Клапанный узел для насоса

Полезная модель относится к гидромашиностроению, в частности к клапанным узлам, преимущественно, плунжерных или поршневых нефтегазопромысловых насосов, нагнетающих абразивосодержащие растворы.
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 эластичным уплотнителем, зафиксированным в кольцевой канавке, и направляющей крестовиной, расположенной в осевом канале седла (см. патент RU 1351 U1, опубл. 16.12.1995).
Из уровня техники известен клапанный узел плунжерного насоса для обслуживания скважин, включающий клапан с кольцевой канавкой под уплотнение и конической рабочей поверхностью, седло клапана с конической рабочей поверхностью, выполненной в головке седла, и кольцевое уплотнение, при этом площадь контакта между рабочей поверхностью седла и кольцевым уплотнением составляет 65-68% от общей площади поверхности контакта, при этом клапан выполнен из легированной стали (см. RU 106928 U1, опубл. 27.07.2011).
Недостатками известных устройств является неравномерное распределение ударной нагрузки на эластичном уплотнителе и, как следствие, его недолговечность.
Технической задачей заявленного клапанного узла является повышение ресурса его работы и надежности.
Технический результат, получаемый при решении указанной задачи, заключается в достижении плавной посадки тарельчатого клапана на седло вне диапазона значений возрастания ударных нагрузок.
Технический результат достигается тем, что клапанный узел для насоса содержит седло, имеющее осевой канал и канавку с расположенным в ней уплотнительным кольцом, и тарельчатый клапан с периферийным эластичным уплотнителем, зафиксированным в кольцевой канавке, и направляющей крестовиной, расположенной в осевом канале седла, седло в верхней части снабжено кольцевым выступом, имеющим внутреннюю коническую рабочую поверхность, наклоненную к продольной оси клапанного узла, а рабочая поверхность эластичного уплотнителя в поперечном сечении имеет радиус «R», кольцевая канавка тарельчатого клапана ограничена верхней и нижней горизонтальными полками, и верхняя горизонтальная полка длиннее, чем нижняя горизонтальная полка, при этом заготовка клапана может быть выполнена из проката, поковки методом торцевой раскатки, вакуумного литья под давлением и литья под давлением из легированной стали с содержанием хрома Cr от 0,4 до 1,65 и никеля Ni от 0,3 до 4,4.
Снабжение седла в верхней части кольцевым выступом, внутренняя поверхность которого является конической рабочей поверхностью седла с наклоном к продольной оси клапанного узла под углом 25-85°, позволяет надежно центрировать тарельчатый клапан без значительного увеличения сил трения при его отрыве. Угол наклона конической рабочей поверхности периферийного эластичного уплотнителя в поперечном сечении имеет радиус «R», что обеспечивает плавную посадку тарельчатого клапана на седло, поскольку периферийный эластичный уплотнитель, являясь демпфером, постепенно с увеличивающимся усилием сжимается от периферии к центру, значительно снижая скорость тарельчатого клапана. Ограничение кольцевой канавки верхней длинной и нижней короткой горизонтальными полками, обеспечивает наиболее простое и надежное крепление для периферийного эластичного уплотнителя, а также равномерное распределение усилий в периферийном эластичном уплотнителе, тем самым способствуя плавной посадке тарельчатого клапана на седло.
Таким образом, заявленный клапанный узел для насоса позволяет обеспечить плавную посадку тарельчатого клапана на седло и избежать ударных нагрузок, значительно повышая срок службы периферийного эластичного уплотнителя и клапанного узла в целом.
Заявленный клапанный узел для насоса иллюстрируется фигурой, на которой изображен его поперечный разрез.
Клапанный узел, в частности, для плунжерных или поршневых насосов содержит седло 1, имеющее осевой канал 2 и канавку 3 с расположенным в ней резиновым уплотнительным кольцом 4, и тарельчатый клапан 5 с периферийным эластичным уплотнителем 6, зафиксированным в кольцевой канавке 7, и направляющей крестовиной 8, расположенной в осевом канале седла, седло в верхней части снабжено кольцевым выступом 9, имеющим внутреннюю коническую рабочую поверхность 10, наклоненную к продольной оси клапанного узла, в частности, под углом 25-85°, а рабочая поверхность эластичного уплотнителя в поперечном сечении имеет радиус «R», например, в диапазоне от 4 до 25 мм, при этом кольцевая канавка клапана сверху ограничена длинной горизонтальной полкой 11, а снизу - короткой горизонтальной стенкой 12.
Отношение высоты «h» кольцевого выступа седла к общей высоте «Н» кольцевого выступа седла и тарелки клапана составляет не более 0,5. Отношение наружного диаметра «D» эластичного уплотнителя к его посадочному диаметру «d» составляет 1,20-1.4. Отношение наружного диаметра «D» тарелки к диаметру «d1» осевого канала седла составляет 1,4-1,6.
Все раскрытые в полезной модели соотношения являются оптимальными с точки зрения долговечности и получены в результате многочисленных испытаний клапанного узла.
Работа узла осуществляется следующим образом.
Клапанный узел относится к системе распределения потока рабочей жидкости плунжерного насоса. При возвратно-поступательном движении плунжера на цикле заполнения объем рабочей камеры увеличивается и в ней устанавливается давление меньшее, чем во всасывающей магистрали. Под действием разности давлений тарельчатый клапан поднимается до упора (на чертеже не показан) и камера заполняется жидкостью из всасывающей магистрали. При уменьшении объема камеры (на цикле вытеснения), когда плунжер совершает рабочий ход, давление в рабочей камере повышается, всасывающий клапан закрывается и, когда давление в рабочей камере превысит давление в напорной магистрали, клапан поднимается и жидкость вытесняется в напорную магистрали.