КЛАПАН ЗОЛОТНИКОВЫЙ

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована в насосных установках, предназначенных для подъема жидкостей с больших глубин, например нефти из скважин, а также для перекачки нефти или в гидроприводах.
Известен клапан золотниковый, включающий цилиндрический золотник и седло, сопряженные с гарантированным зазором по посадке скольжения (см. патент РФ №2066400, Кл. F16К 15/02, 10.09.1996).
Недостатком известной конструкции является низкая герметичность особенно при наличии механических включений в рабочей жидкости или нефти.
Наиболее близким к полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является клапан золотниковый, содержащий корпус, в котором размещен запорный орган со штоком и выполнено седло, причем запорный орган выполнен в виде золотника, образующего запорную пару с внутренней поверхностью седла за счет набора подвижных в осевом и радиальном направлении уплотнительных колец, уплотненных эластичными кольцами с круглым поперечным сечением, эксцентрично попарно смещенных относительно друг друга на угол 360°/n, где n - число пар колец (патент РФ №2247865, Кл. F16К 15/02, 10.03.2005).
Однако данный клапан также не обеспечивает надежности, что связано с тем, что в статическом положении закрытого клапана давление рабочей жидкости может приводить к ее утечкам и нарушению герметичности.
Задачей настоящей полезной модели является уменьшение утечек рабочей жидкости в статическом состоянии при закрытом клапане.
Технический результат заключается в том, что повышается надежность работы клапана.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что клапан золотниковый содержит корпус, в котором размещен запорный орган со штоком и выполнено седло, причем запорный орган выполнен в виде золотника, образующего запорную пару с внутренней поверхностью седла за счет набора подвижных в осевом и радиальном направлении уплотнительных колец, уплотненных эластичными кольцами с круглым поперечным сечением, эксцентрично попарно смещенных относительно друг друга на угол 360°/n, где n - число пар колец, при этом эластичные кольца размещены на золотнике в выполненных на его поверхности кольцевых пазах, глубина которых меньше диаметра поперечного сечения эластичного кольца, при этом золотник выполнен с кольцевым буртом и опорным уступом, уплотнительные кольца размещены на золотнике между последними, а расстояние вдоль оси золотника между кольцевым буртом и опорным уступом превышает суммарную высоту уплотнительных колец.
Кольцевой бурт золотника может быть выполнен с конической фаской, а седло выполнено с конической посадочной поверхностью под коническую фаску кольцевого бурта.
Предпочтительно глубина кольцевых пазов составляет 0,3-0,5 от диаметра поперечного сечения эластичного кольца.
Предпочтительно, расстояние вдоль оси золотника между кольцевым буртом и опорным уступом превышает в 1,01-1,02 раза суммарную высоту расположенных на золотнике уплотнительных колец.
На чертеже представлен продольный разрез клапана золотникового.
Клапан золотниковый содержит корпус 1, в котором размещен запорный орган 2 со штоком 3 и выполнено седло 4. Запорный орган 2 выполнен в виде золотника, образующего запорную пару с внутренней поверхностью седла 4 за счет набора подвижных в осевом и радиальном направлении и
выполненных из стали уплотнительных колец 5, уплотненных эластичными кольцами 6. Последние выполнены с круглым поперечным сечением, размещены на золотнике в выполненных на его поверхности кольцевых пазах 7, образованных эксцентричными кольцевыми канавками. За счет выполнения кольцевых пазов 7 эксцентрично смещены размещенные в них эластичные кольца 6, также эксцентрично попарно смещенные относительно друг друга на угол 360°/n, где n - число пар колец. Глубина кольцевых пазов 7 переменная и составляет 0,3-0,5 от диаметра поперечного сечения эластичного кольца 6. Золотник выполнен с кольцевым буртом 8 и опорным уступом 9, уплотнительные кольца 5 размещены на золотнике между последними, а расстояние вдоль оси золотника между кольцевым буртом 8 и опорным уступом 9 превышает в 1,01-1,02 раза суммарную высоту уплотнительных колец 5.
Кольцевой бурт 8 может быть выполнен с конической фаской 10, а седло 4 выполнено с конической посадочной поверхностью 11 под коническую фаску 10 кольцевого бурта 8.
Эластичные кольца 5 поджаты в осевом направлении шайбой 12 посредством гайки 13, навинченной на выполненную на штоке 3 резьбу.
Для фиксации запорного органа 2 в осевом направлении, в корпусе 1 выполнено отверстие 14, в котором размещен шток 3 с гайкой или буртом на конце, а для прохода жидкости в корпусе 1 выполнены отверстия 15.
Клапан работает следующим образом:
Под действием давления жидкости запорный орган 2 опускается вниз в седло 4 и закрывает клапан.
При этом, если в клапане две пары уплотнительных колец 5, то каждая пара уплотнительных колец 5 плотно прижимается к поверхности седла 4 в перпендикулярном направлении по отношению друг к другу. Прижим уплотнительных колец 5 в осевом направлении обеспечивается за счет выполнения глубины каждого кольцевого паза 7 меньше диаметра эластичных колец 6 в их поперечном сечении или, что тоже самое, меньше
толщины эластичных колец 6 на 0,15-0,2 раза.
При воздействии на уплотнительные кольца 5 в осевом направлении посредством шайбы 12 они плотно сжимаются за счет деформации эластичных колец 6 в осевом направлении.
В закрытом положении клапана кольцевой бурт 8 его конической фаской 10 контактирует с соответствующей конической поверхностью 11 в седле 4 и обеспечивает его герметичность в статическом положении.
Экспериментально установлено, что для обеспечения достаточной подвижности уплотнительных колец 5 глубина кольцевых пазов 7 составляет 0,3-0,5 от диаметра поперечного сечения эластичного кольца 6. При выполнении глубины пазов более 0,5 от диаметра поперечного сечения эластичного кольца 6 возможно биение уплотнительных колец 5 о золотник и, как следствие, снижение герметичности запорной пары. При выполнении глубины пазов менее 0,3 от диаметра поперечного сечения эластичного кольца 6 повышается подвижность уплотнительных колец 5, однако уменьшается осевая устойчивость уплотнительных колец 5, что ведет к снижению надежности работы клапана.
Как отмечалось выше, расстояние вдоль оси золотника между кольцевым буртом 8 и опорным уступом 9 превышает в 1,01-1,02 раза суммарную высоту уплотнительных колец 5. При выполнении указанной величины меньше 1,01 возможно трение уплотнительных колец 5 друг с другом, что приводит к снижению их подвижности и, как следствие, снижению герметичности запорной пары. При выполнении указанной величины более 1,02 возможна потеря осевой устойчивости уплотнительных колец 5, что ведет к их перекосу и, как следствие, снижению надежности работы клапана.
При воздействии на запорный орган 2 давления снизу он поднимается и жидкость проходит через отверстия 15 и кольцевой зазор между седлом 4 и запорным органом 2 (открытое положение показано на чертеже тонкими линиями).
Настоящая полезная модель может быть использована в нефтегазовой и других отраслях промышленности, где производят откачку и распределение различных жидких сред.