НАПОРНЫЙ КЛАПАН
PRESSURE FLAP

Изобретение относится к гидроаппаратуре, предназначенной для управления потоком жидкости или газа, в частности к напорным клапанам прямого действия, и может быть использовано в напорных трубопроводах, преимущественно в подающих водоводах для раздачи водопроводной воды, в частности питьевой.
Известен клапан по патенту US №4191358 «Выключатель», МПК F16K 7/00, F16K 7/07, опубликованный 04 марта 1980 г. Устройство представляет собой запорный клапан, предназначенный для отсечения (перекрытия) потока жидкости, идущей по трубопроводу.
Клапан содержит полый трубчатый корпус. Один конец корпуса образует входное отверстие, а противоположный - выходное отверстие. Клапан содержит пережимаемый трубчатый элемент, сделанный из упругого, эластичного материала и имеющий круглую боковину, механизм для закрепления трубчатого элемента в противоположных концах корпуса. В корпусе размещен центральный пропускной канал для пропускания жидкости. Эластичный элемент выполняет функцию регулировки потока: выключения или включения. Изменение объема эластичного элемента происходит за счет создаваемого внешнего усилия, а именно за счет подачи гидравлического или пневматического давления в специальную камеру.
Известен клапан по патенту US №4195810 «Запорный клапан», МПК F16K 7/00, F16K 7/07, опубликованный 01 апреля 1980 г. Клапан содержит полый корпус, содержащий отверстие управления, эластичный элемент. Указанный эластичный элемент работает в локальной зоне запорного клапана под воздействием управляющего потока, направленного перпендикулярно относительно направления движения подаваемого потока.
К недостаткам известных устройств (патент US №4191358 и патент US №4195810) следует отнести сложность конструкции за счет наличия пневматического (или гидравлического) привода. В рабочем режиме данное устройство требует дополнительных энергетических затрат, что увеличивает его энергоемкость.
Запорный клапан по патенту US №4195810 выбран в качестве ближайшего аналога.
Задачей предлагаемого изобретения является создание конструкции напорного клапана, который позволил бы обеспечить его высокую надежность и долговечность.
Технический результат, определяющий решение поставленной задачи, заключается в том, что в предлагаемой конструкции клапана отсутствуют механизмы подачи дополнительных управляющих потоков, что обеспечивает упрощение конструкции клапана, повышение надежности его работы, достижение требуемой плавности регулировки подачи и отключения воды, снижение энергоемкости.
Для достижения указанного технического результата предлагается конструкция напорного клапана, включающего запорный орган, запирающий в нормальном положении полость с входным отверстием, которое выполнено с возможностью соединения с питающим водоводом, и полость с выходным отверстием, предназначенным для подачи воды в рабочем режиме.
В отличие от ближайшего аналога напорный клапан выполнен в виде подающей втулки и соосно размещенной подвижной втулки. Подающая втулка оснащена перегородкой, которая делит ее внутреннюю полость на две части. В первой и второй частях подающей втулки выполнены радиальные перепускные отверстия.
При этом в качестве полости с входным отверстием использована первая часть внутренней полости подающей втулки, а в качестве полости с выходным отверстием - вторая часть указанной втулки.
Подвижная втулка установлена с возможностью перемещения вдоль продольной оси клапана, причем подвижная втулка выполнена подпружиненной. Подвижная втулка выполнена ступенчатой, при этом внутренняя полость ступени с большим диаметром выполнена в виде усеченного конуса. Между подающей и подвижной втулками соосно установлен жесткий цилиндр с окнами.
Выполнение запорного органа в виде эластичной трубки, размещенной соосно подающей втулке с возможностью образования полости между боковыми поверхностями подающей втулки и эластичной трубки, и клавиш, установленных в окнах жесткого цилиндра с возможностью отклонения от продольной оси клапана при перемещении подвижной втулки, позволяет обеспечить надежную герметизацию внутренней полости подающей втулки и выполненных в ней радиальных перепускных отверстий и требуемую плавность подачи воды в рабочем режиме. Дополнительно этому способствует выполнение эластичной трубки, плотно прилегающей к боковой поверхности подающей втулки, выполнение поверхностей клавиш, обращенных к эластичной трубке, ответными по форме к боковой поверхности эластичной трубки.
Установка на одном конце подающей втулки со стороны выходного отверстия дополнительной втулки и выполнение на другом конце подающей втулки со стороны входного отверстия выступа, а также выполнение выступа цилиндрическим и соосно подающей втулке позволяют надежно расположить жесткий цилиндр с зазором относительно боковой поверхности эластичной трубки.
Установка жесткого цилиндра с зазором относительно боковой поверхности эластичной трубки позволяет предохранять эластичную трубку и контролировать увеличение объема образовавшейся полости между боковыми поверхностями подающей втулки и эластичной трубки в рабочем режиме при подаче воды.
Дополнительно повышению надежности работы запорного клапана способствует выполнение окон жесткого цилиндра на высоте, величина которой соизмерима с величиной высоты, на которой выполнены радиальные перепускные отверстия в первой части внутренней полости подающей втулки.
Подпружиненная подвижная втулка установлена с возможностью ограниченного перемещения. С одной стороны перемещение подвижной втулки ограничивает пружина, с другой - клавиши. В данном случае рабочими являются боковые поверхности клавиш, направленные в сторону конической поверхности подвижной втулки. Пружина обеспечивает постоянный поджим подвижной втулки. Нахождение подвижной втулки в крайнем положении, когда коническая поверхность ее внутренней полости упирается в боковую поверхность клавиш, способствует прижатию клавиш к поверхности эластичной трубки, что обеспечивает надежную герметизацию радиальных перепускных отверстий.
В случае перемещения подвижной втулки, когда под действием силового привода пружина сжата, клавиши перестают воздействовать на эластичную трубку. Вода под давлением поступает через радиальные перепускные отверстия из первой части внутренней полости подающей втулки с входным отверстием во вторую часть внутренней полости подающей втулки, образуя при этом за счет эластичных и упругих свойств эластичной трубки полость между боковыми поверхностями эластичной трубки и подающей втулки.
В заявленной конструкции напорного клапана отсутствуют движущиеся уплотнительные элементы, находящиеся внутри потока воды, что в отличие от клапанов других видов повышает его надежность и, кроме того, улучшает качество подаваемой воды.
В целом совокупность признаков предложенного технического решения напорного клапана обеспечивает упрощение конструкции клапана, повышение надежности его работы, достижение требуемой плавности регулировки, снижение энергоемкости. Кроме того, конструкция напорного клапана обеспечивает его долговечность и ремонтоспособность.
На фиг.1-4 изображен напорный клапан.
Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежами, на которых изображены:
Фиг.1 - изображен продольный разрез напорного клапана в нормально закрытом положении.
Фиг.2 - изображен поперечный разрез подающей втулки в месте выполнения радиальных перепускных отверстий первой части внутренней полости.
Фиг.3 - изображен поперечный разрез подающей втулки в месте выполнения радиальных перепускных отверстий второй части внутренней полости.
Фиг.4 - изображен продольный разрез напорного клапана в рабочем режиме.
Напорный клапан содержит (фиг.1) подающую 1 втулку и соосно размещенную подвижную 2 втулку. Подающая 1 втулка оснащена перегородкой 3, делящей ее внутреннюю полость на две части: первую 4 и вторую 5. При этом в качестве полости с входным 6 отверстием использована первая 4 часть внутренней полости подающей 1 втулки, а в качестве полости с выходным 7 отверстием использована вторая 5 часть подающей 1 втулки.
В указанных первой 4 и второй 5 частях подающей 1 втулки выполнены радиальные перепускные отверстия. На фиг.2 изображены радиальные перепускные 8 отверстия, выполненные в первой 4 части подающей 1 втулки. Радиальные перепускные 8 отверстия могут быть выполнены под углом 120° друг относительно друга. На фиг.3 изображены радиальные перепускные 9 отверстия, выполненные во второй 5 части подающей 1 втулки. Радиальные перепускные 9 отверстия могут быть выполнены под углом 90° друг относительно друга.
Подвижная 2 втулка установлена с возможностью перемещения вдоль продольной оси клапана и выполнена ступенчатой. Внутренняя полость ступени 10 большего диаметра подвижной 2 втулки выполнена в виде усеченного конуса. Основание усеченного конуса большего диаметра направлено в сторону входного 6 отверстия клапана. Подвижная 2 втулка может быть выполнена с возможностью соединения с силовым приводом (на чертеже не показан).
Между подающей 1 втулкой и подвижной 2 втулкой соосно установлен жесткий 11 цилиндр с окнами 12.
Запорный орган выполнен в виде эластичной 13 трубки, размещенной соосно подающей 1 втулке с возможностью образования полости между боковыми поверхностями подающей 1 втулки и эластичной 13 трубки, и клавиш 14, установленных в окнах 12 жесткого 11 цилиндра с возможностью отклонения от продольной оси при перемещении подвижной 2 втулки. Подвижная 2 втулка установлена с возможностью ограниченного перемещения. С одной стороны перемещение подвижной 2 втулки ограничивает пружина 15, с другой - клавиши 14, в частности их боковые 16 поверхности, направленные в сторону конической поверхности подвижной 2 втулки. Боковые 16 поверхности клавиш 14, направленные в сторону конической поверхности подвижной 2 втулки, могут быть выполнены, например, с выступами.
Пружина 15 размещена между торцом, образованным перепадом ступеней подвижной 2 втулки, и дополнительной 17 втулкой. Выступ 18 выполнен цилиндрическим, соосно подающей втулке и размещен на конце указанной втулки, обращенном в сторону входного отверстия 6.
Жесткий 11 цилиндр размещен между дополнительной 17 втулкой, установленной на подающей 1 втулке, и цилиндрическим 18 выступом. Цилиндрический 18 выступ может быть выполнен с соосно расположенными бортами 19 для крепления жесткого 11 цилиндра.
Эластичная 13 трубка может быть выполнена из силиконовой резины, а жесткий 11 цилиндр может быть выполнен, например, из капролона или полиамида.
Напорный клапан работает следующим образом.
В исходном состоянии напорный клапан имеет нормально закрытое положение. В этом режиме клавиши 14 прижимают эластичную 13 трубку к радиальным перепускным 8 отверстиям. Эластичная 13 трубка работает как мембрана и обеспечивает герметичность первой 4 части внутренней полости подающей 1 втулки. Этому способствует выполнение обращенных к эластичной 13 трубке боковых 20 поверхностей клавиш 14 ответными к боковой поверхности эластичной 13 трубки.
Клавиши 14 поджаты посредством подвижной 2 втулки. Постоянный поджим обеспечивает пружина 15. Подача воды не производится.
Открывание напорного клапана происходит при сдвигании подвижной 2 втулки под воздействием силового привода (не показан), например механического.
Вода под давлением через входное 6 отверстие подающей 1 втулки поступает в первую 4 часть внутренней полости подающей 1 втулки, далее в радиальные перепускные 8 отверстия, при этом за счет эластичных и упругих свойств эластичной 13 трубки образуется полость между боковыми поверхностями эластичной 13 трубки и подающей 1 втулки (фиг.4). За счет зазора, с которым жесткий 11 цилиндр установлен относительно боковой поверхности эластичной трубки 13, производят ограничение и защиту образовавшейся полости. Из образованной полости вода поступает через радиальные перепускные 9 отверстия во вторую 5 часть внутренней полости подающей 1 втулки и через выходное 7 отверстие поступает в водовод. При перемещении подвижной 2 втулки жесткий 11 цилиндр выполняет функцию направляющей.
При возврате подвижной 2 втулки в исходное положение клавиши 14 прижимают эластичную 13 трубку. За счет упругих сил материала эластичная 13 трубка вытесняет воду из образовавшейся полости и плотно прижимается к боковой поверхности подающей 1 втулки. Подача воды прекращается. В зависимости от заданного режима рабочие циклы напорного клапана повторяются.