ОБРАТНЫЙ КЛАПАН С ОСЕВЫМ НАПРАВЛЕНИЕМ ПОТОКА

Полезная модель относится к трубопроводной арматуре, 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 связанным со штоком, перемещающимся в подшипниках скольжения и снабженным пружиной (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. Кроме того, 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 нарушается.
Известен также обратный клапан, содержащий корпус с входным и выходным каналами, в полости которого установлено седло с конической поверхностью, контактирующее с уплотнительной сферической поверхностью запорного органа, кинематически связанного с подпружиненным штоком, перемещающимся в подшипниках скольжения, и взаимодействующий с запорным органом (Патент US №5921276 A, МПК F16K 15/02, F16K 15/06, приоритет от 17.10.1995, опуб. 13.07.1999).
Недостатком известного клапана является сложность обеспечения герметичности при уплотнении металл по металлу, т.к. для этого необходимо обеспечить высокую степень соосности уплотнительных поверхностей седла и запорного органа, а также минимальную величину зазоров между поверхностью штока и подшипниками скольжения, в которых перемещается шток запорного органа. Наличие зазоров определенной величины между поверхностью штока и подшипниками скольжения необходимо для обеспечения свободного перемещения запорного органа и надежной работы клапана, а их увеличение приводит к перекосу оси штока и, соответственно, к значительному перекосу оси запорного органа и смещению его уплотнительной поверхности относительно оси и уплотнительной поверхности седла. Изменение положения запорного органа относительно уплотнительной поверхности седла приводит к возникновению зазоров между уплотняемыми поверхностями, что приводит к снижению степени герметичности клапана.
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 штоком, перемещающимся вдоль оси потока в подшипнике скольжения, расположенном в центрирующем опорном узле, состоящем из двух втулок, установленных одна внутри другой и выполненных с эксцентриситетом их внутренних отверстий, при этом центрирующий опорный узел расположен в корпусе, закрепленном в седле клапана, наружная втулка центрирующего опорного узла выполнена с отбортовкой в виде фланца для фиксации ее положения относительно седла после установки запорного органа соосно с уплотнительной поверхностью седла (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 возможно возникновение зазоров между поверхностью штока и подшипниками скольжения, вследствие регулирования, 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 их уплотнительных поверхностей.
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 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, размещенном 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, дополнительно, установленные одна внутри другой втулки взаимодействуют между собой посредством резьбового соединения, выполненного на контактирующих поверхностях втулок для фиксации внутренней втулки от продольных перемещений, фланец наружной втулки продольно смещен относительно ее торца с образованием выступающей части в виде тонкостенной цилиндрической обечайки, неподвижно скрепленной с внутренней втулкой, обеспечивающей фиксацию последней от радиальных перемещений после совмещения уплотнительных поверхностей запорного органа и седла.
При этом скрепление тонкостенной цилиндрической обечайки с внутренней втулкой осуществлено, например, посредством кернения в пазах, выполненных на внутренней втулке.
Наличие резьбы на контактирующих поверхностях втулок центрирующего опорного узла с образованием резьбового соединения при расположении втулок одна внутри другой, позволяет выполнить более точную регулировку совпадения уплотнительной поверхности седла и запорного органа и обеспечить фиксацию внутренней втулки от продольных перемещений за счет самоторможения в резьбовом соединении. Точное регулирование и фиксация положения втулок и штока запорного органа устраняет 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 втулок линия контакта уплотнительных поверхностей седла и запорного органа совпадает с высокой точностью, что обеспечивает герметичность клапана.
Смещение фланца наружной втулки продольно относительно ее торца с образованием выступающей части в виде тонкостенной цилиндрической обечайки и неподвижное скрепление обечайки с внутренней втулкой посредством, например, кернения в пазах, выполненных на внутренней втулке, обеспечивает надежную фиксацию внутренней втулки от радиальных перемещений после совмещения уплотнительных поверхностей запорного органа и седла, что способствует обеспечению герметичности 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;
на фиг. 4 - сечение Б-Б на фиг 2, показан эксцентриситет «а» и «б» отверстий наружной и внутренней втулок относительно их наружных поверхностей, соответственно;
на фиг. 5 - вид В на фиг. 3, показано укрупненно продольное смещение фланца относительно торца наружной втулки с образованием выступающей части в виде тонкостенной цилиндрической обечайки и скрепление обечайки с внутренней втулкой посредством кернения в пазах втулки, в аксонометрии.
Обратный клапан с осевым направлением потока содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 каналами. В полости корпуса 1 размещены кольцевое седло 4 с конической уплотнительной поверхностью 5, запорный орган 6, установленный с образованием кольцевого канала (фиг. 1). Запорный орган 6 выполнен в форме диска с уплотнительной поверхностью, снабжен подвижным штоком 7 с установленной на нем пружиной 8. Пружина 8 поджимает запорный орган 6 к уплотнительной поверхности 5 седла 4. В седле 4 опорными элементами 9 закреплен корпус 10 центрирующего опорного узла, состоящего из двух втулок: внутренней втулки 11 и наружной втулки 12, установленных одна внутри другой. Во внутренней втулке 11 размещен подшипник скольжения 13. Шток 7 проходит через центрирующий опорный узел. Подвижность штока 7 в центрирующем опорном узле обеспечивается подшипником скольжения 13. На наружной поверхности внутренней втулки 11 и на контактирующей с ней внутренней поверхности наружной втулки 12 выполнена резьба. Втулки 11 и 12 установлены одна внутри другой и соединены между собой посредством резьбового соединения 14 (фиг. 2, 3). Наличие резьбового соединения 14 обеспечивает фиксацию внутренней втулки 11 от продольного перемещения. Наружная втулка 12 снабжена фланцем 15 и через отверстия во фланце 15 неподвижно соединена, например, винтами 16 с корпусом 10 центрирующего опорного узла. Соединение такое необходимо для фиксации положения наружной втулки 12 в корпусе 10 относительно седла 4 после соосной установки запорного органа 6 с уплотнительной поверхностью седла 4 и для фиксации внутренней втулки 11 от продольных перемещений за счет самоторможения в резьбовом соединении. Фланец 15 на наружной втулке 12 смещен продольно относительно ее торца с образованием выступающей части в виде тонкостенной цилиндрической обечайки 17 (фиг. 2, 3, 5). Для исключения радиальных перемещений внутренней втулки 11 тонкостенная цилиндрическая обечайка 17 скреплена с втулкой 11, например, посредством кернения в пазах 18, выполненных на внутренней втулке 11. Втулки 11 и 12 выполнены с эксцентриситетом их внутренних отверстий. Внутреннее отверстие наружной втулки 12 выполнено с эксцентриситетом «а» относительно ее наружной поверхности, а внутреннее отверстие внутренней втулки 11 выполнено с эксцентриситетом «б» относительно своей наружной поверхности (фиг. 4).
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 в форме диска с уплотнительной поверхностью поджат к конической уплотнительной поверхности 5 седла 4 пружиной 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 конической уплотнительной 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 конической уплотнительной поверхности 5 седла 4 и, благодаря совмещенности осей штока 7 и седла 4, а, следовательно, и уплотнительных поверхностей запорного органа 6 и седла 4, проточная полость клапана герметично перекрывается.
Путем вращения втулок 11 и 12 посредством резьбового соединения 14 в корпусе 10 центрирующего опорного узла после установки седла 4 в корпус 1, обеспечивается такая соосность седла 4 и запорного органа 6, при котором коническая уплотнительная поверхность седла 4 совмещается с уплотнительной поверхностью запорного органа 6. Резьбовое соединение 14, выполненное на контактирующих поверхностях втулок 11 и 12, позволяет достичь более точную регулировку совпадения уплотнительной поверхности седла 4 и запорного органа 6, что обеспечивает герметичность клапана.
При вращении наружной втулки 12, центр ее внутреннего отверстия описывает окружность радиусом, равным величине эксцентриситета «а». При этом центр наружной поверхности внутренней втулки 11 описывает аналогичную окружность, т.к. наружная поверхность внутренней втулки 11 сопряжена с внутренним отверстием наружной втулки 12. Однако, при вращении внутренней втулки 11 относительно наружной втулки 12, центр внутреннего отверстия внутренней втулки 11 описывает окружность радиусом, равным величине эксцентриситета «б» внутренней втулки 11 относительно внутренней поверхности наружной втулки 12. При этом ось внутренней втулки 11 может занять любое положение относительно наружной поверхности втулки 12, а следовательно, относительно корпуса 10 центрирующего опорного узла и, соответственно седла 4, в пределах окружности, описанной радиусом равным сумме эксцентриситетов «а» и «б».
Таким образом, благодаря компенсации несоосности 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.