Владелец патента: акционерное общество «Пензтяжпромарматура».
Авторы: Чернышев Александр Анатольевич, Собакин Андрей Владимирович, Советов Виктор Николаевич.
Традиционно в новом выпуске журнала «Вестник арматуростроителя» мы продолжаем рубрику «Обзор патентов». На этот раз представляем вашему вниманию разработку завода «Пензтяжпромарматура» – шаровой кран с седлом без прижимного кольца, главная задача которого состоит в применении на газовых, нефтяных и других магистральных и технологических трубопроводах. Также изделие может использоваться в энергетике, нефтегазовой и химической промышленностях, например для перекрытия среды в магистральном трубопроводе.
Корпус продукции сделан из металла с входным и выходным патрубками. Конструкция крана включает в себя шаровую поворотную пробку и два подпружиненных седла, отличающихся тем, что седло содержит основное уплотнительное полиуретановое или резиновое кольцо, зафиксированное в канавке, которая была образована контуром седла и запрессованным полимерным кольцом.
Известен шаровой кран по изобретению RU №2310787 МПК F16K 5/06, в корпусе которого размещены седла в виде уплотнительных колец с плоскими торцовыми поверхностями и поворотная шаровая пробка с центральным проходным каналом. Крышки корпуса с внутренней стороны имеют выступы. Наружная конусная поверхность крышек контактирует с уплотнительным кольцом. Внутренняя конусная поверхность крышек контактирует в закрытом положении с шаровой пробкой. Уплотнительное кольцо установлено с предварительным натягом. Наименьший диаметр наружного конуса равен большему основанию внутреннего конуса. Изобретение направлено на возможность использования в нем при высоких давлениях рабочей среды эластичных и упругих материалов, например резин для изготовления уплотнительных колец, и сведение к минимуму их износа.
Недостаток изделия – оно не обеспечивает герметичность при больших перепадах температур, особенно в области высоких значений. Это обусловлено тем, что при высоких температурах рабочих сред, например 200 °С, возникает существенное температурное расширение корпуса и других деталей, происходит потеря упругих свойств уплотнительных колец, которые, по мнению авторов, могут быть выполнены из резины, не выдерживающей высоких температур. Помимо этого, уплотнение шпинделя шаровой пробки в изобретении не предусматривает герметичность в условиях высоких температур.
Другим изобретением является шаровой кран (RU Патент № 2277662 С1 МПК F16K 5/06), содержащий корпус и связанный со шпинделем и установленный в седлах шаровой запорный орган. Также есть элемент в виде втулки с неравными по величине торцевыми поверхностями. Втулка установлена в корпусе с возможностью создания усилия, поджимающего седло к запорному органу. Такое усилие создается наружной поверхностью втулки, которая обращена к седлу либо меньшей торцевой поверхностью и наружной поверхностью и введена в контакт с ребром, образованным внутренней поверхностью седла и его торцевой поверхностью, обращенной от запорного органа, либо втулка обращена к седлу большей торцевой поверхностью и наружной поверхностью введена в контакт с ребром выполненного на внутренней поверхности корпуса кольцевого выступа.
Авторы считают, что разработка направлена на обеспечение герметичности шарового крана в узле седло-запорный орган в большом диапазоне давлений рабочей среды и в условиях агрессивных воздействий на шаровой кран путем изменения формы нажимного элемента. Однако втулка, выполненная в виде конуса, не создает равномерное по поверхности герметизирующего кольца усилие прижатия к запорному органу. При этом происходит неравномерный по пояску износ герметизирующего кольца, что ведет к снижению ресурса и не обеспечивает герметичность в широком диапазоне температур рабочей среды. Также не оговорено уплотнение шпинделя, работоспособного в условиях высоких температур рабочей среды.
Наиболее близким устройством является шаровой кран, содержащий корпус с одной или двумя крышками с каналами для прохода жидкости, шаровой затвор с проходным каналом и управляющим шпинделем, плавающий между двумя седлами из элементов с высокой и низкой жесткостью, размещенными в крышках и корпусе в стыках каналов с затвором, отличающийся тем, что жесткий элемент седла выполнен в виде кольца из жесткого и прочного материала с антифрикционными свойствами на поверхности контакта с затвором и установлен без начального натяга по затвору, а мягкий элемент седла расположен на наружной поверхности жесткого элемента и выполнен в виде фланцевой манжеты, лопасть которой имеет натяг по шаровому затвору, а фланцевая часть размещена с диаметральным натягом в охватывающей ее расточке корпуса или крышки.
Недостаток – изделие не обеспечивает качественную герметичность при изменении температуры перекачиваемой среды. Это обусловлено тем, что жесткое кольцо, упирающееся без натяга в шаровой затвор, не обеспечивает постоянное его поджатие, а мягкая фланцевая манжета изменяет свои физико-механические свойства при изменении температуры и подвергается деформации из-за расширения корпуса шарового затвора и жесткого кольца. В управляющем шпинделе не предусмотрена установка герметизирующего уплотнения, обеспечивающего герметичность шарового крана при высоких температурах рабочей среды.
Заявленное техническое решение направлено на повышение технологичности сборки шарового крана, повышение его надежности и герметичности, увеличение срока эксплуатации крана до очередного ремонта и на упрощение конструкции за счет исключения кольца прижимного и винтов из конструкции шарового крана. Все это достигнуто за счет оптимизации технологии изготовления седла крана шарового и поясняется на рисунках 1-5.
Так, патент компании «Пензтяжпромарматура» представляет собой модернизированное седло шарового крана. Продукция состоит из корпуса, выполненного из металла с входным и выходным патрубками, шаровой поворотной пробки (1) в опорах и двух подпружиненных седел (2). Каждое седло содержит основное уплотнительное полиуретановое или резиновое кольцо (3) (в зависимости от температуры транспортируемой среды), зафиксированное в канавке, образованной контуром седла (2) и запрессованным полимерным кольцом (4). Полимерное кольцо (4), в свою очередь, также служит скребком, исключающим непосредственный контакт металла седла с пробкой (1) шарового крана, что обеспечивает сохранение целостности и долгий срок службы износостойкого покрытия, нанесенного на сферическую поверхность шаровой пробки (1).
Седло (2) содержит каналы для подвода герметизирующей смазки в зону уплотнения между пробкой 1 и седлом 2 и разгрузочные отверстия для исключения вырыва основного уплотнительного кольца (3) из его посадочной канавки в момент открытия шарового крана, а также для обеспечения дополнительного поджатия кольца (3) давлением транспортируемого газа при выходе из строя одного из двух седел (2) шарового крана.
Заявленное техническое решение создано с целью повышения герметичности шарового крана, увеличения срока эксплуатации крана до ремонта и исключения деталей кольцо прижимное и винты из сборки седла.
Для шарового крана с номинальным диаметром прохода от DN 50 до DN 200 данной разработкой авторы исключили операцию завальцовки прижимного кольца и саму деталь – прижимное кольцо. Для седел от DN 200 до DN 1400 специалисты исключили прижимное кольцо и крепеж, который фиксировал его на седле. Канавка под уплотнительное кольцо обрабатывается за одну установку детали на станке, что обеспечивает более точное позиционирование уплотнительного кольца на седле. Полимерное кольцо, запрессованное в седло, исключает контакт металла седла с металлом пробки, что в свою очередь обеспечивает сохранение целостности покрытия (Н-Ф.25 ГОСТ 9.306-85) шаровой пробки (царапины, риски, сколы).
Данная разработка работает следующим образом: седло поджимается к пробке крана шарового под действием давления транспортируемой среды, это принцип работы всех седел кранов шаровых с пробкой в опорах. В этом случае добавляются разгрузочные отверстия в седле для исключения разрушения уплотнительного кольца в момент открытия крана шарового и для обеспечения дополнительного поджатия уплотнительного кольца в закрытом положении.
Размещено в номере: Вестник арматуростроителя, № 4 (66)
