КЛАПАН ДЛЯ ПЕРЕКРЫТИЯ ТРУБОПРОВОДОВ
VALVE FOR PIPELINES SHUTDOWN

Изобретение относится к трубопроводной арматуре и может быть использовано для перекрытия трубопроводов различного назначения, по которым транспортируется жидкая среда или газ.
Известна конструкция клапана, в котором рабочая среда проходит через кольцевое пространство, образованное снаружи упругим резиновым кольцом, расположенным в корпусе, а внутри - гильзой обтекаемой формы, отлитой заодно с одним из патрубков и имеющей дно со стороны подвода среды. Управление клапаном производится с помощью управляющей среды (вода или воздух), подаваемой в полость снаружи резинового кольца [Конструирование и расчет трубопроводной арматуры, Гуревич Д.Ф. Изд-во «Машиностроение», 1968, рис. 112, стр. 133].
Признаком известного устройства, совпадающего с признаком заявляемого, является наличие эластичного клапана.
Недостатком устройства является сложность конструкции.
Известно устройство для перекрытия трубопроводов во время ремонта - пневмозаглушки кордовые или эластичные, представляющие собой емкости, заполняемые сжатым воздухом или водой [Бестраншейные методы восстановления водопроводных и водоотводящих сетей: Учеб. Пособие для вузов / С.В. Храменков, О.Г. Примин, В.А. Орлов. - М.: ТИМР, 2000. - 179 с.].
Общим признаком с заявляемым устройством является использование эластичного запорного устройства в виде емкости, заполняемой газом или водой.
Однако устройство для перекрытия трубопроводов во время ремонта полностью перекрывает трубу, а не корпус, где находится клапан. Таким образом, это устройство может применяться только во время ремонта и оно не приспособлено для стационарного использования на работающем трубопроводе.
Известно устройство по патенту RU 2376519 C1 МПК, F16K 7/07 F16K 27/00, содержащее проходной корпус с расширением, выполненным в виде колена трубы, установленного поперек корпуса, а в качестве запорного органа установлено заглушенное и закрепленное по концам колено эластичного упругого рукава таким образом, что проходное сечение корпуса пересекает колено трубы в средней части со стороны большего радиуса поверхности колена, а соотношение размеров корпуса и колена трубы выбирается так, что проходное сечение устройства в открытом положении больше или равно сечению соединяемых труб.
Общим признаком этих клапанов с заявляемым устройством является наличие эластичного запорного органа, заполняемого рабочей средой трубопровода.
Основным недостатком устройства являются большие габаритные размеры запорного устройства.
В качестве прототипа взято устройство по патенту SU 1813950 A1, F16K 7/07, в котором жесткий полый корпус выполнен в виде кольца с тороидальной полостью, внутренняя часть которого, обращенная к входному и выходному патрубкам, выполнена перфорированной и с кольцеобразным водопропускным окном, расположенным со смещением в сторону выходного патрубка, а перегородка закреплена на кромке кольцеобразного окна со стороны входного патрубка, а запорный элемент выполнен в виде эластичной замкнутой тороидальной камеры с утолщенной стенкой, обращенной в сторону кольцеобразного окна, причем система управления запорного элемента выполнена в виде трехходового крана, сообщенного с помощью трубопроводов с входным и выходным патрубками, причем на торцах трубопроводов выполнены раструбы, обращенные в противоположную сторону от перфорированной части корпуса.
Общим признаком с заявляемым устройством является наличие цилиндрического корпуса с гнездом, эластичного запорного органа и системы управления в виде трехходового крана, сообщенного с помощью трубопроводов с входом и выходом клапана.
Недостатками устройства являются сложность конструкции и большие габариты запорного органа.
Технический результат, на получение которого направлено изобретение, заключается в уменьшении габаритных размеров и упрощении конструкции клапана.
Получение технического результата достигается тем, что в запорном устройстве для трубопроводов, корпус клапана имеет седло, а запорный элемент, размещенный в расширении корпуса, выполнен в виде цилиндрической оболочки с жестким дном, ось которой перпендикулярна плоскости поверхности седла, внутри цилиндрической оболочки установлена раздвижная опорная втулка, наружная поверхность которой в сжатом положении представляет однополостный гиперболоид вращения с длиной образующей, равной высоте цилиндрической оболочки, при этом опорная втулка выполнена из двух частей с направляющими с возможностью осевого перемещения относительно друг друга, причем одна часть опорной втулки закреплена на крышке клапана, вторая - на жестком основании запорного органа.
Выполнение клапана в виде корпуса с седлом, а запорного органа в виде цилиндрической оболочки с жестким дном, установленного в гнезде корпуса, позволяет легко открывать проходное сечение устройства за счет ее эластичных свойств и сжатия боковой цилиндрической поверхности за счет давления транспортируемого по трубам продукта.
Наличие раздвижной опорной втулки, наружная поверхность которой в сжатом положении представляет однополостный гиперболоид вращения с длиной образующей, равной высоте цилиндрической оболочки, при этом опорная втулка выполнена из двух частей с направляющими с возможностью осевого перемещения относительно друг друга, причем одна часть опорной втулки закреплена на крышке клапана, вторая - на жестком основании запорного органа, обеспечивает гарантированное положение запорного органа в пространстве корпуса клапана как в открытом, так и закрытом положении.
Выполнение наружной поверхности втулки в сжатом положении в виде однополостного гиперболоида вращения с длиной образующей, равной высоте цилиндрической оболочки, обеспечивает плотное прилегание эластичной оболочки к поверхности втулки в открытом положении, что исключает ее разрыв от давления среды при открывании клапана.
Снабжение цилиндрического клапана жестким дном обеспечивает плотное перекрытие проходного отверстия седла, вследствие чего гарантируется надежная работа устройства в целом.
Таким образом, предлагаемое устройство упрощает конструкцию запорного устройства, а оригинальное размещение цилиндрического эластичного клапана с жестким дном в гнезде корпуса позволяет увеличить силу прижатия оболочки к седлу, уменьшить усилие открытия или закрытия устройства, что повышает надежность его работы и улучшает условия эксплуатации.
Наличие отличительных признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого устройства критерию «новизна».
В технике известно использование эластичных емкостей (торов, рукавов) в качестве запорных органов.
Так, в известных устройствах по патентам РФ №2299373, F16K 7/07, №2376519, F16K 7/07 запорный орган выполнен в виде шланга большего диаметра, чем проходное сечение клапана. При этом перекрытие проходного сечения производится боковой поверхностью клапана, что вызывает существенное увеличение всего устройств в целом.
Известно устройство по авторскому свидетельству SU №1796832, МПК 5 F16K 3/00, 23.29.93, Бюл. №7. Сущность изобретения заключается в следующем: внутри корпуса с патрубками установлен запорный орган, выполненный в вид гибкого рукава, один конец которого вывернут наизнанку и закреплен по периметру на стенке корпуса, другой соединен с механизмом перемещения, представляющим собой приводной барабан. Герметичная полость, образованная рукавом и глухим торцом корпуса, в котором расположен барабан, заполнена сжатым газом. Механизм перемещения снабжен вторым приводным барабаном и тросом, каждый конец которого намотан на один из барабанов. Трос пропущен через свободный конец гибкого рукава, прикрепленного к тросу между барабанами.
Недостатками этого устройства является невозможность механизации работы устройства под действием энергии и давления транспортируемого продукта - для открытия (закрытия) устройства используется специальный приводной механизм с внешним источником энергии, а также большие габариты, необходимость герметизации в местах выхода подвижных деталей механизма перемещения.
Совокупность признаков заявляемого изобретения, заключающаяся в снабжении корпуса клапана седлом, размещение запорного элемента в расширении корпуса и выполнение его в виде цилиндрической оболочки с жестким дном, ось которой перпендикулярна плоскости поверхности седла и установка внутри цилиндрической оболочки раздвижной опорной втулки, наружная поверхность которой в сжатом положении представляет однополостный гиперболоид вращения с длиной образующей, равной высоте цилиндрической оболочки, при этом опорная втулка выполнена из двух частей с направляющими с возможностью осевого перемещения  относительно друг друга, причем одна часть опорной втулки закреплена на крышке клапана, вторая - на жестком основании запорного органа, обеспечивает создание новых свойств устройства, а именно: упрощение конструкции и повышение надежности работы, что свидетельствует о соответствии заявляемого изобретения критерию «изобретательский уровень».
Заявляемый клапан иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид клапана в закрытом состоянии, а на фиг. 2 - в закрытом.
Конструктивно клапан представляет следующее. В проходном корпусе 1 с седлом 2 выполнено цилиндрическое гнездо 3, ось которого перпендикулярна оси проходного корпуса 1. В гнезде 3 установлена эластичная цилиндрическая диафрагма 4 с жестким дном 5, закрепленная на крышке 6 гнезда 3. Диафрагма 4 жестким дном 5 в расправленном положении перекрывает отверстие седла 7. Внутри эластичной цилиндрической диафрагмы 4 на крышке 6 закреплен раздвижной полый пустотелый упор 8 с пропускными отверстиями 9. Наружная поверхность упора 8 в сжатом положении имеет форму однополостного гиперболоида вращения. При этом высота эластичной цилиндрической диафрагмы в расправленном положении равна длине образующей однополостного гиперболоида вращения. Упор 8 состоит из верхней части 10, которая с помощью цилиндрической направляющей 11 постоянно связана с нижней частью упора 12. Вход и выход клапана (слева и справа) соединен с полостью диафрагмы 4 трубопроводом 13 через трехходовой кран 15. Материал диафрагмы 4 при изменении формы при деформациях обеспечивает постоянство длины образующей поверхности вращения.
Запорное устройство работает следующим образом.
Закрытие клапана производится трехходовым краном 15, который посредством патрубка 13 соединяет вход клапана (слева) с эластичной диафрагмой 4. Рабочая среда под давлением среды в трубопроводе и скоростного напора подается в полость эластичной диафрагмы 4 через отверстия 9. Под действием давления среды и упругих свойств материала диафрагма 4 расправляется и перекрывает отверстие 7 седла 2.
Для открытия клапана кран 15 соединяет полость диафрагмы 4 с выходом клапана (справа) через патрубок 13. Поскольку давление на выходе клапана ниже, диафрагма 4 под давлением среды деформируется, открывая проходное седло.