Клапан с уплотнением для насоса

Полезная модель относится к гидромашиностроению, в частности к клапану с уплотнением для насосов высокого давления, в частности плунжерных и поршневых насосов, преимущественно нефтегазопромысловой отрасли, работающих в условиях агрессивной среды, т.е. среды с высокой концентрацией твердых частиц и высокого давления.
Во время работы обычно клапан с уплотнением испытывает высокие циклические нагрузки, что требует от него высокой прочности и надежности.
Из уровня техники известен клапанный узел плунжерного насоса, содержащий корпус, в полости которого размещено седло с осевым каналом и конической рабочей поверхностью, и тарельчатый клапан с периферийным эластомерным уплотнителем, зафиксированным в кольцевой канавке, и направляющей крестовиной, расположенной в осевом канале седла (RU 1351 U1, 16.12.1995).
Известный из уровня техники клапан с уплотнением не обеспечивает равномерное центрирование и распределение ударных нагрузок на рабочую поверхность клапана, что приводит к потере надежности в работе клапана, а как следствие, к его недолговечности.
Технический результат, достигаемый заявленной полезной моделью, заключается в повышении ресурса и надежности работы клапана.
Технический результат достигается за счет того, что тарельчатый клапан для насоса снабжен периферийным эластомерным уплотнением, зафиксированным в кольцевой канавке клапана и ограниченным верхней и нижней горизонтальными полками, и крестовиной с ножками, расположенной в осевом канале седла, рабочая поверхность эластомерного уплотнения выполнена со скруглением в направлении рабочей поверхности седла и в поперечном сечении имеет радиус R, крестовина выполнена винтовой, при этом на внутренней поверхности каждой ножки выполнены лопасти, а на верхней поверхности клапана выполнен выступ, для установки и удерживания конической пружины.
При перемещении рабочей среды по каналу вверх, винтовая крестовина скользит по каналу седла и за счет направляющих ножек и выполнения лопастей на них по мере перемещения придает вращение и одновременно центрирование клапану, что приводит клапан в закрытом состоянии на новое положение на седле, тем самым винтовая крестовина устанавливает соосность между седлом и клапаном и приводит к равномерному износу (однородному износу) рабочей поверхности уплотнения и клапана и уменьшает износ направляющих ножек крестовины, что позволяет повысить ресурс и надежность работы клапана.
Тарельчатый клапан в верхней своей части подпружинен конической пружиной, установленной в выступах крышки и клапана, предотвращающих смещение или отклонение пружины, которая служит для закрывания и более надежного центрирования тарельчатого клапана, что позволяет уменьшить износ направляющих ножек крестовины и обеспечить более равномерную посадку уплотнения и клапана на седло, повышая срок службы периферийного эластомерного уплотнения и клапана, следовательно, приводит к повышению ресурса и надежности работы клапана.
Рабочая поверхность эластомерного уплотнения, установленного в кольцевой канавке тарельчатого клапана, выполнена со скруглением в направлении рабочей поверхности седла и в поперечном сечении имеет радиус R, который приводит к плавному закрытию тарельчатого клапана. Поскольку эластомерное уплотнение с увеличивающимся усилием на него постепенно сжимается от периферии к центру, тем самым уменьшаются ударные нагрузки на рабочую поверхность клапана, а это повышает срок службы периферийного эластомерного уплотнения, что приводит к повышению ресурса и надежности работы клапана.
Эластомерное уплотнение зафиксировано в кольцевой канавке, ограниченной верхней и нижней горизонтальными полками, обеспечивая равномерное распределение усилий в самом эластомерном уплотнении, что приводит к повышению ресурса и надежности работы клапана.
Клапан может быть выполнен из заготовки проката, поковки, вакуумного литья под давлением и литья под давлением из стали с содержанием хрома Cr от 0, массовых % до 1,65 массовых % и никеля Ni  массовых %от 0,3 до 4,4 массовых %, с последующей термообработкой, с особыми техническими требованиями предъявляемых к микроструктуре упрочняемого поверхностного слоя, что приводит к увеличению стойкости к ударным нагрузкам, т.е. к повышению ресурса и надежности работы клапана.
Все конструктивные элементы заявленного клапана с уплотнением находятся в причинно-следственной связи с указанным техническим результатом, следовательно, являются существенными признаками полезной модели.
Таким образом, заявленный клапан с уплотнением позволяет повысить ресурс и надежность работы клапана.
Заявленный клапан с уплотнением для насоса иллюстрируется фигурами.
Прилагаемые чертежи демонстрируют отдельные варианты выполнения клапана для насоса. Специалисту данной области техники понятно, что клапан с уплотнением может иметь и другие варианты воплощения.
Фиг. 1 поперечный разрез клапана с уплотнением.
Фиг. 2 вид в разрезе, выполненный на линии А-А.
Клапан с уплотнением установлен в корпусе (1) насоса высокого давления, снабженном съемной крышкой (2), закрывающей цилиндрическую полость (3), сформированную внутри корпуса (1). Конические боковые стенки (4) корпуса (1) образуют канал для поступления рабочей среды. Боковые стенки (4)корпуса контактируют с седлом (5), также имеющие коническую наружную поверхность (6).
На наружной поверхности (6) седла (5) выполнена кольцевая канавка (7), в которой установлено уплотнение (8), плотно контактирующее с боковой стенкой (4). В верхней части седла выполнен кольцевой выступ (9). Внутренняя поверхность (20) кольцевого выступа (9) является конической рабочей поверхностью седла, выполненной с наклоном к продольной оси, в частности, под углом 25-85°.
Седло имеет осевой канал с направляющей цилиндрической поверхностью (10). В средней части цилиндрической поверхности (10) со стороны осевого канала выполнена фасонная поверхность (27), выполненная виде радиусного скругления относительно продольной оси седла.
Тарельчатый клапан (13) снабжен периферийным эластомерным уплотнением (14), зафиксированным в кольцевой канавке клапана (13) и ограниченным верхней (25) и нижней (26) горизонтальными полками, и винтовой крестовиной (15), расположенной в осевом канале седла (5). Рабочая поверхность эластомерного уплотнения выполнена со скруглением в направлении рабочей поверхности седла и в поперечном сечении имеет радиус (R), например, в диапазоне от 4 до 25 мм. Винтовая крестовина (15) выполнена с ножками (28), внешние поверхности (30) которых обеспечивают центрирование клапана относительно седла. На внутренней поверхности каждой ножки (28) выполнены лопасти (29).
Между крышкой (2) и верхней поверхностью (22) клапана (13), расположенная коническая пружина (17), верхний конец которой упирается в поверхность выступа (16), выполненного на крышке, а нижний - в поверхность выступа (23), выполненного на верхней поверхности (22) клапана (13).
Во время работы клапана с уплотнением, когда давление рабочей среды в канале (И) превышает давление среды в полости (3), клапан (13) с уплотнением (14) отрывается от седла (5) потоком жидкости и перемещается вверх, преодолевая силу пружины сжатия (17). Перемещение рабочей среды по каналу (10) вверх придает крестовине (15) вращение, за счет выполнения лопастей (29) на нижней поверхности ножек (28). Затем рабочая среда перемещается вверх через канал (11) в полость (3) и выходит из выпускного отверстия (12). Когда дифференцированное давление, действующее на клапан (13), становится больше на верхней стороне клапана, то он перемещается вниз на седло (5) в закрытое положение и предотвращает обратный поток рабочей среды из полости (3) в канал (11). Продольное перемещение клапана ограничивается выступами (16), (18), выполненными на крышке (2) и на верхней части клапана (13).