ОБРАТНЫЙ КЛАПАН

Полезная модель относится к области защитной арматуры для трубопроводов, преимущественно большого диметра, и может быть использована в системах циркуляционных контуров энергетических установок как устройство для аварийного перекрытия трубопровода в случае внезапной остановки одного из циркуляционных насосов.
Известен обратный клапан, содержащий корпус с установленным по оси штоком, закрепленным на кольцевом упоре, фиксирующим клапан в открытом положении, и самого клапана, свободно перемещаемого действием жидкости по неподвижному штоку.
С целью исключения вибрации клапана от воздействия транспортируемой жидкости на его цилиндрическом обтекателе выполнены лопасти, установленные под углом к направлению потока.
Кроме этого на торцах обтекателя и упора выполнены зубцы. Транспортируемая жидкость, воздействуя на лопасти, поворачивает клапан вокруг штока и вводит зубцы в зацепление, что обеспечивает удержание клапана в неподвижном положении.
В случае обратного движения жидкости при аварийных ситуациях под воздействием потока лопасти поворачивают клапан в противоположную сторону и расцепляют его с опорой. После этого под действием потока клапан скользит по штоку и перекрывает проходное отверстие корпуса обратного клапана (Авт. свидетельство СССР №140645, МКИ F 16 K 15/02, опубл. в 1961 г.).
Недостатком известного обратного клапана является то, что такая конструкция экономически эффективна только для трубопроводов, диаметром не более 200 мм.
Для трубопроводов диаметром более 200 мм известная конструкция экономически и практически малопригодна в первую очередь из-за большого веса клапана. С увеличением веса клапана возрастает перестановочное усилие, т.е. усилие, которое требуется в случае аварии, чтобы расцепить клапан с упором и передвинуть его по штоку до момента перекрытия входного отверстия.
Чем больше масса клапана, тем больше сила трения между штоком и втулкой, в которую он установлен и тем более требуется усилие, чтобы стронуть и расцепить клапан с упором. Кроме того, известная конструкция для больших диаметров трубопровода требует увеличения длины конструкции до двух диаметров клапана, а также диаметра корпуса, а это, в свою очередь, увеличивает металлоемкость клапана и его стоимость.
Известна также конструкция обратного клапана, используемая для трубопроводов диаметром более 500 мм, годная для трубопроводов в системах циркуляционных контуров атомных энергетических установок (Свидетельство РФ на ПМ №6864 от 16.06.98 г.).
Для диаметров трубопроводов 300 мм и более известная конструкция обратного клапана имеет ряд недостатков, главным из которых является место расположения устройства для стопорения от поворота клапана при рабочем потоке. При аварийном изменении направления потока под его воздействием клапан должен переместиться вдоль оси и перекрыть своей шаровой поверхностью горловину клапана.
В известной конструкции устройство для стопорения от поворота расположено на наружном диаметре клапана и торце контактирующей с ним конусной направляющей для пропуска потока по кольцевому зазору
между клапаном и стенкой корпуса. При этом чем больше диаметр клапана, тем больше требуется крутящий момент для преодоления крутящего момента, возникающего от сил трения на контактирующих поверхностях устройства для стопорения клапана от поворота. Другим недостатком известной конструкции, взятой за прототип, является относительно высокое гидравлическое сопротивление из-за наличия внутри корпуса резких переходов в местах изменения диаметров, что для трубопроводов большого диаметра требует дополнительного расхода мощности циркуляционного насоса, чтобы обеспечить требуемый расход теплоносителя.
Задачей настоящего изобретения является создание конструкции обратного клапана с минимальным перестановочным усилием клапана как для прямого потока, так и для обратного потока жидкости и минимальным гидравлическим сопротивлением клапана и корпуса при штатной работе, т.е. когда обратный клапан находится в открытом состоянии.
Техническим результатом настоящего изобретения является уменьшение в несколько раз крутящего момента, возникающего в зацеплении от сил трения на контактирующих поверхностях в устройстве для стопореиия клапана от поворота при рабочем потоке, а также уменьшения гидравлического сопротивления при прохождении рабочего потока через обратный клапан.
Указанный технический результат достигается тем, что в обратном клапане, содержащем корпус с конфузором на входе потока, горловину с седлом клапана и цилиндрическую часть на выходе потока, в которую на радиальных ребрах соосно корпусу установлена конусная направляющая для формирования потока, а в центре ее установлена втулка, в которую помещен с возможностью перемещения шток, на конце которого выполнен клапан в виде части шаровой поверхности, на которой
установлены лопасти для поворота клапана вокруг оси при прямом и обратном (аварийном) направлении потока, а также устройство для стопорения клапана при рабочем направлении потока, при этом наружный диаметр клапана выполнен больше диаметра горловины и равным большому диаметру конусной направляющей, а конфузор выполнен в виде части трубы, плавно переходящей в часть шаровой поверхности, а дальше в часть поверхности тора, а седло клапана в корпусе выполнено в виде конусной поверхности, плавно переходящей в поверхность тора, с дальнейшим переходом в конусную поверхность с последующим переходом в цилиндрическую часть корпуса, а в центре клапана на его шаровой поверхности выполнен обтекатель в виде криволинейной боковой поверхности конуса с плавным переходом его в шаровую поверхность, а устройство для стопорения клапана выполнено совместно на торце втулки и в месте сочленения штока с шаровой частью клапана, включающее в себя не менее двух упоров, отдельно расположенных на втулке и штоке, сопряженных с двумя винтовыми поверхностями, зеркально расположенными друг к другу, при этом в открытом положении клапана винтовые поверхности совмещены, а упоры упираются друг в друга;
- кроме того, конусная направляющая для формирования потока и втулка для штока клапана, установлены на радиальных ребрах в конусном кольце, закрепленном на стенке цилиндрическом части корпуса.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен продольный разрез обратного клапана в открытом (рабочем) состоянии, на фиг.2 - продольный разрез обратного клапана в закрытом (аварийном) состоянии, на фиг.3 - клапан со штоком, на фиг.4 - вид клапана со стороны штока, на фиг.5 - вид на клапан со стороны рабочего потока, на фиг.6 - кольцевая опора, в которой с помощью ребер закреплена втулка для штока и конусная втулка для формирования
потока, на фиг.7 - вид по стрелке В на часть устройства для стопорения клапана, выполненного на торце втулки.
Обратный клапан содержит: корпус 1, клапан 2 со штоком 3, кольцевую опору 4 с закрепленными в ней на ребрах 5 втулкой 6 и конусной направляющей для формирования потока 7.
На сферической поверхности клапана под небольшим углом атаки к потоку установлены лопасти 8, а в центре шаровой поверхности выполнен обтекатель 9. Внутренняя поверхность корпуса содержит: конфузор, состоящий из цилиндрической поверхности 10, шаровой поверхности 11, наружной поверхности тора 12, конусную поверхность седла клапана 13, торовую поверхность 14, конусную поверхность 15, выполненную на кольцевой опоре 4.
Устройство для стопорения клапана состоит из упоров 16 с винтовыми поверхностями 17, выполненными на торце втулки 6 и основания штока 3.
Обратный клапан работает следующим образом.
Клапан используется в высоконапорных трубопроводах в качестве защитной арматуры, автоматически перекрывающей трубопровод в случае внезапной остановки циркуляционного насоса или аварийного разрыва трубопровода перед клапаном.
При нормальной штатной работе трубопровода обратный клапан 2 постоянно находится в открытом состоянии, свободно пропуская прокачиваемую жидкость. При этом текущая жидкость воздействует на лопасти 8, которые поворачивают клапан 2 со штоком во втулке 6, прижимая при этом выступы 16 друг к другу, а это, с свою очередь, исключает вибрацию клапана во втулке 6 и практически полностью предотвращает их износ.
В случаях, когда в трубопроводе внезапно прекращается принудительный подпор, жидкость начинает двигаться в обратную
сторону, что может привести к аварийной ситуации на охлаждаемой установке.
Обратный клапан предназначен для автоматического предотвращения вытекания жидкости из циркуляционного контура системы. Перекрытие трубопровода осуществляется энергией жидкости, текущей в обратную сторону. Жидкость воздействует на лопасти 8, которые при обтекании потоком создают крутящий момент и заставляют скользить винтовые поверхности 17 друг относительно друга и страгивают шток 3 относительно втулки 6.
После страгиваиия штока 3 относительно втулки 6, а также контактирующих поверхностей упоров 16 и винтовых поверхностей 17, перетекающая жидкость передвигает клапан 2 на штоке 3 по втулке 6 к перекрываемому отверстию, а давление жидкости прижимает клапан 2 к седлу на конусной поверхности 13, что обеспечивает сохранение жидкости в охлаждаемой установке в течение определенного времени, необходимого для ликвидации аварийной ситуации.