кран шаровой трехходовой

Формула изобретения

Кран шаровой трехходовой, содержащий корпус с центральным каналом, установленным в нем поворотным штоком, расположенным в пазу шарового затвора с возможностью взаимодействия с шаровым затвором, снабженным проходными отверстиями, расположенными перпендикулярно к оси поворота, и опирающимся на уплотнительные седла, размещенные в корпусе и резьбовых втулках, поджимаемых к затвору, отличающийся тем, что уплотнительные седла в корпусе выполнены в виде единого углового элемента с рабочей частью меньшей, чем рабочая часть установленных во втулках седел, которые размещены в них с возможностью плавающего перемещения вместе с затвором относительно втулок при затяжке до положения, соответствующего совпадению осей корпуса, штока и затвора, причем сами седла выполнены с односторонним скосом на толщину седла, а шаровой затвор выполнен из корундовой керамики с содержанием окиси алюминия не менее 960,5% массы, прочностью не менее 360 МПа и средним размером зерна, не превышающим 8 мкм12%, с профилем стенок паза, выполненным в виде эвольвенты, и зазором по отношению к штоку, в котором установлен демпфирующий элемент.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к арматуростроению и может быть использовано в качестве распределяющего устройства на трубопроводах различного назначения.

Известен трехходовой шаровой кран, содержащий корпус, в котором размещен поворотный шток, контактирующий через паз с керамическим шаровым затвором, опирающимся на уплотнительные седла, жестко закрепленные в корпусе и во втулках, прижимаемых к затвору в перпендикулярных плоскостях (см. авт.свид. 1643838, кл. F 16 K 5/06, опубл. 23.04.91 г., бюл. 15).

Недостатком данной конструкции является низкая надежность узла шаровой затвор - уплотнительное седло из-за конструктивно жесткого размещения уплотнительных седел в корпусе и во втулках. При сборке крана и затяжке втулок до упора в корпус во взаимно перпендикулярных плоскостях неизбежно возникают перекосы сферы в ту или другую сторону от оси штока, неравномерный прижим уплотнения в разных секторах керамического шарового затвора и, как следствие, повышение усилия поворота, сколы паза, ускоренный износ и недостаточная надежность.

Это тем более актуально для трехходовых кранов, поскольку размеры уплотнительных поясков на шаровом затворе значительно снижены из-за больших сечений проходных каналов, расположенных перпендикулярно оси поворота.

Герметичность в этом случае обеспечивают обычно заведомо увеличенным размером уплотнительного седла с тем, чтобы в итоге после затяжки втулок до упора в корпус и достижения внешней герметичности внутренняя герметичность уплотнительных поверхностей не была потеряна.

Известны также краны, затвор которых выполнен из корундовой керамики на основе Al₂O₃ типа ВК 94-1 (проспект фирмы "Дункан-Сервис", М., 2000 г.).

Недостатком этих кранов является то, что керамический затвор содержит недостаточное количество Al₂O₃, а для понижения температуры спекания в нее вводят спекающие добавки марганца, кремния, хрома.

Это приводит к неуправляемому росту зерна и образованию в структуре межкристаллитной стеклофазной прослойки. В результате трибологические характеристики материала ухудшаются, он охрупчивается, что в свою очередь также приводит часто к сколам керамических стенок в районе паза шарового затвора и выходу из строя крана.

Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности крана.

Эта задача решается путем выполнения уплотнительных седел, размещенных в корпусе, в виде единого углового элемента с рабочей частью меньшей, чем рабочая часть установленных во втулках седел, которые размещены в них с возможностью плавающего перемещения вместе с затвором при затяжке до положения, соответствующего совпадению осей корпуса, затвора и штока, причем седла выполняют с односторонним скосом на толщину седла, а шаровой затвор выполняют из керамики с содержанием Al₂O₃ не менее 960,5% от массы и размером зерна 8 мкм12%, прочностью не менее 360 МПа с профилем стенок паза, выполненным в виде эвольвенты, и зазором по отношению к штоку, в котором установлен демпфирующий элемент.

На фиг.1 изображен трехходовой шаровой кран, разрез, вид сверху;

на фиг.2 - то же, вид сбоку;

на фиг.3 - уплотнительные седла на фиг.1;

на фиг.4 - установка уплотнительного седла 9 во втулке 10;

на фиг.5 - место I на фиг.2.

В корпусе 1 установлен шаровой затвор 2 с пазом 3 и отверстиями для похода среды 4, 5 на прямой проход и поворот. В паз 3 входит шток 6. Шаровой затвор со стороны корпуса контактирует с уплотнительным седлом 7, установленным в нем в виде единого углового элемента, а с других сторон - с уплотнительными седлами 8, 9, которые вставлены во втулки 10 и 11. В пазе 3 между штоком 6 установлен демпфирующий элемент 12. На шток 6 надевается ручка 13, сальниковые кольца 14, 15 и гайка 16.

При сборке трехходового шарового крана в корпус 1 последовательно вставляют изнутри шток 6 с надетым кольцом 15, сверху надевают кольцо 14, ручку 13 и закрепляют гайкой 16. Затем внутрь вставляют уплотнительный элемент 7, собранный вместе с затвором 2, до упора в корпус 1 и направлением по пазу 3 и штоку 6, между которыми установлен демпфирующий элемент 12. В качестве демпфера может использоваться, например, медная или алюминиевая фольга, плотно заполняющая пространство паза 3. При этом профиль стенки паза 3 выполняют со скосом по эвольвенте. В результате нагрузка на стенки паза распределяется оптимально и их несущая способность повышается.

Шаровой затвор 2 после введения в корпус 1 зажимают последовательно и фиксируют на месте уплотнительными седлами 8 и 9, которые установлены во втулках 10 и 11 с возможностью их плавающего перемещения вместе с шаровым затвором 2 относительно втулок. Зона плавающего перемещения реально не более 1 мм практически не влияет на проходные сечения, но обеспечивает полное и равномерное прилегание седел 8, 9 к затвору 2 при зажиме во взаимно перпендикулярных направлениях.

Рабочая часть угловых седел 7 - S^у _раб выполнена заведомо меньшей, чем рабочая часть седел 8, 9 - ^с _раб, что обеспечивает при сохранении параметров герметичности значительное снижение усилия проворота затвора 2.

На всех седлах выполнен односторонний скос на толщину седла В, что обеспечивает при сборке максимальный охват выходными уплотнительными седлами 8 и 9 сферического пояса затвора 2.

Затвор 2 для повышения надежности изготавливают из корундовой керамики с содержанием Al₂O₃ не менее 960,5% от массы, размером зерна 8 мкм12%, прочностью не менее 360 МПа, что обеспечивает устранение недостатков, присущих прототипу.

В результате такого конструктивного решения достигается, с одной стороны, полное высокогерметичное уплотнение сферической поверхности затвора, а с другой стороны, он надежно проворачивается без скалывания кромок паза при более низких усилиях, возрастают износостойкость уплотнительной пары и эксплуатационная надежность крана.