КЛАПАН ОБРАТНЫЙ С ОСЕВЫМ НАПРАВЛЕНИЕМ ПОТОКА

Заявляемый в качестве полезной модели клапан обратный относится к области арматуростроения, в частности к клапанам обратным для газовых магистралей высокого давления.
Известен клапан обратный самоуплотняющийся, содержащий расположенный с возможностью перемещения в трубчатом корпусе запорный орган, нагруженный пружиной сжатия, установленной в цилиндрическом поршне запорного органа с усилием против потока и поджимающей последний к выполненному во входном канале седлу (1). В запорном органе, в области, примыкающей к уплотнительной поверхности, выполнен кольцевой канал, сообщающийся с радиальными отверстиями. Пружина сжатия установлена с опорой в днище перемещающегося в полости трубчатого корпуса цилиндрического поршня запорного органа, и предварительно нагружена установочным винтом, закрепленным в корпусе и имеющим канал для прохода среды.
Недостатком клапана является высокое гидравлическое сопротивление из за наличия неоднократного изменения направления потока рабочей среды на 90 градусов, и значительное заужение проходного сечения в канале, выполненном в установочном винте. При использовании клапана на трубопроводах больших диаметров и высокого давления рабочей среды значительно увеличивается масса запорного органа, что приводит к необходимости увеличения усилия пружины и, соответственно, к увеличению давления открытия клапана, что недопустимо в определенных технологических процессах.
Кроме того, выполнение проходного канала для рабочей среды через элементы запорного органа, перемещающегося в полости трубчатого корпуса с трением «металл по металлу» может привести к отказу клапана из-за подверженности элементов эрозионным процессам.
Известен обратный клапан, содержащий разъемный корпус в виде двух полумуфт соединенных между собой по резьбовой поверхности, при этом одна из полумуфт соединена с подводящей, а другая - с отводящей магистралями, и между ними установлен подвижный в осевом направлении запорный элемент с конусообразной рабочей поверхностью, обращенной вершиной в сторону подводящей магистрали. (2). Внутренняя полость корпуса снабжена съемной втулкой, в которой перемещается нагруженный пружиной запорный орган. Периферийная поверхность съемной втулки выполнена в виде многогранника. Конусообразная рабочая поверхность запорного элемента выполнена ступенчатой формы, а на периферийной поверхности выполнены продольные сквозные каналы.
Недостатком обратного клапана является наличие резьбового соединения между полумуфтами корпуса, которое обуславливает повышенную металлоемкость конструкции и требует дополнительной герметизации. К тому же, при увеличении давления рабочей среды и диаметра трубопровода потребуется значительное увеличение длины резьбовой поверхности, что приведет к еще большему увеличению металлоемкости конструкции и усложнит технологию изготовления и сборки самого клапана.
Наиболее близким по назначению, технической сущности и достигаемому результату к заявляемому в качестве полезной модели обратному клапану является обратный клапан с осевым направлением потока, содержащий наружный литой корпус с входным и выходным каналами, в котором размещен конусообразный обтекатель, отлитый вместе с корпусом и пилонами с образованием внутреннего канала, в полости которого зафиксирована центрирующая втулка с перемещающимся в ней штоком нагруженного пружиной сжатия запорного органа, выполненного в виде диска со сферической или горообразной контактной рабочей поверхностью, контактирующей с седлом в виде кольца, размещенным во входном канале корпуса. (3). (Рекламный проспект фирмы «Моквелд» «Обратные клапаны» Копия прилагается). Механизм перемещения запорного органа включает пружину сжатия, установленную на штоке, перемещающемся в подшипниках скольжения, зафиксированных в центрирующей втулке. Пружина служит для закрытия клапана, открытие которого происходит под действием гидродинамических сил проходящего потока. Седло выполнено в виде кольца с конусной поверхностью, контактирующей с поверхностью запорного органа.
Недостатком клапана является повышенное гидравлическое сопротивление из-за невозможности выполнения механической обработки внутренней поверхности корпуса в районе расположения обтекателя, а литая поверхность обладает значительно большей шероховатостью, чем механически обработанная, что приводит к дополнительным гидравлическим потерям.
Кроме того, изготовление литьем корпуса, обтекателя и пилонов заодно целое требует сложной технологии с использованием сложной литьевой формы и литейных стержней, при этом, полученные отливки характеризуются наличием значительного количества раковин и пустот в местах соединений элементов (в переходных зонах), что требует большого объема последующих ремонтных работ.
Техническим результатом усовершенствования клапана обратного с осевым направлением потока является снижение его гидравлического сопротивления, упрощение технологии изготовления при повышении качества корпусных деталей.
Для достижения указанного технического результата в обратном клапане с осевым направлением потока, содержащем наружный литой корпус с входным и выходным каналами, в котором размещен, с образованием внутреннего канала, конусообразный обтекатель, в полости которого зафиксирована центрирующая втулка с перемещающимся в ней штоком нагруженного пружиной сжатия запорного органа, выполненного в виде диска со сферической или горообразной контактной рабочей поверхностью, контактирующей с седлом в виде кольца, размещенным во входном канале корпуса, согласно полезной модели, обтекатель изготовлен отдельно от корпуса и приварен к корпусу пилонами.
Пилоны могут быть отлиты вместе с обтекателем или выполнены отдельно в виде пластин в форме трапеции.
Выполнение обтекателя отдельно от корпуса и последующая вварка его в корпус позволяет упростить технологию изготовления корпуса и обтекателя. Нет необходимости применения сложной литьевой оснастки. При этом повышается качество литых деталей, т.к. форма отливаемых деталей не имеет геометрических элементов, приводящих к образованию усадочных раковин, рыхлостей и т.п. Кроме того, выполнение обтекателя отдельно от корпуса позволяет выполнить механическую обработку внутренней поверхности корпуса и наружной поверхности обтекателя с достаточно высокой точностью и заданной шероховатостью поверхности, что приводит к снижению гидравлического сопротивления клапана.
Выполнение пилонов в виде пластин в форме трапеции и последующая вварка их между корпусом и обтекателем позволяет упростить технологию изготовления корпуса и обтекателя, сведя ее к технологиям литья тел вращения, которые легко поддаются механической обработке, обеспечивающей необходимые пропорции корпусных деталей для формирования проходного канала с оптимальными соотношениями геометрических параметров, заданной шероховатостью поверхности и, соответственно, минимальным гидравлическим сопротивлением.
Пример выполнения клапана обратного приведен на чертеже, где клапан представлен в закрытом виде.
Клапан обратный содержит выполненный литьем с входным патрубком 1 и выходным патрубком 2 корпус 3, во внутренней полости которого, посредством пилонов 4 установлен обтекатель 5. В полости обтекателя зафиксирована втулка 6, в которой перемещается шток 7 запорного органа 8, поджимаемого пружиной сжатия 9 к поверхности седла 10, зафиксированного во входном патрубке 1. Пилоны 4 выполнены в виде трапеций и вварены сварными соединениями 11, дистанционируя обтекатель от внутренней поверхности 12 корпуса и формируя профиль канала 13. Пилоны 4 могут быть отлиты и вместе с обтекателем 5, что также позволяет произвести необходимую механическую обработку поверхности обтекателя и пилонов.
Клапан обратный с осевым направлением потока работает следующим образом:
В исходном (закрытом) положении, при отсутствии давления в системе, в которой установлен обратный клапан, запорный орган 8 поджат к поверхности седла 10 действием пружины 9, обеспечивая разобщение полостей входного 1 и выходного 2 патрубков. При возрастании давления в патрубке 1, по сравнению с давлением в патрубке 2, запорный орган 8 из положения "закрыто", под действием напора рабочей среды, преодолевая усилие пружины 9, отходит от седла 10 вправо и открывает клапан. Рабочая среда из входного патрубка 1, через канал 13, сечение которого определяется формой обтекателя 4, внутренней полости корпуса 3 и пилонами 4, поступает в выходной патрубок 2 клапана.
Выполнение обтекателя вместе с пилонами отдельно от корпуса или выполнение пилонов в форме пластин с последующей вваркой в корпус, позволяют необходимой механической обработкой придать сечению канала 13 пропорции и шероховатость поверхности, обеспечивающие минимальное гидравлическое сопротивление клапана.
При уменьшении перепада давления во входном патрубке 1 снижается расход рабочей среды через клапан и, соответственно, скорость прямого потока среды уменьшается. Результирующее усилие, действующее на запорный органа 8 уменьшается и он под действием пружины 9 возвращается в исходное положение, прижимается к седлу 10 и перекрывает канал 13.
Таким образом, выполнение клапана обратного с осевым направлением потока с отдельно изготовленным и вваренным в корпус обтекателем совместно с пилонами, или выполнение пилонов отдельно в виде пластин в форме трапеции обеспечивает достижение наилучших соотношений геометрических параметров проходного канала клапана, позволяет повысить качество изготовления литых деталей, применить механическую обработку деталей с целью достижения необходимой точности геометрических размеров и заданной шероховатости поверхности, что приводит к упрощению технологии изготовления литых деталей клапана, повышению качества изготовления и снижению гидравлического сопротивления клапана.
Источники информации, принятые во внимание при анализе уровня техники:
1. Описание изобретения к патенту РФ №1838702 по Кл. F16K 15/02, опубликовано 30.08.1993 г.
2. Формула и рисунок к свидетельству на полезную модель №17962 по Кл. F16K 15/00, опубликовано 10.05.2001 г.
3. Рекламный проспект фирмы «Моквелд» «Обратные клапаны» (Прототип, копия прилагается.)