КЛАПАН ОБРАТНЫЙ

Заявляемая полезная модель относится к трубопроводной арматуре, служащей для предотвращения изменения направления потока среды в технологической системе промысловых трубопроводов и может быть использована для защиты различного оборудования с целью увеличения продолжительности его работы, а также существенного ограничения течи рабочей среды из системы в случае разрушении её отдельного участка.
Из уровня техники известен клапан обратный гидравлический с плоским тарельчатым затвором модульного исполнения для встроенного монтажа, содержащий корпус с выходным каналом и внутренними цилиндрическими расточками, седло с входным каналом и установленный в расточках корпуса подпружиненный самоустанавливающийся плоский тарельчатый затвор с хвостовиком со стороны выходного канала с возможностью осевого перемещения и взаимодействия с седлом при обратном направлении потока, при этом корпус клапана выполнен в форме двухступенчатой цилиндрической втулки с внутренними соосно расположенными ступенчатыми расточками, на периферийной поверхности большей ступени втулки образованы три равномерно расположенных и направленных параллельно ее оси сквозных рабочих выходных окна с разделяющими их перемычками с возможностью сообщения надклапанных полостей с внутренней полостью втулки, и цанга, упругие элементы которой выполнены в виде разрезного с внутренними заплечиками кольца, соединенного со втулкой (корпусом) указанными перемычками, являющимися направляющими элементами для расположенного внутри подпружиненного тарельчатого затвора, взаимодействующего с седлом, плотно вставленным во втулку через кольцевую проточку седла и заплечики упругих элементов цанги, при этом большая ступень втулки снабжена отстоящей от кромки уступа (опорного торца) кольцевой выемкой полуовального сечения, обеспечивающей податливость упругих элементов цанги и закольцовывание выходных окон между собой по наружной поверхности, а меньшая ступень снабжена наружной кольцевой проточкой для возможности демонтажа клапана. Наружная поверхность тарельчатого затвора выполнена сферической. Рабочая уплотняемая поверхность седла выполнена в виде кольцевых концентрично расположенных и притертых к рабочей поверхности тарельчатого затвора ножевых выступов одинаковой высоты, при этом канавка между ножевыми выступами образована тороидальной с радиусом круга, образующего тор, равным высоте выступов, а центр тора расположен в плоскости уплотнительных кромок ножевых выступов (патент № 2250405 на изобретение «Клапан обратный гидравлический с плоским тарельчатым затвором модульного исполнения для встроенного монтажа», дата подачи 11.08.2003 г., опубликовано 20.04.2005 г.).
Кроме того, известен клапан обратный, содержащий корпус, входной и выходной патрубки, перегородку со штоком для запорного органа, расположенного в корпусе с возможностью перемещения по штоку, причем в корпусе выполнена камера с конической поверхностью на ее внутреннем диаметре, причем между корпусом и выходным патрубком расположена перегородка, соединенная со штоком через регулировочное кольцо, на конце штока выполнен стабилизатор с опорной поверхностью и каналами для протока жидкости, при этом стабилизатор установлен с кольцевым зазором относительно конической поверхности камеры, а запорный элемент выполнен из эластичного материала с поверхностями, соответствующими упомянутым конической поверхности камеры и опорной поверхности стабилизатора для перекрытия каналов для потока жидкости и кольцевого зазора между стабилизатором и камерой (патент № 2269052 на изобретение «Клапан обратный», дата подачи 29.04.2003 г., опубликовано 27.01.2006 г.).
Наиболее близким техническим решением к заявляемому устройству является клапан обратный, включающий корпус с размещенным в нем запорным органом, состоящим из седла и затвора, и имеющий уплотнительные поверхности, при этом клапан выполнен съемным, а затвор - тарельчатым с возможностью осевого перемещения, при этом затвор взаимодействует с дополнительно установленной упорной крышкой посредством подпружиненной направляющей, а уплотнительные поверхности выполнены по конусу и снабжены уплотнениями (патент № 88092 на полезную модель «Клапан обратный», дата подачи 22.07.2009 г., опубликовано 27.10.2009 г.).
Недостатки известных решений связаны с высоким гидросопротивлением и низкой износостойкостью из-за быстрого изнашивания конструктивных элементов, вызываемого постепенным разрушением структуры материала под действием различных факторов. В частности, гидросопротивление и износ происходят из-за большой площади контакта затвора и седла, выполненного, например, в виде сферы, или из-за выполнения сквозных рабочих окон (отверстий), через которые реализуется сообщение между надклапанными полостями с внутренней полостью, небольших размеров и их расположением по периферии, что разбивает поток рабочей жидкости, приводит к увеличению гидравлического сопротивления и, соответственно, к быстрому износу. Как правило, в качестве материала для клапана применяют обыкновенные стали.
Известно, что износостойкость - это свойство материала оказывать сопротивление изнашиванию в определённых условиях трения, оцениваемое величиной, обратной скорости изнашивания или интенсивности изнашивания. О износостойкости следует судить по различным признакам, в том числе, по материалу, который должен обладать способностью выдерживать высокие нагрузки при всех температурах и экономной смазке, при граничном трении, при скоростях, колеблющихся от нуля до максимальных значений и меняющихся направлениях движений, площади сопряжения и, соответственно, скорости истирания, а также от температуры, при которой работает устройство.
Технический результат, на достижение которого направлена предлагаемая к защите полезная модель, заключается в снижении гидравлического сопротивления при прохождении рабочей жидкости по промысловому трубопроводу.
Дополнительными результатами являются повышение износостойкости и, как следствие, увеличение срока службы обратного клапана.
Указанный технический результат достигается тем, что клапан обратный, выполненный съемным и включающий корпус из легированной стали, в котором размещен запорный орган, состоящий из седла и тарельчатого затвора с профильным  торцом, обращенным навстречу потоку рабочей жидкости, при этом тарельчатый затвор, установленный с возможностью осевого перемещения, через направляющую, оснащенную упругим элементом в виде пружины,  взаимодействует с упорной крышкой, в которой выполнены сквозные отверстия и по наружному периметру - выступы, входящие в зацепление с кольцевыми проточками на внутренней поверхности корпуса, при этом в упорной крышке запрессована втулка, центрирующая направляющую, ход которой ограничен с одной стороны седлом, с другой - упорной крышкой, согласно полезной модели пружина и направляющая изготовлены из коррозионно-стойкого материала, седло, тарельчатый затвор и упорная крышка предварительно термически обработаны, при этом упорная крышка выполнена в виде кольца и разделена диаметральной перегородкой с образованием сквозных отверстий.
Заявляемое устройство поясняется чертежами, где
Фигура – продольный разрез клапана обратного.
Клапан обратный содержит корпус 1 с впускным и выпускным отверстиями, предназначенными для прохода рабочей жидкости. Корпус выполнен съемным и с помощью разъемного крепежного соединения 2, например, шпилечного, установлен между двумя фланцами 3. Для увеличения износостойкости корпус изготовлен из легированной стали.
Внутри корпуса размещен запорный орган, состоящий из седла 4 и тарельчатого затвора 5, который установлен с возможностью совершения осевого перемещения. Торец тарельчатого затвора, обращенный навстречу потоку рабочей жидкости, выполнен профильным, например, зубчатым или в виде лепестков, с помощью которых тарельчатый затвор центрируется относительно  оси седла. Кроме того, профильный торец затвора выполняет функцию дополнительной опоры. В седле выполнено центральное сквозное отверстие для прохода рабочей жидкости.
На внутренней поверхности корпуса выполнены кольцевые канавки (проточки), служащие для ответного взаимодействия с выступами упорной крышки 6, выполненными по ее периметру (на чертеже не показаны).
Упорная крышка 6 с сердцевиной разделена диаметральной перемычкой с образованием больших сквозных отверстий, занимающих основную площадь крышки, в том числе расположенных вблизи периферии  боковых стенок корпуса. В таком виде крышка по сути представляет собой кольцо, разделенное перемычкой. Сквозные отверстия могут иметь любую  фигурную форму, например, приближенную к круглой, овальной или полуовальной, или в виде сегмента круга, за счет чего длина прямолинейных участков, способствующих повышению сопротивления, уменьшается. Предлагаемое конструктивное решение упорной крышки позволяет сократить площадь трения и, следовательно, снизить гидросопротивление, что, в свою очередь, способствует повышению износостойкости изделия.
Известно, что гидропотери могут возникать в результате, например, трения по длине. Даже на прямых отрезках трубопровода создаётся противодействие движущемуся потоку. Это возникает на фоне появления сил вязкого трения. Причём с увеличением длины прямолинейного участка повышается сопротивление внутри трубопровода на данном участке. Кроме того, на величину гидросопротивления могут влиять и местные факторы в виде поворотов, различных сужений и прочее.
Во время движения рабочему потоку приходится преодолевать определённое гидравлическое сопротивление. Причём с увеличением его значения, должна увеличиваться мощность насоса. Поэтому снижение гидравлического сопротивления позволяет снизить мощность насосных гидролиний и, следовательно, энергозатраты.
Кроме того, известно, что протекание жидкости через большие отверстия снижает турбулентность потока, а истечение жидкости через круглые отверстия уменьшает инверсию струи. Близость боковых стенок резервуара способствует тому, что струя по выходе из отверстия сжимается в меньшей степени, чем из резервуара неограниченных размеров. Такие конструктивные особенности позволяют не только увеличить объем жидкости, проходящей без турбулентности и инверсии, но и снизить ее гидравлическое сопротивление, что, в свою очередь, способствует повышению износостойкости конструкции.
Упорная крышка и тарельчатый затвор связаны между собой через направляющую 7, один конец которой размещен во втулке 8, запрессованной в сердцевине упорной крышки 5 и обеспечивающей центрирование направляющей. Другим концом направляющая 7 жестко, например, посредством штифтового соединения, связана с тарельчатым затвором 4, торец которого, направленный навстречу потоку рабочей жидкости, выполнен профильным в виде равномерно расположенных по его периметру выступов, имеющих форму, например, зубьев или лепестков. Направляющая 7 снабжена упругим элементом в виде пружины 9, выполненной из коррозионно-стойкого материала, например, нержавеющей стали.  Зубцы (лепестки) затвора и пружина выполняют функцию дополнительной направляющей, центрирующей положение затвора в седле. При монтаже выступы упорной крышки, выполненные по ее периметру, заводят через пазы в корпусе и поворотом устанавливают в его кольцевой проточке (канавке).
Ход тарельчатого затвора при поступательном движении ограничен ходом пружины 9, которая сжимается при поступательном движении и разжимается при возвратном, а также упорной крышкой 5.
Возвратное движение затвора, осуществляемое под действием упругих сил пружины, ограничивается седлом.
Уплотнительные поверхности между седлом и затвором, корпусом и крышкой, а также между корпусом и фланцами, снабжены уплотнениями 10, благодаря которым обеспечивается надёжная герметичность клапана. Уплотнительные поверхности выполнены конусными. Помимо герметизации уплотнения повышают шумопоглощение при работе клапана.
В качестве материала для употнений используют преимущественно полимерные материалы, например, полиуретан.
Для изменения физико-механических свойств, в частности, для повышения износостойкости седло, тарельчатый затвор и упорную крышку дополнительно подвергают термической обработке.
Полезная модель осуществяется следующим образом.
Устройство поставляется в зону промыслового трубопровода в закрытом состоянии, при котором тарельчатый затвор плотно размещен в седле за счет упругих сил предварительно сжатой пружины.
При монтаже на промысловом трубопроводе клапан устанавливают по направлению течения потока рабочей жидкости.
При поступательном движении потока рабочей жидкости под давлением, его прохождении через впускное отверстие клапана и после преодоления усилия пружины затвор, который центрируется относительно оси клапана направляющей, начинает перемещаться в сторону упорной крышки, открывая канал для протекания жидкости, которая проходит через седло, омывает затвор между выступами в форме зубьев и выходит через сквозные отверстия упорной крышки, направляясь к выпускному  отверстию корпуса. После чего рабочая жидкость через выпускное отверстие корпуса поступает в гидросистему промыслового трубопровода. При поступательном движении пружина сжимается. За счет того, что направляющая размещена внутри центрирующей ее втулки, гасятся крутильные колебания затвора. Трение, турбулентность и инверсия потока снижаются за счет большой площади сквозных отверстий, выполненных в упорной крышке, а также их расположением в непосредственной близи к боковым стенкам корпуса.
При снижении давления в промысловом трубопроводе, например, в случае аварии,  для поддержания пластового давления в трубопроводе происходит возвратное движение затвора за счет обратного напора перекачиваемой жидкости. Ход возвратного перемещения затвора ограничивается седлом. Пружина при этом разжимается.
Переток жидкости в обратном направлении  дополнительно ограничивается благодаря уплотнению.
Таким образом обеспечивается герметичное разобщение впускного и выпускного отверстий, и рабочая жидкость запирается.
Выполнение клапана съемным позволяет значительно упростить монтаж/демонтаж непосредственно в условиях промыслового трубопровода.
Предлагаемая полезная модель позволяет значительно снизить гидравлическое сопротивление, имеет повышенные характеристики по износостойкости, что, в свою очередь, позволяет увеличить срок службы изделия.