ЗАПОРНЫЙ КЛАПАН

Полезная модель относится к области арматуростроения, в частности к конструкции запорных клапанов (закрытого и открытого типа), предназначенных для перекачки газовых и жидких рабочих сред.
Известно изобретение под названием «Клапан для регулирования давления» (патент Японии №4914701, МПК F16K 17/04, F02M 37/00, F02M 37/10, опубл. 10.09.2014 г.). Клапан содержит отверстие высокого давления. Корпус клапана содержит клапанную коробку для соединения корпуса с седлом. Золотник (шарик) поддерживают внутри клапанной коробки с обеспечением открытия и закрытия отверстия высокого давления за счет взаимодействия золотника с седлом. Устройство имеет пружину сжатия для регулирования давления, действующего на золотник в направлении открытия. Клапан содержит фиксатор, имеющий полый участок для установки золотника, закрепленный в клапанной коробке и направляющий элемент, поддерживающий шток фиксатора. Пружина для регулирования давления установлена между направляющим элементом и фиксатором.
В данном патенте реализовано техническое решение применения в качестве золотника стального шарика с обеспечением возможности самоустановки по седлу за счет его свободного перемещения в пространстве клапанной коробки. Клапан обладает повышенной долговечностью, эффективностью и позволяет для создания золотника использовать стальные шарики.
Недостатком этого клапана является то, что шарик не закреплен, что ограничивает условия его применения. Устройство может работать только при небольших перемещениях, обеспечивающих фиксацию шарика в рабочем положении.
Известно изобретение под названием «Запорный клапан» (патент ЕПВ №2010065283, МПК F16K 17/04, 17/06, опубл. 16.10.2009 г.), имеющий корпус с впускным и выпускным участками для прохода текучей среды под давлением, селективно сообщающимися между собой. Корпус клапана разделен мембраной на первую секцию, через которую перетекает среда, и вторую секцию, свободную от среды. В первой секции корпуса клапана закреплено кольцевое седло с уплотнительной поверхностью, расположенной в конце выпускного участка для прохода среды. В первой секции запорного клапана также расположен подвижный запорный элемент с уплотнением, а во второй секции этого корпуса находится пружина, создающая усилие для перемещения запорного клапана в закрытое положение.
В данном клапане необходимая степень герметичности запорного узла «золотник-седло» может быть обеспечена точностью изготовления элементов конструкции.
Известно изобретение под названием «Клапан мембранный» (заявка на изобретение РФ №2007140150, МПК F16K 31/00, опубл. 10.05.2009 г.), который содержит корпус с установленным в нем запирающим элементом и неперфорированной мембраной, закрепленной посредством резьбовой втулки, в которой размещен резьбовой шток, совершающий вращательно-поступательное движение, запирающий элемент неподвижно соединен с мембраной, а резьбовой шток может совершать вращательное движение относительно мембраны. Мембрана связана неподвижно посредством контактной сварки только с запирающим элементом.
Клапан обладает достаточно простой конструкцией. Однако, применение неперфорированной мембраны приводит к увеличению габаритов и массы клапана, т.к. для обеспечения допустимых напряжений материала мембраны в зоне упругих деформаций из условия прочности и долговечности неперфорированные мембраны должны иметь большие рабочие диаметры. Применение контактной сварки при работе агрессивными средами нежелательно, т.к. она имеет низкую коррозионную стойкость.
Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является автоматический запорный клапан (п. РФ №2527778, МПК F16K 7/17, 21/04, 17/04, опубл. 2014 г.), в корпусе которого выполнен канал для прохода рабочей среды с седлом, взаимодействующим с золотником, закрепленным на гофрированной мембране.
Клапан снабжен подпружиненной поворотно-распорной ручкой, установленной между мембраной с клапаном на их общей оси с одной стороны и крышкой, прикрывающей мембрану, с другой стороны, с возможностью поворота на этой оси и становиться в распор между ними, выходной штуцер связан с подмембранной полостью непосредственно. Данный клапан не отсекает газ, при котором газовые приборы могут стабильно работать, а уже закрытый клапан гарантированно отсекает газ и не пропускает при максимальном скачке давления. Визуально видно по ручке закрытое или открытое положение клапана. Автоматический запорный клапан служит для отсечения газа на случай снижения давления в газопроводной трубе ниже минимального уровня.
Клапан может быть любого размера, на любое давление, на жидкую или газообразную среду и химический состав. В зависимости от давления необходимо будет подбирать жесткость пружин, а в зависимости от химии, материалы изготовления. В бытовом варианте это может заменить газовый краник, также можно отключать и включать газ, а при снижении давления газа в газопроводной трубе автоматически отключает газ и не пропускает при последующей подаче давления. Недостатком данного клапана является наличие неподвижной связи запорного элемента с мембраной. В этом случае для обеспечения необходимой степени герметичности запорного узла «седло-золотник» (из коррозионностойких сталей) потребуется высокая точность их изготовления и позиционирования.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, - повышение герметичности клапана.
Технический результат, получаемый при использовании предлагаемого технического решения - гарантированная (стабильная) самоустановка золотника на поверхности седла.
Указанный технический результат достигается тем, что в клапане, в корпусе которого выполнен канал для прохода рабочей среды с седлом, взаимодействующим с золотником, закрепленным на гофрированной мембране, особенностью является то, что корпус выполнен составным, между частями которого в подмембранной полости расположен золотник, при этом на соприкасающейся поверхности одной части выполнен выступ, на который устанавливается мембрана, зафиксированная в соответствующем пазу соприкасающейся поверхности другой части, седло выполнено коническим, золотник в виде шарика установлен в центральной части мембраны с зазором, мембрана установлена таким образом, что при перемещении золотника на полный ход мембрана перемещается не более чем на половину своего хода в ту и другую сторону от срединной плоскости, центральная часть мембраны закреплена в штоке, соединенным с подпружиненным поршнем привода.
Создание клапана указанным способом обеспечивает свободное перемещение золотника в пределах зазора, что приводит к гарантированной самоустановке золотника на конической поверхности седла. Таким образом, достигается стабильное обеспечение герметичности клапана в закрытом состоянии после каждого срабатывания.
При анализе уровня техники не обнаружено аналогов, характеризующихся признаками, тождественными всем существенным признакам данной полезной модели. А также не выявлено факта известности влияния признаков, включенных в формулу, на технический результат заявляемого технического решения. Следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию «новизна».
На фиг. 1 представлен продольный разрез запорного клапана.
На фиг. 2 изображена мембрана с золотником в закрытом положении клапана.
На фиг. 3 изображена мембрана с золотником в открытом положении клапана.
Запорный клапан содержит размещенные в корпусе: канал 1 для прохода рабочей среды с коническим седлом 2, золотник 3, гофрированную мембрану 4, привод с подпружиненным поршнем 5, соединенным со штоком 6 (фиг. 1, 2). Корпус выполнен составным, между двумя частями 7, 8 которого в подмембранной полости Д расположен золотник 3 в виде шарика, закрепленный на мембране 4. На соприкасающихся поверхностях частей 7, 8 выполнены выступ 9 и паз 10 соответственно. Мембрана 4 устанавливается на выступ 9 и фиксируется в соответствующем пазу 10. Канал 1 соединяется с подмембранной полостью Д, а также с входным и выходным штуцерами 11. Золотник 3 установлен в центральной части мембраны 4 с зазором (фиг. 2). Центральная часть мембраны закреплена в штоке 6, который соединен с подпружиненным поршнем 5 привода, а мембрана, для снижения возникающих в ней напряжений, установлена таким образом, что при перемещении золотника на полный ход Н мембрана перемещается не более, чем на половину своего хода 1/2 Н равномерно в ту и другую сторону от срединной плоскости 12 (фиг. 3).
В третьей части 13 корпуса расположен привод с поршнем 5, пружина 14, а также канал 15 для подачи сжатого воздуха для задействования клапана. Клапан работает следующим образом.
Трубопроводы технологической системы подсоединяются к клапану через штуцеры 11. Рабочая среда может проходить через клапан как в прямом направлении (под золотник), вход - по стрелке А, выход - по стрелке Г, так и в обратном направлении (на золотник). Постоянное состояние клапана - клапан закрыт (фиг. 2). Золотник 3 через шток 6 и поршень 5 прижат к седлу усилием пружины 14. Для открытия клапана в привод через канал 15 подается сжатый воздух, под действием которого поршень 5 сжимает пружину, перемещает шток 6 и отводит золотник 3 от поверхности седла 2 на величину хода Н (фиг. 3). При перемещении из положения, соответствующего закрытому состоянию клапана, мембрана 4 проходит через нейтральное положение, соответствующее ее срединной плоскости 12, и переходит в положение, соответствующее открытому состоянию клапана. В этот момент срабатывает микропереключатель 16 и на пульте управления загорается табло «КЛАПАН ОТКРЫТ». Рабочая среда проходит через зазор между седлом 2 и золотником 3 по каналу 1. Клапан находится в открытом состоянии на период перекачки рабочей среды. После прекращения подачи сжатого воздуха поршень 5 под действием пружины 14 перемещает шток 6 в обратном направлении и прижимает золотник 3 к поверхности седла 2. Клапан переходит в закрытое состояние.
Таким образом, представленные данные свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемой полезной модели следующей совокупности условий:
средство, воплощающее заявленное устройство при его осуществлении, предназначено для использования в различных отраслях промышленности (в технологических системах исследовательских, испытательных и производственных комплексов, связанных с перемещением газовых и жидких рабочих сред);
для заявляемого устройства в том виде, в котором оно охарактеризовано в формуле полезной модели, подтверждена возможность его осуществления.
Следовательно, заявляемая полезная модель соответствует условию «промышленная применимость».