Клапан обратный осевого потока

Полезная модель относится к трубопроводной арматуре, в частности к запорной и защитной трубопроводной арматуре, и предназначена для гарантированного перекрытия обратного потока жидких и газообразных сред, применяемых в газовой, нефтяной, химической и других областях промышленности.
В настоящее время одной из актуальных задач является создание надежной конструкции обратного клапана, предназначенного для свободного пропуска с минимальным гидравлическим сопротивлением потока рабочей среды только в одном направлении. При этом на первый план выдвигается необходимость обеспечения высокой надежности работы клапана при использовании их в системе высокого давления, высокой степени герметичности в закрытом положении, а также быстродействии срабатывания.
Известен клапан обратный с осевым направлением потока, содержащий корпус с входным и выходным каналами, во внутренней полости которого размещены седло и контактирующий с седлом подпружиненный запорный орган со штоком, упорное кольцо установлено в кольцевом пазу, сформированном контактными поверхностями седла и проточкой на внутренней поверхности наружного корпуса, контактные поверхности упорного кольца и наружной части седла выполнены конусными (Патент RU №2417335 С2, МПК F16K 15/06, приоритет от 07.11.2006, опубл. 27.04.2011).
Недостатком известного клапана является низкая надежность работы клапана вследствие потери герметичности прилегания запорного органа к седлу в процессе эксплуатации и невозможности использования его в экстремальных условиях эксплуатации. Это происходит вследствие того, что постоянное воздействие высоких удельных нагрузок на тонкостенную конусную вставку приводит к ее износу и разрушению седла.
Наиболее близким по назначению, технической сущности и достигаемому результату к заявляемому в качестве полезной модели, является обратный клапан, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, седло, установленное в патрубке, подпружиненный запорный орган в виде подвижного диска с закрепленным в нем штоком, установленным в подшипниках, размещенных в сквозном отверстии обтекателя, расположенного внутри корпуса и выполненный за одно целое с ним, между обтекателем и корпусом имеется кольцевое пространство, разделенное перемычками и образующее проточную полость для потока рабочей среды, перекрываемое запорным органом, отверстие под шток соединено с демпфирующей камерой (камерой постоянного объема), образованной обтекателем и перегородкой, в перегородке выполнены дроссельные отверстия, соединяющее демпфирующую камеру с рабочей камерой и проточной полостью корпуса (Патент RU №2243439 С2, МПК F16K 15/06, от 10.02.2003, опуб. 27.12.2004 г.).
Недостатком известного клапана является низкая надежность его клапана вследствие потери герметичности прилегания запорного органа к седлу в процессе эксплуатации и невозможности использования его в экстремальных условиях эксплуатации. Это происходит вследствие того, что постоянное воздействие высоких удельных нагрузок на тонкостенную конусную вставку приводит к ее износу и разрушению седла.
Технической проблемой, на решение которой направлена полезная модель, является повышение надежности клапана за счет предотвращения разрушения уплотнительного элемента от высоких удельных нагрузок и повышения степени герметизации в закрытом положении.
Для достижения указанного технического результата в клапане обратном осевого потока, содержащем корпус с входным и выходным патрубками, седло в сборе, установленное в патрубке, подпружиненный запорный орган в виде поджимного диска с закрепленным в нем штоком, установленным в подшипниках, размещенных в сквозном отверстии обтекателя, расположенного внутри корпуса и выполненного за одно целое с ним, между обтекателем и корпусом имеется кольцевое пространство, разделенное перемычками и образующее проточную полость для потока рабочей среды, перекрываемое запорным органом, отверстие под шток соединено с демпфирующей камерой, образованной обтекателем и перегородкой, в которой выполнены дроссельные отверстия, соединяющие демпфирующую камеру с рабочей камерой и проточной полостью корпуса, согласно полезной модели, седло состоит из втулки и контактирующего с ним кольца, в углублении которого расположен упругий уплотнительный элемент, поджатый с другой стороны втулкой посредством крепежных элементов, равномерно расположенных по окружности седла.
Выполнение седла из втулки и контактирующего с ним кольца, и расположение в углублении кольца упругого уплотнительного элемента, поджатого с другой стороны втулкой посредством крепежных элементов, равномерно расположенных по окружности седла, позволяет предотвратить разрушение упругого уплотнительного элемента от высоких удельных нагрузок, и тем самым повысить надежность клапана и степень герметизации в закрытом положении.
Клапан обратный осевого потока поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 - показан общий вид клапана обратного осевого потока, в разрезе;
на фиг. 2 - вид А на фиг. 1, показано седло в сборе, состоящее из конической втулки со вставленным в него упругим уплотнительным элементом и втулки.
На чертежах позициями обозначены:
1 - корпус
2 - входной патрубок
3 - выходной патрубок
4 - седло в сборе
5 - втулка прижимная
6 - запорный орган в виде поджимного диска
7 - шток
8 - пружина
9 - подшипники
10 - сквозное отверстие
11 - обтекатель
12 - проточная полость
13 - демпфирующая камера
14 - перегородка обтекателя
15 - дроссельные отверстия
16 - рабочая камера
17 - втулка
18 - кольцо
19 - упругий уплотнительный элемент из эластичного материала (полиуретан)
20 - винт
21 - манжета
22 - торцовая поверхность упругого уплотнительного элемента.
Клапан обратный осевого потока содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками, седло в сборе 4, установленное со стороны входного патрубка 2, прижато втулкой прижимной 5. Седло в сборе 4 взаимодействует с запорным органом 6. Запорный орган 6 выполнен в виде подвижного диска с закрепленным в нем направляющим штоком 7, поджатым пружиной 8 (фиг. 1). Коническая поверхность седла в сборе 4, взаимодействующая с запорным органом 6, имеет износостойкую наплавку. Шток 7 запорного органа 6 установлен в подшипниках 9, размещенных в сквозном отверстии 10 обтекателя 11. Обтекатель 11 расположен внутри корпуса 1 и выполнен за одно целое с ним. Между обтекателем 11 и корпусом 1 имеется кольцевое пространство, разделенное перемычками и образующее проточную полость 12 для потока рабочей среды, перекрываемое запорным органом 6. Отверстие 10 под шток 7 соединено с демпфирующей камерой (камерой постоянного объема) 13, образованной обтекателем 11 и перегородкой 14. В перегородке 14 выполнены дроссельные отверстия 15, соединяющее демпфирующую камеру 13 с рабочей камерой 16 и проточной полостью 12 корпуса 1.
Седло в сборе 4 состоит из втулки 17 и кольца 18. В углублении кольца 18 расположен упругий уплотнительный элемент 19, поджатый с другой стороны втулкой 17 при помощи крепежных элементов - винтов 20, равномерно расположенных по окружности седла 4. Между корпусом 1 и седлом 4 расположена манжета 21 (фиг. 2) для плотного прилегания запорного органа 6 к седлу 4 в процессе эксплуатации. За счет подобранных размеров места под упругий уплотнительный элемент 19 в седле 4, а также подобранных размеров и формы самого упругого уплотнительного элемента 19, происходит поджатие торцовой поверхности 22 упругого уплотнительного элемента 19 деталями седла 4.
Клапан обратный осевого потока работает следующим образом:
В исходном (закрытом) положении при отсутствии давления в системе запорный орган 6 под действием пружины 8 поджат к поверхности втулки 17 седла 4, обеспечивая разобщение входа и выхода. Давление во входном 2, выходном 3 патрубках и проточной полости 12 одинаково. При возрастании давления во входном патрубке 2 в сравнении с давлением в выходном патрубке 3, запорный орган 6 из положения "закрыто" под действием напора рабочей среды, преодолевая усилие пружины 8, отходит от втулки 17 вправо и открывает клапан. Рабочая среда из входного патрубка 2 через проточную полость 12 поступает в выходной патрубок 3 клапана.
При этом шток 7 из отверстия 10 обтекателя 11 выдвигается в демпфирующую камеру 13, в результате чего объем этой камеры уменьшается, что приводит к сжатию в ней рабочей среды, частично проникающей в демпфирующую камеру 13 через зазоры между штоком 7, расположенным в отверстии 10 обтекателя 11, а также через дроссельные отверстия 15. Сжатая рабочая среда в рабочей камере 16 старается вытолкнуть шток 7 назад в отверстие 10, а пружина 8 - принять исходное положение, при этом происходит демпфирование запорного органа 6 при открытии клапана.
При уменьшении перепада давления во входном патрубке 2, снижается расход рабочей среды через клапан и соответственно скорость прямого потока среды уменьшается. Давление в демпфирующей камере 13 увеличивается и уравнивается с давлением в выходной полости 3.
Результирующее усилие открытия запорного органа 6 уменьшается, и он под действием пружины 8 возвращается в исходное положение, прижимается к седлу 4 и перекрывает проточную полость 12. При этом втулка 17 деформируется, обеспечивая необходимую герметичность, и действует на упругий уплотнительный элемент 19, который воспринимает часть осевого усилия от запорного органа 6, предотвращая разрушение втулки 17. Упругий уплотнительный элемент 19 под действием давления на него втулки 17 и запорного органа 6, перемещается по поверхности втулки 17, уменьшая ее размеры, и сжимает торцовую поверхность 22 упругого уплотнительного элемента 19. Торцовая поверхность 22 упругого уплотнительного элемента 19, стремясь принять первоначальное положение, перемещается вверх по поверхности втулки 17. Одновременно рабочая среда из проточной полости 12 под действием давления обратного потока рабочей жидкости воздействует на торцовую поверхность 22 упругого уплотнительного элемента 19 с другой стороны. Кольцо 18 перемещается вниз в обратном направлении, давит на упругий уплотнительный элемент 19 и перемещает его в обратном направлении, т.е. в сторону запорного органа 6, обеспечивая дополнительное поджатие втулки 17 и упругого уплотнительного элемента 19 к запорному органу 6. Одновременно при перемещении запорного органа 6 шток 7 выдвигается из демпфирующей камеры 13. Объем демпфирующей камеры 13 резко увеличивается и давление в ней, по сравнению с давлением в рабочей камере 16, уменьшается (из-за малой величины дроссельных отверстий 15 оно не успевает выравниваться), и движение запорного органа 6 при этом в большей степени зависит от пружины 8. При быстром движении запорного органа 6 давление в демпфирующей камере 13 становится значительно меньшим, чем в рабочей камере 16, и возникает декомпрессия среды, уменьшающая силу удара запорного органа 6 о седло 4.
Таким образом, клапан сохраняет свою работоспособность при экстремальных условиях работы в течение длительного времени, обеспечивая надежную герметизацию клапана за счет предотвращения разрушения уплотнительного элемента седла под действием высоких удельных нагрузок и снижения динамических нагрузок при посадке на седло запорного органа сохраняет проектную (полную) пропускную способность в течение всего срока действия. Эффект от применения предлагаемого клапана состоит в снижении затрат на его изготовление за счет надежной работы и увеличения срока службы клапана в несколько раз. Изготовление подобных клапанов возможно при использовании существующих средств производства с применением известных технологических операций.