ОБРАТНЫЙ КЛАПАН

Полезная модель относится к области гидравлики и предназначена для предотвращения обратного течения жидкости, герметичного закрытия магистрали при обратном направлении потока. Используется с поверхностными и погружными насосами.
Известен обратный клапан с осевым направлением потока содержащие корпуса, запорные элементы, отверстия для протока жидкости или газа (SU № 1830121, RU № 2205310).
Недостатками известных клапанов обратных является их ненадежность в процессе эксплуатации, особенно при высоких давлениях, и быстрый износ поверхностей, обеспечивающих их герметичность.
Известен также обратный клапан с осевым направлением потока, содержащий наружный корпус с входным и выходным каналами, в полости которого, в пазах, выполненных на внутренней поверхности входного и выходного каналов, посредством резьбовых соединений, закреплены внутренний конусообразный обтекатель - корпус запорного органа и седло. В полости внутреннего корпуса-обтекателя, подвижно посредством механизма перемещения, установлен запорный орган с рабочей поверхностью в виде части сферы. Механизм перемещения запорного органа включает пружину сжатия, установленную на штоке, перемещающемся в подшипниках скольжения, зафиксированных в направляющей втулке, зафиксированной в обтекателе. Пружина служит для закрытия клапана, открытие которого происходит под действием гидродинамических сил проходящего потока. Седло выполнено в виде кольца с конической поверхностью, контактирующей с поверхностью сферы запорного органа. Конусная поверхность седла, установленного во внутренней полости наружного корпуса и сферическая форма внутренней полости в наружном корпусе определяют форму кольцевого канала между поверхностями наружного и внутреннего корпусов, образуя с входным патрубком проходное сечение клапана в виде сопла Вентури (RU № 2417335).
Известная конструкция характеризуется высоким гидравлическим сопротивлением, конструктивной сложностью и низкой технологичностью из-за необходимости обеспечения высокой точности размеров и взаимного расположения взаимодействующих между собой деталей, так как запорный орган выполнен составным, со сложным в изготовлении соплом Вентури. Недостатком клапана является также возможность потери осевой ориентации запорного органа. При механических воздействиях посторонних предметов, часто попадающих в клапан с потоком транспортируемой среды, возможно отклонение запорного органа, изменение положения его контактирующей поверхности относительно контактной поверхности седла, что также ведет к снижению герметичности клапана.
Наиболее близким по технической сущности является обратный клапан с плоским тарельчатым затвором, содержащий корпус с выходным каналом и внутренними цилиндрическими расточками, седло с входным каналом и установленный в расточках корпуса подпружиненный самоустанавливающийся плоский тарельчатый затвор с хвостовиком (штоком) со стороны выходного канала, при этом корпус клапана выполнен в форме двухступенчатой цилиндрической втулки с внутренними соосно расположенными ступенчатыми расточками, на периферийной поверхности большей ступени втулки образованы три равномерно расположенных и направленных параллельно ее оси сквозных рабочих выходных окна с разделяющими их перемычками, и цанга, упругие элементы которой выполнены в виде разрезного с внутренними заплечиками кольца, соединенного со втулкой (корпусом) указанными перемычками, являющимися направляющими элементами для расположенного внутри подпружиненного тарельчатого затвора, взаимодействующего с седлом, плотно вставленным во втулку через кольцевую проточку седла и заплечики упругих элементов цанги, при этом большая ступень втулки снабжена отстоящей от кромки уступа (опорного торца) кольцевой выемкой полуовального сечения, а меньшая ступень снабжена наружной кольцевой проточкой. Седло клапана выполнено с кольцевым уплотнительным элементом на наружной цилиндрической поверхности, диаметр которой соответствует установочному наружному диаметру большей ступени втулки (RU № 2250405, прототип).
Недостатками известного обратного клапанов являются высокое гидравлическое сопротивление, сложность сборки-разборки, низкая долговечность (ресурс работы) и нестабильность характеристик, обусловленные постепенным изменением характеристик пружины и высокой чувствительностью к загрязнению механическими частицами рабочей жидкости из-за большой контактной площади седла и затвора и незначительной длиной направляющих штока. Попадание этих частиц в зону контакта приводит к нарушению герметичности обратного клапана, что снижает надежность его работы.
Технической задачей полезной модели является создание эффективного обратного клапана и расширение арсенала обратных клапанов.
Технический результат, обеспечивающий решение поставленной задачи, заключается в упрощении монтажа и сборки-разборки клапана с минимальным количеством операций и перемещаемых деталей, для чего достаточно развернуть резьбу соединения корпуса с гайкой, снижении массы, а также в повышении надежности и долговечности благодаря отсутствию пружины и большой длине направления штока в отверстиях двух направляющих, снижающей чувствительность к загрязнениям и к гидродинамическим воздействиям на затвор, снижении гидравлического сопротивления, а. Одновременно упрощается технология изготовления клапана из пластмассы (пластика) и снижается себестоимость изделия.
Сущность полезной модели состоит в том, что обратный клапан содержит выполненные заодно корпус и седло с входным каналом, размещенные в корпусе направляющие, а также установленный в отверстиях направляющих соосно седлу шток с тарельчатым затвором, размещенным с возможностью осевого перемещения и взаимодействия с седлом при воздействии потока со стороны выходного канала, который выполнен в виде трубы, а направляющие выполнены с выемкой для размещения одного конца трубы, на которую концентрично и соосно направляющим надеты цанговый зажим и гайка, выполненная с конической расточкой, охватывающей цанговый зажим и с резьбовым отверстием, сопряженным с резьбой, выполненной на корпусе.
Предпочтительно, цанговым зажимом и направляющими на трубу последовательно надеты запорное и уплотнительное кольца, направляющие выполнены в виде двух последовательно установленных в корпусе направляющих втулок, каждая из которых имеет наклонные перегородки, сходящиеся к центральному кольцу, в котором выполнено отверстие под шток, и периферийный цилиндрический поясок с наружной поверхностью для установки в корпусе и внутренней поверхностью для размещения трубы выходного канала, связанной окнами, образованными между перегородками, с седлом, при этом втулки установлены соосно и обращены друг к другу основаниями наклонных перегородок, соединенных с внутренней поверхностью периферийного пояска радиальными ребрами.
При этом направляющие втулки выполнены из пластмассы, причем на торце периферийного пояска каждой из них выполнены выступы и отверстия под ответные отверстия и выступы на торце другой втулки, центральное кольцо каждой из втулок выполнено с пазами вокруг отверстия под шток, тарельчатый затвор выполнен со стороны взаимодействия с седлом со скругленным выступом в центре и снабжен эластичным уплотнительным кольцом.
Детали клапана, как правило, выполнены из пластмассы, причем корпус и гайка выполнены ступенчатыми и снабжены наружными радиальными ребрами.
На чертеже фиг.1 изображена схема установки обратного клапана в скважине, на фиг.2 - общий вид клапана в объемной (аксонометрической) проекции, на фиг.3 - продольный разрез по фиг.2, на фиг.4 - продольный разрез корпуса, на фиг.5 - затвор со штоком, на фиг.6 - направляющая втулка, на фиг.7 - разрез А-А по фиг.6, на фиг.8 - вид сверху по фиг.6, на фиг.9 - общий вид цангового зажима в объемной (аксонометрической) проекции, на фиг.10 - общий вид направляющей втулки в объемной (аксонометрической) проекции.
Клапан обратный содержит выполненные заодно корпус 1 и седло 9 (концентрический поясок на корпусе 1 клапана) с входным каналом 10, размещенные в корпусе 1 направляющие 4 штока 2, а также установленный в направляющих 4 соосно седлу 9 шток 2 с тарельчатым затвором 11 (тарельчатой головкой), размещенным с возможностью осевого перемещения и взаимодействия с седлом 9 при воздействии потока со стороны выходного канала. Выходной канал выполнен в виде сосной каналу 10 трубы 20 ПНД (полиэтилен низкого давления), выполненной, предпочтительно, заодно с всасывающей магистралью насоса (не изображен). Направляющие втулки 4 выполнены с возможностью размещения в выемке одной из них одного конца трубы 20, на которую концентрично и соосно направляющим надеты цанговый зажим 7 и гайка 8, выполненная с конической расточкой, охватывающей цанговый зажим 7 и с резьбовым отверстием 12, сопряженным с резьбой, выполненной на корпусе 1. Цанговый зажим 7 предпочтительно имеет на внутренней поверхности треугольные выступы (не обозначены). Насечки могут быть выполнены и/или на трубе 20.
Между цанговым зажимом 7 и направляющими 4 на трубу 20 последовательно надеты (установлены) запорное кольцо 6 и уплотнительное кольцо 5.
Направляющие 4 выполнены в виде двух последовательно установленных в корпусе 1 направляющих втулок, каждая из которых имеет наклонные перегородки 13, сходящиеся к центральному кольцу 14, в котором выполнено отверстие под шток 2, и периферийный цилиндрический поясок 15 с наружной и внутренней цилиндрическими поверхностями. Наружная поверхность обеих направляющих втулок 4 служит для их установки в корпусе 1. Внутренняя цилиндрическая поверхностью одной из направляющих втулок 4 служит для размещения в образованной ей кольцевой выемке конца трубы 20 выходного канала. Труба 20 выходного канала связана окнами, образованными между перегородками 13, с седлом 9, при этом направляющие втулки 4 установлены соосно и обращены друг к другу основаниями наклонных перегородок 13, соединенных с внутренней поверхностью периферийного пояска 15 радиальными ребрами 25.
Таким образом, направляющие втулки служат для соосного ориентирования как трубы 20, так и штока 2 с тарельчатым затвором 11.
Таким образом, кольца 14 расположены на максимальном расстоянии между собой с образованием удлиненной, т.е. наиболее надежной направляющей базы для перемещения и установки штока 2, в несколько раз превышающей его диаметр.
В корпусе 1 имеется уступ 24 (перепад диаметров внутренней цилиндрической поверхности) для упора пояска 15 втулки 4 при сборке (установке втулки 4 в корпус 1 со стороны трубы 20) клапана.
Направляющие втулки 4 выполнены из пластмассы, причем на одном торце периферийного пояска 15 каждой из них выполнены выступы 16 и выемки 17 под ответные выемки 17 и выступы 16, соответственно, на сопрягаемом торце пояска 15 другой втулки 4.
Центральное кольцо 14 каждой из втулок 4 выполнено с пазами вокруг отверстия под шток 2.
Тарельчатый затвор 11 выполнен со стороны взаимодействия с седлом 9 со скругленным выступом в центре и снабжен эластичным уплотнительным кольцом 3.
Детали 1, 2, 4, 6, 7, 8 клапана выполнены из пластмассы (пластика).
Корпус 1 и гайка 8 выполнены ступенчатыми (с участками наружной поверхности разного диаметра) и снабжены наружными радиальными ребрами 18,19, соответственно.
Капан предназначен для установки в обсадной трубе 21 скважины под уровнем 22 зеркала воды, последовательно над водозаборным фильтром 23.
Клапан реализуется как пластиковый обратный клапан с выходом на трубу ПНД (полиэтиленовая низкого давления).
Обратный клапан используется следующим образом.
Клапан устанавливается в обсадной трубе 21 скважины на трубопровод 20 всасывающей магистрали насоса, так, чтобы стрелка на его корпусе 1 совпадала с номинальным осевым направлением движения перекачиваемой текучей среды. Конструкция клапана позволяет монтировать его корпус 1 выходным каналом соосно седлу 9, непосредственно на всасывающую трубу 20 насоса, уплотнив ее кольцом 5 круглого сечения и зафиксировав цанговым зажимом 7, обжимаемым гайкой 8, которая навинчивается на резьбу корпуса 1 резьбовым отверстием 12. Корпус 1 со стороны входного канала 10 имеет резьбовую часть, для присоединения к насосам, водозаборным фильтрам и другим элементам систем водоснабжения. При поступлении текучей среды через фильтр из скважины во входной канал 10 затвор 11 со штоком 2 подняты над седлом 9 и среда через окна, образованные между перегородками 13 и имеющие минимальное гидравлическое сопротивление, поступает в трубу 20 и далее на всасывание насоса с минимальными потерями. При отсутствии расхода клапан закрывается под действием столба жидкости над клапаном во всасывающей трубе насоса, воздействующего на шток 2 и прижимающего его затвор 11 через уплотнитель 3 к седлу 9. Кольца 14 направляющих втулок 4 образуют своими отверстиями две опоры скольжения для перемещения штока 2, благодаря чему последний имеет возможность уверенного осевого смещения (без перекоса) для подъема затвора 11 с седла 9 при пропускании расхода и возврата затвора 11 с эластичным герметизирующим кольцом 3 в прижатое к седлу 9 состояние при отсутствии расхода воды.
Конструкция обеспечивает простой монтаж в гидравлическую магистраль - на трубу 20, ремонтопригодность и не требующую высокой квалификации сборку-разборку клапана, для чего достаточно развинтить резьбу в отверстии 12 соединения корпуса 1 с гайкой 9 (вращением вручную за разноокрашенные ребра 18, 19) и извлечь направляющие втулки 4 и шток 2 для ревизии их состояния и, при необходимости, замены. Благодаря отсутствию пружины при большой длине направления штока 2, снижается чувствительность к загрязнениям и к гидродинамическим воздействиям на затвор 11. Гидравлическое сопротивление заявляемого клапана минимально, т.к. пропускаемый поток не преодолевает усилие сжатия пружины. Сборка или ремонт клапана осуществляются с минимальным количеством операций, не требуется установки пружины, что снижает возможность ошибок сборщика и поломки клапана. Масса клапана минимальна. Также преимуществом данной конструкции является отсутствие металлических деталей и пружин, малая себестоимость.