Шаровой кран

,Бюл. Р 12 йся Кобе Сец Се аниси (ЛР).8)Р 3856261,1974. 8. 7 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ И ГКНТ СССР АНИЕ ИЗ(57) Изобретение м,б. использованов шаровых кранах двойного герметизирующего действия. Цель изобретенияповышение надежности срабатываниякрана путем выравнивания сверхдопус-.тимого давления в полости корпусас давлением в проходном канале засчет торможения основного поршня приобратном его ходе. Основной цилиндр16 снабжен вспомогательньк цилиндром19 с размещенным в нем аксиапьно по1639437 движным вспомогательным поршнем(Л) 20. П 20 отделяет внутреннниополость цилиндра 19 от управляющейкамеры (К) 21, сообщенной каналом 22с ннутренней полостью 14 корпуса, Основной и вспомогательный П 17, 20соединены между собой. К 23, образованная П 17, 20, сообщена с атмосфе-.рой и в ней размещена пружина 25 сжатия, нагружающая П 17, 20 в направлеИзобретение относится к трубопроводной арматуре, в частности к шаровым кранам двойного герметиэирующвго действия, 20Целью изобретения является повышеке надежности срабатывания крана путем зыравнивания сверхдопустимого давления во внутренней полости корпуса с давлением в проходном канале за 25 счет торможения основного поршня при обратном его ходе.На Лиг. 1 изображен шаровой кран в положении, когда проходной канал разобщен с внутренней полостью корпу-. са, разрез; иа Лиг. 2 - многоходовой клапан по Фиг. 1 в положении, когда через него проходной канал сообщен с внутренней цолостью корпуса, разрез; на пиг. 3 - 4 - упрощенные варианты выполнения многоходового клапана, представленного на Аиг, 1, разрез; на Лиг, 5 - вариант выполнения многоходового клапана, представленного на Аиг. 1; на Аиг. 6 - другой вариант выполнения многоходового клапана, представленного на Лиг.5, оснащенного газовой герметичной камерой.Иаровой кран содержит корпус 1 с проходным каналом 2 для рабочей жид кости, Для открытия и перекрытия проходного канала 2 в корпусе 1 установлена шаровая пробка 3, В ступенчатой расточке 4 корпуса 1 размещена с воэможностью перемещения упорно-уплотни тельная гильза 5 с закрепленным в ней уплотнительным кольцом 6, рабочая кромка 7 которого постоянно поджата к шаровой пробке 3 под действием пружин 8 сжатия, расположенных равномерно по окружности. Наружная поверх- , ность упорной гильзы 5 выполнена ступенчатой. Диаметр П одной поверхности ступени 9 выполнен больше диаметнии К 21. В канале 22 установлен обратный клапан 26, обращенный входоМ всторону полости 14, Параллельно клапану 26 подключен регулирующий дрос-сель 27, В К 21 соосно П 20 установлен плавающий П 29, между торцовойповерхностью к-рого и внутренней поверхностью К 21 образована герметичная К 30, заполненная газом под давлением. 1 з.п. А-лы, 6 ил. ра Э рабочей кромки 7 уплотнитель- а ного кольца 6, а диаметр П другойповерхности ступени 10 - меньше. диаметра 0 рабочей кромки 7. Между укаэанными поверхностями большего и меньшего диаметров ступеней 9 и 10 и внут" ренней поверхностью 11 корпуса 1 образована кольцевая камера 12, герметизированная уплотнением 13. Внутренняяполость 14 корпусасообщена с проходным каналом 2 через многоходовойклапан 15, который выполнен в видеосновного цилиндра 16 с размещеннымв нем аксиально подвижным основнымпоршнем 17, образующим с внутреннейповерхностью основного цилиндра 16камеру 18, соединенную с внутреннейполостью 14 корпуса 1, Основной цилиндр 16 снабжен вспомогательным цилиндром 19 с размещенным в нем аксиально подвижным вспомогательным поршнем 20. Внутренняя полость вспомогательного цилиндра 19 разделена вспомогательным поршнем 20 на управляющую камеру 21, сообщенную каналом 22 с внутренней полостью 14 корпуса 1.Основной 17 и вспомогательный 20 поршни соединены между собой. Между ними образована камера 23, сообщенная с атмосферой отверстием 24. В камере 23 размещена пружина 25 сжатия, нагружающая поршни 17 и 20 в направлении управляющей камеры 21. В канале 22, соединяющем внутреннюю полость 14 корпуоа 1 с управляющей камерой 21,установлен обратный клапан 26, обраценный своим входом в сторону внутренней полости 14 корпуса 1. Параллельно обратному клапану 26 подключенрегулирующий дроссель 27. В основномпоршне 17 выполнен канал 28, соединяющий внутреннюю полость 14 корпуса1 с проходным каналом 2. Вспомога 5 163943 тельный поршень 20 имеет дополнительный поршневой поясок 29 диаметром й располагающийся в полости .23 рядом с поршнем 20. Между вспомогательным поршнем 20 и поршневым пояском 29 образована кольцевая камера 30 с внутренним диаметром й. Камера 30 сообщается с проходным каналом 2 через отверстие 31 и соединительный канал 32, через канал 28 - с кольцевым па" зом 33.Усилие пружины 25 сжатия выбирается таким, чтобы вспомогательный поршень 20 мог перемещаться влево 15 лишь тогда, когда давление Р, во внутренней полости 14 корпуса 1 вы" ходит за определенный допустимый диапазон и достигает заданного сверх" допустимого давления Р 1. Диаметр Й 20вспомогательного поршня 20 выбран большим диаметра Й основного порш 1ня 17,Когда давление Р в проходном 25 канале 2 выше давления Р внутренней полости 14 корпуса 1, поршень 17 располагается справа (Фиг. 1). При этом полость 14 отделена от проходного канала 2, а упорно-уплотнительная 30 гильза 5 поджата самоподдерживающимся усилием к шаровой пробке 3.Когда давление Р во внутренней полости 14 становится выше давления Р, действующего со стороны проходного канала 2, но остается в пределах допустимого диапазона, вспомогательный поршень 20 удерживается в крайнем правом положении под действием пружины 25 сжатия, в результа те чего с тыпьной стороны на упорноуплотнитепьную гильзу 5 действует поджимающеесамоподдерживающееся усилие, герметизирующее шаровой кран.Когда давление Р во внутренней 45 полости 14 достигает сверхдопустимого давления Р 1, поршень 17 смещается влево, преодолевая усилие пружины 25 сжатия, до тех пор, пока кольцевой паз 33 не совпадет с отверстием 34, как это показано на Фиг, 2, В этом случае кольцевая камера 30 сообщается с отверстием 34 через соединительный канал 28 и далее - с внутренней полостью 14 через каналы 35 и 22.Таким образом осуществляется сбросдавления Р из внутренней полости 14 в проходной канал 2 для компенсации ,недопустимого роста этого давления. 7 6С целью стабилизации многоходовогоклапана 15 используют регулирующийдроссель 27 в сочетании с обратным(контрольным) клапаном 26, установленные в канале 22.На Аиг. 3 и 4 представлены упро"ценные варианты выполнения многоходового клапана 15, предназначенные дляиспользования в данном шаровом кране.Вспомогательный поршень 20 (Аиг. 3и 4) выполнен без вспомогательногопояска 29 (Аиг. 1), а камера 23, образованная между поршнями 7 и 20,сообщена с проходным каналом 2 черезотверстия 36 и камеру 3 (Аиг. 3) илис атмосАерой отверстием 24 (Аиг. 4),поэтому действуюцее в камере 23 давление (Аиг4) не равно давлению вкамере 37,На фиг. 5 и 6 изображены варианты конструкции многоходового клапана 15, показанного на Аиг. 1.Многоходовой клапан 15, показанный на Аиг. 5, имеет цилиндрическийкорпус 38, внутри которого установлена цилиндрическая обойма 39, имеющая с одной стороны вспомогательныйцилиндр 40 с концевой цилиндрическойчастью 4 1, выполненной с относительнобольшим внутренним диаметром, а сдругой стороны обойма 39 переходит восновной цилиндр 42. Внутри основногоцилиндра 42 размещен цилиндрическийзолотниковый плунжер 43, перемещающийся в продольном направлении. Этот.плунжер имеетосновной поршень 44с меньшим диаметром, выполненным сторца. Поршень 44 ограничивает проходную камеру 45, образованную со стороны уменьшенного в диаметре торцаосновного цилиндра 42Камера 45 сообщается с внутренней полостью 14через выходное отверстие 46 и соединительный трубопровод 47, На уменьшенном в диаметре торце золотникового плунжера 43 выполнена прорезь 48,с помощью которой выходное отверстие46 сообщается с камерой 45 даже тогда,когда плунжер, реагируя на ненормальное увеличение давления во внутренней полости 14, плотно прижимаетсяк внутреннему торцу отверстия 46.Между наружной боковой поверхностью уменьшенной по диаметру цилиццрической части основного цилиндра 42и внутренней цилиндрической поверхностью корпуса 38 образована кольцевая регулирующая камера 49, охва16 39437 тывающая снаружи. камеру 45. Камера 49 сообщается с камерой 45 через торцовую проточку 50 и отверстия 51, выполненные в стенке уменьшенной по диаметру цилиндрической части основ 5 ного цилиндра 42.Та часть золотникового плунжера 43, которая находится в увеличенной о диаметру цилиндрической части 41 1 О вспомогательного цилиндра 40, имеет поршневой поясок 52 относительно большего диаметра, Поршневой поясок 52 находится на противоположном относительно проходной камеры 45 конце 15 плунжера, образуя управляющую камеру 53, Внутри упомянутого золотникового плунжера выполнен проходной канал 54, соединяющий камеру 45, связанную с внутренней полостью 14, с 20 управляющей камерой 53 через обратный клапан 55, нагруженный пружиной в сторону камеры 45. Пружина упирается в закрепленное.в корпусе основание 56, выполненное с праходньк отверстием 57.Во внутренней цилиндрической обой-,. ме 39 выполнен регулирующий расходомерный канал 58, проходящий от управляющей камеры 53 к кольцевой регули О рующей камере 49, На конце канала 58, выходящем в камеру 49, установлен жиклерный клапан 59, регулирующии рас" ход жидкости (газа). Внутреннее давление управляющей камеры 53 передает- .35 ся в камеру 49 и при этом регулируется клапаном 59. Последний приводится в действие в данном случае с помощью регулировочной стопорной гайки 60, которая установлена с внешней стороны 40 цилиндрического корпуса клапана.Плувжер 43, кроме того, снабжен вторым выступающим поршневым пояском 61, который находится рядом с первым поршневым пояском 52. Между поясками 61 и 52 образована проходная гидрокамера 62, сообщающаяся с проходным каналом 2 контролируемой гидромагистрали через проходные отверстия 63 и 64.Помимо этого в эолотниковом плунжере 43 выполнен канал 65, соединяющий камеру 62 с кольцевым пазом бб, выполненным на боковой поверхности основного поршня 44Между поршневым пояском 61 и основным поршнем 44 образована декомпрессионная камера, находящаяся в уширенной части упомянутой цилиндрической обоймы 39 и отделенная от управляющей камеры 53. Камера 67 сообщается с атмосферой через сквозные радиальные отверстия 68 и 69. Внутри камеры 67 находится пружина 70 сжатия, которая удерживает золотниковый плунжер 43 в крайнем правом положении (Фиг, 5), когда давление Р 1 во внутренней полости 14 корпуса шарового клапана находится в пределах заданного допустимого диапазона, разъединяя таким образом камеру 62 от внутренней полости 14,Жесткость пружины 70 сжатия выбирается так же, как жесткость пружины 25 сжатия.Принцип действия многоходового клапана, изображенного на Лиг, 5, состоит в следующем.Если внутреннее давление Р внутренней полости 14 шарового клапана находится в пределах заданного допустимого диапазона, золотниковый плунжер 43 находится в крайнем правом подпружиненном положении, при этомдавление передается из внутренней полости 14 через отверстие 46 в проходную камеру 45 и далее с некоторым изменением в управляющую камеру 53 через проходной канал 54, а из канала 54 - через обратный клапан 55. Одновременно давление Р, передается частично из камеры 45 в регулирующую камеру 49 через торцовую проточку 50 исоединительные дроссельные отверстия 51. В свою очередь, давление Рпроходного канала 2 передается вовнутреннюю камеру 62 через радиальные отверстия 64 и 63. В данном случае давление не влияет на работу эолотникового плунжера, поскольку камера 62 выполнена внутри этого нлунжера, и при этом давление никак не передается в декомпрессионную камеру 67, связанную с атмосферой и участвующую в перемещении плунжера. Такимобразом, когда давление во внутреннейполости 14 находится в пределах определенного допустимого диапазона, эта полость отсоединена от проходногоканала 2.При чрезмерном повышении давленияР, во внутренней полости 14 с выходомэа допустимый диапазон значений, по достижении какого-то определенного критического уровня Р создается зна/чительный перепад миду давлением, прикладываемым к вспомогательному поршню состоящему из двух поршневыхпоясков 52 и 61, и тем давлением, которое прикладывается к основному поршню 44, в результате чего появляется, усилие, превосходящее усилие поджатия пружины 70, вследствие чего золотнико 5 вый плунжер 43 смещается влево (в плоскости Лиг. 5), совмещая кольцевой паз 66 с радиальными проходными отверстиями 51. Внутренняя полость 14 связывается с камерой 62 многоходового клапана и ее внутреннее давление "сбрасывается" в проходной магистральный канал 2, в результате чего обеспечивается надежная компенсация недо пустимого роста давления Р, .При уменьшении внутреннего давле. ния в полости 14 давление из управляющей камеры 53 не передается в обратном направлении в проходную камеру 45 через соединительный канал 54 плунжера, этому препятствует обратный клапан 55. Одновременно с этим не происходит и обратного перетекания гидравлической жидкости (газа) по соединительному каналу 58 в регулирующую кольцевую камеру 49, поскольку выходной конец этого канала заблокирован контрольным жиклерным клапаном 59. Таким образом, давление внутренней полости 14, которое передается в камеру 62, будет действовать. некоторый отрезок времени. Это обеспечивает возможность достаточно полного снижения давления, так как золотниковый плунжер не сразу вернется в исходное крайнее правое положение под действием возвратной пружины. В конструкции многоходового,клапа на 15, показанного на Лиг. 6, внешний цилиндрический корпус 38 удлиняет управляющую камеру 53, В камере 53 установлен соосно вспомогательному поршню (61 и 52) плавающий поршень 71. 45 Между торцовой поверхностью поршня 71 и внутренней поверхностью торцовой стенки 72 управляющей камеры образована герметичная камера 73.В отличие от предыдущего варианта в данном клапане также применен удлиненный двухопорный шток 74, на конце которого закреплен пружинный упор 56. Этот шток закреплен внешним концом в торцовой стенке 72. Плавающий поршень 71 размещен на штоке 74 и делит управляющую камеру на регулирующую камеру 75 и герметичную камеру 73. Последняя заполнена газом под давлением, соответствующим расчетному давлению Р, .Принцип действия рассматриваемогомногоходового клапана сводится к следующему,увеличение давления внутреннейполости 14 передается в управляющуюкамеру, в результате чего давлениев этой камере увеличивается, Одновременно с этим упомянутый поршневойэлемент смещается п направлении торцовой стенки 72 (т,е. на Лиг. 6вправо), увеличивая внутреннее давление газа в герметичной камере 73, которое становится равным внутреннемудавлению регулирующей камеры 75(фиг. 5)По мере роста давления вовнутренней полости 14, когда оно до"стигает определенного критическогоуровня, эта полость подключается ккольцевой камере 62, в результате че-го происходит сброс давления. В этовремя происходит также уменьшение давления в регулирующей камере 75 и уве-личение объема герметичной (компрессионной) камеры 73, поскольку она заполнена сжимаемой газовой средой. Приэтом подвижный поршень 71 смещаетсяпо штоку 74 в направлении регулирующей камеры 53 соответственно падениюдавления в этой камере,. что обеспечивает компенсацию уменьшения давления.Таким образом, в дополнение к устранению перепада давления, создаваемого обратным клапаном 55 и (в какойто степени) регулирующим жиклернымклапаном, 59, в данном варианте обеспечивается эффективная компенсациярезкого падения давления в камере 75с помощью дополнительной герметичнойгазокомпрессионной камеры 73 переменного объема, находящейся рядом срегулирующей камерой, причем такая .компенсация осуществляется в моментсброса повышенного давления внутренней полости 14 в проходной канал. 2.В результате такого компенсационногодействия положительным образом снижается быстродействие и замедляетсявозврат золотникового плунжера 43 висходное смещенное положение, что,естественно, способствует более стабильной работе этого плунжера и более полному снижению давления во внутренней полости 14.Многоходовой клапан наиболее эАективен при работе на несжимаемойжидкости. Это обусловлено тем, чтопри использовании такой жидкости в процессе сброса повышенного давления из внутренней полости в проходной канал давление или расход перепускае 5 мой жидкости в регулирующей камере уменьшается достаточно быстро при увеличении объема компенсационной газонаполненной камеры, вследствие чего исключается резкое падение давления, 10 которое может быть следствием сжатия регулирующей камеры.Таким образом, конструкция рассмот" ренного вьпне шарового клапана с двухступенчатым уплотнением рассчитана на 15 то, что в случае недопустимо резкого увеличения давления во внутренней полости эта полость гидравлически соединяется с магистральным каналом за счет использования повышенного давле- щ ния в дополнительном многоходовом клапане с результирующей компенсаци, ей ненормального роста давления в упомянутой полости.Кроме того, за счет использования 25 компрессионной герметичной газовой камеры, образованной подвижным поршнем рядом с управляющей камерой в указанном многоходовом клапане, устраняется резкое падение давления в регулирую- ЗО щей камере в момент компенсационного понижения давления в обратной полости,что в целом повышает эФФективностьпроцесса выравнивания давления.35Формула изобретения Шаровой кран, содержащий корпус с проходным каналом для рабочейжидкости, установленную в корпусе 4 О шаровую пробку для открытия и перекрытия проходного канала, размещенную с возможностью перемещения в расточке , корпуса цилиндрическую упорно-уплотнительную гильзу, уплотнительное коль",5 цо, закрепленное в упорной гильзе и установленное с возможностью взаимодействия рабочей кромки с шаровой пробкой, наружная поверхность упорной гильзы выполнена ступенчатой, причем диаметр одной поверхности ступени выполнен большим диаметра рабочей кромки уплотнительного кольца, а диа метр другой поверхности ступени выполнен меньшим диаметра рабочей кромки уплотнительного кольца, при этом между указанными поверхностями большего и меньшего диаметров ступеней и внутренней поверхностью корпуса образована герметизировакная уплотнениями кольцевая камера, кроме того, внутренняя полость корпуса сообщена с проходным каналом через многоходо- . вой клапан, выполненный в виде основного цилиндра с размещенным в нем аксиально подвижным основным поршнем, образующим с внутренней поверхностью основного цилиндра камеру, соединенную с внутренней полостью корпуса, а в основном поршне выполнен канал, соединяющий внутреннюю полость корпуса с проходным каналом, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности срабатывания крана путем выравнивания сверхдопусти" мого давления во внутренней полости корпуса с давлением в проходном канале за счет торможения основного поршня при обратном его ходе, основной цилиндр снабжен вспомогательным цилиндром с размещенным в нем ак" сиально подвижным вспомогательным поршнем, разделяющим внутреннюю полость цилиндра на управляющую камеру, сообщенную каналом с внутренней полостью корпуса, причем основной и вспомогательный поршни соединены между собой, а камера, образованная поршнями, сообщена с атмосФерой и в ней размещена прудона сжатия, нагружающая поршни в направлении управляющей камеры, кроме того, в канале, соединяющем внутреннюю полость корпуса с управляющей камерой установлен обратный клапан, обращенный входом в сторону внутренней полости корпуса, а параллельно обратному клапану подключен регулирующий дроссель.2. Кран по п, 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что в управляющей камере вспомогательного цилиндра установлен сооснос вспомогательным поршнем плавающий поршень, между тор" цовой поверхностью которого и внут- ренней поверхностью управляющей камеры образована герметичная камера, заполненная газом под давлением.1639437 Составитель А.Бирюкова Техред Я.Олийнык К ктор овс ектор С,Шекмар Тираж 435 Подписное омитета по изобретениям и открытиям пр осква, Ж, Раушская наб., д. 4/5 оизводственно-издательский комбинат патент", г. Ужгор Гагарина, 10 Заказ 935ВНИИПИ Государственного к и ГКНТ СС113035, М