Кран шаровой

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Производственное частное унитарное предприятие Цветлит общественного объединения Белорусское общество глухих(72) Авторы Ефременко Сергей Владимирович Пестис Витольд Казимирович Арцукевич Юрий Михайлович Белецкий Станислав Владиславович Струк Василий Александрович Овчинников Евгений Витальевич(73) Патентообладатель Производственное частное унитарное предприятие Цветлит общественного объединения Белорусское общество глухих(57) 1. Кран шаровой, включающий корпус, крышку, шпиндель, пробку, гайку сальника,втулку уплотнительную, седло и ручку, отличающийся тем, что дополнительно содержит композиционное покрытие на поверхностях деталей трения толщиной 0,51,0 , гдевеличина поля допуска в сопряжении. 2. Кран шаровой по п. 1, отличающийся тем, что поверхность контакта деталей трения выполнена профильной с параметром шероховатости 0,11,2 мкм. 3. Кран шаровой по п. 1 или 2, отличающийся тем, что поверхности трения седла и втулки уплотнительной имеют рельеф с высотой 0,11,2 мкм, сформированный механической обработкой, в результате приработки в абразивной среде, термической или лазерной обработкой. 61732010.04.30 4. Кран шаровой по п. 1 или п. 2, отличающийся тем, что на поверхности трения шпинделя, гайки сальника и пробки нанесено покрытие из фосфатов металлов. 5. Кран шаровой по п. 1, отличающийся тем, что композиционное покрытие состоит из фосфатов металлов и сухих смазок. 6. Кран шаровой по п. 1, отличающийся тем, что композиционное покрытие состоит из фторсодержащих олигомерных, полимерных компонентов или их смесей. 7. Кран шаровой по п. 1, отличающийся тем, что композиционное покрытие состоит из жидкой или пластичной смазки, наполненной 10-80 мас.дисперсных частиц, выбранных из группы графит, дисульфид молибдена, политетрафторэтилен,ультрадисперсный политетрафторэтилен, полиэтилен, полиамид, технический углерод, порошок меди,цинка, бронзы или их смеси при размере частиц 0,1-1 мкм. 8. Кран шаровой по п. 1 или п. 2, отличающийся тем, что втулка уплотнительная и седло выполнены из политетрафторэтилена или наполненного материала на основе политетрафторэтилена с последующим термическим упрочнением. 9. Кран шаровой по п. 1 или п. 2, отличающийся тем, что для изготовления втулки уплотнительной и седла используют композиционный материал на основе политетрафторэтилена и дисперсных наполнителей, выбранных из ряда оксид кремния, оксид алюминия, тальк, цеолит, монтмориллонит, графит, дисульфид молибдена, технический углерод,ультрадисперсный алмаз, ультрадисперсный алмазографит, фуллереновая сажа, фторированный технический углерод, углеграфитовое волокно, углеграфитовое волокно, модифицированное фторсодержащими соединениями, металлизированное углеграфитовое волокно,полимерное волокно на основе полиамидов, полиэтилентерефталата, полиамидов, вискозы, ароматического полиамида, стекловолокна или их смесей при содержании наполнителя 0,0140 мас.и размере частиц от 10 нм до 200 мкм. 10. Кран шаровой по п. 1 или п. 2, отличающийся тем, что втулку уплотнительную и седло изготавливают из композиционного материала на основе смеси полимер-олигомерных фракций политетрафторэтилена.(56) 1. Рекламные материалы компании ООО по клапанам Тянь Син электронный ресурс доступа //.3 2. Рекламные материалы компании электронный ресурс доступа// 3. Краны шаровые 1,6 МПа. Технические условия ТУ РБ 03973239.011-99 (прототип). Полезная модель относится к области создания запорной арматуры, применяемой для функционирования трубопроводов низкого давления в жилых и производственных помещениях. В настоящее время выпускают запорную арматуру для трубопроводов низкого и высокого давления, отличающуюся по конструктивному исполнению, применяемым материалам и технологии изготовления 1-2. Номенклатура кранов, применяемых на территории Беларуси и СНГ, оговорена действующими нормативными документами. Известна типовая конструкция крана шарового, которая соответствует ТУ РБ 03973239.011-99 3. Типовая конструкция крана шарового модели 50,1,6 МПа,представленная на фиг. 1, включает корпус 1, крышку 2, шпиндель 3, седло 4, пробку 5,гайку сальниковую 6, втулку уплотнительную 7 и ручку 8. Детали крана корпус 1, крышку 2, шпиндель 3, гайку сальника 6 и пробку 5 изготавливают из сплава на основе меди(латуни) ручку крана 8 изготавливают из алюминиевого сплава, а втулку уплотнительную 7 2 61732010.04.30 и седло 4 - из полимерного материала (политетрафторэтилена). На поверхность пробки 5 наносят антикоррозионное покрытие из никеля или хрома. Данная конструкция крана шарового выбрана за прототип полезной модели. Рассмотренную выше модель крана шарового широко применяют в трубопроводах низкого давления при эксплуатации жилых и производственных помещений. Данной конструкции присущ ряд характерных недостатков, которые снижают эффективность ее применения исполнение сопряженных деталей пар трения (гайка сальника 6 и шпиндель 3, корпус 1 и шпиндель 3) из материалов, близких по показателям деформационно-прочностных и триботехнических характеристик (латуней ЛЦ 40 С и ЛЦ 40 СД), обусловливает вероятность задира при эксплуатации крана применение для изготовления втулки уплотнительной 7 и седла 4 политетрафторэтилена не обеспечивает необходимой степени герметизации после относительно небольшого срока эксплуатации крана. Это обусловлено недостаточно высокой износостойкостью изделий из политетрафторэтилена и необходимостью применения достаточно больших нагрузок при монтаже крана для обеспечения заданной площади контакта в парах седло 4 пробка 5 и шпиндель 3 - гайка сальника 6. Эти нагрузки (усилие натяга) существенно повышают коэффициент трения пар и увеличивают их износ использование смазочных материалов на основе нефтяных, синтетических или растительных масел малоэффективно, так как изделия из политетрафторэтилена обладают низкой смачиваемостью, и на поверхностях трения не образуется устойчивая пленка смазки,снижающая силу трения и величину износа абразивные частицы, попадающие в сопряжение пробка 5 - седло 4 из транспортируемой среды, вызывают повреждение контактных поверхностей и потерю герметичности. Цель полезной модели состоит в разработке конструкции крана шарового с повышенными показателями служебных характеристик, прежде всего, ресурса. Поставленная цель достигается тем, что кран шаровой, включающий корпус, крышку,шпиндель, пробку, гайку сальника, ручку, втулку уплотнительную и седло, дополнительно содержит композиционное покрытие на поверхностях деталей трения толщиной 0,51,0 , где- величина поля допуска в сопряжении, поверхность контакта деталей трения выполнена профильной с высотой микронеровностей а 0,1-1,2 мкм, втулка уплотнительная и седло выполнены из политетрафторэтилена или наполненного материала на основе политетрафторэтилена с последующим упрочнением, а контактная поверхность седла выполнена плоской или выпуклой с радиусом 12 , где- высота седла. Вариантами исполнения заявленной полезной модели являются использование композиционного покрытия на поверхностях трения шпинделя, гайки сальника и пробки из фосфатов металлов использование композиционного покрытия на поверхностях трения шпинделя, гайки сальника и пробки из фосфатов и сухих смазок использование композиционного покрытия на поверхностях трения шпинделя, седла,гайки сальника, пробки и втулки уплотнительной из сухих смазок использование композиционного покрытия на поверхностях трения шпинделя, седла,втулки уплотнительной, пробки и гайки сальника из фторсодержащих олигомерных, полимерных компонентов или их смесей использование седла и втулки уплотнительной со специальным рельефом на поверхностях трения с высотой микронеровностей 0,51,2 мкм, сформированным механической обработкой, приработкой, термической обработкой, лазерной обработкой использование втулки уплотнительной и седла, изготовленного из композиционного материала на основе политетрафторэтилена, содержащего дисперсные наполнители, выбранные из ряда оксид кремния, оксид алюминия, сиалон, цеолит, монтмориллонит, графит,дисульфид молибдена, технический углерод, ультрадисперсный алмаз, ультрадисперсный 3 61732010.04.30 алмазографит, фуллереновая сажа, фторированный технический углерод, углеграфитовое волокно, углеграфитовое волокно, модифицированное фторсодержащими соединениями,металлизированное углеграфитовое волокно, полимерное волокно на основе полиолефинов, полиамидов, полиэтилентерефталата, вискозы, ароматического полиамида и их смесей, стекловолокно использование термически упрочненной втулки уплотнительной и седла из политетрафторэтилена или композиций на его основе. Сущность заявленного технического решения, согласно формуле полезной модели, поясняем фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4, фиг. 5, фиг. 6, фиг. 7, фиг. 8, фиг. 9, фиг. 10. На фиг. 2 приведен общий вид крана шарового, согласно заявленной модели, включающего корпус 1, крышку 2,шпиндель 3, седло 4, пробку 5, гайку сальника 6, втулку уплотнительную 7, ручку 8. На рабочую поверхность пробки 5 нанесено покрытие из электролитического хрома, предотвращающее коррозионное повреждение под действием транспортируемой по трубопроводу среды. На поверхности деталей трения шпинделя 3, пробки 5, гайки сальника 6 нанесено композиционное покрытие 9. Поверхности трения седла 4 и втулки уплотнительной 7 имеют специальный рельеф с высотой микронеровностей 0,11,2 мкм. На фиг. 3 приведен вариант изготовления седла с рельефом, образованным сегментами. На фиг. 4 представлен вариант изготовления седла с рельефом, образованным выступающими треугольниками. На фиг. 5 представлен вариант седла с рельефом, образованным треугольными впадинами. На фиг. 6 приведен вариант седла со сферической поверхностью контакта. На фиг. 7 представлен вариант седла с плоской поверхностью контакта. На фиг. 8 представлен вариант изготовления втулки уплотнительной 7 согласно заявленной модели. При контакте пробки 5 с профильной поверхностью седла 4 усилием натяга обеспечивается необходимая герметичность сопряжения. На фиг. 9 приведена схема контактирования пробки 5 с профильной поверхностью седла 4. При приложении усилия натягалиния контакта трансформируется в площадку контакта. Благодаря упругим характеристикам полимерного материала (политетрафторэтилена) площадь контакта по мере изнашивания седла 4 некоторое время остается постоянной, обеспечивая герметичность сопряжения. При нанесении на поверхности трения пробки 5 и (или) седла 4 композиционного покрытия 9 площадь контакта увеличивается без приложения значительных усилий натяга . На фиг. 10 приведена схема контактирования пробки 5 и седла 4 с профильной поверхностью при наличии композиционного покрытия 9. При перемещении сопряженных деталей трения в парах седло 4 - пробка 5, шпиндель 3 - гайка сальника 6, шпиндель 3 - втулка уплотнительная 7 благодаря наличию специального рельефа и композиционного покрытия формируется разделительный слой,устойчивый к реверсивному движению и обеспечивающий повышение износостойкости и герметизацию сопряжения. Состав композиционного покрытия и его структура не оказывают существенного влияния на параметры износостойкости и герметичности сопряжений при выполнении условия толщина композиционного покрытия должна находиться в пределах 0,51,0 , где- величина поля допуска в сопряжении. При меньшей толщине композиционное покрытие не будет обеспечивать достаточных триботехнических характеристик, что не позволит достичь оптимальной износостойкости сопряжений. При толщине композиционного покрытия более 1,0 затрудняется сборка сопряжений. Совокупное использование рельефа на поверхностях трения седла 4 и втулки сальниковой 7 и композиционного покрытия 9 обеспечивает образование более устойчивого разделительного слоя в зоне фрикционного контакта благодаря закреплению частиц изнашивания в микронеровностях рельефа. Например, при нанесении композиционного покрытия из фосфатов металлов частицы изнашивания седла 4 и втулки уплотнительной 7, изготовленных из политетрафторэтилена или композиции на его основе, закрепляются в микронеровностях рельефа и образуют композиционный разделительный слой. Благодаря этому 4 61732010.04.30 износ сопряжений седло 4 - пробка 5 и шпиндель 3 - втулка уплотнительная 7 практически равен нулю. Аналогичный эффект наблюдается при использовании композиционного покрытия из фторсодержащих полимерных, олигомерных или полимер-олигомерных компонентов. В этом случае фрагменты композиционного покрытия закрепляются в микронеровностях рельефа уплотнительной втулки 7, седла 4, а также сопряженных с ними деталей гайки сальника 6, шпинделя 3, пробки 5. Способность образовавшегося разделительного слоя к знакопеременному переносу и многократному передеформированию без разрушения обеспечивает повышенный эксплуатационный ресурс сопряжений седло 4 пробка 5, шпиндель 3 - гайка сальника 6, шпиндель 3 - втулка уплотнительная 7 и их герметичность в условиях реверсивной работы. Дополнительное введение в состав фторсодержащих полимерных или олигомерных компонентов сухих смазок повышает износостойкость и герметизирующие характеристики. Рельеф на поверхностях трения седла 4 и втулки уплотнительной 7 может быть сформирован различными технологическими приемами - с помощью технологической оснастки при изготовлении деталей прессованием, обработкой режущим или абразивным инструментом, обработкой потоком короткоимпульсного лазерного излучения. При использовании для изготовления втулки уплотнительной 7 и седла 4 композиционных материалов на основе политетрафторэтилена, содержащих от 0,01 до 40 мас.функционального наполнителя (графита, сажи, цеолитов, оксидов металлов, углеродного волокна и т.п.), обеспечивается дополнительный эффект повышения износостойкости сопряжений вследствие повышения деформационно-прочностных и триботехнических характеристик уплотнительных деталей крана. Наличие в сопряжении композиционного покрытия способствует ускорению приработки и созданию благоприятных условиях для эксплуатации крана шарового благодаря снижению усилий запирания (отпирания). Детали крана - втулка уплотнительная 7 и седло 4 могут быть изготовлены с применением специальной технологической оснастки - прессформ, обеспечивающих формирование заданного рельефа поверхности трения, получение изделия с точными геометрическими параметрами, исключающими последующую механическую обработку, и эффект термического упрочнения вследствие специального режима монолитизации изделий под действием контактных напряжений, обусловленных различием показателей теплового расширения компонентов материала и элементов оснастки. Таким образом, в заявленной полезной модели при любом варианте технического решения реализуется общий конструктивный признак - в зоне фрикционного контакта сопряжений пробка 5 - седло 4, шпиндель 3 - гайка сальника 3, шпиндель 6 - втулка уплотнительная 7 присутствует разделительный слой 9 толщиной 0,51,0 , где- величина поля допуска в сопряжении. Вариант исполнения заявленного технического решения, заключающийся в применении композиционных покрытий различного состава и технологии, метода формирования рельефа на поверхности трения, состава композиционного материала для изготовления седла и втулки уплотнительной, определяется конкретными условиями применения крана шарового и эксплуатационными требованиями. Примеры практического выполнения технологического решения, согласно заявленной полезной модели, представлены ниже. Пример 1. Кран шаровой модели 50,1,6 МПа изготавливали из металлических и полимерных деталей. Комплектующие детали корпус 1, крышку 2, шпиндель 3, гайку сальника 4 - получали методом литья под давлением с последующей механической обработкой из медного сплава (латуни). Втулку уплотнительную 7 и седло 4 изготавливали из политетрафторэтилена марки Ф-4 М путем спекания заготовок с их последующей механической обработкой. Поверхность контакта в седле 4 плоская. Рельеф поверхности трения из седла 4 и втулки уплотнительной 7 формировали путем обработки абразивным инструментом с размером зерен не более 1,5 мкм. На поверхности 5 61732010.04.30 трения шпинделя 3, гайки сальника 6, втулки уплотнительной 7, седла 4, пробки 5 ротапринтным способом наносили композиционные покрытия из ультрадисперсного политетрафторэтилена Форум (производство Института химии ДВО РАН г. Владивосток, Россия). Толщина покрытия составляла 1 мкм. Комплектующие детали подвергали сборке в соответствии с технологическим процессом. Для обеспечения заданных параметров герметичности и функциональных характеристик применяли герметик Стопор (ТЦ 2257-002-04836215-01), крепежный винт 10(ГОСТ 17473-80) и ручку 8 из алюминиевого сплава. Усилия натяга в сопряжениях гайка сальника 6 - втулка уплотнительная 7 и седло 4- пробка 5, обеспечивающие герметичность, создавали в соответствии с техническими требованиями. Кран шаровой в сборе подвергали испытаниям на герметичность и работоспособность на специальном стенде. Пример 2. Детали крана шарового модели 50,1,6 МПа - шпиндель 3, гайку сальника 6 и пробку 5, изготовленные в соответствии с техпроцессом обрабатывали фосфатирующим составом для получения мелкозернистого покрытия толщиной 1,0 мкм с размером микрошероховатостей не более 0,5 мкм. На фосфатный слой ротапринтным методом наносили композиционное покрытие из фторсодержащего олигомера Эпилам(производство Института химии синтетических каучуков РАН, Санкт-Петербург, Россия). Совокупная толщина покрытия не превышала 1 мкм. Комплектующие детали подвергали сборке в соответствии с примером 1. Кран в сборе испытывали на стенде на герметичность и функциональную работоспособность. Пример 3. Детали крана шарового седло 4 - и втулку уплотнительную 7 - изготавливали из композиционного материала на основе политетрафторэтилена и 1 мас.технического углерода (сажи) с размером единичных частиц не более 10 нм. Детали изготавливали методом прессования с последующей термообработкой (монолитизацией) при температуре 37010 С в течение 2 час в закрытой прессформе с последующим охлаждением на воздухе при скорости охлаждения 5/мин. Рельеф на поверхностях трения формировали с помощью пуансона с заданным профилем поверхности прессования. На поверхности трения седла 4 и втулки уплотнительной 7 ротапринтным способом наносили композиционное покрытие из ультрадисперсного политетрафторэтилена Форум и 5 мас.монтмориллонита с размером частиц не более 100 нм. Кран шаровой собирали и испытывали в соответствии с действующей нормативной документацией. Пример 4. На поверхности трения деталей крана шарового модели 50,1,6 МПа(шпинделя 3, гайки сальника 6, пробки 5) наносили композиционное покрытие из вазелина ветеринарного (ГОСТ 13037-84) и 30 мас.ультрадисперсного политетрафторэтилена Форум. Вазелин использовали в качестве технологической среды, обеспечивающей формирование композиционного покрытия на поверхностях трения без применения дорогостоящих специальных методов обработки. Толщина покрытия не превышала 1 мкм. Покрытие заполняло зазор сопряжений в парах шпиндель 3 - гайка сальника 6, шпиндель 3 - втулка уплотнительная 7, седло 4 - пробка 5, обеспечивая заданную герметичность и низкую величину усилия запирания (отпирания) крана в сборе. В соответствии с вариантами исполнения заявленной полезной модели возможно использование различных типов композиционных покрытий на рабочих поверхностях деталей трения, а также различных материалов для изготовления седла 4 и втулки уплотнительной 7 - как политетрафторэтилена, так и композиций на его основе. Выбор состава композиционного материала (вида и содержания дисперсного наполнителя) зависит от эксплуатационных требований, предъявляемых к готовому изделию - крану шаровому. При использовании любого заявленного наполнителя в заявленных пределах гарантируется эффект увеличения износостойкости втулки уплотнительной 7 и седла 4 не менее 6 61732010.04.30 чем в 1,5-2 раза по сравнению с износостойкостью аналогичных деталей из немодифицированного политетрафторэтилена. Дополнительный эффект увеличения износостойкости втулки уплотнительной 7 и седла 4 достигается применением специального режима их формирования. При реализации любого варианта технического решения в соответствии с заявленной формулой полезной модели гарантируется увеличение эксплуатационного ресурса крана шарового по сравнению с прототипом. Опытные партии кранов шаровых модели 50,1,6 Мпа, согласно примерам 1-4,были изготовлены на Производственном унитарном предприятии (Цветлит) (ПЧУП Цветлит) и апробированы в условиях эксплуатации на различных предприятиях. Результаты испытаний свидетельствуют о более высоких показателях эксплуатационных характеристик кранов шаровых по сравнению с прототипом. Таким образом, заявленная полезная модель обладает признаками новизны и практической полезности. Промышленное производство кранов шаровых, согласно заявленной полезной модели,планируется осуществить на ПЧУП Цветлит для реализации на рынке Беларуси и стран СНГ. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 8