Уважаемые читатели, предлагаем вашему вниманию следующую разработку из рубрики «Обзор патентов» – кран шаровой для системы выгрузки полиэтилена. Автором патента является Кавичева Наталья Валерьевна, а патентообладателем – акционерное общество «Пензтяжпромарматура».
Полезная модель относится к запорной трубопроводной арматуре, а именно к крану шаровому для использования на трубопроводах для систем выгрузки полиэтилена. Техническим результатом является минимизация отложений рабочей среды. Шаровой кран состоит из корпуса, входного и выходного патрубков, шаровой поворотной пробки в опорах, двух седел, подпружиненных пружинами, во внутреннем проходе седел имеется трапециевидная выемка, а в зоне контакта пружин с магистральными фланцами на фланцах имеются скосы.
Формула изобретения
Кран шаровой для системы выгрузки полиэтилена, состоящий из корпуса, входного и выходного патрубков, шаровой поворотной пробки в опорах, двух седел, подпружиненных пружинами, отличающийся тем, что во внутреннем проходе седел имеется трапециевидная выемка, а в зоне контакта пружин с магистральными фланцами на фланцах имеются скосы.
Описание
Полезная модель относится к запорной трубопроводной арматуре – к крану шаровому для использования на трубопроводах для систем выгрузки полиэтилена.
Их уровня техники известен кран шаровой (патент на изобретение RU 2783055, опубл.: 08.11.2022 Бюл. № 31), который содержит корпус, в проходном канале которого размещены шар-пробка со сквозным каналом для прохождения среды, связанная с приводом ее вращения, и расположенные по обе стороны шара-пробки комбинированные уплотнения, состоящие из седла, выполненного в виде кольца с поперечным сечением в виде многоугольника, и упругого элемента, расположенного в пазу, выполненном со стороны корпуса крана шарового. Поверхность седла со стороны шара-пробки выполнена под углом α = 25–35° внутрь седла от его торца. Поверхность седла со стороны противоположного торца седла выполнена под углом β = 10–20° внутрь седла от его торца. Наружная поверхность седла от прямоугольного паза до торца со стороны шара-пробки выполнена под углом γ = 10–20° наружу к корпусу крана. Недостатком данной конструкции является возможность отложения рабочей среды внутри крана.
Задачей заявленного технического решения является разработка шарового крана с повышенной надежностью, обеспечивая возможность применения для системы выгрузки полиэтилена.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является минимизация отложений рабочей среды.
Технический результат достигается тем, что шаровой кран состоит из корпуса, входного и выходного патрубков, шаровой поворотной пробки в опорах, двух седел, подпружиненных пружинами, во внутреннем проходе седел имеется трапециевидная выемка, а в зоне контакта пружин с магистральными фланцами на фланцах имеются скосы.
Полезная модель поясняется чертежами, на которых изображено:
на фиг. 1 – общий вид крана в разрезе;
на фиг. 2 – увеличенный вид уплотнения втулки сальника;
на фиг. 3 – увеличенный вид уплотнения седла и пробки;
на фиг. 4 – увеличенный вид уплотнения зоны расположения подшипников;
на фиг. 5 – увеличенный вид уплотнения соединения корпус-фланец,
на фиг. 6 – результаты расчета эффекта экранирования, где 1 – корпус, 2 – фланец магистральный, 3 – пробка шаровая, 4 – седло, 5 – втулка сальника, 6 – фланец сальника, 7 – шпиндель, 8 – плита, 9 – кольцо уплотнительное, 10 – кольцо уплотнительное, 11 – кольцо уплотнительное, 12 – кольцо уплотнительное, 13 – подшипник скольжения, 14 – уплотнительный шнур, 15 – пружина тарельчатая, 16 – место экранирования.
Шаровой кран состоит из корпуса 1 и двух патрубков 2 (входного и выходного), шаровой поворотной пробки 3 в опорах (в плите 8) и двух подпружиненных седел 4. Седла выполнены цилиндрической формы. Патрубки 2 выполнены из металла.
Уплотнение затвора крана шарового – металл по металлу. В зоне уплотнения седла 4 и пробка 3 (фиг. 3) имеют высокопрочное износостойкое покрытие, выполненное из карбида вольфрама толщиной не менее 0,4 мм с твердостью не менее HV1200. Площадь контакта седел 4 с пробкой 3 увеличена за счет увеличения ширины контактного пояска на седлах, чтобы минимизировать попадание рабочей среды (порошка полиэтилена) в зону уплотнения затвора.
Для дополнительной защиты зоны уплотнения затвора от попадания рабочей среды во внутреннем проходе седел 4 предусмотрен участок экранирования 16 – дополнительная выемка трапециевидной формы (фиг. 3), с помощью которой меняется направление потока рабочей среды.
Поджатие седел 4 осуществляется при помощи тарельчатых пружин 15 (фиг. 3). В зоне контакта с пружиной 15 на магистральном фланце 2 предусмотрены дополнительные скосы (фиг. 3) для расширения зазора между пружиной и фланцем, что исключает забивание порошка полиэтилена в зоне установки пружин 15 и выхода их из строя. Например, могут быть выполнены два скоса под 20 и 60 градусов относительно центральной оси прохода, создавая участок экранирования 16. Данный пример не является единственным и возможны другие размеры углов.
Для исключения попадания рабочей среды в зоны установки подшипников 13 (фиг. 2 и фиг. 4) и в канавки с основными уплотнениями 9, 10, 11 и выхода их из строя предусмотрена дополнительная установка уплотнений в виде шнура из PTFE 14, выполняющих роль «пыльников».
Для повышения надежности и защиты от протечек по шпинделю 7 предусмотрено комбинированное уплотнение – сочетание двух уплотнительных колец О-Ring 10 и уплотнительного кольца Lip-Seal 12.
Устройство работает следующим образом
Транспортируемая рабочая среда подается в один из двух магистральных фланцев 2 при повороте шаровой пробки 3 на 90 градусов в положение «закрыто», седло 4 поджимается к пробке 3 крана шарового под действием давления транспортируемой среды, за счет чего обеспечивается герметичность выходного магистрального фланца.
В CFD-программе был смоделирован поток, проходящий через кран, и получены векторы скорости воздуха с частицами порошка в канале возле стенок на входе и выходе. На фиг. 6 представлены полученные результаты, где на фиг. 6а представлена форма потока на входной стороне, на фиг. 6б представлена форма потока на выходной стороне. Согласно фиг. 6 впадины между деталями, участвующими в уплотнении, при движении воздуха с частицами порошка формируют вихри, которые не пускают основной поток среды в зазоры, заставляя обтекать места с вихрями. Таким образом реализуется эффект экранирования.
Таким образом, благодаря такой конструкции шарового крана обеспечивается минимизация отложений рабочей среды.
