Кран высокого давления
Полезная модель относится к арматуростроению, а именно к запорной трубопроводной арматуре, и может быть использована в качестве запорного и регулировочного органа при испытании различных изделий на герметичность внутренним гидростатическим давлением.
Цель полезной модели - упрощения конструкции и повышение надежности работы.
Кран содержит корпус с входным и выходным штуцерами, канал подачи давления, пробку перекрытия последнего, манометр и дренажный клапан в виде дополнительного (дренажного) канала, сообщающегося с основным каналом и дополнительной (дренажной) пробки, установленной за основной пробкой и перекрывающей основной и дополнительный каналы.
Техническим результатом полезной модели, по сравнению с прототипом, является упрощение конструкции путем замены сложного дренажного клапана простой дренажной пробкой, а также повышение надежности работы - дублированием перекрытия основного канала подачи давления дополнительной (дренажной) пробкой.
Полезная модель относится к арматуростроению, а именно к запорной трубопроводной арматуре, и может быть использована в качестве запорного и регулировочного органа при испытании различных изделий на герметичность внутренним гидростатическим давлением.
Целью полезной модели является упрощение конструкции и повышение надежности работы.
Уровень техники
Известны запорные краны, каждый из которых содержит корпус с входным и выходным патрубками, различные по конструкции уплотняющие и запорные элементы и их приводы. Патент СССР №5990, Кл. 47g, 8, 1927 г., опубл. 31.07.1928 г. [1], Патент СССР №40871, Кл. 47g, 22, 1931 г., опубл. 31.12.1934 г. [2], А.С. СССР №78707, Кл. 47g 1, 102, 1949 г., опубл. 28.02.1950 г. [3], А.С. СССР №148685, Кл. 47g, 2001 , 1960 г., опубл. Бюл. №13, 1962 г. [4], А.С. СССР №344201, М. кл. F16К 5/06, 1970 г., опубл. Бюл. №21, 1972 г. [5], А.С. СССР №380893, М. кл. F16К 5/04; 5/06, 1971 г., опубл. Бюл. №21, 1973 г. [6], А.С. СССР №391325, М. кл. F16К 5/06; 31/54, 1971 г., опубл. Бюл. №31, 1973 г. [7], А.С. СССР №609014, М.Кл. 2 F16К 5/00, 1975 г., опубл. Бюл. №20, 1978 г. [8], А.С. СССР №739298, М.Кл.2 F16К 5/06, 1976 г., опубл. Бюл. №21, 1980 г. [9], А.С. СССР №830066, М.Кл. 3 F16К 5/06, 1978 г., опубл. Бюл. №18, 1981 г. [10], А.С. СССР №1479775, МКИ4 F16К 5/06, 1987 г., опубл. Бюл. №18, 1989 г. [11], А.С. СССР №1605068, МКИ 5 F16К 5/06, 1988 г., опубл. Бюл. №41, 1990 г. [12], А.С. СССР №1629667, MKИ5 F16К 5/06, 1989 г., опубл. Бюл. №7,
1991 г. [13], А.С. СССР №1756712, МКИ 5 F16К 5/06; 5/20, 1990 г., опубл. Бюл. №31, 1992 г. [14].
Перекрытие или регулировка потока жидкости или газа осуществляется перемещением запорного элемента посредством привода.
Недостатком известных устройств, при применении их в кранах высокого давления для проведения гидростатических испытаний, является отсутствие дренажной системы для сброса давления и, как следствие, возможность гидравлического удара по системе нагнетания давления.
Известны обратные клапаны, каждый из которых содержит корпус, запорный орган с центральным стержнем, уплотняющие элементы, проходной канал с входным и выходным патрубками, а также обходной канал с перепускным винтовым клапаном. Патент СССР №3788, Кл. 47g, 8, 1926 г., опубл. 31.10.1927 г. [15] и Патент СССР №12845, Кл. 47g, 8, 1928 г., опубл. 31.01.1930 г. [16].
Перемещением запорного органа в корпусе по центральному стержню, прижимают его к одному из уплотнительных элементов, тем самым перекрывая или открывая поток жидкости.
Описанные обратные клапаны предназначаются для центробежных насосов, устанавливаются на нагнетательной трубе и соединены в одном корпусе с перепускными клапанами, служащими для заполнения насоса и приемной трубы.
Недостатками известных клапанов, при применении их в кранах высокого давления для проведения гидростатических испытаний, является невозможность сброса давления в атмосферу в обход системы нагнетания (в данном случае - центробежного насоса) и, как следствие, возможность
гидравлического удара по последней, а также сложность их конструкций.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату выбран кран по Авторскому свидетельству СССР №327354, М. кл. F16К 5/06, 1970 г., опубл. Бюл. №5, 1972 г. [17].
Кран, выбранный в качестве прототипа, содержит корпус, входной и выходной патрубки, запорный орган (шаровую пробку), уплотняющие кольца (седла) и, соединенный с полостью корпуса, дренажный клапан, в котором запорный элемент взаимодействует с двумя, разнесенными в осевом направлении с гарантированным зазором, плунжерами (поршнями), подплунжерное пространство каждого из которых соединено трубопроводами с полостями входного и выходного патрубков. Кроме того, в корпусе дренажного клапана имеются дренажные отверстия, сообщающиеся с атмосферой или с отводными трубками.
Работа с краном - прототипом осуществляется следующим образом.
При наличии давления на входе в кран (в полости входного патрубка) рабочая среда воздействует на один из плунжеров (в данном случае - на нижний) и через второй плунжер (верхний) прижимает запорный элемент дренажного клапана к уплотняющему кольцу центральной полости крана. Дренажная система закрыта.
При подаче рабочей среды с противоположной стороны крана (полость выходного патрубка) давление воздействует как на верхний, так и на нижний плунжеры. При этом верхний плунжер, соединенный с полостью выходного патрубка, воздействует на запорный элемент дренажного клапана, а нижний плунжер, соединенный с полостью входного патрубка, отжимается вниз и выходит из механического контакта с упомянутым верхним плунжером.
При подаче рабочей среды с обеих сторон в полости входного и выходного патрубков или при полностью открытом кране нижний плунжер уравновешен, а верхний - воздействует на запорный элемент дренажного клапана и закрывает дренажный канал.
Таким образом, при любой подаче давления рабочей среды в кран, его полость (полость затвора) закрывается запорным элементом дренажного клапана при воздействии на него только одним плунжером.
При отсутствии давления с обеих сторон запорного органа (полости входного и выходного патрубков), запорный элемент дренажного клапана не перекрывает дренажный канал и рабочая среда может свободно выходить из полости крана (полость затвора) в атмосферу через дренажные отверстия упомянутого клапана.
Недостатками крана - прототипа являются сложность конструкции, обусловленная наличием чрезвычайно сложного дренажного клапана, состоящего из корпуса, двух подвижных плунжеров, запорного элемента и системы трубопроводов, кроме того запорный элемент дренажного клапана не используется для перекрытия основного (рабочего) канала крана (дублирование перекрытия), что снижает надежность работы крана в целом.
Целью полезной модели является упрощение конструкции и повышение надежности работы.
Указанная цель достигается тем, что в кране, содержащим корпус с входным и выходным штуцерами (патрубками), канал подачи давления, пробку (запорный орган) перекрытия последнего, манометр и дренажный клапан, последний выполнен в виде дополнительного (дренажного) канала, сообщающегося с основным (рабочим) каналом и дополнительной (дренажной) пробки, установленной за основной пробкой и перекрывающей одновременно основной (рабочий) и дополнительный (дренажный) каналы.
Раскрытие полезной модели
При проведении испытаний на герметичность различных деталей и узлов (теплообменники, трубопроводы и т.п., далее - испытываемые образцы) внутренним гидростатическим давлением необходимо:
- собрать гидравлическую схему, а именно подключить последовательно источник гидравлического давления (в данном случае - гидронасос), кран высокого давления и испытываемый образец, при помощи трубопроводов с накидными гайками и ниппелями;
- закачать рабочую жидкость (тосол, вода, масло и т.п.) давлением 0,29-0,39 МПа (3-4 кгс/см 2) во внутреннюю полость испытываемого образца до полного вытеснения воздуха из рабочего объема (до исчезновения кавитационных пузырьков);
- при указанном давлении заглушить выходное отверстие испытываемого образца;
- создать испытательное давление 2,9-3,9 МПа (30-40 кгс/см2) в рабочем объеме испытываемого образца при помощи гидронасоса, перекрыть поток жидкости, и выдержать образец под этим давлением установленное время - 1,0-2,0 часа;
- визуально контролировать отсутствие протечек или падение давления в замкнутом рабочем объеме образца по манометру;
- сбросить испытательное давление;
- произвести повторную закачку жидкости и создать повышенное, по отношению к испытательному, давление 5,85-6,8 МПа (60-70 кгс/см 2), имитирующее аварийную ситуацию работы образца и выдержать его под этим давлением 20-30 минут;
- также, визуально контролировать отсутствие протечек или падение давления по манометру;
- сбросить повышенное давление;
Испытываемый образец считать выдержавшим испытания, если не было влаги (протечек) на поверхности образца или не было падения давления на манометре.
Однако, источник давления обладает инерцией и невозможно точно установить необходимое давление, поэтому нагнетание производится с некоторым «запасом», а затем дренажной пробкой производится точная регулировка (±5%) при закрытой основной пробке, исключающая гидравлический удар по системе нагнетания (в данном случае - по гидронасосу или по его запорному клапану). Кроме того, сброс испытательного и повышенного давлений через заглушку испытываемого образца неудобен и не всегда возможен из-за конструктивных особенностей и правил техники безопасности, и поэтому сброс давлений также должен производиться не через основной (рабочий) канал нагнетания давления, а через дополнительный (дренажный) канал (с обходом основного) в атмосферу для предотвращения выхода из строя источника давления.
Таким образом, кран высокого давления для проведения испытаний различных изделий на герметичность внутренним гидростатическим давлением должен иметь возможность подключения к источнику давления и испытываемому образцу и перекрытия нагнетенного в образец давления на установленное время, а также иметь дополнительный дренажный канал с дренажной пробкой для точной регулировки и сброса давления после испытаний. Кроме того, конструкция должна быть простой и технологичной в изготовлении, а также дополнительная дренажная пробка должна перекрывать кроме дренажного канала и основной (рабочий) канал (дублирование перекрытия) для повышения надежности работы крана в целом.
При осуществлении полезной модели может быть получен положительный эффект, заключающийся в упрощении конструкции путем замены сложного дренажного клапана простой дренажной пробкой, а также в повышении надежности работы крана дублированием перекрытия основного (рабочего)
канала дополнительной (дренажной) пробкой, установленной за основной пробкой и перекрывающей одновременно основной (рабочий) и дополнительный (дренажный) каналы.
Краткое описание чертежей
На чертеже изображен кран высокого давления, продольный разрез, штрих - пунктирными линиями показан испытываемый образец, стрелками - движение рабочей жидкости.
Кран высокого давления содержит корпус 1, входной и выходной штуцеры 2 и 3, канал подачи давления 4, пробку 5 перекрытия последнего, манометр 6 и дренажный клапан в виде дополнительного (дренажного) канала 7 и дополнительной (дренажной) пробки 8, установленной за основной пробкой 5 и перекрывающей основной и дополнительный каналы 4 и 7;
Работа с краном осуществляется следующим образом. Для проведения испытаний на герметичность испытываемого образца (на чертеже не обозначен) внутренним гидростатическим давлением производят следующее:
- собирают гидравлическую схему, а именно подключают последовательно источник гидравлического давления (на чертеже не показан) к входному штуцеру 2 крана, а к его выходному штуцеру 3 - испытываемый образец, при помощи трубопроводов с накидными гайками и ниппелями (на чертеже не показаны);
- открывают основной (рабочий) канал 4, частичным перемещением основной и дополнительной пробок 5 и 8, при этом исключается выход рабочей жидкости в атмосферу, а остается открытой только линия «источник давления - основной (рабочий) канал - испытываемый образец»;
- закачивают рабочую жидкость обычным магистральным давлением во внутреннюю полость испытываемого
образца до полного вытеснения воздуха из рабочего объема;
- заглушают выходное отверстие испытываемого образца технологической заглушкой (на чертеже не показана);
- создают испытательное давление с некоторым «запасом» в кране и соответственно в испытываемом образце при помощи источника давления;
- закрывают основную пробку 5, и производят точную регулировку давления дополнительной пробкой 8, контроль давления производят по манометру 6;
- закрывают дополнительную пробку 8;
- выдерживают испытываемый образец под испытательным давлением установленное время;
- визуально контролируют отсутствие протечек или падение давления в замкнутом рабочем объеме испытываемого образца по манометру 6;
- открывают пробку 8 и сбрасывают испытательное давление в атмосферу, при этом основная пробка 5 остается закрытой;
- производят повторную закачку рабочей жидкости и создают повышенное, по отношению к испытательному, давление, имитирующее аварийную ситуацию работы образца;
- выдерживают испытываемый образец под повышенном давлением установленное время;
- визуально контролируют отсутствие протечек или падение давления по манометру 6;
- открывают пробку 8 и сбрасывают повышенное давление в атмосферу, при этом пробка 5 остается закрытой;
- разбирают гидравлическую схему и удаляют рабочую жидкость из системы;
Испытываемый образец считают выдержавшим испытания, если не было влаги (протечек) на поверхности образца или не было падения давления на манометре 6.
Осуществление полезной модели
Разработана конструкция крана высокого давления.
Кран состоит из корпуса 1, входного и выходного штуцеров 2 и 3, канала подачи давления 4, пробки 5 для перекрытия последнего, манометра 6 и дренажного клапана.
Корпус 1 представляет собой стальной параллелепипед с размерами 100×40×76 мм, внутри которого выполнен основной канал 4 диаметром 6 мм с горизонтальными и вертикальными участками, сообщающимися между собой. Причем горизонтальные участки имеют входное и выходное отверстия с конической дюймовой резьбой по ГОСТ 6111-52 К3/8" (входной) и К1/4" (выходной) для установки входного и выходного штуцеров 2 и 3, а вертикальные - выходные отверстия с резьбой по ГОСТ 9150-59 Ml 2×1,25 - для установки пробки 5 и М20×1,5 - для манометра 6. Кроме того, имеется дополнительный (дренажный) канал 7 диаметром 6 мм, сообщающийся с каналом 4 и атмосферой, и выходным отверстием с цилиндрической частью диаметром 14 мм и резьбовой - М12×1,25 - для установки пробки 8.
Входной штуцер 2 представляет собой стальной стержень диаметром 38 и длиной 50 мм с отверстием диаметром 8 мм, с одной стороны которого имеется наружная резьба М27×1,5 для подключения источника гидравлического давления (в данном случае - гидронасос, на чертеже не показан), а с другой - коническая дюймовая резьба К3/8" - для установки во входное отверстие корпуса 1.
Выходной штуцер 3 представляет собой стальной стержень диаметром 22 и длиной 50 мм с отверстием диаметром 6 мм, с одной стороны которого имеется наружная резьба М12×1,25 для подключения испытываемого образца (на чертеже не обозначен), а с другой - коническая дюймовая резьба К 1/4" - для установки в выходное отверстие корпуса 1.
Пробка 5 представляет собой стальной стержень длиной 60 мм, включающий в себя шестигранную головку S17 толщиной 10 мм, цилиндрическую часть диаметром 14 мм длиной 20 мм с канавкой размером 3×2,2 мм под уплотнение, резьбовую часть M12×1,25 длиной 20 мм и коническую часть с уклоном 6° длиной 10 мм - для запирания канала подачи давления 4. В качестве уплотнения применено кольцо 2 - 9,6-2,4-3012 ОСТ В 38.0529-86 (на чертеже не обозначено).
Манометр 6 представляет собой покупное изделие МТП-160 ГОСТ 2405 - 72, расчитаное на максимальное гидравлическое давление 15,6 МПа (160 кгс/см) с ценой деления -0,2 МПа (2 кгс/см 2) и установочным хвостовиком с резьбой М20×1,5.
Дренажный клапан, в свою очередь, представляет собой дополнительный (дренажный) канал 7 диаметром 6 мм (см. описание корпуса 1) и дополнительную (дренажную) пробку 8, аналогичную пробке 5, и предназначенную для одновременного запирания основного и дополнительного каналов 4 и 7.
Работа с краном высокого давления описана в разделах «Раскрытие полезной модели» и «Краткое описание чертежей».
Кран высокого давления, содержащий корпус с входным и выходным штуцерами, канал подачи давления, пробку перекрытия последнего, манометр и дренажный клапан, сообщающийся с атмосферой, отличающийся тем, что упомянутый дренажный клапан выполнен в виде дополнительного канала, сообщающегося с основным каналом и дополнительной пробки, установленной за основной пробкой и перекрывающей основной и дополнительный каналы.
