шаровой кран

Формула изобретения

Шаровой кран, содержащий корпус с входным и выходным каналами, запорный орган, седло в виде трубчатого поршня, установленного в корпусе с возможностью перемещения под действием внешнего давления, и уплотнительный узел, установленный подвижно относительно трубчатого поршня, а в корпусе выполнен канал, соединяющий место стыка уплотнительного узла и трубчатого поршня с атмосферой, отличающийся тем, что запорный орган установлен на двух, неподвижно соединенных с ним соосных осях, одна из которых связана шестерней с приводным механизмом, выполненным в виде штока, размещенного внутри корпуса вне зоны проходного канала, и двух втулок, подвижно установленных на штоке и имеющих свои ограничители перемещения - верхний и нижний, причем нижняя втулка-рейка установлена с возможностью взаимодействия с шестерней, при этом верхняя втулка-поршень установлена с возможностью взаимодействия с поршнем, расположенным над верхним ограничителем втулки-рейки и образующим с ним гидравлическую полость, заполненную маслом и служащую внешним давлением для трубчатого поршня, причем в центральной части штока выполнен кольцевой выступ, а отверстия во втулках выполнены ступенчатыми, сопрягаемыми с поверхностями штока и его кольцевого выступа, при этом входной и выходной каналы соединены через обратные клапаны с полостью над верхней втулкой-поршнем.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к трубопроводной арматуре, а именно к кранам с пробками, имеющими сферическую поверхность, и может быть использовано для установки на технологических линиях газовых промыслов для перекрытия потока транспортируемой среды.

Известно запорное устройство, содержащее корпус с входным и выходным патрубками, запорный орган, составное седло, состоящее из внутреннего кольца и наружного, выполненного с буртиком, обращенным в сторону уплотнительного кольца, которое расположено между кольцами седла, причем наружное кольцо закреплено неподвижно относительно внутреннего кольца (патент США №3617025, кл. 251-172).

Недостатком этого устройства является низкая надежность, обусловленная нарушением герметичности затвора в результате интенсивного разрушения поверхностных слоев уплотнительного кольца в процессе работы.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков, выбранным в качестве прототипа, является шаровой кран, содержащий корпус, запорный орган, седло в виде трубчатого поршня, установленного в корпусе с возможностью перемещения под действием внешнего давления и уплотнительный узел, установленный подвижно относительно трубчатого поршня, а в корпусе в месте стыка уплотнительного узла и трубчатого поршня выполнен канал, соединенный с атмосферой (а.с. №857608, F 16 K 5/20, 12.03.79 г.).

Недостатком шарового крана является низкая надежность, обусловленная сложностью управления трубчатым поршнем и запорным органом.

Задача, достигаемая изобретением, состоит в том, чтобы создать такое техническое решение, при использовании которого повышались надежность и экономичность работы шарового крана за счет осуществления последовательного управления трубчатым поршнем и запорным органом одним приводным механизмом.

Для достижения названного технического результата в корпусе шарового крана с входным и выходным каналами размещены запорный орган, седло в виде трубчатого поршня, установленного с возможностью перемещения под действием внешнего давления, и уплотнительный узел, установленный подвижно относительно трубчатого поршня, при этом в корпусе выполнен канал, соединяющий место стыка уплотнительного узла и трубчатого поршня с атмосферой.

Заявляемый шаровой кран отличается от прототипа тем, что запорный орган установлен на двух, неподвижно соединенных с ним, соосных осях, одна из которых связана шестерней с приводным механизмом, выполненным в виде штока, размещенного внутри корпуса вне зоны проходного канала, и двух втулок, подвижно установленных на штоке, и имеющих свои ограничители перемещения верхний и нижний, причем нижняя втулка-рейка установлена с возможностью взаимодействия с шестерней, при этом верхняя втулка-поршень установлена с возможностью взаимодействия с поршнем, расположенным над верхним ограничителем втулки-рейки, образующим с ним гидравлическую полость, заполненную маслом, и служащую внешним давлением для трубчатого поршня, причем в центральной части штока выполнен кольцевой выступ, а отверстия со втулках выполнены ступенчатыми, сопрягаемыми с поверхностями штока и его кольцевого выступа, при этом входной и выходной каналы соединены через обратные клапаны с полостью над верхней втулкой-поршнем.

Предлагаемое изобретение изображено на чертежах, где на фиг.1 изображен продольный разрез шарового крана в закрытом положении, на фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1, на фиг.3 - разрез по Б-Б на фиг.2.

Шаровой кран содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 каналами. Внутри корпуса расположены запорный орган 4, седло в виде трубчатого поршня 5, образующего с корпусом полость 6, установленного с возможностью перемещения под действием внешнего давления, и уплотнительный узел 7, установленный подвижно относительно трубчатого поршня. В корпусе также выполнен канал 8, соединяющий место стыка уплотнительного узла и трубчатого поршня с атмосферой.

Запорный орган установлен на двух неподвижно соединенных с ним осях 9 и 10, одна из которых 10 связана шестерней 11 с приводным механизмом. Приводной механизм выполнен в виде штока 12, размещенного внутри корпуса вне зоны проходного канала. На штоке подвижно установлены две втулки, имеющие свои ограничители перемещения - верхний и нижний 13, 14 и 15, 16 соответственно. Нижняя втулка-рейка 17 установлена с возможностью взаимодействия с шестерней. Верхняя втулка-поршень 18 установлена с возможностью взаимодействия с поршнем 19, расположенным над верхним 15 ограничителем втулки-рейки, и образующим с ним гидравлическую полость 20, заполненную маслом. Гидравлическая полость служит внешним давлением для трубчатого поршня и соединена с полостью.

В центральной части штока выполнен кольцевой выступ 21, а внутренняя поверхность отверстий втулок выполнена ступенчатой, сопрягаемой с боковыми поверхностями штока и его кольцевого выступа.

Входной и выходной каналы корпуса соединены через обратные клапаны 22 и 23 соответственно с полостью 24 над верхней втулкой-поршнем.

Шаровой кран работает следующим образом. В исходном положении (закрыто) шток 12 вместе с верхней втулкой-поршнем 18 находятся с крайнем верхнем положении, в котором втулка-поршень 18 достигла своего верхнего ограничителя 13. Нижняя втулка-рейка 17 и поршень 19 также находятся в крайнем верхнем положении. Трубчатый поршень 5 с уплотнительным узлом 7 со стороны давления транспортируемой среды прижаты к запорному органу 4, герметично перекрывая поток транспортируемой среды.

При необходимости открытия шарового крана перемещают шток 12 вниз. Верхняя втулка - поршень 18 под действием давления транспортируемой среды, поступающей из входного (выходного) канала 2 (3) через обратный клапан 22 (23) в полость 24, перемещается вниз вместе со штоком 12. Втулка-поршень 18 упирается в поршень 19 и перемещает его вниз с усилием, создающим давление в гидравлической полости 20 и соединенной с ней полости 6, значительно превышающее давление транспортируемой среды и позволяющее переместить трубчатый поршень 5 с уплотнительным узлом 7 от запорного органа 4. Перемещение трубчатого поршня 5 с уплотнительным узлом 7 продолжается до тех пор, пока втулка-поршень 18 достигнет своего нижнего ограничителя 14, а шток 12 продолжит свое движение вниз. При дальнейшем движении вниз шток 12 кольцевым выступом 21 упирается в нижнюю втулку-рейку 17 и совместно с ней перемещается вниз. Втулка-рейка 17 при этом поворачивает через шестерню 11 запорный орган 4. Открытие прохода запорным органом 4 продолжается до тех пор, пока шток 12 и втулка-рейка 17 не займут положение, соответствующее полному открытию прохода, в котором втулка-рейка 17 достигнет своего нижнего ограничителя 16.

При необходимости перекрытия потока транспортируемой среды перемещают шток 12 вверх. Ступенчатая втулка-рейка 17 под действием давления транспортируемой среды, из-за разных эффективных площадей сечения на торцах, перемещается вверх вместе со штоком 12 и поворачивает через шестерню 11 запорный орган 4, закрывая проход. Закрытие прохода запорным органом 4 продолжается до тех пор, пока ступенчатая втулка-рейка 17 не займет положения, соответствующего полному закрытию запорного органа 4, в котором она достигнет своего верхнего ограничителя 15, а шток 12 продолжит свое движение вверх. При дальнейшем движении вверх шток 12 кольцевым выступом 21 упирается в верхнюю втулку-поршень 18 и совместно с ней перемещается вверх. Поршень 19 под действием давления в гидравлической полости 20 и соединенной с ней полости 6 также перемещается вверх вслед за втулкой-поршнем 18. Одновременно с этим из-за падения давления в гидравлической полости 20 и полости 6 трубчатый поршень 5 с уплотнительным узлом 7 под действием давления транспортируемой среды перемещается к запорному органу 4, герметично перекрывая поток транспортируемой среды. Перемещение штока 12 с втулкой-поршнем 18 вверх продолжается до тех пор, пока втулка-поршень 18 не займет положения, в котором она достигнет своего верхнего ограничителя 13.

Благодаря упрощению управления трубчатым поршнем и запорным органом одним приводным механизмом повышается надежность работы шарового крана.