пробковый кран

Формула изобретения

Пробковый кран, включающий корпус с проходными и центральными отверстиями и конусным седлом, конусную пробку с цилиндрическими участками, уплотнениями и приводным валом, подшипник качения, гайку и штурвал, отличающийся тем, что наружная поверхность конусной пробки со стороны меньшего основания имеет конусную проточку, в которой размещена вставка, выполненная в виде колокола с цилиндрической головкой, упирающейся в меньшее основание конусной пробки, и тремя стойками, одни концы которых жестко соединены с цилиндрической головкой, а свободные концы, направленные в сторону большего основания, входят в шпоночные пазы, выполненные в конусной пробке на участке, примыкающем к конусной проточке, причем внутренняя конусная поверхность стоек охватывает поверхность конусной проточки, а наружная контактирует с поверхностью седла, конусная пробка снабжена пространственным уплотнением, расположенным в кольцевой проточке и представляющим собой выпуклые рамки из самоуплотняющихся манжет, продольные участки которых соединены неразъемно со стойками вставки и образуют с конусным седлом и пробкой кольцевые пространства, вертикальная плоскость, проходящая через одну из стоек вставки, расположена симметрично относительно двух других, на наружной поверхности верхнего цилиндрического участка конусной пробки выполнен секторный паз на дуге 90° плюс диаметр штифта, установленного жестко в корпусе и взаимодействующего с пазом выступающей частью.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области арматуростроения, в частности к пробковым кранам, применяемым в системах поддержания пластового давления при добыче нефти. Оно может также найти применение в трубопроводных системах других отраслей народного хозяйства.

Известен пробковый кран, состоящий из корпуса с проходными отверстиями, в гнездо которого вставлена коническая пробка с отверстием, крышка, через которую проходит регулирующий винт, и манжеты (1).

Недостатки устройства:

неудовлетворительная эксплутационная надежность ввиду того, что открытие и закрытие крана сопровождается возникновением кавитационного и ударного процессов, выводящих кран из строя;

высокая трудоемкость изготовления из-за наличия в конструкции деталей с высокими требованиями к их изготовлению;

значительные эксплуатационные расходы, обусловленные тем, что для их ремонта необходимо привлекать высококвалифицированных специалистов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является пробковый кран, состоящий из корпуса с проходными и центральными отверстиями и конусным седлом, конусной пробки с цилиндрическими участками, уплотнениями и приводным валом, подшипника качения, гайки и штурвала (2).

Существенными недостатками устройства являются:

низкая эксплутационная надежность, обусловленная тем, что открытие и закрытие крана сопровождается сильным шумом, вибрацией и ударами, что в конечном итоге приводит к выкрашиванию уплотнительных манжет и эрозии металлических поверхностей;

большие эксплутационные расходы вследствие частой замены вышедших из строя кранов на новые или реставрированные.

Задачей изобретения является разработка конструкции пробкового крана, обладающего высокой эксплуатационной надежностью и низкими эксплутационными расходами.

Указанная задача решается предлагаемым устройством, включающим корпус с проходными и центральными отверстиями и конусным седлом, конусную пробку с цилиндрическими участками, уплотнениями и приводным валом, подшипник качения, гайку и штурвал.

Новым является то, что наружная поверхность конусной пробки со стороны меньшего основания имеет конусную проточку, в которой размещена вставка, выполненная в виде колокола с цилиндрической головкой, упирающейся в меньшее основание конусной пробки, и тремя стойками, одни концы которых жестко соединены с цилиндрической головкой, а свободные концы, направленные в сторону большего основания, входят в шпоночные пазы, выполненные в конусной пробке на участке, примыкающем к конусной проточке, причем внутренняя конусная поверхность стоек охватывает поверхность конусной проточки, а наружная контактирует с поверхностью седла; конусная пробка снабжена пространственным уплотнением, расположенным в кольцевой проточке и представляющим собой выпуклые рамки из самоуплотняющихся манжет, продольные участки которых соединены неразъемно со стойками вставки и образуют с конусными седлом и пробкой кольцевые пространства; вертикальная плоскость, проходящая через одну из стоек вставки, расположена симметрично относительно двух других; на наружной поверхности верхнего цилиндрического участка конусной пробки выполнен секторный паз на дуге 90° плюс диаметр штифта, установленного жестко в корпусе и взаимодействующего с пазом выступающей частью.

На фиг.1 изображен общий вид предлагаемого пробкового крана в продольном разрезе.

На фиг.2 - разрез по А-А фиг.1.

На фиг.3 - разрез по Б-Б фиг.1.

На фиг.4 - конусная пробка в собранном виде.

На фиг.5 - арматура пространственного уплотнения.

На фиг.6 - вид по стрелке “В” фиг.5.

На фиг.7 - вид I фиг.2 в увеличенном масштабе.

Пробковый кран состоит из корпуса 1 (фиг.1) с проходными отверстиями 2 и 3, конусным седлом 4 (фиг.2) и центральными отверстиями 5 и 6, конусной пробкой 7 с отверстиями 8 (фиг.2). Последняя на наружной поверхности со стороны меньшего основания имеет конусную проточку 9, в которой размещена вставка (фиг.4 и 5), выполненная в виде колокола с цилиндрической головкой 10 и жестко соединенными с ней тремя стойками 11, свободные концы которых входят в шпоночные пазы 12 пробки 7. Вставка крепится к нижнему основанию пробки с помощью винта 13. Стойки 11 внутренней поверхностью охватывают поверхность конусной проточки пробки 7, а наружной контактируют с поверхностью седел.

Конусная пробка (фиг.4) снабжена пространственным уплотнением 14, представляющим собой выпуклые рамки из самоуплотняющихся манжет, продольные участки которых соединены неразъемно со стойками 11 вставки, а поперечные участки сверху упираются в торец 15 конусной проточки 9, а снизу - в торец 16 вставки и образуют с конусным седлом и пробкой кольцевые пространства (полости “а”, “б” и “в”).

Вертикальная плоскость, проходящая через одну из стоек вставки (г-г, фиг.6), расположена симметрично относительно двух других.

На наружной поверхности верхнего цилиндрического участка конусной пробки 7 выполнен секторный паз 17 (фиг.3) на дуге 90° плюс диаметр штифта 18, установленного жестко в корпусе 1 и взаимодействующего с пазом выступающей частью. Конусная пробка 7 имеет также на наружной поверхности уплотнительные кольца 19 и 20 и соединена приводным валом 21 (фиг.1) со штурвалом 22.

Кран снабжен подшипниками качения 23, накидной гайкой 24 и контргайкой 25.

Радиальный зазор между поверхностью седла 4 и стальной поверхностью конусной пробки 7 составляет 0,1-0,15 мм.

Работает кран следующим образом.

Для его открытия штурвал 22 поворачивают по часовой стрелке до тех пор, пока стенка 26 (фиг.3) секторного паза 17 не упрется в штифт 18. В этом положении ось отверстия 8 конусной пробки 7 совпадает с осями проходных отверстий 2 и 3. В этом случае кран полностью открыт. Разобщение полостей отверстий 2, 3 и 8 от атмосферы осуществляется примыкающими к седлу 4 стенками манжет пространственного уплотнения 14.

Переход продольных участков 27 и 28 (фиг.2) пространственного уплотнения 14 зон отверстий 2 и 3 в процессе открытия крана происходит так. Когда примыкающая к седлу 4 стенка 27 манжеты пространственного уплотнения доходит до нижней границы отверстия 2 (фиг.7), она еще прижата к седлу. Как только стенка начинает выходить за пределы этой границы, на вышедшую часть ее с обеих сторон давит одинаковое давление, что исключает ее деформацию. В это же время одноименная стенка 28, находящаяся в зоне отверстия 3, начинает входить в зону кольцевого пространства “а” также при одинаковых давлениях. При дальнейшем повороте конусной пробки 7 жидкость из полости отверстия 2 направляется в кольцевое пространство “а” (фиг.2) и оттуда в полость отверстия 8 и далее в кольцевое пространство “в”, а из него в полость отверстия 3. По мере увеличения угла поворота конусной пробки 7 растет расход до полного открытия крана. Вход стенки манжеты 27 в кольцевое пространство “б” осуществляется также при одинаковых давлениях.

Закрытие крана достигается поворотом штурвала 22 против часовой стрелки до тех пор, пока стенка 29 (фиг.3) не упрется в штифт 18. В этом случае оси проходных отверстий 2 и 3 расположены перпендикулярно оси отверстия 8. Разобщение полости отверстия 2 от полости отверстия 3 осуществляет уплотняемый участок пространственного уплотнения 14, расположенный симметрично по отношению к двум другим участкам.

Преимущества предлагаемого крана заключаются в:

значительном повышении эксплуатационной надежности благодаря обеспечению высокой степени герметизации полостей высокого давления от низкого, достигаемой применением пространственного уплотнения. Наличие в последнем кольцевых пространств “а”, “б” и “в” способствует снижению уровню шума и вибрации;

резком снижении эксплуатационных расходов благодаря увеличению межремонтного периода и улучшению условий труда оператора.

Использованная информация

1. Аналог. Г.Л.Вихман, С.А.Круглов “Основы конструирования аппаратов и машин нефтеперерабатывающих заводов”. Гостоптехиздат, М, 1962 г, с. 281, рис.243.

2. Прототип. Информационный лист на “Кран пробковый, проходной КПП - 50×21”, НТК “Поиск”, 423450, г. Альметьевск, а/я 324, республика Татарстан, тел. 31-13-32, код 8553 (копия прилагается).