланце корпуса установлена опора для упомянутой пробки. На верхнем фланце корпуса установлен третий патрубок с седловой поверхностью. Последняя взаимодействует с шаровой пробкой. Поворотный шток установлен в полости третьего патрубка с возможностью снятия при сохранении герметичности крана. Изобретение направлено на упрощение конструкции и повышение технологичности изготовления шарового крана, а также на расширение его функциональных возможностей. 1 ил.

Изобретение относится к арматуростроению, а именно к запорной трубопроводной арматуре, и может быть использовано в качестве запорного или регулировочного органа для работы с жидкими или газообразными средами.

Цель изобретения — упрощение конструкции, повышение технологичности изготовления, а также расширение функциональных возможностей путем обеспечения снятия штока при любом положении запорного или регулировочного органа работающего крана.

Из большого количества и разнообразия пробковых шаровых кранов, клапанов и задвижек выбраны наиболее характерные технические решения и объединены в группы аналогов по сходности существенных признаков и некоторых элементов.

Известны шаровые краны, каждый из которых содержит корпус с входным и выходным патрубками, поворотную шаровую пробку, размещенную в корпусе, седла с уплотнительными кольцами, шпиндель и привод в виде рукоятки для поворота упомянутой шаровой пробки. А.С. СССР №130302, Кл. 47g, 2201, 1959 г., опубл. Бюл. №14, 1960 г.[1], А.С. СССР №232689, Кл. 47g, 22/01, МПК F16К, 1966 г., опубл. Бюл. №1, 1968 г. [2], А.С. СССР №327354, М. кл. F16k 5/06, 1970 г., опубл. Бюл. №5, 1972 г. [3], А.С. СССР №1288418, МКИ 4 F16К 5/20, 1985 г., опубл. Бюл. №5, 1987 г. [4] и А.С. СССР №1330392, МКИ 4 F16К 5/06, 1985 г., опубл. Бюл. №30, 1987 г. [5].

Перекрытие или регулировка потока жидкости или газа осуществляется поворотом шаровой пробки при помощи шпинделя и рукоятки, при этом упомянутая пробка разворачивается своим центральным отверстием поперек потока, а при возобновлении течения — вдоль потока рабочей среды.

Недостатками известных кранов являются сложность конструкции, обусловленная наличием уплотняющих элементов — седел с кольцами и нетехнологичность сборки.

Известны пробковые шаровые краны, каждый из которых содержит корпус с входным и выходным патрубками, поворотную шаровую пробку в корпусе, седла с уплотнениями, шпиндель и привод, кроме того, в отличие от группы аналогов [1-5] конструкцией этой группы кранов предусмотрено осевое перемещение (вдоль потока) или пробки или седла (седел) с уплотнениями, что позволяет уменьшить или компенсировать износ уплотняющих элементов. А.С. СССР №389341, М. Кл. F16k 5/06, 1971 г., опубл. Бюл. №29, 1973 г. [6], А.С. СССР №609014, М. Кл. 2 F16K 5/00, 1975 г., опубл. Бюл. №20, 1978 г. [7], А.С. СССР №739298, М. Кл. 2 F16K 5/06, 1976 г., опубл. Бюл. №21, 1980 г. [8], А.С. СССР №830066, М. Кл. 3 F16К 5/06, 1978 г., опубл. Бюл. №18, 1981 г. [9], А.С. СССР №918620, М. Кл. 3 F16К 5/06, 1980 г., опубл. Бюл. №13, 1982 г. [10], А.С. СССР №1196588, МКИ 4 F16К 5/06, 1984 г, опубл. Бюл. №45, 1985 г. [11], А.С. СССР №1479775, МКИ 4 F16К 5/06, 1987 г., опубл. Бюл. №18, 1989 г. [12], А.С. СССР №1516703, МКИ 4 F16К 5/06, 1986 г., опубл. Бюл. №39, 1989 г. [13], А.С. СССР №1523815, МКИ 4 F16К 5/06, 1987 г, опубл. Бюл. №43, 1989 г. [14] и А.С. СССР №1629667, МКИ 5 F16К 5/06, 1989 г., опубл. Бюл. №7, 1991 г. [15].

Работа с известными кранами осуществляется аналогично кранам [1-5], но благодаря осевой подвижке пробок или седел с уплотнениями различными способами уменьшается или компенсируется зазор между входным или выходным патрубками и пробкой, что, в свою очередь, повышает долговечность эксплуатации.

Недостатками аналогов [6-15] являются сложность конструкции, обусловленная наличием подвижных элементов, и нетехнологичность изготовления.

Известны также шаровые краны, каждый из которых содержит корпус с входным и выходным патрубками, поворотную шаровую пробку, шпиндель и приводы, причем шаровая пробка является составной из двух полусфер или разных частей и при повороте или при воздействии на нее различных по конструктиву приводов прижимается к седлам с уплотнениями или непосредственно к самим патрубкам, обеспечивая тем самым или разгрузку пробки, или необходимую герметичность. А.С. СССР №344201, М. Кл. F16k 5/06, 1970 г., опубл. Бюл. №21, 1972 г. [16], А.С. СССР №431352, М.Кл. F 16k 5/20, 1973 г., опубл. Бюл. №21, 1974 г.[17], А.С. СССР №872886, М. Кл 3 F16К 5/20, 1978 г., опубл. Бюл. №38, 1981 г. [18], А.С. СССР №1605068, МКИ 5 F16К 5/06, 1988 г., опубл. Бюл. №41, 1990 г. [19] и А.С. СССР №1756712, МКИ 5 F16К 5/06, 5/20, 1990 г., опубл. Бюл. №31, 1992 г. [20].

Недостатками известных устройств являются сложность конструкции, обусловленная наличием механизма не только поворота пробки, но и механизма раздвижения ее полусфер или составных частей и, как следствие, нетехнологичность изготовления.

Известны шаровые краны, предназначенные для применения на гибких эластичных трубопроводах в химической и нефтеперерабатывающей промышленностях, каждый из которых содержит эластичный пластмассовый корпус с входным и выходным патрубками, шаровую пробку, шпиндель и привод, выполненные также из пластмассы, кроме того, в последнем из аналогов описываемой группы имеется подтяжной механизм по аналогии с [6-15]. А.С. СССР №318768, МПК F16k 5/20; F16k 27/06, 1970 г., опубл. Бюл. №32, 1971 г. [21], А.С. СССР №493582, M. Кл. F16k 5/06, 1972 г. опубл. Бюл. №44, 1975 г. [22] и А.С. СССР №543802, М. Кл. 2 F16К 5/06, 1973 г., опубл. Бюл. №3, 1977 г. [23].

Работа осуществляется аналогично описанным выше кранам, но недостатками являются малая прочность из-за применения пластмасс для изготовления корпуса и патрубков.

Известен шаровый кран, содержащий корпус, в котором размещены поворотный шток с шаровой пробкой с проходным отверстием, взаимодействующей с седлами входного и выходного патрубков, и уплотнительные элементы патрубков и штока, при этом шаровая пробка выполнена из высокопрочного композиционного полимерного материала. Патент РФ №2003905, МКИ 5 F16К 5/06, 1991 г., опубл. Бюл. №43-44, 1993 г. [24].

При необходимости пропуска рабочей среды шток и соответственно шаровую пробку устанавливают таким образом, чтобы проходное отверстие последней совпало с отверстиями патрубков, для перекрытия потока среды поворотный шток поворачивают на 90°, для регулирования расхода — на угол меньше 90°.

Читайте так же:  Статья хищение и растрата

Недостатками известного крана являются сложность конструкции, обусловленная наличием уплотнительных элементов патрубков и поворотного штока и, как следствие, нетехнологичность сборки, а также невозможность снятия штока при повороте шаровой пробки на угол меньше 90°, поскольку при этом рабочая среда имеет возможность попадания в рабочую полость корпуса с выходом наружу через отверстие для установки штока.

Известен шаровой кран, содержащий корпус с шаровой пробкой, входной и выходной патрубки с седловыми поверхностями, взаимодействующими с упомянутой пробкой, установленный на верхнем фланце корпуса третий патрубок с седловой поверхностью, также взаимодействующей с пробкой, и поворотный шток с уплотнением в корпусе. Патент ФРГ №4206423, Кл. F16К 27/06, 1993 г.[25].

При необходимости пропуска рабочей среды шток и соответственно шаровую пробку устанавливают таким образом, чтобы проходное отверстие последней совпало с отверстиями патрубков, для перекрытия потока среды поворотный шток поворачивают на 90°, для регулирования расхода — на угол меньше 90°.

Недостатками известного крана являются сложность конструкции, обусловленная наличием уплотнительных элементов патрубков и поворотного штока и, как следствие, нетехнологичность сборки, а также невозможность снятия штока при повороте шаровой пробки на угол меньше 90°, поскольку при этом рабочая среда имеет возможность попадания в рабочую полость корпуса с выходом наружу через отверстие для установки штока.

За прототип как наиболее близкий по технической сущности к заявляемому выбран шаровой кран по патенту ФРГ №4209356, МКИ 5 F16К 5/20, 1993 г. [26].

Шаровой кран, выбранный в качестве прототипа, содержит корпус в виде полого цилиндра с фланцами и входным и выходным патрубками с седловыми поверхностями, шаровую пробку, взаимодействующую с последними, и поворотный шток, на верхнем фланце выполнено отверстие для штока, а на нижнем — установлена опора для упомянутой пробки.

Шаровой кран — прототип работает следующим образом. При необходимости пропуска рабочей среды шток и соответственно шаровую пробку устанавливают таким образом, чтобы проходное отверстие последней совпало с отверстиями входного и выходного патрубков, для перекрытия потока среды шток поворачивают на 90°, для регулирования расхода — на угол меньше 90°. Кроме того, для снижения трения при переключении крана (повороте пробки) при помощи специального механизма приподнимают пробку относительно патрубков, уменьшая тем самым площадь контакта.

Недостатками крана — прототипа являются сложность конструкции, обусловленная наличием уплотнительных элементов патрубков и поворотного штока и, как следствие, нетехнологичность сборки, а также невозможность снятия штока при повороте пробки на угол меньше 90°, поскольку при этом рабочая среда имеет возможность попадания в рабочую полость корпуса с выходом в атмосферу (разгерметизация работающего крана).

Цель изобретения — упрощение конструкции, повышение технологичности изготовления, а также расширение функциональных возможностей путем обеспечения снятия штока при любом положении пробки для предотвращения несанкционированного переключения работающего крана.

Указанная цель достигается тем, что в шаровом кране, содержащим корпус в виде полого корпуса с фланцами и входным и выходным патрубками, имеющими седловые поверхности, шаровую пробку с проходным отверстием, взаимодействующую с последними, поворотный шток, отверстие в верхнем фланце под шток и опору на нижнем фланце для упомянутой пробки, на верхнем фланце установлен третий патрубок с седловой поверхностью, взаимодействующей с упомянутой пробкой, а поворотный шток установлен в полости третьего патрубка, герметизированной относительно внутреннего рабочего объема корпуса, с возможностью снятия при сохранении герметичности работающего крана.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в получении простой и технологичной конструкции шарового крана для пропускания, регулирования и перекрытия потока рачей среды, а также в обеспечении возможности снятия штока с работающего крана с сохранением герметичности корпуса.

При изготовлении заявляемой конструкции могут быть использованы стандартные трубы, как для патрубков, так и для корпуса, а применение шаровой пробки из композиционного полимерного материала, уплотняющей помимо отверстий входного и выходного патрубков также и пространство (полость третьего патрубка), в котором установлен поворотный шток, позволяет снимать последний при любом положении шаровой пробки. Последнее преимущество дает возможность исключить несанкционированное переключение крана при снятом поворотном штоке, что особенно актуально в жилищно-коммунальном хозяйстве (ЖКХ).

На чертеже изображен предлагаемый шаровой кран в разрезе.

Шаровой кран содержит корпус 1 с входным и выходным патрубками 2 и 3 с седловыми поверхностями 4 и 5, шаровую пробку 6 из композиционного полимерного материала, взаимодействующую с последними, и поворотный шток 7, при этом корпус 1 выполнен в виде полого цилиндра с торцевыми фланцами 8 и 9, на верхнем фланце 8 установлен третий патрубок 10 с седловой поверхностью 11, взаимодействующей с пробкой 6, и имеется отверстие 12 для штока 7, а на нижнем фланце 9 установлена опора 13 для упомянутой пробки 6.

Шаровой кран работает следующим образом.

При сборке шарового крана прирабатывают седловые поверхности 4, 5 и 11 патрубков 2, 3 и 10 к сферической поверхности шаровой пробки 6, устанавливают последнюю в корпус 1 и поджимают с четырех сторон патрубками 2 и 3, фланцем 8 с патрубком 10 и фланцем 9 с опорой 13, закрепляют патрубки 2 и 3 на образующей поверхности, а фланцы 8 и 9 на торцах цилиндрического корпуса 1, затем устанавливают поворотный шток 7 через отверстие 12 таким образом, чтобы он вошел в ответную часть (на чертеже не обозначена) пробки 6, и закрепляют его пластиной (на чертеже не обозначена) на фланце 8.

Для открытия крана, т.е. для пропуска рабочей среды, поворачивают шаровую пробку 6 при помощи штока 7 таким образом, чтобы проходное отверстие (на чертеже не обозначено) шаровой пробки 6 совпало с отверстиями патрубков 2 и 3, для перекрытия потока рабочей жидкости поворачивают пробку 6 на 90°, для регулирования расхода — на угол меньше 90°.

При необходимости предотвращения несанкционированного переключения крана снимают поворотный шток 7, предварительно сняв пластину (на чертеже не обозначена), и на место последней устанавливают заглушку (на чертеже не показана).

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Разработана конструкция шарового крана стального, полнопроходного, патрубкого.

Применение — системы тепловодоснабжения с условным давлением Ру 2,5 МПа (25,5 кгс/см 2 ) и 4,0 МПа (40,8 кгс/см 2 ), а также устройства и системы промышленного назначения.

Установочное положение крана на трубопроводе — любое.

Рабочая среда — вода систем тепловодоснабжения по ГОСТ 2874-82.

Температура рабочей среды до +200°С.

Направление потока рабочей среды — любое.

Класс герметичности шарового затвора А по ГОСТ 9544-85.

Морозостойкость — до минус 40°С.

Шаровой кран содержит стальной цилиндрический корпус 1 диаметром 120, высотой 100 и толщиной стенки 6 мм, с торцевыми стальными фланцами 8 и 9 толщиной 6 мм стальные входной и выходной патрубки 2 и 3 диаметром 52 и толщиной стенки 6 мм установленные на образующей поверхности корпуса 1 и имеющие седловые поверхности 4 и 5. Третий стальной патрубок 10 диаметром 30 и толщиной стенки 6 мм, с седловой поверхностью 11, установленный на фланце 8. Шаровую пробку 6 диаметром 80 мм с проходным отверстием диаметром 40 мм, взаимодействующую с седловыми поверхностями 4, 5 и 11, при этом радиусы кривизны последних больше радиуса кривизны пробки 6. Пробка 6 выполнена из высокопрочного композиционного материала, содержащего 10-70 мас.% высокопрочного волокна длиной 0,01-100 мм и химстойкое полимерное связующее. Стальной поворотный шток 7 диаметром 20 мм, установленный на фланце 8, в полости патрубка 10 через отверстие 12. Опору 13 диаметром 10 мм, установленную на фланце 9.

Для изготовления корпуса 1 и патрубков 2,3 и 10 применены стандарные трубы по ГОСТ 9941-72 «Бесшовные холодно- и теплодеформированные трубы из коррозионно-стойкой стали».

Корпус 1, патрубки 2, 3 и 10, фланцы 8 и 9 и опора 13 соединяются при помощи сварки по ГОСТ 14771-76 «Дуговая сварка в защитном газе. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры».

Работа с краном описана в разделе «Перечень фигур чертежей».

Заявляемый шаровой кран позволяет пропускать, регулировать расход и перекрывать поток рабочей среды, а также снимать поворотный шток 7 при любом положении шаровой пробки 6 для предотвращения несанкционированного переключения.

Шаровой кран, содержащий корпус в виде полого цилиндра с входным и выходным патрубками с седловыми поверхностями, шаровую пробку, взаимодействующую с последними, и поворотный шток, на верхнем фланце корпуса выполнено отверстие для штока, а на нижнем установлена опора для упомянутой пробки, отличающийся тем, что на верхнем фланце корпуса установлен третий патрубок с седловой поверхностью, взаимодействующей с шаровой пробкой, а поворотный шток установлен в полости третьего патрубка с возможностью снятия при сохранении герметичности крана.

Патент на краны шаровые

17.10.2013 | Кто придумал шаровой кран?

История появления разных изделий для перекрывания потока сред достаточно разнообразна. Среди известных элементов запорной арматуры самыми популярными являются шаровые краны. Они имеют множество модификаций и используются в нефтяной, химической, газовой отрасли промышленности, в коммунальном хозяйстве и других сферах деятельности. Конструкция эта – довольно давнее изобретение. Еще в Древнем Вавилоне для перекрывания водного потока в глиняной трубе использовалась медная пластина. Однако сферическая форма затвора была изобретена позже.

По разным источникам шаровый кран впервые появился в середине прошлого века на топливной магистрали самолета. Некоторые источники утверждают, что его в 1954 году запатентовал Говард Фримен – американский автор 22 изобретений. Серьезную работу в поисках истины провел американец Грег Джонсон. В результате изучений материалов Патентного Бюро США он выяснил, что в 1981 году обладателем первого патента на шаровой кран стал Джон Воррен. Позже право на изобретение было продано Джону Чапмену, занимавшемуся производством запорной арматуры. Из-за недостаточной герметичности шаровой кран-первенец допускал сильные протечки в затворе и не получил признания.

В апреле 1945 года был выдан патент на шаровой кран с подпружинным уплотнением. Спустя несколько лет в уплотнениях стали использовать тефлон, а позже – фторопласт. Этот факт стал толчком к завоеванию рынка запорной арматуры.

Читайте так же:  Заявление в войсковую часть

На сегодняшний день десяткам изобретателей выданы патенты на различные типы шаровых кранов, процесс совершенствования не останавливается.

Изобретение относится к трубопроводной арматуре и предназначено для управления потоками рабочей среды в системах их транспортирования. Шаровой кран содержит корпус с входным и выходным патрубками. В корпусе расположены шток, поворотный запорный орган с проходным каналом и нижней и верхней опорами, седло с уплотнением. В направляющем пазу запорного органа расположен подпружиненный фиксатор. Нижняя и верхняя опоры выполнены сферическими. Верхняя сферическая опора установлена в эксцентриковой втулке-обойме. Подпружиненный фиксатор выполнен с одной стороны со скосом для взаимодействия с эксцентриковой втулкой-обоймой. Изобретение позволяет повысить качество, увеличить срок службы и расширить технологические возможности шарового крана. 2 ил.

Рисунки к патенту РФ 2158866

Изобретение относится к машиностроению, а именно к трубопроводной арматуре, и может быть использовано для управления потоками рабочей среды в системах их транспортирования.

Известен шаровой кран /1/, содержащий корпус, внутри которого расположены шток, сферический клапан с осью, пятой и фланец, причем на торцах штока и фланца выполнены выступы и впадины, в штоке выполнено гнездо эксцентрично оси, а в полости сферического крана установлен подпружиненный фиксатор с возможностью взаимодействует с выступами и впадинами.

Недостатком известного крана является свободная установка верхней опоры /оси/ сферического клапана в гнезде и значительное удаление опоры оси от сферического клапана из-за необходимости размещения фиксатора, что приводит к снижению качества и долговечности конструкции, а также ограничивает возможность применения на кранах с большим диаметром прохода и большого давления.

Задачей изобретения является:
— повышение качества,
— увеличение срока службы,
— расширение технологических возможностей.

Технический результат заключается в том, что в корпусе крана расположены шток, запорный орган с нижней и верхней опорами, седло с уплотнением, подпружиненный фиксатор, размещенный в направляющем пазу запорного органа, причем нижняя и верхняя опоры выполнены сферическими, верхняя сферическая опора установлена в эксцентриковой втулке-обойме, а подпружиненный фиксатор выполнен с одной стороны со скосом для взаимодействия с эксцентриковой втулкой-обоймой.

На фиг. 1 изображен кран, общий вид; на фиг. 2 — вид сверху.

Кран содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 каналами, крышку 4, запорный орган 5 с возможностью поворота, выполненный со сквозным каналом для прохода среды и размещенный опорами в сферических подшипниках, нижнюю 6 — непосредственно в корпусе 1 и верхнюю 7 с эксцентриковой наружной обоймой 8, которая взаимодействует с фиксатором 9, выполненным с одной стороны со скосом. В корпусе 1 со стороны запорного органа 5 установлено седло 10 с уплотнением. На крышке 4 неподвижно закреплен упор 11. Вращение запорному органу передается от привода /не показан/ через шпиндель 12.

Кран шаровой работает следующим образом.

В положении «открыто» запорный орган 5 находится в зацеплении с эксцентриковой наружной обоймой 8 при помощи подпружиненного фиксатора 9, расположенного в направляющем пазу запорного органа 5. При повороте эксцентриковой наружной обоймы 8 от привода по часовой стрелке вращение через шпиндель 12, фиксатор 9 передается запорному органу 5, переставляя его в положение «закрыто» до упора 11.

При дальнейшем вращении эксцентриковой наружной обоймы 8 фиксатор 9 за счет скоса сжимает пружину 13 и смещается, освобождая, эксцентриковую наружную обойму 8, запорный орган 5 прижимается к седлу 10, обеспечивая герметичность крана.

При повороте эксцентриковой наружной обоймы 8 в обратном направлении запорный орган 5 отжимается от седла 10, фиксатор 9 под воздействием пружины 13 западает в паз эксцентриковой наружной обоймы 8 и поворачивает запорный орган 5 до упора 11 в положении «открыто» в исходное положение.

Источники информации
Кран шаровой. Авт. свид. 739298, М. кл. F 16 K 5/06, опубл. Бюл. 21, 1980 г.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Шаровой кран, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, в котором расположены шток, поворотный запорный орган с проходным каналом и нижней и верхней опорами, седло с уплотнением и подпружиненный фиксатор, размещенный в направляющем пазу запорного органа, отличающийся тем, что нижняя и верхняя опоры выполнены сферическими, причем верхняя сферическая опора установлена в эксцентриковой втулке-обойме, а подпружиненный фиксатор выполнен с одной стороны со скосом для взаимодействия с эксцентриковой втулкой-обоймой.

Патент на конструкцию шарового крана ГШК №2310787

Изобретение относится к трубопроводной арматуре, в частности к кранам шаровым, и предназначено для использования при высоких давлениях рабочей среды. В корпусе крана шарового размещены седла в виде уплотнительных колец с плоскими торцовыми поверхностями и поворотная шаровая пробка с центральным проходным каналом. Крышки корпуса с внутренней стороны имеют выступы.

Наружная конусная поверхность крышек контактирует с уплотнительным кольцом. Внутренняя конусная поверхность крышек контактирует в закрытом положении с шаровой пробкой. Уплотнительное кольцо установлено с предварительным натягом. Наименьший диаметр наружного конуса равен большему основанию внутреннего конуса. Изобретение направлено на возможность использования в нем при высоких давлениях рабочей среды эластичных и упругих материалов, например резин, для изготовления уплотнительных колец и свести к минимуму их износ.

Известны конструкции шаровых кранов с плавающим шаром (справочное пособие «Современные конструкции трубопроводной арматуры для нефти и газа» под редакцией Ю.М.Котелевского, Москва, Недра, 1976, стр.144, 217).

Недостатком всех приведенных в этом источнике шаровых кранов является то, что их конструкции полностью исключают возможность использования уплотнительных колец из эластичных и упругих материалов, например, резин, обеспечивающих на практике гарантированную герметичность от 0 до 10 МПа.

В основном для уплотнителей используют пластмассы или фторопласт различных модификаций. Но фторопластам свойственна хладотекучесть и недостаточная износоустойчивость. Как правило, кольца из этого материала обеспечивают герметичность на первых 30-50 переключений, а после начинают течь.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является кран шаровой с седлами в виде уплотнительных колец, выполненных с плоскими торцовыми поверхностями (а.с. №811032, М. кл. 3. F16К 5/06, 1977 г.).

Но и данная конструкция крана полностью исключает возможность использования уплотнительных колец из эластичных и упругих материалов при высоких давлениях рабочей среды. А непараллельность торцовых поверхностей, если и снижает их износ, то не намного.

Целью изобретения является возможность использования при высоких давлениях рабочей среды эластичных и упругих материалов, например, резин для изготовления уплотнительных колец и свести к минимуму их износ.

Указанная цель достигается тем, что крышки корпуса с внутренней стороны имеют выступы, наружная конусная поверхность которых контактирует с уплотнительным кольцом, а внутренняя конусная поверхность контактирует в закрытом положении с шаровой пробкой, при этом уплотнительное кольцо установлено с предварительным натягом, а наименьший диаметр наружного конуса выступа равен большему диаметру основания внутреннего конуса.

Анализ просмотренных в результате поиска патентных, информационных и каталожных материалов по шаровым кранам с плавающей пробкой по фондам областной научно-технической библиотеки г.Саратова позволяет сделать вывод, что предлагаемое устройство с таким типом уплотнения не известно из современного уровня техники, т.е. является новым.

Техническое решение обладает изобретательским уровнем. Оно не следует явным образом из опубликованных технических материалов.

Предлагаемое изобретение является промышленно-приемлемым и полезным, т.к. легко осуществимо, а использование резин для изготовления уплотнительных колец позволяет в несколько раз увеличить их износостойкость, что в конечном итоге ведет к обеспечению длительной надежности работы шарового крана.

Изобретение поясняется чертежами.

В корпусе 1 размещены шаровая пробка 2 с центральным проходным каналом 3 и уплотнительные кольца 4. Уплотнительные кольца 4 поджимаются к шаровой пробке 2 крышками 5, которые выполняют также роль присоединительных элементов к трубопроводам. С внутренней стороны крышки 5 имеют выступ 6, наружная коническая поверхность 7 которого контактирует с уплотнительным 4, а внутренняя коническая поверхность 8 контактирует под действием давления рабочей среды с шаровой пробкой 2 в закрытом положении.

Рассмотрим три основных момента в работе крана:

Давление рабочей среды равно Pp. Шаровая пробка 2 находится в среднем положении за счет предварительного натяга уплотнительных колец 4. Т.к. уплотнительное кольцо 4 уравновешено со стороны выхода крана от действия давления рабочей среды, то оно не выдавливается в монтажный зазор.

2. Кран надо закрыть.

По общетехническим требованиям к запорной арматуре кран закрывается поворотом шаровой пробки 2 по часовой стрелке на четверть оборота. При контакте кромки 9 проходного канала 3 с уплотнительным кольцом 4 происходит плавный отжим его, т.е. оно «не закусывается». Под действием давления рабочей среды шаровая пробка 2 смещается со среднего положения и обеспечивает практически нулевой зазор в стыке с внутренним конусом 8 выступа 6.

3. Кран надо открыть.

Кран открывается поворотом шаровой пробки 2 на четверть оборота против часовой стрелки. Как только кромка 9 осевого проходного канала 3 перейдет уплотнительное кольцо 4, то оно (кольцо) под действием давления рабочей среды начинает сползать с выступа 6 и выдавливаться в образующийся чечевицеобразный зазор между шаровой пробкой 2 и внутренним конусом 8 выступа 6. Но полного сползания и выдавливания уплотнительного кольца 4 не происходит. Это объясняется тем, что при деформации уплотнительного кольца в этом месте давление рабочей среды, действующее по периметру сечения, мгновенно выравнивается и за счет внутренних упругих сил материала кольцо моментально возвращается в исходное монтажное положение. «Закусывание» и выров кольца не происходят, т.к. набегающая кромка 10 осевого отверстия 3 в шаровой пробке 2 просто отжимает его на величину предварительного натяга.

Испытан опытный образец крана Ду 25 мм, Ру 10 МПа. Кран открывался и закрывался при давлении воздуха 10 МПа. Воздух сбрасывался в атмосферу. После 300 переключений кран разобран. Визуальный осмотр не выявил на уплотнительных кольцах следов износа или намечающихся разрушений.