Уплотнение шарового крана

Полезная модель относится к области трубопроводной арматуры и может быть использована в конструкциях шаровых кранов. Уплотнение шарового крана выполнено в виде упругодеформируемого элемента, установленного в расточке корпуса крана. Упругодеформируемый элемент содержит соединенные между собой наружное и внутреннее металлические кольца и размещенное внутри них седло. Наружное кольцо имеет форму цилиндрического канала, а внутреннее кольцо имеет Г-образное сечение, размещено в полости канала наружного кольца и оперто на его днище, при этом седло запрессовано в радиальный зазор, образованный между цилиндрическими стенками наружного и внутреннего колец. Сопряжение внутренней поверхности цилиндрической стенки и торцевой поверхности радиальной стенки внутреннего кольца упругодеформируемого элемента выполнено скругленным, а днище наружного кольца в зоне размещения седла осажено с увеличением объема радиального зазора между стенками наружного и внутреннего колец. Внутренняя стенка наружного кольца упругодеформируемого элемента подвергнута обкатке роликом и после обкатки расположена под углом 3-5 градусов к оси симметрии кольца. После запрессовки материала седла в радиальный зазор между цилиндрическими стенками наружного и внутреннего колец упругодеформируемого элемента и обкатки цилиндрической стенки наружного кольца роликом тело седла с торца обточено на токарном станке с образованием конической рабочей поверхности. Необходимую ширину площадки L конической поверхности на торце седла определяют из выражения

где D₁ - диаметр опоры наружного кольца на стенке корпуса крана (м); D₂ - диаметр, соответствующий середине площадки конической поверхности торца седла (м), D_S - диаметр шара (м); р - рабочее давление жидкой среды перед шаровом краном (Па); Е - модуль упругости (Па) и - коэффициент Пуассона композитного материала седла. В расточке корпуса установлено центровочное кольцо, а в объеме, ограниченном цилиндрическими поверхностями стенки корпуса крана и наружного кольца упругодеформируемого элемента, а так же торцевыми поверхностями проточки в корпусе крана и центровочного кольца размещены два резиновых уплотнительных кольца.

Полезная модель относится к области трубопроводной арматуры и может быть использована в конструкциях шаровых кранов.

Известна конструкция уплотнения шарового крана по патенту №57054780, Япония, 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 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, МПК 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. Упругодеформируемый элемент содержит соединенные между собой наружное и внутреннее металлические кольца и размещенное внутри них седло. Наружное кольцо имеет форму цилиндрического канала, а внутреннее кольцо имеет Г-образное сечение, размещено в полости канала наружного кольца и оперто на его днище, при этом седло запрессовано в радиальный зазор, образованный между цилиндрическими стенками наружного и внутреннего колец.

Сопряжение внутренней поверхности цилиндрической стенки и торцевой поверхности радиальной стенки внутреннего кольца упругодеформируемого элемента выполнено скругленным, а днище

наружного кольца в зоне размещения седла осажено с увеличением объема радиального зазора между стенками наружного и внутреннего колец.

Внутренняя стенка наружного кольца упругодеформируемого элемента подвергнута обкатке роликом и после обкатки расположена под углом 3-5 градусов к оси симметрии кольца.

После запрессовки материала седла в радиальный зазор между цилиндрическими стенками наружного и внутреннего колец упругодеформируемого элемента и обкатки цилиндрической стенки наружного кольца роликом тело седла с торца обточено на токарном станке с образованием конической рабочей поверхности.

Необходимую ширину площадки L конической поверхности на торце седла определяют из выражения

где D₁ - диаметр опоры наружного кольца на стенке корпуса крана (м); D₂ - диаметр, соответствующий середине площадки конической поверхности торца седла (м), D_S - диаметр шара (м); p - рабочее давление жидкой среды перед шаровом краном (Па); Е - модуль упругости (Па) и - коэффициент Пуассона композитного материала седла.

В расточке корпуса установлено центровочное кольцо, а в объеме, ограниченном цилиндрическими поверхностями стенки корпуса крана и наружного кольца упругодеформируемого элемента, а так же торцевыми поверхностями проточки в корпусе крана и центровочного кольца размещены два резиновых уплотнительных кольца.

На фиг.1 изображен местный разрез шарового крана; на фиг.2 - местный разрез корпуса шарового крана; на фиг.3 - упругодеформируемый элемент шарового крана.

Кран содержит корпус 1, расположенный в полости корпуса шар 2 со сквозным отверстием "А" и два уплотнения, расположенные симметрично

относительно вертикальной оси вращения шара 2 (на фиг.1 условно изображено только одно из двух уплотнений).

Каждое из уплотнений шарового крана выполнено в виде упругодеформируемого элемента, установленного в расточке корпуса крана. Упругодеформируемый элемент содержит соединенные между собой наружное 3 и внутреннее 4 металлические кольца, и размещенное внутри них седло 5, изготовленное из композитного антифрикционного материала и расположенное в радиальном зазоре "з" между цилиндрическими стенками колец 3 и 4. Уплотнение включает также 2 резиновых уплотнительных кольца 6, центровочное кольцо 7 и разрезное стопорное кольцо 8.

Наружное кольцо 3 упругодеформируемого элемента образует цилиндрический канал "к" (фиг.3). Внутреннее кольцо 4 упругодеформируемого элемента имеет Г-образное сечение, размещено в полости цилиндрического канала "к" наружного кольца 3 и опирается на днище "д" наружного кольца 3. Соединение наружного 3 и внутреннего 4 колец между собой выполнено посредством сварки (условно не показана). Наружное кольцо 3 оперто цилиндрической и торцевой стенками на цилиндрическую и торцевую поверхности проточки «у» в корпусе 1 шарового крана.

Для центрирования упругодеформируемого элемента в радиальном направлении использовано центровочное кольцо Г-образного сечения 7, а для фиксации упругодеформируемого элемента в осевом направлении применено прямоугольного сечения разрезное кольцо 8, заходящее в радиальный паз «с», выполненный в корпусе 1 шарового крана.

Два резиновых уплотнительных кольца 6 размещены в объеме, ограниченном цилиндрическими поверхностями стенки корпуса 1 крана и наружного кольца 3 упругодеформируемого элемента, а так же торцевыми поверхностями центровочного кольца 7 и проточки «ф» в корпусе 1 крана. Резиновые уплотнительные кольца 6 предотвращают возможность

перетекания перекачиваемой жидкости через радиальный зазор между наружным кольцом 3 упругодеформируемого элемента и цилиндрической стенкой корпуса 1 крана.

Для фиксации и уплотнения седла 5 относительно упругодеформируемого элемента материал седла 5 запрессован в радиальный зазор "з" между цилиндрическими стенками наружного 3 и внутреннего 4 колец с опорой на днище "д" наружного кольца 3.

При этом для более надежной фиксации материала седла 5 относительно упругодеформируемого элемента сопряжение внутренней поверхности цилиндрической стенки и торцевой поверхности радиальной стенки внутреннего кольца 4 выполнено скругленным, а днище наружного кольца 3 в зоне размещения седла 5 осажено на глубину "е" с увеличением объема радиального зазора "з" между стенками наружного 3 и внутреннего 4 колец и образованием полости «п» вблизи днища «д» наружного кольца 3.

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.

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, соприкасающейся со сферической поверхностью шара 2. Угол конусности торцевой поверхности седла составляет 40 градусов.

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.

Необходимую ширину площадки L конической поверхности на торце седла определяют из выражения

где D₁ - диаметр опоры наружного кольца на стенке корпуса крана (м); D₂ - диаметр соответствующий середине площадки конической поверхности торца седла (м); D_S - диаметр шара (м); р - рабочее давление жидкой среды перед шаровом краном (Па); Е - модуль упругости (Па) и - коэффициент Пуассона композитного материала седла.

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 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 упругодеформируемого элемента, прижатое к сферической поверхности шара 2 за счет упругой деформации наружного кольца 3, опирающегося на цилиндрическую и торцевую поверхности проточки «у» в корпусе 1 крана, препятствует перетеканию перекачиваемой через шаровой кран жидкой среды.

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, а внутреннее кольцо имеет Г-образное сечение, размещено в полости канала наружного кольца и оперто на его днище, при этом седло запрессовано в радиальный зазор, образованный между цилиндрическими стенками наружного и внутреннего колец.

2. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что сопряжение внутренней поверхности цилиндрической стенки и торцевой поверхности радиальной стенки внутреннего кольца упругодеформируемого элемента выполнено скругленным, а днище наружного кольца в зоне размещения седла осажено с увеличением объема радиального зазора между стенками наружного и внутреннего колец.

3. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что внутренняя стенка наружного кольца упругодеформируемого элемента подвергнута обкатке роликом и после обкатки расположена под углом 3-5° к оси симметрии кольца.

4. Уплотнение по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что после запрессовки материала седла в радиальный зазор между цилиндрическими стенками наружного и внутреннего колец упругодеформируемого элемента и обкатки цилиндрической стенки наружного кольца роликом тело седла с торца обточено на токарном станке с образованием конической рабочей поверхности.

5. Уплотнение по п.4, отличающееся тем, что необходимую ширину площадки L конической поверхности на торце седла определяют из выражения

где D₁ - диаметр опоры наружного кольца на стенке корпуса крана, м;

D₂ - диаметр, соответствующий середине площадки конической поверхности торца седла, м;

D_S - диаметр шара, м;

р - рабочее давление жидкой среды перед шаровом краном, Па;

Е - модуль упругости, Па;

- коэффициент Пуассона композитного материала седла.

6. Уплотнение шарового крана по п.1, отличающееся тем, что в расточке корпуса установлено центровочное кольцо, а в объеме, ограниченном цилиндрическими поверхностями стенки корпуса крана и наружного кольца упругодеформируемого элемента, а также торцевыми поверхностями проточки в корпусе крана и центровочного кольца размещены два резиновых уплотнительных кольца.