СТОПОРНЫЙ КЛАПАН ТИПА "УТИНЫЙ КЛЮВ" С ИЗОГНУТЫМ И УПРУГОСМЕЩЕННЫМ ЗАТВОРОМ
BEAK-TYPE SHUTOFF VALVE WITH CURVED AND ELASTICALLY SHIFTED GATE

Область техники
Данное изобретение относится к стопорным клапанам и клапанам типа "утиный клюв".
Предпосылки создания изобретения
Стопорные клапаны типа "утиный клюв" обычно имеют трубчатую впускную часть, которая уплощается в направлении выхода подобно клюву утки. В некоторых клапанах типа утиного клюва части, расположенные ниже по ходу потока, разрезаны вдоль с каждой стороны и образуют две расположенные напротив друг друга створки. Клапаны типа "утиный клюв" используются для управления притоком приливной воды в канализационный коллектор и выпусками ливневой воды, которые сбрасывают сточные воды в открытую воду. Они также использовались в качестве стопорных клапанов в противогазах во время второй мировой войны.
В настоящее время для герметичного запирания стопорного клапана типа "утиный клюв" требуется избыточное давление ниже по потоку (противодавление). Если подобные клапаны являются впускными и выпускными клапанами возвратно-поступательного насоса, работа которого основана на создании отрицательного давления (разряжения) во входном трубопроводе, чтобы "поднять" воду во входной канал при начале работы насоса, противодавление на клапанах может оказаться недостаточным для того, чтобы полностью закрыть клапан и создать необходимую герметичность, поскольку первоначально плоские герметизирующие поверхности имеют тенденцию со временем оставаться частично открытыми.
При таких условиях насос либо не сможет поднять и начать прокачивать жидкость или он сделает это, но со снижением производительности.
В известных технических решениях "утиный клюв" в закрытой конфигурации напоминает сплющенную на выходном конце трубку, в которой первая плоская внутренняя поверхность образует герметичный контакт со второй плоской внутренней поверхностью, создавая тем самым затвор. При отсутствии необходимого противодавления может оказаться сложным сохранять герметичность, когда клапан закрыт. Увеличение жесткости стенок трубы вблизи выпускного отверстия или закрытие части или частей выпускного отверстия являются средствами, используемыми в известных технических решениях, но эти средства приводят к снижению эффективности в том случае, когда клапан должен закрыться соответствующим образом при работе со взвесью, содержащей крупные включения твердой фазы.
В изобретении WO 2006/108219 предлагается средство для армирования "утиного клюва", с тем чтобы он мог работать при более высоком давлении на выходе, но это не решает проблему старения, которая вызывает со временем ослабление герметичности и потерю эффективности.
Цель изобретения - создание средства, которое бы обеспечивало герметическое закрытие стопорного клапана типа "утиный клюв" при отсутствии необходимого противодавления.
Краткое изложение сущности изобретения
В соответствии с первым аспектом данного изобретения предлагается стопорный клапан, включающий трубопровод для транспортировки текучей среды,
при этом трубопровод имеет впускное отверстие и выпускное отверстие и трубопровод имеет первую область, примыкающую к выпускному отверстию, которая содержит гибкую стенку,
при этом две противоположные стороны гибкой стенки сближаются друг с другом и образуют закрытую конфигурацию, когда давление текучей среды перед впускным отверстием и давление текучей среды за выпускным отверстием по существу равны,
при этом закрытая конфигурация содержит каждую из противоположных сторон, имеющих в поперечном сечении форму дуги и примыкающих друг к другу с образованием по существу герметичного соединения.
Предпочтительно, чтобы две соединительные области стенки, соединяющие две противоположные стороны, были смещены по направлению друг к другу посредством смещающегося приспособления.
Предпочтительно, чтобы смещающее приспособление содержало один или несколько упругих кольцевых элементов, охватывающих гибкую стенку.
Предпочтительно, чтобы каждый из одного или нескольких упругих кольцевых элементов представлял собой петлю из эластомера.
Предпочтительно, чтобы один или несколько упругих кольцевых элементов представляли собой металлические С-образные хомуты.
Предпочтительно, чтобы трубопровод имел форму клапана типа "утиный клюв".
Предпочтительно, чтобы две соединительные области представляли собой первую соединительную область и вторую соединительную область, а смещающее устройство содержало один или несколько упругих тросиков, эластичных бандажей или лент, причем каждый из этих элементов имеет первую концевую область и вторую концевую область, и при этом первая концевая область крепится или примыкает к первой соединительной области посредством первого устройства крепления, а вторая концевая область крепится или примыкает ко второй соединительной области посредством второго устройства крепления. Это образует хорду, соединяющую первую соединительную область или соседнюю точку со второй соединительной областью или соседней точкой.
Предпочтительно, чтобы первое и второе устройства крепления содержали крючок или проушину, прикрепленные к одной или обеим противоположным сторонам рядом с соответствующей соединительной областью посредством устройства прикрепления.
Предпочтительно, чтобы первое и второе устройства крепления включали болтовое соединение.
Предпочтительно, чтобы устройство прикрепления включало клеевое соединение, сплавное соединение или болтовое соединение.
В данном изобретении создаются усовершенствования известных технических решений. В данном изобретении создаются усовершенствования, которые оказываются особенно полезными в том случае, когда клапаны являются впускными и выпускными клапанами диафрагменных насосов, перекачивающих суспензии, содержащие крупные включения твердой фазы.
При использовании для подобных целей впускные клапаны располагаются выше насоса и выпускных клапанов с целью не допустить накопления твердых включений в корпусах клапанов и диафрагменном насосе.
Когда впускные клапаны находятся выше насоса и выпускных клапанов, насос должен всосать воздух в свой впускной канал прежде, чем он высосет жидкость и начнет перекачку. Если клапаны не будут надежно закрываться, перекачка жидкости либо задержится, либо не сможет начаться.
Варианты выполнения данного изобретения позволяют избежать этих недостатков путем изгибания первой и второй внутренних поверхностей части, имеющей форму утиного клюва, и соединения наиболее удаленных сторон криволинейной выходной части утиного клюва при помощи шнура, или ленты, или упругого элемента, которые передают незначительное натяжение, стягивающее наиболее удаленные стороны друг к другу, и вращающий момент, который поворачивает первую и вторую внутренние поверхности утиного клюва друг к другу.
В том месте, где первая и вторая внутренние поверхности образуют дугу, отрезок стенки трубы, примыкающий к ширине первой внутренней поверхности, будет длиннее, чем отрезок стенки трубы, примыкающей ко второй внутренней поверхности, и тросик или лента будут натягиваться вдоль хорды образованной дуги. Наибольшее натяжение упругих шнура, ленты или тросика заставляет первую и вторую внутренние поверхности прижиматься друг к другу и образовывать герметичный затвор.
В том случае, когда давление перед клапаном в достаточной мере превышает давление за клапаном, первая и вторая внутренние поверхности раздвигаются и клапан открывается.
В других вариантах выполнения можно использовать более одного упругого шнура, ленты или тросика для создания незначительного натягивания.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - вид плоского стопорного клапана типа "утиный клюв" в закрытом положении.
Фиг.2 - тот же вид, что и на Фиг.1, но клапан показан слегка открытым.
Фиг.3 - вид с торца на выпускное отверстие стопорного клапана типа "утиный клюв" в соответствии с предпочтительным вариантом выполнения данного изобретения, на котором плоские стороны клапана показаны изогнутыми в форме дуги при помощи упругого бандажа, проходящего по хорде дуги.
Фиг.4 - вид с торца на выпускное отверстие стопорного клапана типа "утиный клюв" в соответствии с другим предпочтительным вариантом выполнения данного изобретения, на котором плоские стороны клапана показаны изогнутыми в форме дуги при помощи упругого шнура, проходящего по хорде дуги.
Подробное описание конкретных вариантов выполнения
Предпочтительные варианты выполнения данного изобретения будут сейчас описаны только лишь в качестве примера со ссылками на прилагаемые чертежи.
На Фиг.1 показан вид упругих частей закрытого стопорного клапана 10 типа "утиный клюв" с выпускным отверстием 13 и впускным отверстием 14. Он имеет форму трубы, сплющенной по направлению выпускного конца. Первая и вторая внутренние поверхности 11 и 12 являются плоскими и соприкасаются, образуя затвор клапана. Каждая сторона 15 и 16 сплющенной трубы закруглена и смещена таким образом, чтобы она сохраняла сплющенную форму в состоянии релаксации, как показано.
На Фиг.2 показан стопорный клапан типа "утиный клюв", изображенный на Фиг.1, со слегка раздвинутыми на выходе внутренними поверхностями 11 и 12. На Фиг.2 показано, что происходит после некоторого периода эксплуатации, когда давление на клапан за ним (или противодавление) не является достаточным для того, чтобы полностью закрыть клапан. Одинаковыми номерами обозначены элементы, общие с Фиг.1.
На Фиг.3 показан вид с торца стопорного клапана 20 типа "утиный клюв" на впускное отверстие стопорного клапана типа "утиный клюв" в соответствии с одним из вариантов выполнения данного изобретения, на котором одинаковыми номерами обозначены элементы, общие с Фиг.1 и Фиг.2. При сравнении с Фиг.1 и 2 видно, что главное различие состоит в том, что выходные части утиного клюва более не являются плоскими, а они изогнуты, и при этом первая внутренняя поверхность 21 и вторая внутренняя поверхность 22 соприкасаются с образованием герметичного затвора. В этом примере поверхности 21 и 22 являются внутренними поверхностями трубы с упругими стенками. Они изогнуты с образованием вогнутости, и при этом стенка окружающей трубы смещена во время изготовления таким образом, чтобы подобная форма сохранялась, когда клапан находится в состоянии релаксации. Стороны 15 и 16 выходных частей утиного клюва закруглены, как показано на Фиг.1 и 2. Поверхности 23 и 24 являются наружными поверхностями стенки трубы, ближайшими соответственно к поверхностям 21 и 22.
Если стороны 15 и 16 выходных частей утиного клюва, изогнутых с образованием вогнутости, смещаются в разные стороны, радиусы поверхностей 21 и 22 будут увеличиваться, но радиус внутренней поверхности 22 увеличится относительно больше, чем радиус наружной поверхности 23, и поверхности 21 и 22 будут раздвигаться.
Если стороны 15 и 16 выходных частей утиного клюва смещаются по направлению друг к другу, радиусы обеих поверхностей 21 и 22 будут уменьшаться, но радиус внутренней поверхности 22 будет ограничен радиусом наружной поверхности 21, и поверхности 21 и 22 будут сближаться, образуя надежный герметичный затвор. Необходимо обратить внимание на то, что если для смещения сторон 15 и 16 выходных частей утиного клюва друг к другу использовать избыточную силу, то стенки трубы, примыкающие к поверхности 22, будут сжиматься слишком сильно и коробиться. Если это произойдет, то между поверхностями 21 и 22 образуется зазор, и они не будут образовывать затвор.
В этом случае вокруг наружной поверхности 23 накладывается упругий шнур, или эластичный бандаж, или лента 25, которые проходят по хорде дуги между сторонами 15 и 16.
Натяжение упругого шнура, или бандажа, или ленты 25 регулируется путем их растяжения или сокращения относительно поверхности 23, чтобы создать необходимую силу, прижимающую поверхности 21 и 22 друг к другу в то время, когда клапан находится в состоянии релаксации. Когда требуемое натяжение достигнуто, один или несколько гибких шнуров или бандажей 25 крепятся с помощью клея к участкам 25А и 25В на поверхности 23. Это также сообщает вращающий момент двум концам 15 и 16 при помощи шнура 28, который сдвигает поверхность 22 к поверхности 21.
Соответствующим образом подобранное натяжение упругого шнура, или эластичного бандажа, или ленты 25 определяет разность давлений перед клапаном и за клапаном, при которой клапан открывается.
Преимущества такой конструкции заканчиваются в следующем:
(1) когда избыточное давление перед клапаном открывает стопорный клапан 20 типа утиного клюва, наружная поверхность 24 свободно смещается до того момента, пока она не будет соприкасаться с бандажом 25, и дальнейшее (полное) открытие клапана 20 растягивает бандаж 25 только на минимальную величину, и
(2) если между закрывающимися поверхностями клапана перед выходным концом окажутся твердые включения, они не будут держать клапан открытым на выходном конце.
Из (1) следует, что растяжения бандажа 25 невелики, и он не подвержен излишней усталости во время последовательных раскрытий клапана 20.
В альтернативных примерах выполнения данного изобретения возможно использовать более одного шнура, или эластичного бандажа, или ленты вместо одного шнура, или эластичного бандажа, или ленты 25, как показано на Фиг.3, причем каждый из этих элементов будет иметь отдельные точки прикрепления 25А и 25В.
В еще одном альтернативном примере выполнения данного изобретения эластичный бандаж или ленту 25 можно заменить металлическим С-образным пружинным хомутом, содержащим только криволинейные части, примыкающие к наружной поверхности 23 и закругленным концам 15 и 16, и не имеющим прямолинейного участка в виде хорды между двумя сторонами 15 и 16.
На Фиг.4 показан вид с торца еще одного альтернативного стопорного клапана 30 типа утиного клюва согласно другому варианту выполнения данного изобретения, на котором одинаковыми номерами обозначены элементы, общие с Фиг.3. В этом примере эластичный шнур 28 натянут между устройствами крепления, содержащими болт 26 с проушиной на одном конце и болт 26А с проушиной на другом конце шнура.
Эти болты с проушинами проходят через стенки сплющенной трубы, примыкающие к каждому концу 15 и 16, как показано, и крепятся при помощи гаек 27 и 27А. Шайбы 29 и 29с расположены между проушинами 26 и 26А и наружной поверхностью 24 сплющенной трубы, а шайбы 29а и 29в расположены между гайками 27 и 27А и наружной поверхностью 23 сплющенной трубы. Соответствующее затягивание гаек 27 и 27А вызывает смыкание поверхностей 21 и 22 на концах 15 и 16, которое обеспечивает герметичный затвор и позволяет прикладывать при помощи шнура 28 вращающий момент к двум концам 15 и 16, который можно увеличивать, увеличивая расстояние точки крепления от поверхности 24, а устройство крепления может представлять собой крепящийся с помощью болта крюк, или стержень, или простой болт и гайку вместо проушины, и любое из этих приспособлений может крепиться при помощи сплавного или клеевого соединения вместо болтового соединения.
В альтернативных примерах данного варианта выполнения изобретения возможно использовать более одного эластичного шнура 28 вместо одного эластичного шнура 28, как показано на Фиг.4, причем каждый из них будет иметь свои отдельные болты с проушинами 26 и 26А, гайки 27 и 27А и шайбы 29, 29а и 29с или альтернативное сплавное или клеевое соединение.
Соответствующим образом подобранное натяжение шнура/шнуров 28 определяет разность давлений перед клапаном и после клапана, при которой клапан откроется.
Специалисты в данной области поймут, что многочисленные изменения и/или модификации могут быть внесены в данное изобретение, как показано на примерах конкретных вариантов выполнения, которые не будут выходить за пределы сущности и объема изобретения, как они здесь в общих чертах описаны.
Следовательно, данные примеры следует во всех отношениях рассматривать только как иллюстративные, а не ограничительные.
Например, приспособления, отличные от эластичных бандажа и ленты или шнура, можно использовать для создания натяжения между сторонами 15 и 16 клапана. Изгиб с образованием вогнутости частей клапана типа утиного клюва, находящихся ниже по ходу потока, не обязательно должен иметь форму дуги (например, он может быть выполнен в форме угла).
Термин "текучая среда" в данном варианте выполнения изобретения относится либо к газу, либо к жидкости в виде одной фазы, а также относится к двух- или трехфазным текучим средам, содержащим любое сочетание газов, жидкостей или твердой фазы. Газы, жидкости или твердая фаза могут представлять собой химические соединения, композиты и/или смеси.