Обзор Патентов На Новые Конструкции Шаровых Кранов Или Создаем Новый Кран

В статье ««Дешевые краны» или еще раз о войне  шаровых кранов против вентилей и задвижек» были рассмотрены преимущества и недостатки шаровых кранов, было выяснено, что в сегменте шаровых кранов средних типоразмеров с конструктивным исполнением пробка на опорах  главными недостатками являются высокая стоимость изготовления и сниженный срок надежной эксплуатации.  Причиной этому служит постоянное  прижатие поверхности уплотнения седел к поверхности  шара и необходимость, в связи с этим, точной обработки поверхности шара и покрытии ее износостойкими и коррозионностойкими материалами. Кроме этого было отмечено, что  сегодня, особенно в условиях разразившегося глобального экономического кризиса, потребитель вынужден отказываться от шаровых кранов в пользу задвижек, сталкиваясь при эксплуатации с их недостатками. В итоге был сделан вывод, что необходимо найти простое техническое решение, которое, основываясь на традиционной конструкции шарового крана, позволит: продлить срок его эксплуатации,  снизить момент при управлении, удешевить изготовление и ремонт, упростить обслуживание. Проанализируем уровень техники, существующий на данный момент,  рассмотрев конкретные примеры творческого поиска такого технического решения.

 Лидером по внедрению новых разработок является фирма «Cameron»  США (см. сайт www.c-a-m.com), которая ввела в конструкцию своих кранов новшество, способствующее повышению герметичности и долговечности затворов. Оно сводится к тому, что уплотнительные кольца имеют зубчатые венцы, в зацепление с которыми, при повороте сферической пробки, входят храповики, закрепленные на ней. За счет этого, при каждом повороте пробки, седла проворачиваются на 15 градусов. Таким образом, обеспечивается дополнительная притирка уплотнения седла к шару, что повышает герметичность и исключает износ в одном месте. Однако это не решает проблему, а является лишь усовершенствованием существующей конструкции крана, при этом остаются высокие требования к поверхности шара по причине постоянного контакта уплотнений седел с его поверхностью. Другой интересной разработкой фирмы является шаровой кран «Orbit Valve»  (разработан впервые 50 лет назад инженерами компании «Orbit»  в Арканзасе), Кран имеет, установленное в корпусе одно  неподвижное седло, необработанную шаровую пробку  с проходным отверстием и  наплавленным с одной стороны уплотнительным пояском, совмещаемым с седлом  в положении крана «закрыто». За счет удлиненного шпинделя с ходовым узлом и выполненной на его поверхности по специальной траектории канавки, в которую входит штифт, соединенный неподвижно со стойкой, шаровая пробка совершает поворот на 90 градусов при отведенном от седла положении, а затем, перемещается в осевом направлении в сторону седла.  При этом  достигается необходимое для герметизации удельное давление на уплотнительных поверхностях  пробки и седла  (подробную информацию можно посмотреть на сайте «Cameron»   в разделе Process Valves). Приведем часть рекламы фирмы о преимуществах конструкции: «Нестираемое уплотнение. Основная задача – прекратить вращение, пробка перемещается на расстоянии от уплотняющей поверхности корпуса, избегая при этом износа и трения между данными поверхностями. Низкие эксплуатационные расходы. Кран сделан так, что трение деталей не происходит, а это в свою очередь позволяет свести к минимуму затраты на ремонт».  Для этого крана и описанных ниже российских патентов является общим конструктивным признаком то, что нижняя опора пробки выполнена сферической и установлена в отверстии, выполненном в корпусе под запорным органом. Верхняя опора выполнена с возможностью смещения относительно нижней под действием шпинделя, то есть пробка во время поворота или в конце его, может качаться вокруг сферы нижней опоры, прижимаясь к седлу установленном в корпусе. Изобретения направлены на увеличение срока службы крана при повышении его надежности в процессе эксплуатации, упрощение конструкции крана и расширение его технологических  возможностей.

Информацию по аналогичным  конструкциям шаровых кранов запатентованных в России можно получить на сайте  www.fips.ru  «ИНСТИТУТА ПРОМЫШЛЕННОЙ СОБСТВЕННОСТИ» просмотрев описание следующих патентов:

1)ШАРОВОЙ КРАН. Номер публикации 2278311. Патентообладатель ООО "Завод "Газпроммаш".Особенностью конструкции является то, что в корпусе установлено одно седло на резьбе с возможностью перемещения вдоль патрубка корпуса с целью  регулировки усилия прижатия уплотнения. Здесь необходимо отметить интересную  идею - ввести в конструкцию крана возможность регулировки  контактных напряжений в уплотнении. Это позволяет снизить требования к точности изготовления и появляется возможность вводить корректировку на износ уплотнения в ходе эксплуатации. Однако то, что доступ к седлу возможен только при снятом с трубопровода кране через патрубок делает обслуживание кранов неудобным.

2) КРАН. Номер публикации 2088828. Патентообладатель  Акционерное общество "Тяжпромарматура". Конструкция крана практически повторяет кран «Orbit Valve».

3) ШАРОВОЙ КРАН. Номер публикации 2188978. Патентообладатель Акционерное общество "Тяжпромарматура".Особенностью конструкции является то, что в корпусе установлено одно седло в обойме по сферической поверхности с возможностью самоустанавливаться  по отношению к пробке. Такое решение значительно усложнило конструкцию, так как в результате вместо одной сферы получили три: сферическая пробка, сферическая нижняя опора, сферическое седло. Кроме этого добавилось дополнительное место герметизации, да еще и по сфере, что снизило надежность крана. Кроме этого если в выше описанных конструкциях, имеется возможность увеличить усилие обжатия уплотнения седла, увеличивая момент при управлении, что важно для корректировки износа, то здесь усилие обжатия уплотнения остается постоянным.

4) ШАРОВОЙ КРАН.  Номер публикации  2206809. Патентообладатель Ломовцев В. А. Особенностью конструкции является то, что пробка установлена на двух сферических опорах, причем верхняя связана со шпинделем со смещением оси. Недостатки такой конструкции это усложнение за счет введения дополнительной сферической опоры и отсутствие возможности увеличивать усилие обжатия уплотнения седла при увеличении момента при управлении.

5) ШАРОВОЙ КРАН. Номер публикации 2158866. Патентообладатель Акционерное общество "Тяжпромарматура".Конструкция крана практически повторяет шаровой кран из публикации 2206809.

6) ШАРОВОЙ КРАН Номер публикации 2273782. Патентообладатель ООО "Завод "Газпроммаш"Особенностью конструкции является то, что введено второе плавающее  седло тем самым повысив требования к качеству обработки пробки и сведя на нет преимущества конструкции.

 Как видим фирма «Cameron» изобретение довела до стадии серийной продукции, а патенты на идеи российских изобретателей остались на бумаге. Если подвести итоги рассмотрения выше описанных конструкций, можно сделать вывод, что все описанные краны перспективы широкого применения не имеют. Приходится только удивляться, зачем такие компании как «Cameron»,  АО "Тяжпромарматура" и ООО "Завод "Газпроммаш" тратят деньги на поддержание патентов в силе. Главный недостаток – это необходимость прижимать пробку к седлу, которая нагружена по всей площади проходного сечения давлением рабочей среды. Еще наши предки в глубокой древности знали, что тяжести лучше перемещать, перекатывая (вращение нагруженной пробки в кранах традиционной конструкции) или подклинивая и сдвигая (как у клиновых задвижек), а, не подымая (как предлагается здесь). Все описанные краны требуют значительных моментов на шпинделе при управлении и, следовательно, мощных приводов (2206809, 2188978, 2158866). Там же где используется трапецеидальная резьба («Orbit Valve»,  2278311, 2088828, 2273782), габарит по высоте вырос на столько, что краны стали больше задвижек, а если учесть их стоимость и невозможность применять для управления обычные четверть оборотные привода то, понять что может заставить потребителя их покупать сложно. Проще купить старую знакомую - обычную клиновую задвижку. Если обратить внимание на рисунках на соотношение диаметра отогнутого  нижнего конца шпинделя (который воспринимает всю нагрузку от давления на пробку в закрытом положении крана) относительно диаметра прохода, то становится ясно, что конструкция пригодна для небольших диаметров и давлений, иначе масса надстройки будет огромной.

Извлекаем лучшее из того, что заложено в рассмотренных кранах и делаем выводы:

- новая конструкция крана должна иметь не обработанную пробку, а только обработанные уплотнительные пояски:

- новая конструкция крана должна иметь возможность корректировки износа уплотнения в ходе эксплуатации, без демонтажа крана с трубопровода;

- для управления краном должен применяться обычный четверть оборотный привод небольшой мощности.

Чтобы этого достичь, более логичным является решение отводить  разгруженное от давления седло, чем двигать пробку, такие конструкции существуют, и их рассмотрим в следующей статье.