RU2230964C2

RU2230964C2 - Spherical stopcock

Info

Publication number: RU2230964C2
Application number: RU2002120629/06A
Authority: RU
Inventors: А.М. Трусков (RU); А.М. Трусков; Ю.Б. Драпкин (RU); Ю.Б. Драпкин; В.Н. Бекетов (RU); В.Н. Бекетов; А.С. Матвеев (RU); А.С. Матвеев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью фирма "АКТАН"
Priority date: 2002-07-29
Filing date: 2002-07-29
Publication date: 2004-06-20

Abstract

FIELD: locking fittings mounted in main pipelines for controlling of working fluid flows.

SUBSTANCE: spherical stopcock has body equipped with through channel, sealing members and locking member, which are located in through channel. Locking member is made in the form of hollow spherical part with through openings and additional opening. Hollow cylinder is positioned in through openings in axially aligned relation with respect to through channel. Axis of additional opening is extending perpendicular to axis of hollow cylinder. Spindle is made in the form of cylindrical rod equipped with connecting member. Annular rim or annular slot is made on outer surface of hollow cylinder for engagement with connecting member of spindle. Diameter of spindle rod is 0.8-0.95 the diameter of additional opening of hollow spherical part.

EFFECT: simplified construction, enhanced reliability in operation and prolonged service life of spherical stopcock.

2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к запорной арматуре и может быть использовано в составе магистральных трубопроводов для управления потоками рабочей среды.The invention relates to valves and can be used as part of pipelines to control the flow of the working environment.

Известно запорное устройство, содержащее запорный орган, выполненный в форме шарового пояса, размещенного в корпусе с возможностью вращения своей сферической поверхностью в вертикальной плоскости относительно оси оснований и снабженного в плоскости вращения под углом 90° к основаниям двумя диаметрально противоположными параллельными сечениями, жестко соединенными с полым цилиндром, выполненную в корпусе внутреннюю кольцевую выемку, имеющую в сечении трапецеидальную форму, расположенную под углом 45° к горизонтали и образующую вместе со сферической поверхностью запорного органа кольцевую полость, в которой размещена кольцевая эластичная камера с патрубками подачи и слива рабочей жидкости (см. МПК F 16 К 5/06, патент Российской Федерации №2022189, опубл. 15.10.94 г.).Known locking device containing a locking element made in the form of a spherical belt placed in the housing with the possibility of rotation with its spherical surface in a vertical plane relative to the axis of the bases and provided in the plane of rotation at an angle of 90 ° to the bases with two diametrically opposite parallel sections rigidly connected to the hollow a cylinder, an internal annular recess made in the housing, having a trapezoidal cross-sectional shape, located at an angle of 45 ° to the horizontal and forming together with a spherical surface of the locking member, an annular cavity in which an annular elastic chamber is placed with nozzles for supplying and discharging the working fluid (see IPC F 16 K 5/06, patent of the Russian Federation No. 2022189, publ. 15.10.94).

Существенными недостатками известного устройства являются:Significant disadvantages of the known device are:

- низкая надежность работы, обусловленная возникновением больших по величине удельных нагрузок в зоне контакта шпинделя и запорного органа, выполненного в форме шарового пояса;- low reliability, due to the occurrence of large specific loads in the contact zone of the spindle and the locking element, made in the form of a ball belt;

- низкая долговечность работы, обусловленная большим износом уплотнений запорного устройства;- low durability due to the large wear of the seals of the locking device;

- сложная конструкция, обусловленная наличием кольцевой полости и эластичной камеры с патрубками подачи и слива рабочей жидкости.- a complex structure due to the presence of an annular cavity and an elastic chamber with nozzles for supplying and draining the working fluid.

Известен шаровой кран, содержащий корпус, внутри которого расположены патрубки с проходными отверстиями и размещенными в нем уплотнениями и запорным элементом, выполненным в виде полой сферы, соединенной со шпинделем (см. Проспект “Стальные шаровые краны НАВАЛ”, Финского производства, стр.10).Known ball valve containing a housing, inside of which there are nozzles with bores and seals placed in it and a locking element made in the form of a hollow sphere connected to the spindle (see Prospect "Steel ball valves NAVAL", Finnish production, page 10) .

Существенным недостатком известного устройства является низкая надежность работы, обусловленная возникновением больших по величине удельных нагрузок в зоне контакта шпинделя и полой сферы, приводящих к смятию контактирующих участков, особенно с увеличением потребного для вращения шпинделя крутящего момента.A significant disadvantage of the known device is the low reliability due to the occurrence of large specific loads in the contact zone of the spindle and the hollow sphere, leading to crushing of the contacting sections, especially with an increase in the torque required for rotation of the spindle.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является шаровой кран, содержащий корпус с проходным каналом и размещенными в нем уплотнениями и запорным элементом, выполненным в виде полой сферы с проходными отверстиями, в которых соосно проходному каналу установлен полый цилиндр, и с дополнительным отверстием, ось которого перпендикулярна оси полого цилиндра, шпиндель в виде цилиндрического стержня с соединительным элементом на торце (см. МПК F 16 К 5/06, патент Российской Федерации №2156906, опубл. 27.09.2000 г.)Closest to the claimed invention is a ball valve containing a housing with a passage channel and seals placed therein and a locking element made in the form of a hollow sphere with passage holes in which a hollow cylinder is installed coaxially with the passage channel and with an additional hole, the axis of which is perpendicular to the axis hollow cylinder, a spindle in the form of a cylindrical rod with a connecting element at the end (see IPC F 16 K 5/06, patent of the Russian Federation No. 2156906, publ. 09.27.2000)

- низкая надежность работы шарового крана, обусловленная возникновением значительных по величине удельных нагрузок в зоне контакта шпинделя и полой сферы, приводящих к смятию контактирующих участков, особенно с увеличением потребного для вращения шпинделя крутящего момента, который в свою очередь возрастает при увеличении давления рабочей среды;- low reliability of the ball valve, due to the occurrence of significant specific loads in the contact zone of the spindle and hollow sphere, leading to crushing of the contacting sections, especially with an increase in the torque required for rotation of the spindle, which in turn increases with increasing pressure of the working medium;

Для исключения смятия материалов в указанной зоне повышают твердость материалов путем соответствующей термообработки или используют более высокопрочные материалы, что приводит к увеличению трудоемкости и себестоимости изготовления;To exclude material crushing in the specified zone, the hardness of the materials is increased by appropriate heat treatment or higher strength materials are used, which leads to an increase in labor input and manufacturing cost;

- низкая долговечность работы, обусловленная большим износом уплотнений шарового крана, происходящим при увеличении потребного для вращения полой сферы крутящего момента, который вызывает деформацию сферы в упругой зоне, искажая ее сферическую форму;- low durability due to the large wear of the ball valve seals that occurs when the torque required to rotate the hollow sphere increases, which causes the sphere to deform in the elastic zone, distorting its spherical shape;

- сложность конструкции, обусловленная наличием жесткой связи полого цилиндра с корпусом посредством крепежного элемента и заполнением внутренней полости сферы упругодеформированным материалом.- the complexity of the design, due to the presence of a rigid connection of the hollow cylinder with the housing by means of a fastener and filling the inner cavity of the sphere with elastically deformed material.

Задачей изобретения является создание шарового крана, обладающего высокой надежностью и долговечностью работы при упрощении конструкции.The objective of the invention is the creation of a ball valve with high reliability and durability while simplifying the design.

Задача достигается тем, что шаровой кран, содержащий корпус с проходным каналом, размещенными в нем уплотнениями и запорным элементом, выполненным в виде полой сферы с проходными отверстиями, в которых соосно проходному каналу установлен полый цилиндр, и с дополнительным отверстием, ось которого перпендикулярна оси полого цилиндра, шпиндель в виде цилиндрического стержня с соединительным элементом, согласно изобретению на наружной поверхности полого цилиндра выполнен кольцевой бурт или кольцевой паз, взаимодействующий с соединительным элементом шпинделя, а диаметр стержня последнего составляет 0,8-0,95 от диаметра дополнительного отверстия сферы, при этом соединительный элемент выполнен в виде прямоугольной шпонки или прямоугольного шпоночного паза.The objective is achieved in that a ball valve comprising a housing with a passage channel, seals placed therein and a locking element made in the form of a hollow sphere with passage holes in which a hollow cylinder is installed coaxially with the passage channel, and with an additional hole whose axis is perpendicular to the axis of the hollow a cylinder, a spindle in the form of a cylindrical rod with a connecting element, according to the invention, an annular collar or an annular groove interacting with the connecting m spindle element and the last rod diameter is the diameter of 0,8-0,95 additional spheres holes, wherein the connecting member comprises a rectangular or square dowels keyway.

Заявляемое изобретение имеет отличия от прототипа в существенных признаках:The claimed invention has differences from the prototype in essential features:

- на наружной поверхности полого цилиндра выполнен кольцевой бурт или кольцевой паз;- on the outer surface of the hollow cylinder, an annular collar or annular groove is made;

- кольцевой бурт или кольцевой паз взаимодействует с соединительным элементом шпинделя;- An annular collar or annular groove interacts with the spindle connecting element;

- диаметр цилиндрического стержня шпинделя составляет 0,8-0,95 от диаметра дополнительного отверстия сферы;- the diameter of the cylindrical spindle rod is 0.8-0.95 of the diameter of the additional hole of the sphere;

- соединительный элемент шпинделя выполнен в виде прямоугольной шпонки или прямоугольного шпоночного паза.- the spindle connecting element is made in the form of a rectangular key or a rectangular keyway.

Следовательно, предложенное решение соответствует критерию “новизна”.Therefore, the proposed solution meets the criterion of “novelty”.

Выполнение на наружной поверхности полого цилиндра кольцевого бурта или кольцевого паза позволит обеспечить передачу крутящего момента от шпинделя, расположенного в дополнительном отверстии сферы запорного элемента, за счет образованных соединений: прямоугольная шпонка шпинделя - кольцевой паз полого цилиндра или прямоугольный паз шпинделя - кольцевой бурт полого цилиндра на полый цилиндр, и далее, используя поверхность контакта полого цилиндра с полой сферой, на последнюю, при этом усилие воздействия крутящего момента на сферу значительно уменьшается за счет уменьшения удельной нагрузки, что обеспечивает сохранение формы ее наружной поверхности. В этом случае отсутствует зона контакта шпинделя и полой сферы, а возникающее плечо (расстояние от точки приложения силы на шпинделе до поверхности контакта полого цилиндра и сферы) позволяет увеличить крутящий момент, необходимый для поворота запорного элемента, при уменьшении усилия, воздействующего на сферу, сохранить ее форму и размеры, уменьшить износ уплотнений, что приведет к повышению надежности и долговечности работы шарового крана.The execution on the outer surface of the hollow cylinder of an annular collar or annular groove will allow the transmission of torque from the spindle located in the additional hole of the sphere of the locking element due to the formed connections: a rectangular spindle key - an annular groove of a hollow cylinder or a rectangular groove of a spindle - an annular collar of a hollow cylinder hollow cylinder, and then, using the contact surface of the hollow cylinder with the hollow sphere, on the latter, the force of the impact of torque on the sphere means decreases significantly due to a decrease in the specific load, which ensures the preservation of the shape of its outer surface. In this case, there is no contact zone between the spindle and the hollow sphere, and the arising shoulder (the distance from the point of application of force on the spindle to the contact surface of the hollow cylinder and the sphere) allows you to increase the torque required to rotate the locking element, while reducing the force acting on the sphere, to save its shape and dimensions, reduce wear of the seals, which will increase the reliability and durability of the ball valve.

Выполнение диаметра цилиндрического стержня шпинделя при значении, меньшем 0,8 диаметра дополнительного отверстия сферы, приведет к уменьшению жесткости шпинделя, а при значении, большем 0,95, - к уменьшению диапазона смещения запорного органа при его самоустановке между уплотнениями корпуса, что приведет к снижению надежности и долговечности работы шарового крана.Fulfillment of the diameter of the spindle cylindrical rod at a value less than 0.8 of the diameter of the additional hole of the sphere will lead to a decrease in the stiffness of the spindle, and at a value greater than 0.95, to a decrease in the displacement range of the locking member when it is self-installed between the body seals, which will lead to a decrease reliability and durability of the ball valve.

В предложенном решении все отличительные признаки взаимосвязаны и в сочетании с другими признаками позволяют получить новый технический результат: повысит надежность и долговечность работы шарового крана, упростить его конструкцию.In the proposed solution, all the distinguishing features are interconnected and, in combination with other features, provide a new technical result: increase the reliability and durability of the ball valve, simplify its design.

Следовательно, предложенное решение соответствует критерию “изобретательский уровень”.Therefore, the proposed solution meets the criterion of "inventive step".

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид устройства в разрезе и соединение шпинделя с полым цилиндром через паз шпинделя - бурт цилиндра; на фиг.2 - соединение шпинделя с полым цилиндром через бурт шпинделя - паз цилиндра.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a General view of the device in section and the connection of the spindle with the hollow cylinder through the groove of the spindle - the shoulder of the cylinder; figure 2 - connection of the spindle with a hollow cylinder through the shoulder of the spindle - the groove of the cylinder.

Шаровой кран содержит корпус 1 с проходным каналом, размещенные в нем уплотнения 2 и запорный элемент, выполненный в виде полой сферы 3 с проходными отверстиями, а также установленным соосно проходному каналу полым цилиндром 4, шпиндель 5 в виде цилиндрического стержня с соединительным элементом 6 на торце, выполненным в виде прямоугольного шпоночного паза (фиг.1 и 3), прямоугольной шпонки (фиг.2 и 4). В полой сфере 3 выполнено дополнительное отверстие 7 с осью, перпендикулярной оси полого цилиндра 4, на наружной поверхности которого выполнен кольцевой бурт 8 или паз 9, взаимодействующий с соединительным элементом 6, выполненным в виде шпоночного паза (фиг.1) или прямоугольной шпонки (фиг.2).The ball valve comprises a housing 1 with a passage channel, seals 2 placed therein and a locking element made in the form of a hollow sphere 3 with passage holes, and also a hollow cylinder 4 mounted coaxially to the passage channel, a spindle 5 in the form of a cylindrical rod with a connecting element 6 at the end made in the form of a rectangular keyway (figure 1 and 3), a rectangular key (figure 2 and 4). In the hollow sphere 3, an additional hole 7 is made with an axis perpendicular to the axis of the hollow cylinder 4, on the outer surface of which an annular shoulder 8 or groove 9 is made, interacting with the connecting element 6 made in the form of a keyway (Fig. 1) or a rectangular key (Fig. .2).

Шаровой кран работает следующим образом. В положении “закрыт” полая сфера 3 перекрывает проходной канал корпуса 1. При переводе крана в открытое состояние поворотом запорного элемента на 90° посредством привода 13 ее проходное отверстие совмещают с проходным каналом корпуса и полый цилиндр 4 открывает путь среде через кран.Ball valve works as follows. In the “closed” position, the hollow sphere 3 overlaps the passage channel of the housing 1. When the crane is opened by turning the locking element 90 ° by means of the actuator 13, its passage hole is combined with the passage channel of the housing and the hollow cylinder 4 opens the way for the medium through the valve.

Применение изобретения позволит повысить надежность, долговечность работы, упростить конструкцию и улучшит ремонтоспособность шарового крана.The application of the invention will improve reliability, durability, simplify the design and improve the maintainability of a ball valve.

Claims

1. Ball valve comprising a housing with a passage channel, seals placed therein and a locking element made in the form of a hollow sphere with passage holes in which a hollow cylinder is installed coaxially with the passage channel and with an additional hole, the axis of which is perpendicular to the axis of the hollow cylinder, spindle in the form of a cylindrical rod with a connecting element, characterized in that an annular shoulder or an annular groove is made on the outer surface of the hollow cylinder, interacting with the connecting element of the spindle, and the last rod’s ameter is 0.8-0.95 of the diameter of the additional hole of the sphere.

2. Ball valve according to claim 1, characterized in that the connecting element is made in the form of a rectangular key or a rectangular keyway.