Седло клапана для насоса

Полезная модель относится к конструкции седла клапана для насоса высокого давления, в частности, плунжерных и поршневых насосов, преимущественно нефтегазопромысловой отрасли, работающих в условиях агрессивной среды, т.е. среды с высокой концентрацией твердых частиц и высокого давления.
Во время работы, обычно седло клапана испытывает высокие циклические нагрузки, что требует от него высокой прочности и надежности.
Из уровня техники известен клапанный узел плунжерного насоса, содержащий корпус, в полости которого размещено седло с осевым каналом и конической рабочей поверхностью, и тарельчатый клапан с периферийным эластомерным уплотнителем, зафиксированным в кольцевой канавке, и направляющей крестовиной, расположенной в осевом канале седла (RU 1351 U1, 16.12.1995).
Известное из уровня техники седло клапана не способствует уменьшению ударных нагрузок и увеличению стойкости к ударным нагрузкам рабочей поверхности седла, что приводит к уменьшению ресурса и снижению надежности в работе клапана.
Технический результат, достигаемый заявленной полезной моделью, заключается в повышении ресурса и надежности работы седла, за счет снижения ударных нагрузок, действующих на седло.
Технический результат достигается за счет того, что седло клапана для насоса имеет осевой канал и коническую наружную поверхность, на которой выполнена кольцевая канавка, в которой установлено уплотнение, в верхней части седла выполнен кольцевой выступ, внутренняя поверхность которого является конической рабочей поверхностью седла, выполненной с наклоном под первым углом к продольной оси, при этом внутренняя поверхность осевого канала выполнена с расположенными последовательно по направлению движения потока жидкости цилиндрической поверхностью, фасонной поверхностью, выполненной в виде радиусного скругления относительно продольной оси седла, и конической поверхностью, выполненной с наклоном под вторым углом к продольной оси.
Выполнение внутренней поверхности осевого канала седла с расположенными последовательно по направлению движения потока жидкости цилиндрической поверхностью, фасонной поверхностью, выполненной в виде радиусного скругления относительно продольной оси седла, и конической поверхностью, выполненной с наклоном к продольной оси, из-за условия разности пропуска рабочей жидкости (поскольку коническая поверхность, цилиндрическая поверхность и фасонная поверхность седла выполнены с различным диаметром в сечении) в осевом канале обеспечивается возможность для демпфирования клапана при работе с рабочей жидкостью, поскольку в момент опускания клапана происходит выталкивание рабочей жидкости вниз от большего сечения к меньшему, что приводит к сопротивлению потока и увеличению давления, таким образом, уменьшаются ударные нагрузки о рабочую поверхность, что приводит к повышению ресурса и надежности работы седла.
Наличие кольцевого выступа, внутренняя поверхность которого является конической рабочей поверхностью седла с наклоном к продольной оси под первым углом, позволяет надежно центрировать клапан без значительного увеличения сил трения при его отрыве и обеспечить плавную посадку тарельчатого клапана на седло, поскольку эластомерный уплотнитель постепенно с увеличивающимся усилием сжимается от периферии к центру, уменьшая скорость клапана, следовательно, уменьшаются ударные нагрузки, действующие на рабочую поверхность седла, что приводит к повышению ресурса и надежности работы седла.
Выполнение на наружной поверхности седла канавки, в которой установлено уплотнительное кольцо, дополнительно герметизирует седло в полости корпуса, обеспечивая повышение ресурса и надежности работы седла.
Седло может быть выполнено из заготовки проката, поковки, вакуумного литья под давлением и литья под давлением из стали с содержанием хрома Cr от 0,4 массовых % до 1,65 массовых % и никеля Ni от 0,3 массовых % до 4,4 массовых %, с последующей термообработкой, с возможностью обеспечения требуемых параметров микроструктуры упрочняемого поверхностного слоя, увеличивая стойкость к ударным нагрузкам, что приводит к повышению ресурса и надежности работы седла.
Все конструктивные элементы заявленного седла находятся в причинно-следственной связи с указанным техническим результатом, следовательно, являются существенными признаками полезной модели.
Таким образом, заявленное седло клапана для насоса позволяет повысить ресурс и надежность работы седла и клапанного узла в целом, за счет снижения ударных нагрузок, действующих на седло.
Заявляемое техническое решение далее будет рассмотрено со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Прилагаемые чертежи демонстрируют отдельный вариант выполнения седла насоса. Специалисту в данной области техники понятно, что седло может иметь и другие варианты воплощения.
Фиг. 1 - клапанный узел насоса высокого давления.
Фиг. 2 - вид в разрезе, выполненный по лини А-А.
Фиг. 3 - седло насоса.
Седло установлено в корпусе (1) насоса высокого давления, снабженном съемной крышкой (2), закрывающей цилиндрическую полость (3), сформированную внутри корпуса (1). Конические боковые стенки (4) корпуса (1) образуют канал для поступления рабочей среды. Указанные боковые стенки (4) контактируют с седлом (5), также имеющим коническую наружную поверхность (6). На наружной поверхности (6) седла выполнена кольцевая канавка (7), в которой установлено уплотнение (8), плотно контактирующее с боковой стенкой (4). В верхней части седла выполнен кольцевой выступ (9), внутренняя поверхность (20) которого является конической рабочей поверхностью седла, выполненной с наклоном к продольной оси, в частности, под углом 25-85°. Седло имеет осевой канал с направляющей цилиндрической поверхностью (10). Внутренняя поверхность осевого канала выполнена с расположенными последовательно по направлению движения потока жидкости цилиндрической поверхностью (10), фасонной поверхностью (27), выполненной в виде радиусного скругления относительно продольной оси седла, и конической поверхностью, выполненной с наклоном к продольной оси.
Тарельчатый клапан (13) снабжен периферийным эластомерным уплотнением (14), который обеспечивает плотное прилегание к конической поверхности (21) седла (5). Клапан (13) имеет крестовину (15), выполненную с ножками (28), боковые поверхности (30) которых обеспечивают центрирование клапана относительно седла.
Между крышкой (2) и верхней поверхностью (22) клапана (13), расположенная коническая пружина (17), верхний конец которой упирается в поверхность выступа (16), выполненного на крышке, а нижний - в поверхность выступа (23), выполненного на верхней поверхности (22) тарельчатого клапана (13).
Отношение наружного диаметра «D» кольцевого выступа к диаметру «d» осевого канала седла составляет 1,4-2,0. Указанное соотношение является оптимальными с точки зрения долговечности и получено в результате многочисленных испытаний клапанного узла.
Работа узла осуществляется следующим образом.
Во время работы клапанного узла насоса высокого давления, когда давление рабочей среды под клапаном (13) в канале (11) превышает давление среды в полости (3), клапан (13) отрывается от седла (5) потоком жидкости и перемещается вверх, преодолевая силу пружины сжатия (17). Затем рабочая среда перемещается вверх через канал (11) в полость (3) и выходит из выпускного отверстия (12). Когда дифференцированное давление, действующее на клапан (13), становится больше на верхней стороне клапана, то он перемещается вниз на седло (5) в закрытое положение и предотвращает обратный поток рабочей среды из полости (3) в канал (11). Продольное перемещение клапана ограничивается выступами (16), (18), выполненными на крышке (2) и на верхней части клапана (13).