шаровой кран с полным открытием и способ его изготовления

Формула изобретения

1. Шаровой кран с полным открытием между двух труб, концы которых уплотнены с шаром крана, открывающим и закрывающим кран и поворачивающимся вокруг его оси, причем шар крана и концы труб окружены корпусом, выполненным рукавообразным и прикрепленным своими концами к сторонам труб так, что он является элементом, скрепляющим детали крана, отличающийся тем, что на концах труб по их окружности сформирована ступенчатая выступающая часть, содержащая кольцевое уплотнение, а корпус сформирован с сужением по конусу к своим концам и присоединен к сторонам труб так, что шар крана и ступенчатые концы труб с их уплотнениями размещены внутри пространства, образованного корпусом.

2. Кран по п.1, отличающийся тем, что выступающая часть конца трубы образована изгибом гильзы трубы, а кольцевое уплотнение установлено в полости для уплотнения в гильзе.

3. Кран по п.1, отличающийся тем, что кольцевое уплотнение прикреплено выступающим образом к наружной поверхности гильзы трубы.

4. Кран по п.3, отличающийся тем, что он снабжен несущим кольцом, окружающим кольцевое уплотнение так, что последнее размещено в полости для уплотнения, образованной гильзой трубы и несущим кольцом.

5. Кран по п.3 или 4, отличающийся тем, что на наружной поверхности гильзы трубы сформирован выступ, на который опирается противоположная относительно концов труб сторона уплотнения или его несущего кольца.

6. Способ изготовления шарового крана с полным открытием между двух труб, выполненного с уплотнениями между концами труб и шаром крана, открывающим и закрывающим кран и поворачивающимся вокруг его оси, причем вокруг шара крана и концов труб устанавливают рукавообразный корпус, концы которого прикрепляют к сторонам вставленных в корпус труб в качестве элемента, скрепляющего детали крана, отличающийся тем, что перед прикреплением концов рукавообразного корпуса к сторонам труб проводят стадию формирования на обоих концах труб по их окружности по существу ступенчатой выступающей части для последующего размещения в ней кольцевого уплотнения, стадии примыкания концов труб и уплотнений к противоположным сторонам шара крана, а также стадию сужения концов рукавообразного корпуса давлением для того, чтобы их внутренний диаметр соответствовал наружному диаметру труб.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что концы обеих труб расширяют путем образования ступенчатого выступа, в полости для уплотнения, сформированной внутри выступа, размещают кольцевое уплотнение, расширенные концы труб с их уплотнениями примыкают к шару крана, а концы рукавообразного корпуса затем прикрепляют к сторонам труб, вставленных в корпус.

8. Способ по п.6, отличающийся тем, что кольцевое уплотнение прикрепляют к наружной поверхности корпуса труб на концах обеих труб так, что уплотнение по существу выступает ступеньками из поверхности гильзы, концы труб с их уплотнениями примыкают к шару крана, а концы рукавообразного корпуса прижимают к сторонам труб, вставленных в корпус.

9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что уплотнение окружают на обоих концах труб наружным несущим кольцом.

10. Способ по п.6, отличающийся тем, что кольцевые уплотнения примыкают к противоположным концам шара крана перед стадией сужения концов рукавообразного корпуса, после которой трубы со сформированной на их концах ступенчатой выступающей частью вставляют в корпус через его противоположные концы с последующим примыканием концов труб к противоположным концам шара крана.

11. Способ по одному из пп.6 - 10, отличающийся тем, что сжатие корпуса производят посредством матриц, воздействующих на корпус по его окружности и перемещаемых в продольном относительно труб направлении.

12. Способ по одному из пп.6 - 11, отличающийся тем, что прикрепление концов корпуса к сторонам труб выполняют сваркой.

Приоритет по пунктам:

17.08.94 - по пп. 1, 2, 6, 7, 11, 12;

03.02.95 - по пп.3 - 5, 8 - 10.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу производства шарового крана с полным открытием, расположенного между двух труб и выполненного с уплотнениями между концами труб и шаром, открывающим и закрывающим кран и поворачивающимся вокруг его оси, причем корпус, выполненный в виде рукава и окружающий шар крана, прикреплен своими концами к поверхности труб в качестве элемента, удерживающего кран. Кроме того, изобретение относится к шаровому крану с полным открытием, получаемому по указанному способу.

Под полным открытием шарового крана понимается, что размеры отверстия в шаре для потока по существу соответствуют поперечным сечениям труб, причем кран существенно не будет сужать канал для потока, образованный трубами. Кран работает путем поворачивания шара посредством вала в плоскости, параллельной осям труб, и вокруг его вертикальной оси, так что кран находится в открытом состоянии в то время, как отверстия для потока в шаре обращены к трубам, и находится в закрытом состоянии, когда к трубам направлены закрытые части шара.

Кроме шаровых кранов с полным открытием, на рынке присутствуют шаровые краны с уменьшенным открытием, в которых отверстия в шаре для потока меньше, чем диаметр образованного трубами канала для потока. В некоторых конструкциях кранов такого типа нет даже отдельного корпуса вокруг концов труб и шара, а корпус представляет собой единое целое с частями труб, образованными каналом для потока в кране. Эти хорошо известные решения описаны, например, в заявке Финляндии N 71609 и в патенте США N 4545564.

В соответствии с существующей технологией изготовление шарового крана с полным открытием осуществляется так, что с целью создания полости для размещения уплотнения между трубами и шаром в концевых частях труб, внутренний диаметр которых соответствует диаметрам каналов для потока, на токарном станке производятся внутренние расточки. Корпус вокруг шара и концы труб прикрепляются сваркой к сторонам труб так, что полости для уплотнения остаются внутри пространства, ограниченного корпусом. Пример такого известного решения представлен, среди прочих, в патентной заявке Финляндии N 3532/72. Это конструктивное решение требует, чтобы корпус труб был достаточно толстым для формирования полости для уплотнения внутри него. На практике процесс изготовления проходил так, что корпус у концов труб крана был толще, чем в других частях трубы, что, однако, утяжеляло конструкцию и приводило к высокой стоимости изготовления. Кроме того, в связи со сваркой корпуса на шаре и трубах существовала опасность проникновения брызг от сварки внутрь корпуса, где они могли повредить движению шара, которое является основой работы крана.

Объектом настоящего изобретения является решение, в котором устранены указанные недостатки известных шаровых кранов с полным открытием. Способ изготовления крана в соответствии с изобретением отличается тем, что на обоих концах труб формируется по существу ступенчатая выступающая часть, содержащая кольцевое уплотнение, что концы труб и уплотнения прилегают к шару на его противоположных сторонах, что концы корпуса, имеющие форму рукава, уменьшаются давлением, приложенным к ним, для того, чтобы их внутренние диаметры совпадали с наружными диаметрами труб, и что, наконец, концы корпуса присоединены к сторонам труб, вставленных в корпуса.

Решение в соответствии с изобретением делает конструкцию крана легче и экономит материал сравнительно с известными шаровыми кранами с полным открытием. Также уменьшается необходимость в формировании и обработке концов труб. Когда места фиксации корпуса крана расположены, если смотреть из шара, за ступенчатыми расширениями головок труб, то укорачиваются сварные швы вокруг труб, прикрепляющие корпус, причем ступенчатые расширения концов труб служат преградой для брызг, что затрудняет проникновение брызг от сварки внутрь пространства, ограниченного корпусом.

Один из вариантов выполнения изобретения характеризуется тем, что оба конца труб расширены путем формирования ступенчатого выступа на стенке трубы для образования полости для уплотнения, в которой размещено кольцевое уплотнение таким образом, что расширенные концы труб с их уплотнениями прилегают к шару крана и что затем концы корпуса в форме рукава прижимаются к сторонам труб, вставленных в корпус. Порядок сборки крана отличается от ранее известного тем, что концы труб, растянутые для формирования полостей для уплотнения, и уплотнения, помещенные в них, сначала прикрепляются к шару крана, и только после этого корпус может быть согнут вокруг шара крана и полостей для уплотнения для того, чтобы приварить их концы к сторонам труб. Расширенные части труб являются препятствием для проведения предыдущего процесса, в котором корпус в виде рукава мог быть заранее спрессован на концах так, чтобы они приблизительно совпадали с наружными диаметрами труб стандартного размера. В соответствии с изобретением кольцевое уплотнение может также находиться снаружи конца трубы так, что оно образует ступенчатый выступ на поверхности гильзы трубы. Таким образом, существуют два альтернативных способа сборки крана, в особенности отличающиеся один от другого порядком сборки компонентов конструкции крана. Возможно действовать в следующем порядке: кольцевое уплотнение фиксируется на внешней поверхности гильз обеих труб, концы труб с их уплотнениями приводятся в соприкосновение с шаром крана, концы корпуса, выполненного в форме рукава и окружающего шар крана и концы труб, затем прижимаются к боковым сторонам труб и, наконец, прикрепляются к ним. Альтернативный порядок: кольцевые уплотнения прилегают к шару крана, концы корпуса, выполненного в форме рукава, сдавливаются до приведения их внутренних диаметров в соответствие с наружными диаметрами труб, трубы затем вставляются в корпус через противоположные концы корпуса, концы труб проводятся внутри кольцевых уплотнений до соприкосновения с шаром крана и, наконец, концы корпуса прикрепляются к сторонам труб. В последней упомянутой альтернативе перед тем, как трубы будут установлены на их места, уплотнения могут быть удержаны в соприкосновении с шаром крана съемными фиксирующими средствами, направляемыми через отверстие для потока в шаре.

В соответствии с изобретением сжимание корпуса, выполненного в форме рукава, с целью уменьшения диаметра его концов может быть осуществлено с помощью матриц, движущихся в продольном направлении трубы и воздействующих на корпус по его окружности. Матрицы, направляемые навстречу друг другу с противоположных сторон крана, могут столкнуться одна с другой в конце процесса прессования в месте, где вращается вал в середине крана.

Шаровой кран с полным открытием в соответствии с изобретением размещен между двух труб, концы которых уплотнены с шаром крана, вращающимся вокруг его оси и открывающим и закрывающим кран, причем шар крана и концы труб окружены корпусом, выполненным в форме рукава и прикрепленным его концами к боковым поверхностям труб так, что он работает как элемент, скрепляющий детали крана друг с другом, и отличается тем, что образован ступенчатый выступ по окружности концов обеих труб, содержащий кольцевое уплотнение, а корпус, сужающийся к концам, прикреплен к сторонам труб так, что шар крана и выступающие концы труб с уплотнениями находятся внутри пространства, определяемого корпусом.

В кране выступ на конце трубы может быть выполнен путем изгибания гильзы трубы, причем кольцевое уплотнение размещено в полости для уплотнения в гильзе или как альтернатива кольцевое уплотнение может быть размещено выступающим образом на наружной поверхности гильзы трубы. В последнем случае внутренние поверхности труб без всякого уплотнения могут быть гладкими, их сопротивление потоку становится меньше, и они не имеют щелей между уплотнениями и выступами или ступеньками, которые очень легко загрязняются и которые трудно чистить.

Наружное уплотнение гильзы трубы может быть расположено в полости для уплотнения, образованной несущим кольцом вокруг уплотнения. Несущее кольцо формируется так, что полость для уплотнения образует ступенчатое расширение, выступающее на наружной поверхности трубы. Результатом такого решения является то, что при уменьшении температуры уплотнение сильнее сжимается между несущим кольцом и трубой, так что уменьшается риск протекания крана. Наружная поверхность гильзы трубы также может быть снабжена выступом, поддерживающим уплотнение или его несущее кольцо со стороны, противоположной концу трубы, удерживая таким образом уплотнение на месте.

Далее изобретение описано в деталях на примерах и со ссылками на приложенные чертежи:

на фиг. 1 показан шаровой кран с полным открытием между двух труб в соответствии с изобретением;

на фиг. 2 - 4 показаны различные стадии изготовления крана, показанного на фиг. 1;

на фиг. 5 и 6 показан альтернативный процесс изготовления крана, показанного на фиг. 1;

на фиг. 7 показан вариант крана с полным открытием в соответствии с изобретением.

На фиг. 1 показан шаровой кран 3 между двумя трубами 1, 2 с круговым поперечным сечением, содержащий шар 5 крана, соединенный с валом 4, перпендикулярным по отношению к трубам, и корпус 8 в форме рукава вокруг шара крана и концов 6, 7 труб. Шар 5 крана выполнен пустотелым и снабжен круглыми отверстиями 9, 10 для потока, диаметры которых приблизительно равны внутренним диаметрам труб 1, 2, что приводит к приблизительному совпадению отверстия для потока в кране с поперечным сечением потока в трубах. Оба конца 6, 7 труб окружены кольцевым уплотнением 11 с наружными поверхностями гильз труб, размещенным в полости для уплотнения, образующей ступенчатый выступ на наружной поверхности гильзы трубы, определяемый несущим кольцом 12 с L-образным поперечным сечением, и уплотняющим промежуток между концом трубы и отверстием для потока в шаре 5 крана. Несущее кольцо 12 поддерживается кольцевыми пружинами 13, которые, в свою очередь, поддерживаются выступами 14, полученными в результате обработки наружных поверхностей труб, фиксирующих уплотнения и несущие кольца. Корпус 8 вокруг шара 5 крана и концов 6, 7 труб образован его обжимом до конической формы его концов 15 и прикреплен к сторонам труб 1, 2 сварным швом по их окружности так, что концы 6, 7 труб с их полостями для уплотнения полностью удерживаются в пространстве 16, определяемом корпусом.

На фиг. 1 показан открытый кран 3, где отверстия 9, 10 для потока направлены к концам труб 1, 2 для обеспечения потока жидкости через кран. Кран закрывается путем поворота на 90^o вала 4 шара 5 крана вокруг его оси 17 так, что отверстия 9, 10 для потока поворачиваются в сторону и закрытые части шара поворачиваются к уплотненным концам 6, 7 труб.

Поэтапная сборка шарового крана 3 в соответствии с фиг. 1 показана на фиг. 2 - 4. Шар 5 крана и вал 4 фиксируются в трубообразной заготовке 18 корпуса стандартного диаметра, из которой будет сформирован корпус 8 крана. Трубы 1, 2, снабженные перед этим кольцевыми уплотнениями 11, несущими кольцами 12 и пружинами, присоединяются к шару 5 крана и, будучи при этом вставлены по стрелкам, показанным на фиг. 2, в заготовку корпуса 18, уплотняются с отверстиями для потока в шаре крана в соответствии с фиг. 3. Затем применяют формование заготовки 18 для изготовления из нее корпуса вокруг шара 5 крана и концов труб 6, 7, используя для этого матрицы 19, 20, показанные на фиг. 3 и 4. Матрицы 19, 20 вокруг труб 1, 2 направляются с противоположных сторон крана одна к другой в продольном относительно труб направлении, причем внутренние поверхности матриц, выполненные в форме усеченного конуса, сдавливают заготовку корпуса 18 до придания ей соответствующей формы, причем концы матриц прижимаются к сторонам труб 1, 2. Последний этап процесса сдавливания показан на фиг. 4, где матрицы 19, 20 прижаты друг к другу у оси 17 шара крана и оси вала 4. После удаления матриц 19, 20 корпус 8, который был сформирован сдавливанием из заготовки 18 и сужен к концам 15, приваривается к сторонам труб 1, 2, что создает шаровой кран между трубами 1, 2 в соответствии с фиг. 1.

На фиг. 5 и 6 показан альтернативный процесс сборки шарового крана 3 в соответствии с фиг. 1. В этом случае кольцевые уплотнения 11, несущие кольца 12 и кольцевые пружины 13 фиксируются посредством съемных, направляемых через шар 5 фиксаторов 21, имеющих ленточную конструкцию и расположенных по окружности отверстий 9, 10 для потока, как показано на фиг. 5. Затем формование заготовки 18 корпуса проводится в соответствии с фиг. 5 для изготовления корпуса вокруг шара 5 крана и концов труб с использованием матриц 19, 20, перемещаемых друг к другу. Давление, прилагаемое к заготовке корпуса со стороны матриц 19, 20, приводит внутренние диаметры концов 15 в соответствие с наружными диаметрами труб, которые необходимо присоединить к шару 5 крана. Отформованный корпус 8, изготовленный из заготовки и имеющий сжатую, коническую форму на концах, показан на фиг. 6. После этого трубы 1 и 2, которые необходимо присоединить к шару 5 крана, вводятся в корпус через противоположные концы 15, и концы 6, 7 труб устанавливаются в кольцевых уплотнениях 11 так, что они располагаются против отверстий для потока в шаре крана. Наконец, концы 15 корпуса привариваются к сторонам труб 1 и 2.

Шаровой кран 3 с полным открытием между двух труб 1 и 2 с круговым поперечным сечением, показанный на фиг. 7, аналогичен показанному на фиг. 1 в том, что касается вала 4, шара 5 крана и корпуса 8. В сравнении с фиг. 1 отличие состоит в том, что во время отливки или последующего растяжения труб формуются ступенчатые расширения 22, 23 на концах труб 1, 2, чем обеспечивается наличие уплотняющих полостей для размещения кольцевых уплотнений 11 между трубами и шаром 5 крана. Толщина материала гильзы трубы в расширениях 22, 23 такая же, как в других частях труб 1, 2, или немного меньше из-за растяжения, приложенного к гильзе в связи с формованием расширений.

Работа и поэтапная сборка шарового крана 3 в соответствии с фиг. 7 аналогичны показанным на фиг. 1 - 4.

Для специалистов очевидно, что различные формы изобретения не ограничены предыдущими примерами, а могут варьировать в границах приложенной формулы.