Шаровой кран
Изобретение относится к области запорной арматуры и предназначено для использования в составе магистральных трубопроводов для управления потоками рабочей среды. Шаровой кран содержит корпус с проходным каналом, размещенными в нем уплотнениями и запорным элементом. Запорный элемент выполнен в виде полой сферы с проходными отверстиями и дополнительным отверстием. В проходных отверстиях соосно проходному каналу установлен полый цилиндр. Ось дополнительного отверстия перпендикулярна оси полого цилиндра. Шпиндель выполнен в виде цилиндрического стержня с соединительным элементом. На наружной поверхности полого цилиндра выполнен кольцевой бурт или кольцевой паз. Упомянутый бурт или упомянутый паз взаимодействуют с соединительным элементом шпинделя. Диаметр стержня последнего составляет 0,8-0,95 от диаметра дополнительного отверстия полой сферы. Изобретение направлено на повышение надежности и долговечности работы шарового крана при упрощении его конструкции. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к запорной арматуре и может быть использовано в составе магистральных трубопроводов для управления потоками рабочей среды.Известно запорное устройство, содержащее запорный орган, выполненный в форме шарового пояса, размещенного в корпусе с возможностью вращения своей сферической поверхностью в вертикальной плоскости относительно оси оснований и снабженного в плоскости вращения под углом 90 к основаниям двумя диаметрально противоположными параллельными сечениями, жестко соединенными с полым цилиндром, выполненную в корпусе внутреннюю кольцевую выемку, имеющую в сечении трапецеидальную форму, расположенную под углом 45 к горизонтали и образующую вместе со сферической поверхностью запорного органа кольцевую полость, в которой размещена кольцевая эластичная камера с патрубками подачи и слива рабочей жидкости (см. МПК F 16 К 5/06, патент Российской Федерации №2022189, опубл. 15.10.94 г.).Существенными недостатками известного устройства являются:- низкая надежность работы, обусловленная возникновением больших по величине удельных нагрузок в зоне контакта шпинделя и запорного органа, выполненного в форме шарового пояса;- низкая долговечность работы, обусловленная большим износом уплотнений запорного устройства;- сложная конструкция, обусловленная наличием кольцевой полости и эластичной камеры с патрубками подачи и слива рабочей жидкости.Известен шаровой кран, содержащий корпус, внутри которого расположены патрубки с проходными отверстиями и размещенными в нем уплотнениями и запорным элементом, выполненным в виде полой сферы, соединенной со шпинделем (см. Проспект “Стальные шаровые краны НАВАЛ”, Финского производства, стр.10).Существенным недостатком известного устройства является низкая надежность работы, обусловленная возникновением больших по величине удельных нагрузок в зоне контакта шпинделя и полой сферы, приводящих к смятию контактирующих участков, особенно с увеличением потребного для вращения шпинделя крутящего момента.Наиболее близким к заявляемому изобретению является шаровой кран, содержащий корпус с проходным каналом и размещенными в нем уплотнениями и запорным элементом, выполненным в виде полой сферы с проходными отверстиями, в которых соосно проходному каналу установлен полый цилиндр, и с дополнительным отверстием, ось которого перпендикулярна оси полого цилиндра, шпиндель в виде цилиндрического стержня с соединительным элементом на торце (см. МПК F 16 К 5/06, патент Российской Федерации №2156906, опубл. 27.09.2000 г.)Существенными недостатками известного устройства являются:- низкая надежность работы шарового крана, обусловленная возникновением значительных по величине удельных нагрузок в зоне контакта шпинделя и полой сферы, приводящих к смятию контактирующих участков, особенно с увеличением потребного для вращения шпинделя крутящего момента, который в свою очередь возрастает при увеличении давления рабочей среды;Для исключения смятия материалов в указанной зоне повышают твердость материалов путем соответствующей термообработки или используют более высокопрочные материалы, что приводит к увеличению трудоемкости и себестоимости изготовления;- низкая долговечность работы, обусловленная большим износом уплотнений шарового крана, происходящим при увеличении потребного для вращения полой сферы крутящего момента, который вызывает деформацию сферы в упругой зоне, искажая ее сферическую форму;- сложность конструкции, обусловленная наличием жесткой связи полого цилиндра с корпусом посредством крепежного элемента и заполнением внутренней полости сферы упругодеформированным материалом.Задачей изобретения является создание шарового крана, обладающего высокой надежностью и долговечностью работы при упрощении конструкции.Задача достигается тем, что шаровой кран, содержащий корпус с проходным каналом, размещенными в нем уплотнениями и запорным элементом, выполненным в виде полой сферы с проходными отверстиями, в которых соосно проходному каналу установлен полый цилиндр, и с дополнительным отверстием, ось которого перпендикулярна оси полого цилиндра, шпиндель в виде цилиндрического стержня с соединительным элементом, согласно изобретению на наружной поверхности полого цилиндра выполнен кольцевой бурт или кольцевой паз, взаимодействующий с соединительным элементом шпинделя, а диаметр стержня последнего составляет 0,8-0,95 от диаметра дополнительного отверстия сферы, при этом соединительный элемент выполнен в виде прямоугольной шпонки или прямоугольного шпоночного паза.Заявляемое изобретение имеет отличия от прототипа в существенных признаках:- на наружной поверхности полого цилиндра выполнен кольцевой бурт или кольцевой паз;- кольцевой бурт или кольцевой паз взаимодействует с соединительным элементом шпинделя;- диаметр цилиндрического стержня шпинделя составляет 0,8-0,95 от диаметра дополнительного отверстия сферы;- соединительный элемент шпинделя выполнен в виде прямоугольной шпонки или прямоугольного шпоночного паза.Следовательно, предложенное решение соответствует критерию “новизна”.Выполнение на наружной поверхности полого цилиндра кольцевого бурта или кольцевого паза позволит обеспечить передачу крутящего момента от шпинделя, расположенного в дополнительном отверстии сферы запорного элемента, за счет образованных соединений: прямоугольная шпонка шпинделя - кольцевой паз полого цилиндра или прямоугольный паз шпинделя - кольцевой бурт полого цилиндра на полый цилиндр, и далее, используя поверхность контакта полого цилиндра с полой сферой, на последнюю, при этом усилие воздействия крутящего момента на сферу значительно уменьшается за счет уменьшения удельной нагрузки, что обеспечивает сохранение формы ее наружной поверхности. В этом случае отсутствует зона контакта шпинделя и полой сферы, а возникающее плечо (расстояние от точки приложения силы на шпинделе до поверхности контакта полого цилиндра и сферы) позволяет увеличить крутящий момент, необходимый для поворота запорного элемента, при уменьшении усилия, воздействующего на сферу, сохранить ее форму и размеры, уменьшить износ уплотнений, что приведет к повышению надежности и долговечности работы шарового крана.Выполнение диаметра цилиндрического стержня шпинделя при значении, меньшем 0,8 диаметра дополнительного отверстия сферы, приведет к уменьшению жесткости шпинделя, а при значении, большем 0,95, - к уменьшению диапазона смещения запорного органа при его самоустановке между уплотнениями корпуса, что приведет к снижению надежности и долговечности работы шарового крана.В предложенном решении все отличительные признаки взаимосвязаны и в сочетании с другими признаками позволяют получить новый технический результат: повысит надежность и долговечность работы шарового крана, упростить его конструкцию.Следовательно, предложенное решение соответствует критерию “изобретательский уровень”.Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид устройства в разрезе и соединение шпинделя с полым цилиндром через паз шпинделя - бурт цилиндра; на фиг.2 - соединение шпинделя с полым цилиндром через бурт шпинделя - паз цилиндра.Шаровой кран содержит корпус 1 с проходным каналом, размещенные в нем уплотнения 2 и запорный элемент, выполненный в виде полой сферы 3 с проходными отверстиями, а также установленным соосно проходному каналу полым цилиндром 4, шпиндель 5 в виде цилиндрического стержня с соединительным элементом 6 на торце, выполненным в виде прямоугольного шпоночного паза (фиг.1 и 3), прямоугольной шпонки (фиг.2 и 4). В полой сфере 3 выполнено дополнительное отверстие 7 с осью, перпендикулярной оси полого цилиндра 4, на наружной поверхности которого выполнен кольцевой бурт 8 или паз 9, взаимодействующий с соединительным элементом 6, выполненным в виде шпоночного паза (фиг.1) или прямоугольной шпонки (фиг.2).Шаровой кран работает следующим образом. В положении “закрыт” полая сфера 3 перекрывает проходной канал корпуса 1. При переводе крана в открытое состояние поворотом запорного элемента на 90 посредством привода 13 ее проходное отверстие совмещают с проходным каналом корпуса и полый цилиндр 4 открывает путь среде через кран.Применение изобретения позволит повысить надежность, долговечность работы, упростить конструкцию и улучшит ремонтоспособность шарового крана.Формула изобретения
1. Шаровой кран, содержащий корпус с проходным каналом, размещенными в нем уплотнениями и запорным элементом, выполненным в виде полой сферы с проходными отверстиями, в которых соосно проходному каналу установлен полый цилиндр, и с дополнительным отверстием, ось которого перпендикулярна оси полого цилиндра, шпиндель в виде цилиндрического стержня с соединительным элементом, отличающийся тем, что на наружной поверхности полого цилиндра выполнен кольцевой бурт или кольцевой паз, взаимодействующий с соединительным элементом шпинделя, а диаметр стержня последнего составляет 0,8-0,95 от диаметра дополнительного отверстия сферы.2. Шаровой кран по п.1, отличающийся тем, что соединительный элемент выполнен в виде прямоугольной шпонки или прямоугольного шпоночного паза.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4