Уплотнение шарового крана
Полезная модель относится к области трубопроводной арматуры и может быть использовано в конструкциях шаровых кранов. Уплотнение шарового крана выполнено в виде упругодеформируемого элемента, установленного в расточке корпуса крана, и содержащего соединенные между собой наружное и внутреннее металлические кольца и размещенное внутри них седло. Наружное кольцо имеет форму цилиндрического канала, внутреннее кольцо имеет Г-образное сечение, размещено в полости канала наружного кольца и оперто на его днище, а седло запрессовано в радиальный зазор, образованный между цилиндрическими стенками наружного и внутреннего колец. На стыке цилиндрической и радиальной стенок внутреннего кольца выполнена фаска, внешняя цилиндрическая стенка наружного кольца выполнена двухступенчатой со ступенькой меньшего диаметра, прилежащей к радиально расположенной стенке наружного кольца, а участок наружной стенки внешнего кольца со ступенькой большего диаметра прилежит к стенке корпуса крана. Между цилиндрической поверхностью ступеньки меньшего диаметра наружного кольца и цилиндрической поверхностью стенки корпуса крана размещены два резиновых уплотнительных кольца и разделяющее их дистанционное кольцо, которое выполнено с боковыми пазами круглого сечения, радиус которых соответствует половине радиального зазора между цилиндрическими стенками корпуса крана и наружного кольца. На внутренней цилиндрической поверхности внутреннего кольца выполнены рифления пилообразного профиля. На внутренней цилиндрической поверхности внутреннего кольца выполнены глухие отверстия круглого сечения, размещенные в шахматном порядке, оси которых повернуты относительно радиального направления
под углом 10-15 градусов в направлении торца цилиндрической стенки кольца. Внутренняя стенка наружного кольца подвергнута обкатке роликом и расположена под углом 3-5 градусов относительно оси симметрии кольца.
Полезная модель относится к области трубопроводной арматуры и может быть использовано в конструкциях шаровых кранов.
Известна конструкция уплотнения шарового крана по патенту Японии №57054780, МПК F16K 5/20, в которой в качестве упругого элемента используется конического сечения тарельчатая пружина, опирающаяся по наружному диаметру на корпус крана, а по внутреннему диаметру - на оправку, в кольцевом пазу которой размещено уплотнительное седло.
Недостатком известной конструкции является необходимость высокоточной обработки цилиндрических посадочных поверхностей корпуса крана и оправки седла для обеспечения уплотнения этих поверхностей посредством резиновых колец и предотвращения вероятности возникновения малейших перекосов в конструкции уплотнения.
Известна конструкция уплотнения шарового крана по патенту РФ №2218501, МПК F16K 5/06, в которой шар контактирует с кольцевыми седлами (прокладками). Седла установлены в центральном отверстии втулок П-образного сечения. Прилежащие к седлам стенки втулок предназначены для компенсации износа седел за счет упругой деформации втулок.
Недостатком известной конструкции шарового крана является то, что уплотнение контактной поверхности между запорным шаром и седлом определяется главным образом упругими характеристиками самого седла, а не втулки П-образного сечения. Поэтому износ седла не удастся скомпенсировать упругими напряжениями во втулке П-образного сечения.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является конструкция уплотнения шарового крана по патенту Великобритании №2198500, МКП F16K 5/06, принятая в качестве прототипа, в которой уплотнительные элементы образованы посредством соединенных между собой колец, изготовленных из листового металла, одно из которых (наружное) опирается на корпус крана, а во втором закреплено уплотнительное седло круглого поперечного сечения, изготовленное из антифрикционного материала.
Недостатком известной конструкции является сложность ее изготовления с точки зрения герметичного охвата стенкой металлического кольца тела уплотнительного седла.
Кроме того, в этой конструкции недостаточно надежно решена проблема уплотнения упругого элемента относительно корпуса крана.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является создание технологичной конструкции уплотнения шарового крана, а также повышение эффективности уплотнения шарового крана.
Сущность предлагаемой полезной модели заключается в следующем.
Уплотнение шарового крана выполнено в виде упругодеформируемого элемента, установленного в расточке корпуса крана, и содержащего соединенные между собой наружное и внутреннее металлические кольца и размещенное внутри них седло. Наружное кольцо имеет форму цилиндрического канала, внутреннее кольцо имеет Г-образное сечение, размещено в полости канала наружного кольца и оперто на его днище, а седло запрессовано в радиальный зазор, образованный между цилиндрическими стенками наружного и внутреннего колец. На стыке цилиндрической и радиальной стенок внутреннего кольца выполнена фаска, внешняя цилиндрическая стенка наружного кольца выполнена двухступенчатой со ступенькой меньшего диаметра, прилежащей к радиально расположенной стенке наружного кольца, а
участок наружной стенки внешнего кольца со ступенькой большего диаметра прилежит к стенке корпуса крана.
Между цилиндрической поверхностью ступеньки меньшего диаметра наружного кольца и цилиндрической поверхностью стенки корпуса крана размещены два резиновых уплотнительных кольца и разделяющее их дистанционное кольцо, которое выполнено с боковыми пазами круглого сечения, радиус которых соответствует половине радиального зазора между цилиндрическими стенками корпуса крана и наружного кольца.
На внутренней цилиндрической поверхности внутреннего кольца выполнены рифления пилообразного профиля.
На внутренней цилиндрической поверхности внутреннего кольца выполнены глухие отверстия круглого сечения, размещенные в шахматном порядке, оси которых повернуты относительно радиального направления под углом 10-15 градусов в направлении торца цилиндрической стенки кольца.
Внутренняя стенка наружного кольца подвергнута обкатке роликом и расположена под углом 3-5 градусов относительно оси симметрии кольца.
На фиг.1 изображен местный разрез шарового крана; на фиг.2 и 3 - варианты изготовления упругодеформируемого элемента.
Кран содержит (фиг.1) разъемный корпус 1, расположенный в полости корпуса шар 2 со сквозным отверстием "А" и два уплотнения, расположенные в конструкции крана симметрично относительно вертикальной оси вращения шара 2 (на фиг.1 условно изображено только одно из них). И при описании конструкции упоминаются детали только одного уплотнения шарового крана.
Уплотнение шарового крана содержит упругодеформируемый элемент, образованный посредством взаимного соединения наружного 3 и внутреннего 4 колец, уплотнительное седло 5, изготовленное из
композитного антифрикционного материала и расположенное в радиальном зазоре "з" между цилиндрическими стенками колец 3 и 4, два резиновых уплотнительных кольца 6, центровочное кольцо 7, стопорное кольцо 8 и дистанционное кольцо 9.
Наружное кольцо 3 упругодеформируемого элемента образует цилиндрический канал "к" (фиг.2). Внутреннее кольцо 4 имеет Г-образное сечение, размещено в полости цилиндрического канала "к" наружного кольца 3 и оперто на днище "д" наружного кольца 3 (фиг.1-3).
Соединение наружного 3 и внутреннего 4 колец упругодеформируемого элемента между собой выполнено посредством сварки (условно не показана).
Внешняя цилиндрическая стенка наружного кольца 3 выполнена двухступенчатой со ступенькой меньшего диаметра, прилежащей к радиально расположенной стенке кольца. При установке в полости крана упругодеформируемого элемента участок наружной стенки внешнего кольца 3 со ступенькой большего диаметра прилежит к стенке корпуса 1 крана.
Для фиксации упругодеформируемого элемента в радиальном направлении использовано Г-образного сечения центровочное кольцо 7. Для фиксации упругодеформируемого элемента в осевом направлении использовано разрезное стопорное кольцо 8 прямоугольного сечения, заходящее в радиальный паз, выполненный в корпусе 1 шарового крана.
В радиальном в зазоре между цилиндрической стенкой корпуса 1 крана и участком внешней цилиндрической стенки наружного кольца 3 меньшего диаметра размещены два резиновых уплотнительных кольца 6 и разделяющее их дистанционное кольцо 9. Дистанционное кольцо 9 изготовлено из композиционного материала и выполнено с боковыми пазами круглого сечения, радиус которых соответствует половине радиального зазора между цилиндрическими стенками корпуса 1 крана и наружного кольца 3 упругого элемента.
Для фиксации и уплотнения седла 5 относительно упругодеформируемого элемента материал седла запрессован в радиальный зазор "з" между цилиндрическими стенками наружного 3 и внутреннего 4 колец упругого элемента с опорой на днище "д" наружного кольца 3. При этом для более надежной фиксации материала седла 5 относительно упругодеформируемого элемента на стыке внутренней поверхности цилиндрической стенки и торцевой поверхности радиальной стенки внутреннего кольца 4 выполнена фаска под углом 
, образующая между поверхностями фаски внутреннего кольца 4 и днища "д" наружного кольца 3 дополнительную полость "п".
Предусмотрены так же варианты дополнительной фиксации материала седла 5 в радиальном зазоре "з" упругого элемента посредством рифлений "р" пилообразного профиля, выполненных на внутренней цилиндрической поверхности внутреннего кольца 4 (фиг.2), или посредством глухих цилиндрических отверстий "о" (фиг.3), выполненных на той же поверхности внутреннего кольца 4.
Глухие цилиндрические отверстия «о», выполненные на внутренней цилиндрической поверхности внутреннего кольца 4, размещены в шахматном порядке, при этом, оси отверстий «о» повернуты относительно радиального направления под углом 
=10-15 градусов в направлении торца цилиндрической стенки кольца.
Кроме того, предусмотрена фиксация материала седла 5 относительно упругодеформируемого элемента за счет обжатия тела седла 5 путем обкатки с помощью ролика внутренней цилиндрической стенки наружного кольца 3. При этом угол 
между осью симметрии наружного кольца 3 и поверхностью его внутренней цилиндрической стенки после обжатия при обкатке роликом составляет 3-5 градусов (фиг.2 и 3).
После запрессовки материала седла 5 в радиальный зазор "з", образуемый цилиндрическими стенками наружного 3 и внутреннего 4 колец, и обкатки внутренней цилиндрической стенки наружного кольца 3
роликом тело седла 5 с торца обточено на токарном станке с образованием конической рабочей поверхности седла 5, соприкасающейся со сферической поверхностью шара 2.
Шаровой кран работает следующим образом.
В открытом положении крана (фиг.1) ось пропускного отверстия "А" в шаре 2 совпадает с осью отверстий "Б" в корпусе 1 крана. Для перевода крана в закрытое состояние шар 2 поворачивают вокруг его вертикальной оси в положение, при котором ось его сквозного отверстия "А" становится перпендикулярной оси отверстий "Б" в корпусе 1 крана. В этом положении шара 2 уплотнительное седло 5, расположенное в радиальном зазоре "з" между стенками наружного 3 и внутреннего 4 колец упругого элемента, прижатое к сферической поверхности шара 2 за счет упругой деформации наружного кольца 3, опирающегося на стенки корпуса 1 крана, препятствует перетеканию перекачиваемой через шаровой кран жидкой среды.
Резиновые уплотнительные кольца 6 исключают возможность перетекания перекачиваемой жидкости через радиальный зазор между наружным кольцом 3 упругого элемента и цилиндрической стенкой корпуса 1 крана.
Наличие контакта между конической поверхностью седла 5 и сферической поверхностью шара 2 обеспечивает надежное взаимное уплотнение этих поверхностей и требуемую герметичность шарового крана в его закрытом состоянии.
Предложенная конструкция технологична в изготовлении, а благодаря созданию надежного уплотнения седла относительно упругого элемента и упругого элемента относительно корпуса крана, повышается эффективность уплотнения шарового крана.
1. Уплотнение шарового крана, выполненное в виде упругодеформируемого элемента, установленного в расточке корпуса крана, и содержащего соединенные между собой наружное и внутреннее металлические кольца и размещенное внутри них седло, отличающееся тем, что наружное кольцо имеет форму цилиндрического канала, внутреннее кольцо имеет Г-образное сечение, размещено в полости канала наружного кольца и оперто на его днище, а седло запрессовано в радиальный зазор, образованный между цилиндрическими стенками наружного и внутреннего колец, при этом на стыке цилиндрической и радиальной стенок внутреннего кольца выполнена фаска, внешняя цилиндрическая стенка наружного кольца выполнена двухступенчатой со ступенькой меньшего диаметра, прилежащей к радиально расположенной стенке наружного кольца, а участок наружной стенки внешнего кольца со ступенькой большего диаметра прилежит к стенке корпуса крана.
2. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что между цилиндрической поверхностью ступеньки меньшего диаметра наружного кольца и цилиндрической поверхностью стенки корпуса крана размещены два резиновых уплотнительных кольца и разделяющее их дистанционное кольцо, которое выполнено с боковыми пазами круглого сечения, радиус которых соответствует половине радиального зазора между цилиндрическими стенками корпуса крана и наружного кольца.
3. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что на внутренней цилиндрической поверхности внутреннего кольца выполнены рифления пилообразного профиля.
4. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что на внутренней цилиндрической поверхности внутреннего кольца выполнены глухие отверстия круглого сечения, размещенные в шахматном порядке, оси которых повернуты относительно радиального направления под углом 10-15° в направлении торца цилиндрической стенки кольца.
5. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что внутренняя стенка наружного кольца подвергнута обкатке роликом и расположена под углом 3-5° относительно оси симметрии кольца.
