ОБРАТНЫЙ КЛАПАН С ОСЕВЫМ НАПРАВЛЕНИЕМ ПОТОКА

Полезная модель относится к арматуростроению, в частности к обратным клапанам, и может быть использована на магистральных трубопроводах для гарантированного перекрытия обратного потока жидких и газообразных сред в газовой, нефтяной, химической и других областях промышленности.
Известен обратный клапан, содержащий корпус с входной и выходной полостями, установленное в корпусе седло, взаимодействующее с запорным органом, кинематически посредством шарового шарнира связанным со штоком, снабженным пружиной и перемещающимся в подшипниках скольжения, зафиксированных в корпусе. (Патент RU №2184296 C2, МПК F16K 15/02, приоритет от 27.07.2000, опуб. 27.06.2002).
Недостатком известного клапана является сложность кинематической связи штока силового цилиндра и запорного органа для обеспечения установки последнего в седле. С целью обеспечения герметичности клапана необходима высокая точность изготовления, как шарового шарнира в соединении запорного органа со штоком силового цилиндра, так и контактирующих поверхностей: внутренней - силового цилиндра и наружной - камеры постоянного объема, что неизбежно приводит к увеличению себестоимости изготовления клапана.
Выполнение кинематической связи штока и запорного органа в виде шарового шарнира требует дополнительных крепежных элементов для фиксации указанного шарнира в запорном органе. В этом случае возникают сложности при обеспечении соосности уплотнительных поверхностей седла и запорного органа, а также минимальной величины зазоров между поверхностью штока и подшипниками скольжения, в которых перемещается шток запорного органа.
В то же время наличие кинематической связи штока с запорным органом не гарантирует беззазорного контакта поверхности запорного органа с уплотнительной поверхностью седла в закрытом положении клапана. При наличии зазора определенной величины между поверхностью штока и подшипниками скольжения, необходимого для обеспечения свободного перемещения запорного органа и надежной работы клапана, возникает возможность изменения положения запорного органа относительно уплотнительной поверхности седла. Центр вращения запорного органа (и его уплотнительной поверхности), располагается в центре шарового шарнира узла крепления штока к запорному органу, а центр вращения силового цилиндра расположен в середине расстояния между наружными торцами опорных подшипников, в которых установлен шток. Из-за геометрического несовпадения центров вращения указанных элементов возможен перекос оси штока относительно центра вращения силового цилиндра, что приводит к смещению оси шарового шарнира относительно оси уплотнительной поверхности седла, и, как следствие, к появлению зазора между уплотнительными поверхностями седла и запорного элемента, в результате чего герметизация клапана нарушается.
Наиболее близким по назначению, технической сущности и достигаемому результату является обратный клапан с осевым направлением потока, содержащий корпус с входным и выходным каналами, в полости которого установлено кольцевое седло с конической уплотнительной поверхностью, контактирующей с уплотнительной поверхностью в форме диска запорного органа, кинематически связанного с подпружиненным подвижным штоком, перемещающимся вдоль оси потока в подшипнике скольжения, расположенном в центрирующем опорном узле, установленном в его корпусе, закрепленного в седле, при этом центрирующий опорный узел состоит из двух втулок, установленных одна внутри другой и выполненных с эксцентриситетом их внутренних отверстий, наружная втулка снабжена фланцем, неподвижно соединенным с корпусом центрирующего опорного узла (Патент RU №2489627 C2, МПК F16K 15/06, приоритет от 18.11.2011, опуб. 10.08.2013).
Недостатком известного клапана является сложность регулировки соосности уплотнительных поверхностей седла и запорного органа из-за необходимости фиксации втулок от вращательного и поступательного движения, при выполнении операций по фиксации втулок возможны смещения их относительно друг друга, что влияет на точность регулирования, а также возникновение зазоров между поверхностью штока и подшипниками скольжения вследствие регулирования, в которых перемещается шток запорного органа, что не позволяет с достаточной точностью совмещать уплотнительные поверхности седла и запорного органа клапана. Наличие зазоров и уменьшение площади контакта указанных элементов приводит к снижению степени герметичности клапана.
Технической задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является обеспечение герметичности клапана за счет повышения точности регулирования положения оси седла и запорного органа и совмещения уплотнительных поверхностей седла и запорного органа.
Для достижения указанного технического результата в обратном клапане с осевым направлением потока, содержащем корпус с входным и выходным каналами, в полости которого установлено кольцевое седло с уплотнительной конической поверхностью, контактирующей с соответствующей уплотнительной поверхностью запорного органа, выполненного в форме диска, кинематически связанного с подпружиненным подвижным штоком, перемещающимся вдоль оси потока в подшипнике скольжения, расположенном в центрирующем опорном узле, установленном в его корпусе, закрепленного в седле, при этом центрирующий опорный узел состоит из двух втулок, установленных одна внутри другой, причем отверстие внутренней втулки выполнено с эксцентриситетом относительно ее поверхности, а наружная втулка снабжена фланцем, неподвижно соединенным с корпусом центрирующего опорного узла, дополнительно, втулки, установленные одна внутри другой, взаимодействуют между собой посредством сферической поверхности, выполненной на их контактирующих поверхностях с возможностью фиксации внутренней втулки от продольных перемещений, наружная втулка центрирующего опорного узла разделена на две части, причем линия разделения втулки проходит перпендикулярно оси клапана.
Взаимодействие установленных одна внутри другой втулок посредством сферической поверхности, выполненной на их контактирующих поверхностях и разделение наружной втулки центрирующего опорного узла на две части, при котором линия разделения проходит перпендикулярно оси клапана обеспечивает регулирование углового смещения втулок и фиксацию положения втулок и штока запорного органа, за счет чего обеспечивается контакт уплотнительных поверхностей седла и запорного органа, устраняется влияние предельных отклонений, получаемых при механической обработке деталей клапана и смещение штока запорного органа, вызванного наличием зазора между штоком и подшипником. В результате точного регулирования линия контакта уплотнительных поверхностей седла и запорного органа совпадает с высокой точностью, что обеспечивает герметичность клапана.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 представлен обратный клапан с осевым направлением потока, общий вид;
на фиг. 2 - вид А на фиг. 1, показан укрупненно разрез центрирующего опорного узла;
на фиг. 3 показан центрирующий опорный узел в аксонометрии, когда наружная втулка выполнена из двух частей и линия разреза втулки проходит перпендикулярно ее оси;
a
на фиг. 4 - сечение Б-Б на фиг 2, показан эксцентриситет «» отверстия внутренней втулки относительно ее наружной поверхности.
a
Обратный клапан с осевым направлением потока содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 каналами. Во внутренней полости корпуса 1 размещены кольцевое седло 4 с уплотнительной конической поверхностью 5, запорный орган 6, установленный с образованием кольцевого канала (фиг. 1). Запорный орган 6 выполнен в форме диска с уплотнительной поверхностью, соответствующей уплотнительной конической поверхности 5 запорного органа 6. Запорный орган 6 снабжен подвижным штоком 7 с установленной на нем пружиной 8. Пружина 8 поджимает запорный орган 6 к уплотнительной конической поверхности 5 седла 4. В седле 4 опорными элементами 9 закреплен корпус 10 центрирующего опорного узла. Центрирующий опорный узел состоит из двух втулок, установленных одна внутри другой в корпусе 10: внутренней втулки 11 и наружной втулки. Наружная втулка разделена на две части и состоит из прижимной втулки 12 и упорной втулки 13. Линия разделения наружной втулки на две части проходит перпендикулярно оси клапана (фиг. 2, 3). Шток 7 проходит через центрирующий опорный узел. Подвижность штока 7 в центрирующем опорном узле обеспечивается подшипником скольжения 14, размещенным во внутренней втулке 11. Прижимная втулка 12 снабжена фланцем 15 и через отверстия во фланце неподвижно соединена, например, винтами 16 с корпусом 10 центрирующего опорного узла. Соединение такое фиксирует положение наружной втулки, состоящей из прижимной 12 и упорной 13 втулок, в корпусе 10 относительно седла 4 после соосной установки запорного органа 6 с уплотнительной поверхностью седла 4. При фиксации наружной втулки одновременно зафиксирована и внутренняя втулка 11 относительно корпуса 10 центрирующего опорного узла. Внутреннее отверстие внутренней втулки 11 выполнено с эксцентриситетом «» относительно своей наружной поверхности (фиг. 4). Контактирующие поверхности внутренней 11, прижимной 12 и упорной 13 втулок выполнены сферическими, при этом на внутренней поверхности прижимной 12 и упорной 13 втулок выполнена вогнутая сферическая поверхность, а на наружной поверхности внутренней втулки 11 выполнена выпуклая сферическая поверхность. Такое взаимодействие втулок между собой посредством сферической поверхности, выполненной на их контактирующих поверхностях позволяет регулировать перекос и соосность осей штока 7 и седла 4, что способствует более точному совмещению уплотнительных поверхностей седла и запорного органа
Обратный клапан с осевым направлением потока работает следующим образом:
В исходном (закрытом) положении при отсутствии давления в системе, в которой установлен обратный клапан, запорный орган 6 уплотнительной поверхностью поджат к уплотнительной конической поверхности 5 седла 4 действием пружины 8, обеспечивая разобщение полостей входного 2 и выходного 3 каналов. Давление во входном 2, выходном 3 каналах и полости клапана одинаково. При возрастании давления во входном канале 2 по сравнению с давлением в выходном канале 3, запорный орган 6 из положения "закрыто" под действием напора рабочей среды, преодолевая усилие пружины 8, отходит от уплотнительной конической поверхности 5 седла 4. Рабочая среда из входного канала 2 поступает через проточную полость клапана в выходной канал 3.
При уменьшении перепада давления во входном канале 2 снижается расход рабочей среды через клапан и соответственно скорость прямого потока среды уменьшается. Результирующее усилие открытия запорного органа 6 уменьшается и он под действием пружины 8 возвращается в исходное положение, прижимается к уплотнительной конической поверхности 5 седла 4 и, благодаря полученной при регулировании соосности осей штока 7 и седла 4, а, следовательно, и уплотнительных поверхностей запорного органа 6 и седла 4, проточная полость клапана герметично перекрывается.
Путем вращения внутренней втулки 11 вокруг оси штока 7 после установки седла 4 в корпус 1, обеспечивается такая соосность седла 4 и запорного органа 6, при котором уплотнительная коническая поверхность 5 седла 4 совмещается с уплотнительной поверхностью запорного органа 6. Поворот внутренней втулки 11 на требуемый угол относительно оси штока 7 позволяет избавиться от перекоса оси запорного органа 6 и седла 4, что дает более точную регулировку совмещения уплотнительной поверхности седла 4 с уплотнительной поверхностью запорного органа 6. Достижение соосности и устранения перекоса осей запорного органа 6 и седла 4 обеспечивает герметичность клапана.
a
a
При вращении внутренней втулки 11 вокруг оси штока 7, центр внутреннего отверстия внутренней втулки 11 описывает окружность радиусом, равным величине эксцентриситета «» внутренней втулки 11 относительно внутренней поверхности наружной втулки, состоящей из прижимной 12 и упорной 13 втулок, а, следовательно, относительно корпуса 10 центрирующего опорного узла и, соответственно седла 4, в пределах окружности, описанной радиусом равным эксцентриситетов «».
Таким образом, благодаря компенсации несоосности и устранения перекоса оси штока относительно оси седла, обеспечиваемой центрирующим опорным узлом, клапан сохраняет свою работоспособность даже при снижении точности изготовления деталей, обеспечивая надежную герметизацию клапана. Изготовление подобных клапанов возможно при использовании существующих средств производства с применением известных технологических операций.