Обратный клапан

Полезная модель относится к быстродействующим гидравлическим предохранительным устройствам и может быть использована для высокочувствительных систем с предотвращением перетекания жидкости из полости высокого в полость низкого давления.
Известен обратный клапан, содержащий корпус с жесткими уплотнительными участками, поворотного органа и седла. Жесткие уплотнительные участки корпуса выполнены в виде расположенных по периферии двусторонних конусных выступов. Малые основания конусов направлены в противоположные стороны. Запорный орган представляет собой круглый эластичный диск, состоящий и периферийного и центрального участков. Периферийный участок выполнен в виде кольца. Профиль кольца в продольном сечении имеет вид прямоугольного треугольника с обращенной к центру гипотенузой. Центральный участок выполнен в виде сегмента шара, армированный со стороны основания металлической пластинкой. Периферийный участок плавно соединен с центральным перемычкой ограниченной ширины. Толщина перемычки уменьшается от оси ее симметрии к краю. Корпус на внутренней поверхности со стороны входа жидкости снабжен расточкой. Форма расточки адекватна продольному сечению периферийного участка. Седло выполнено ступенчатым с диффузорным участком на входе. Патент Российской Федерации № 2244864, МПК F16K 15/14, 20.01.2005.
Несмотря на малую инерционность запорного элемента – диска недостатками данного обратного клапана являются сложность конструктивной реализации. Кроме того, боковые перемещения запорного элемента могут привести к негерметичному закрытию клапана из-за несовпадения отпечатка на эластичном элементе с седлом, что снижает эффективность обратного клапана.
Известен обратный клапан, содержащий корпус клапана, затвор и каналы гидравлической связи. Затвор закреплен на оси и выполнен в виде гибкого эластичного кольца. Внутри корпуса клапана выполнены: на торце кольцевой паз для взаимодействия с кольцевым выступом гибкого эластичного затвора, а на внутреннем диаметре - выточка. В последней установлен стабилизатор с конической поверхностью и каналами гидравлической связи. Стабилизатор взаимодействует с одной стороны с затвором, а с противоположной стороны через предохранительное упругое уплотнительное кольцо с торцевой поверхностью соединения. Патент Российской Федерации № 2250406, МПК F16K 15/14, 20.04.2005. Данное техническое решение принято в качестве прототипа.
В описании прототипа представлена конструкция обратного клапана, содержащего корпус с отверстием, крышку с отверстием и запорный элемент – эластичный затвор, расположенный между отверстием корпуса и отверстием крышки. При этом необходимость установки эластичного затвора в кольцевые пазы конструкции клапана и наличие стабилизатора, предотвращающего выход эластичного затвора из кольцевых пазов и служащего ограничителем эластичного затвора, усложняет конструкцию обратного клапана. Форма затвора, представляющего собой гибкое эластичное кольцо, не предполагает использования устройства в быстродействующих системах гидравлического предохранения, поскольку кольцевая площадь поверхности затвора оказывает существенные сопротивления потокам жидкости в силу невысоких свойств обтекаемости.
Задачей полезной модели является создание обратного клапана, обладающего высоким быстродействием и, соответственно, высокой чувствительностью к изменению направления потоков за счет использования свойств запорного элемента.
Техническим результатом является повышение быстродействия обратного клапана.
Технический результат достигается тем, что обратный клапан содержит корпус, два штуцера, в каждом из которых выполнено отверстие, запорный элемент, расположенный между отверстиями штуцеров с возможностью свободного перемещения между ними, при этом одно из отверстий дополнительно содержит паз прямоугольной формы, образующий периферийные зоны для перетекания жидкости на выход обратного клапана, запорный элемент выполнен пустотелым, в виде сферического каркаса, покрытого эластичным слоем.
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
На фиг. 1 схематично представлен обратный клапан в разрезе, где:
1 –  корпус;
2, 3 – штуцеры;
4 – запорный элемент.
На фиг. 2 схематично показан запорный элемент в разрезе, где:
5 – сферический каркас;
6 – эластичный слой.
На фиг. 3 схематично показано положение запорного элемента 4 при прямом и обратном токе жидкости.
2
1
На фиг. 4 схематично показано отверстие штуцера 2 в аксонометрической проекции с пазом А, посредством которого формируют периферийные зоны для свободного перетекания жидкости из полости низкого давления P (со стороны отверстия В) в полость высокого давления P (в сторону отверстия Б).
1
2
Обратный клапан содержит металлический корпус 1, на котором закреплены штуцеры 2 и 3 для восприятия давления жидкости P и P, соответственно, и запорный элемент 4 сферической формы (фиг. 1).
Внутренняя опорная поверхность Д каждого из штуцеров выполняет роль седла (опорная поверхность) для запорного элемента 4. Размер Е между опорными поверхностями Д подбирают в каждом конкретном случае таким образом, чтобы запорный элемент 4 имел возможность свободно перемещаться внутри полости, образованной корпусом и штуцерами. Свободное перемещение и высокие свойства обтекаемости запорного элемента 4 обусловлено его сферической формой и отсутствием его закрепления внутри, между отверстием Б штуцера 2 и отверстием В штуцера 3.
Для малой инерционности запорного элемента 4, высокого быстродействия обратного клапана и, соответственно, высокой чувствительности к изменению направления потоков, запорный элемент выполнен пустотелым, в виде сферического каркаса 5, покрытого эластичным слоем 6 (фиг. 2). Сферический каркас 5, выполненный, например, их прочного и легкого композитного материала, обеспечивает сохранность формы запорного элемента в случаях воздействия значительных давлений. Эластичный слой 6, выполненный, например, из силиконовой резиновой смеси, обеспечивает плотное прилегание запорного элемента 4 к внутренним опорным поверхностям Д каждого из штуцеров.
1
2
2
1
Толщину эластичного слоя 6, сферического каркаса 5 запорного элемента, а также другие конструктивные особенности внутренней полости, образованной корпусом и штуцерами, подбирают исходя из значений давлений P и P, а также требуемой скорости перетекания жидкости из полости низкого давления P в полость высокого давления P в каждом конкретном случае применения.
При установке данного обратного клапана в гидравлическую систему, обратный клапан разделяет ее объем на две полости, между которыми и осуществляется перетекание жидкости (фиг. 3).
Обратный клапан работает следующим образом.
Под действием тока жидкости со стороны отверстия В (на вход обратного клапана) в направление отверстия Б (на выход обратного клапана) запорный элемент 4 отходит от опорной поверхности Д штуцера 3 и ложится на опорную поверхность Д штуцера 2 таким образом, что из-за наличия зазоров, образованных пазом А, между эластичным затвором 4 и отверстием Б корпуса жидкость может свободно перетекать на выход обратного клапана (через отверстие Б).
1
2
При аварийном воздействии ток жидкости со стороны отверстия В в направлении отверстия Б резко прекращается и на выходе обратного клапана образуется избыточное давление (полость высокого давления P), которое сдвигает запорный элемент 4 к опорной поверхности Д штуцера 3, перекрывая отверстие В и предотвращая перетекание через него жидкости (в полость низкого давления P).
Благодаря использованию сферического каркаса, покрытого эластичным слоем, запорный элемент, обладающий малой инерционностью, обеспечивает повышенное быстродействие обратного клапана.