ОБРАТНЫЙ КЛАПАН
CHECK VALVE

Изобретение предназначено для перекрытия обратного потока текучих, преимущественно газовых, сред и может быть использовано, в частности, в нагнетателях объемного типа.
Известны самодействующие грузовые обратные клапаны [1], открывающиеся при рабочем ходе вытеснителя нагнетателя за счет разности давлений до клапана и после него и закрывающиеся при обратном ходе вытеснителя нагнетателя за счет посадки на седло под действием собственного веса. Недостатком грузовых обратных клапанов является, в частности, их большой вес, вредно отражающийся на работе нагнетателей и вызывающий удары при посадке клапана на седло.
Известны самодействующие пружинные обратные клапаны [2], в которых с помощью пружины устраняется один из недостатков грузовых обратных клапанов, а именно запаздывание посадки клапана на седло при переходе вытеснителя нагнетателя через мертвую точку. В пружинных обратных клапанах необходимо принимать специальные меры по обеспечению центрирования и точной посадки запорного органа на седло. Для этого клапаны снабжают направляющими устройствами в виде направляющих ребер на запорном органе, втулок, скользящих по укрепленному в седле шпинделю, и другое. В качестве примера можно привести пружинный обратный клапан с осевым направлением потока [3]. Улучшение центрирования осуществлено за счет использования запорного органа с рабочей поверхностью в виде части сферы, контактирующей с седлом, выполненным в виде кольца с контактной конусной поверхностью, вписывающей седло в профиль кольцевого канала, и штока, перемещающегося в подшипниках скольжения, установленных в направляющей втулке, которая жестко закреплена в корпусе. Недостатком известного устройства [3] и других подобных устройств является значительное усложнение конструкции и возможность защемления движущихся частей клапана.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является обратный клапан, содержащий корпус с входным каналом и седлом на конце входного канала, запорный орган в виде тела вращения, закрепленные на корпусе ограничители перемещения запорного органа [4] - прототип. Преимуществом известного устройства [4] является его конструктивная простота. К недостаткам относится малая пропускная способность из-за малой величины площади проходного сечения седла, расположенного на конце входного канала, а также значительное гидравлическое сопротивление потоку среды, проходящей через клапан.
Техническая проблема, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в повышении пропускной способности обратного клапана и надежности его работы.
Поставленная проблема решается тем, что обратный клапан, содержащий корпус с входным каналом и седлом на конце входного канала, запорный орган в виде тела вращения, закрепленные на корпусе ограничители перемещения запорного органа, имеет запорный орган, выполненный из открытой с торцов круглой трубки с наружным слоем из эластичного материала, седло и входной канал выполнены с прямоугольным профилем сечения и узкой поверхностью по периметру, контактирующей с запорным органом, геометрически подобной поверхности контакта запорного органа. На корпусе одним своим концом закреплены штоки, расположенные в непосредственной близости от торцов запорного органа, противоположный конец штоков имеет резьбу и гайку, внутри запорного органа свободно размещена нажимная рейка, на концах которой жестко закреплены опорные кольца, свободно одетые на штоки, между гайками и опорными кольцами на штоках размещены пружины сжатия, входной канал имеет поперечные перемычки.
В отличие от известного устройства, совокупность отличительных признаков позволяет повысить пропускную способность обратного клапана за счет возможности варьирования в широких пределах площади сечения входного канала и увеличения этой площади при одновременном увеличении диаметра и (или) длины запорного органа. Повышенная надежность работы предлагаемого обратного клапана обеспечивается наличием слоя из эластичного материала на круглой трубке запорного органа и узкой контактной поверхностью по периметру седла, что в совокупности создает непроницаемое для среды уплотнение рабочих органов при работе устройства. При значительной длине поперечного сечения входного канала в нем могут быть размещены поперечные перемычки, связывающие стороны канала и повышающие жесткость конструкции, что также увеличивает надежность работы обратного клапана.
Наличие подпружиненной нажимной рейки, расположенной свободно внутри круглой трубки запорного органа, улучшает динамические характеристики устройства, расширяет диапазон возможного пространственного расположения рабочих органов и обеспечивает, в частности, функционирование предлагаемого обратного клапана в условиях, когда седло расположено выше запорного органа. Гайки на резьбовых концах штоков позволяют изменять силу сжатия пружин и тем самым осуществлять регулировку устройства.
На фиг. 1 показан поперечный разрез заявляемого обратного клапана (сечение А-А на фиг. 2); на фиг. 2 - продольный разрез обратного клапана; на фиг. 3 - поперечный разрез обратного клапана с подпружиненным запорным органом (сечение В-В на фиг. 4); на фиг. 4 - продольный разрез обратного клапана с подпружиненным запорным органом.
Обратный клапан содержит корпус 1 с входным каналом 2 и прямоугольным седлом 3. Запорный орган 4, выполненный из открытой с торцов круглой трубки 5 с наружным слоем 6 из эластичного материала, имеет возможность контактировать с узкой поверхностью 7 по периметру седла 3. На корпусе 1 закреплены ограничители 8 перемещения запорного органа 4, а также штоки 9 с резьбовыми концами. Резьбовые концы штоков 9 оснащены гайками 10. Внутри запорного органа 4 свободно размещена нажимная рейка 11, на концах которой жестко закреплены опорные кольца 12, одетые на штоки 9. Между опорными кольцами 12 и гайками 10 на штоках 9 размещены пружины сжатия 13. Внутри входного канала 2 имеются поперечные перемычки 14.
Обратный клапан работает следующим образом. С повышением давления текучей среды во входном клапане 2 запорный орган 4, который в исходном состоянии своим наружным слоем 6 из эластичного материала примкнут к узкой поверхности 7 периметра седла 3, при определенной величине разности давлений до и после запорного органа 4 отходит от седла 3. Через образовавшуюся щель между поверхностью запорного органа 4 и узкой поверхностью 7 периметра седла 3 осуществляется перемещение текучей среды прямым потоком. Величина образующейся щели и скорость течения в ней среды зависят от силы давления прямого потока на запорный орган 4, веса круглой трубки 5 и наружного слоя 6 запорного органа 4, а для варианта с подпружиненным запорным органом 4 еще и от веса прижимной рейки 11 с опорными кольцами 12 и силы сжатия пружин 13, одетых на штоки 9 с гайками 10 на резьбовых концах. Ограничители 8, закрепленные на корпусе 1, не дают возможности сместиться движущемуся запорному органу 4 за пределы зоны расположения.
При одинаковых давлениях среды до и после запорного органа 4 последний под действием своего веса и силы разжатия пружин 13 садится на седло 3 и движение среды через обратный клапан прекращается. С повышением давления среды за запорным органом 4 и ростом разности давлений за запорным органом 4 и до него, герметизация контакта узкой поверхности 7 седла 3 с наружным слоем 6 из эластичного материала на круглой трубке 5 возрастает, что исключает возникновение обратного потока текучей среды. Надежной герметичности контакта запорного органа 4 с седлом 3 способствует также повышенная жесткость входного канала 2 и постоянство формы и размеров седла 3 из-за наличия поперечных перемычек 14 во входном канале 2.
Обратный клапан имеет высокую пропускную способность при умеренных скоростях движения текучей среды.
2
3
3
Пример исполнения. При площади сечения седла равной 0,005 м и скорости движения атмосферного воздуха в этом сечении равной 30 м/с пропускная способность обратного клапана составляет 540 м/ч, а при скорости 50 м/с она возрастает до 900 м/ч.
Основные преимущества предлагаемого обратного клапана по сравнению с известными аналогичными устройствами следующие:
- простота конструкции, технологичность изготовления;
- высокая пропускная способность;
- повышенная надежность работы;
- высокая ремонтопригодность;
- малое гидравлическое сопротивление;
- бесшумность работы.
Источники информации:
1. Семидуберский М.С. Насосы, компрессоры, вентиляторы. М.: Высшая школа, 1961. с. 54 (рис. 38), с. 55 (рис. 40).
2. Касьянов В.М. Гидромашины и компрессоры, М.: Недра, 1970. с. 115 (рис. 17.5).
3. Патент RU №2230965 МПК F16K 15/00, опубл. 20.06.2004
4. Авторское свидетельство СССР №777306 МПК F16K 15/04, опубл. 07.11.80. Бюл. 41.