САМОДЕЙСТВУЮЩИЙ КЛАПАН
SELF-ACTING VALVE

Область техники
Настоящее изобретение относится к машиностроению, к устройствам, используемым в компрессорной и вакуумной технике к механизмам, работающим под давлением, а более точно - к самодействующему клапану.
Изобретение может быть использовано в устройствах для перекачивания жидкостей и газов, в автомобилестроении, авиации, медицине и бытовой технике.
Уровень техники
Самодействующие клапаны принадлежат к числу наиболее ответственных узлов поршневых машин. Они оказывают существенное влияние на две важнейшие характеристики любого поршневого механизма - экономичность работы и надежность. К ним предъявляется ряд требований, удовлетворить которые одновременно очень сложно.
Самодействующие клапаны должны оказывать по возможности малое газодинамическое сопротивление потоку протекающего через них газа, иметь развитое проходное сечение, открываться под действием небольшой разности давлений до и после клапана, а в открытом состоянии работать без вибраций подвижных элементов.
Поэтому появились различные конструкции клапанов, но все они не удовлетворяют указанным техническим требованиям.
Известны сферические самодействующие тарельчатые клапаны (см., например, Поршневые компрессоры. Учебник для вузов. Ленинград «Машиностроение», 1987 год, с. 197-198), состоящие из седла, имеющего плавно закругленную уплотняющую кромку, тарелки клапана, обычно штампованной из листа, поверхность которой представляет собой сопряжение сферической наружной части с плоской центральной, поджимающей пружины, и ограничителя подъема клапана. Тарельчатые клапаны выполняются с плоской тарелкой. К недостаткам тарельчатых клапанов можно отнести плохое использование располагаемой площади, следствием чего являются повышенные потери давления и большое мертвое пространство. В силу этих причин применение таких клапанов ограничено.
В качестве ближайшего технического решения рассматривается тарельчатый клапан, раскрытый в патенте RU 2064089 С1 (опубликован 20.06.1996), который состоит из седла, к уплотняющей кромке которого прижата пружиной и давлением со стороны цилиндра тарелка, имеющая со стороны пружины сферическую поверхность и опорную поверхность выполненную по радиусу, который плавно соединяет сферическую поверхность седла со сферической поверхностью ограничителя подъема, имеющего плоскую опорную поверхность и фрезеровок (окон). Указанный тарельчатый клапан имеет недостаточно развитое проходное сечение, поэтому во время работы оказывает существенное газодинамическое сопротивление потоку. Кроме того, следует отметить неустойчивое положение клапана в потоке из-за отсутствия направляющих, что приводит к нежелательным вибрациям подвижных элементов и, как следствие, к увеличению энергии, затрачиваемой на проталкивание газа, и снижению экономичности работы компрессора.
Существо изобретения
Технической задачей данного изобретения является создание самодействующего клапана, который обеспечивает минимальное газодинамического сопротивление прямому потоку газа и обладает хорошим быстродействием при запирании, более надежного и простого в изготовлении.
Поставленная техническая задача решена путем создания самодействующего клапана, который содержит
центрально-симметричный металлический корпус, имеющий продольный цилиндрический канал для прохода воздуха, ось которого совпадает с осью корпуса,
кольцевой выступ, служащий седлом клапана, расположенный со стороны подачи воздуха в клапан и выступающий в цилиндрический канал,
множество выполненных в корпусе продольных выемок, расположенных по периметру цилиндрического канала в виде ромашки с зазором друг относительно друга и доходящих до кольцевого выступа,
тарелку клапана, имеющую опорную поверхность, повторяющую форму седла клапана,
пружину, предназначенную для прижатия тарелки клапана к седлу,
цилиндрический ограничитель перемещения пружины, имеющий диаметр, равный диаметру цилиндрического канала и закрепленный в цилиндрическом канале со стороны выхода воздуха из клапана, противоположно кольцевому выступу,
средство для регулирования усилия пружины, размещенное на цилиндрическом ограничителе перемещения пружины,
при этом суммарная площадь проходного сечения выемок равна или больше площади проходного сечения цилиндрического канала.
Предпочтительно, чтобы опорная поверхность седла клапана являлась конической поверхностью, угол конусности которой направлен к стороне подачи воздуха в корпус.
Целесообразно, чтобы тарелка клапана была выполнена в виде профилированного диска аэродинамической формы.
Предпочтительно, чтобы средство для регулирования усилия пружины содержало винт с контргайкой, перемещающийся через резьбовое отверстие в цилиндрическом ограничителе перемещения пружины, и упорную шайбу, с которой взаимодействует один конец пружины, на которую передается усилие винта.
Целесообразно, чтобы цилиндрический ограничитель перемещения пружины был закреплен в цилиндрическом канале посредством крепежных элементов.
Технический эффект, достигаемый заявленным изобретением, состоит в том, что предложенный самодействующий клапан обеспечивает минимальное газодинамического сопротивление прямому потоку газа и обладает хорошим быстродействием при запирании, более надежен по сравнению с известными клапанами и прост в изготовлении.
Краткое описание чертежей
В дальнейшем изобретение поясняется предпочтительными вариантами его воплощения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
Фиг. 1 изображает самодействующий клапан в открытом положении (поперечный разрез), согласно изобретению;
Фиг. 2 изображает разрез по линии П-П на фиг. 1;
Фиг. 3 изображает тарелку клапана, имеющую аэродинамическую форму;
Фиг. 4 изображает цилиндрический ограничитель перемещения пружины;
Фиг. 5 изображает тарелку клапана в форме усеченного конуса;
Фиг. 6 изображает самодействующий клапан в закрытом положении (поперечный разрез), согласно изобретению.
Описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения
Самодействующий клапан 1 (фиг. 1), согласно изобретению, содержит центрально-симметричный корпус 2, имеющий продольный цилиндрический канал 3 для прохода воздуха, ось о-о которого совпадает с осью корпуса 2.
Кольцевой выступ 4, служащий седлом 5 клапана 1, расположен со стороны А подачи воздуха в клапан и выступает в цилиндрический канал 3.
В корпусе 2 выполнено множество продольных выемок 6 (фиг. 2), расположенных по периметру цилиндрического канала 3 в виде ромашки с зазором 7 друг относительно друга и доходящих до кольцевого выступа 4.
Тарелка 8 (фиг. 3) клапана имеет опорную поверхность 9, повторяющую форму седла 5 клапана.
Имеется пружина 10, предназначенная для прижатия тарелки 8 к седлу 5.
Цилиндрический ограничитель 11 перемещения пружины имеет диаметр, превышающий входной диаметр цилиндрического канала 3, и закреплен посредством штифта 12 (фиг. 4) в корпусе 2 со стороны В выхода воздуха из клапана, противоположно кольцевому выступу 4.
Клапан содержит средство 13 для регулирования усилия пружины, размещенное на цилиндрическом ограничителе 11 перемещения пружины.
При этом суммарная площадь проходного сечения выемок 6 равна или больше площади проходного сечения цилиндрического канала 3.
Опорная поверхность седла 5 клапана является конической поверхностью, угол конусности которой направлен к стороне А подачи воздуха в корпус 2.
В еще одном варианте выполнения тарелка клапана выполнена в виде усеченного конуса (фиг. 5).
Элементы клапана выполнены из металла и/или композитного материала.
Благодаря тому, что седло 5 и прилегающая к нему поверхность тарелки 8 выполнены конусными относительно центрального отверстия 3, обеспечивается наиболее плотное прилегание тарелки 8 клапана к седлу 5 и уменьшение эффекта отскока, поскольку достигается центровка в момент запирания клапана 1. Коническая поверхность седла 5 и тарелки 8 клапана в зоне контакта позволяет улучшить герметичность соединения.
Средство 13 для регулирования усилия пружины содержит винт 14 с контргайкой 15, перемещающийся через резьбовое отверстие 16 в цилиндрическом ограничителе 11 перемещения пружины, и упорную шайбу 17, с которой взаимодействует один конец пружины 10, на которую передается усилие винта 14.
Самодействующий клапан 1 имеет аэродинамическую форму навстречу потоку и служит направляющей для протекания воздуха через каналы 6, окружающие клапан, что позволяет уменьшить турбулентность в зоне расширения потока.
Профилированная тарелка клапана аэродинамической формы позволяет спрямить протекающий поток и уменьшить турбулентность, тем самым понизить динамическое сопротивление клапана и уменьшить его вибрацию, а также повысить быстродействие.
Следует отметить простоту изготовления указанного самодействующего клапана.
Самодействующий клапан 1 работает следующим образом.
Поток жидкости или газа воздействует на клапан со стороны А седла 5 и приподнимает тарелку 8 сжимая упорную пружину 10, тем самым освобождая проход через боковые выемки 6. Расстояние, на которое поднимается тарелка 8 клапана, зависит от величины давления газа и жесткости упорной пружины 10, положение которой может меняться при помощи регулирующего устройства 13, устанавливающего начальный порог срабатывания клапана.
В закрытом положении клапана (фиг. 6), когда поток меняет направление, тарелка 8 клапана прижимается к седлу 5, канал 3 перекрывается и поток останавливается. Предложенный клапан может защищать устройства, работающие под давлением, т.е. выполняет роль предохранительного механизма при внештатных колебаниях давления газов, приводящих к разрушению объекта.
Промышленная применимость
Самодействующий клапан может быть использован в поршневых компрессорах, в устройствах для перекачивания жидкостей и газов, в двигателестроении, в авиации, в медицине в качестве сосудистого клапана и в бытовой технике, например, в насосах в качестве клапана ограничителя давления и в качестве обратного клапана в трубопроводах.