ПРОФИЛИРОВАННЫЙ ЗАПОРНЫЙ КЛАПАННЫЙ ДИСК ДЛЯ СРАБАТЫВАНИЯ ПРИ НИЗКОМ ДАВЛЕНИИ
PROFILED SHUT-OFF VALVE DISC FOR OPERATION AT LOW PRESSURE

ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ
Приоритет данной заявки испрашивается по предварительной заявке 62/399,614, поданной 26 сентября 2016 года, содержание которой целиком включено в данный документ посредством ссылки.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Область техники
Данное изобретение относится к обратному клапану.
2. Краткое описание уровня техники
Обратный клапан представляет собой однонаправленное устройство для регулирования потока, которое обеспечивает прохождение через него текучей среды под давлением только в одном направлении, при этом механически препятствуя прохождению этой же текучей среды в обратном направлении. Давление срабатывания обратного клапана является минимальным давлением на входе или выше по потоку, при котором обеспечивается открывание клапана и его функционирование. Одна общеизвестная разновидность обратного клапана представляет собой поворотный обратный клапан или обратный клапан с поворотным диском, в котором для предотвращения прохождения текучей среды в неверном направлении используется диск или пластина. Типовые обратные клапаны такого типа содержат плоский диск или пластину (см. Фиг. 7А), на которую действует давление текучей среды, в результате чего возникает сила, достаточная для проталкивания диска и открывания клапана.
В промышленности существует потребность в усовершенствованной конструкции обратного клапана.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В целом согласно данному изобретению предложен профилированный запорный клапанный диск, предназначенный для использования в поворотных обратных клапанах или обратных клапанах с поворотным диском.
Профилированный запорный клапанный диск имеет такую форму, что в закрытом положении его профиль обеспечивает определенную площадь поверхности для воздействия на нее давления проходящей выше по потоку текучей среды. Благодаря форме этого диска силы, создаваемые текучей средой на его верхней по потоку стороне, действуют на профилированную поверхность в нескольких направлениях так, что обеспечивается большее распределение действующих сил. Результирующие силы на указанном диске действуют так, что обеспечивается и проталкивание в боковом направлении, и вертикальный подъем, способствуя перемещению запорного клапанного диска в сторону от траектории прохождения текучей среды. Кроме того, профиль диска обеспечивает большую вертикальную подъемную составляющую сил по сравнению с известным плоским диском, так что для перемещения указанного диска в открытое положение требуется давление меньшей величины. Расположение профиля вдоль протяженности диска было определено путем моделирования потока текучей среды для оптимального выбора центра (ЦТ) тяжести указанного диска так, чтобы уменьшить крутящий момент в точке поворота и обеспечить эффективное воздействие давления на диск в полностью открытом положении, при этом обеспечивая ламинарный поток вдоль поверхности профилированного диска.
Благодаря указанному профилю сила, создаваемая текучей средой, непрерывно действует на указанный диск, обеспечивая устойчивое подъемное воздействие по мере прохождения текучей среды через обратный клапан. При срабатывании клапана эта динамическая составляющая позволяет быстрее привести клапан в полностью открытое положение, при этом клапан остается открытым и при более низкой скорости потока.
Одно из преимуществ данного изобретения заключается в том, что диск профилированной формы согласно данному изобретению обеспечивает возможность открывания профилированного обратного клапана при значительно более низком значении давления срабатывания, чем в конструкции с плоским пластинчатым диском, при этом клапан остается открытым при более низкой скорости потока.
Конкретные варианты выполнения
В соответствии с некоторыми вариантами выполнения и в качестве примера данное изобретение может содержать или образовывать такой профилированный запорный клапанный диск, который обеспечивает новую, уникальную комбинацию поворотной части и запорной части.
Поворотная часть может иметь отверстие, выполненное с возможностью размещения в нем поворотного стержня для обеспечения поворота профилированного диска между закрытым положением и одним или более открытыми положениями.
Запорная часть прикреплена к поворотной части и имеет две противоположные стороны. Первая сторона может быть выполнена с возможностью восприятия воздействия потока текучей среды в первом направлении и обеспечения перемещения запорной части в сторону от прохода для текучей среды к указанному одному или более открытым положениям в зависимости от потока текучей среды, обеспечивая прохождение текучей среды через указанный проход. Вторая, противоположная сторона может быть выполнена с возможностью восприятия воздействия потока текучей среды, проходящего к указанному проходу в противоположном направлении, и обеспечения перемещения запорной части в направлении указанного прохода к закрытому положению для того, чтобы перекрыть указанный проход и остановить поток текучей среды.
Первая сторона запорной части может иметь по меньшей мере две профилированные части с разными дисковыми профилями, определенными относительно точки поворота, плоскости, определяющей запорную часть, и точки, наиболее удаленной от поворотной части.
Указанные по меньшей мере две профилированные части могут иметь:
ближнюю наклонную часть, которая образована ближе всего к поворотной части, имеет ближнюю наклонную профилированную поверхность, изгибающуюся от точки поворота к первой точке перегиба, и имеет первую кривизну, и
дальнюю наклонную часть, которая образована дальше всего от поворотной части, имеет дальнюю наклонную профилированную поверхность, изгибающуюся от точки перегиба в направлении наиболее удаленной от поворотной части точки, и имеет вторую кривизну, которая менее искривлена или изогнута по сравнению с указанной первой кривизной, при этом ближняя наклонная часть и дальняя наклонная часть соединены, образуя общую поверхность, обеспечивающую распределение давления/сил по профилю на первой стороне под воздействием потока текучей среды и перемещение запорной части в сторону от прохода для текучей среды.
В соответствии с некоторыми вариантами выполнения данное изобретение также может содержать один или более нижеперечисленных признаков.
Запорная часть может иметь поверхность, контурный профиль которой образован вблизи точки перегиба, например, там, где сила, создаваемая текучей средой и действующая на указанную одну сторону, обеспечивает устойчивый подъем и проталкивание в боковом направлении.
Центр (ЦТ) тяжести профилированного запорного клапанного диска может быть расположен в дальней наклонной части, а именно между точкой перегиба и средней точкой, чтобы уменьшить крутящий момент в точке поворота, например, ЦТ может быть определен путем моделировании потока.
Указанные две противоположные стороны могут иметь по существу один и тот же профиль.
Профилированный запорный клапанный диск может представлять собой поворотный обратный клапан или обратный клапан с наклонным диском.
Дальняя наклонная часть может иметь или представлять собой две подчасти, причем первая подчасть является по существу плоской и образована ближе всего к наиболее удаленной от поворотной части точке, а вторая подчасть образована между ближней наклонной частью и первой подчастью, имеет меньшую кривизну, чем первая кривизна ближней наклонной части, и большую кривизну, чем первая подчасть.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Далее приведено описание чертежей, которые не обязательно выполнены в масштабе.
На чертежах:
Фиг. 1 схематично изображает разрез устройства, содержащего профилированный запорный клапанный диск согласно некоторым вариантам выполнения данного изобретения;
Фиг. 2 изображает вид сбоку в аксонометрии верхней стороны указанного профилированного диска согласно некоторым вариантам выполнения данного изобретения;
Фиг. 3 изображает вид сверху в аксонометрии верхней стороны профилированного диска согласно некоторым вариантам выполнения данного изобретения;
Фиг. 4 включает Фиг. 4А-4G, на которых:
Фиг. 4А схематично изображает профилированный запорный клапанный диск;
Фиг. 4В изображает сечение профилированного диска, который показан на Фиг. 4А, выполненное по линии В-В;
Фиг. 4С изображает сечение профилированного диска, показанного на Фиг. 4А, выполненное по линии С-С;
Фиг. 4D изображает сечение профилированного диска, показанного на Фиг. 4А, выполненное по линии D-D;
Фиг. 4Е изображает сечение профилированного диска, показанного на Фиг. 4А, выполненное по линии А-А;
Фиг. 4F изображает сечение профилированного диска, показанного на Фиг. 4А, выполненное по линии F-F;
Фиг. 4G изображает сечение профилированного диска, показанного на Фиг. 4А, выполненное по линии G-G,
при этом все чертежи выполнены в соответствии с некоторыми вариантами выполнения данного изобретения;
Фиг. 5 иллюстрирует схему моделирования потока для профилированного запорного клапанного диска, на которой показаны силы, создаваемые текучей средой и действующие на указанный фигурный профиль для обеспечения устойчивого подъема и бокового выталкивающего воздействия в соответствии с некоторыми вариантами выполнения данного изобретения.
Фиг. 6 схематично изображает профилированный запорный клапанный диск, при этом на данной фигуре в соответствии с некоторыми вариантами выполнения настоящего изобретения показана результирующая подъемная сила, создаваемая текучей средой, центр (ЦТ) тяжести и оптимизированное расстояние от ЦТ до указанной точки поворота.
Фиг. 7А иллюстрирует распределение давления/сил посредством запорного клапанного диска, известного из уровня техники.
Фиг. 7В иллюстрирует соответствующее распределение давления/сил посредством профилированного запорного клапанного диска согласно некоторым вариантам выполнения данного изобретения.
На чертежах для единообразия подобные элементы обозначены подобными номерами позиций и надписями.
Каждая указательная линия и соответствующее обозначение для каждого элемента не используются на каждом чертеже для уменьшения затруднений при восприятии чертежа в целом.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Фиг. 1 изображает трубчатое устройство Р, содержащее первую трубчатую часть Р1, соединенную со второй трубчатой частью Р2 с помощью болтов В, проходящих через фланцы FL1, FL2 указанных трубчатых частей, и имеющее проход Fo для текучей среды с профилированным запорным клапанным диском, обозначенным в целом номером 10 позиции, причем указанный диск расположен между указанными трубными частями и присоединен к ним так, чтобы обеспечить прохождение потока F12 текучей среды в одном направлении или предотвратить прохождение потока F21 текучей среды в противоположном направлении. Как показано на Фиг. 1, поток F12 проходит в одном направлении, обозначенном стрелкой, ведущей из трубчатой части Р1 в трубчатую часть Р2, когда профилированный диск 10 принудительно открыт, например, под действием потока F12. И наоборот, поток F21 не может пройти в противоположном направлении, обозначенном стрелкой, ведущей из трубчатой части Р2 в трубчатую часть Р1, когда диск 10 принудительно закрыт, например, под действием потока F21.
В соответствии с некоторыми вариантами выполнения и в качестве примера, данное изобретение может содержать или представлять собой профилированный запорный клапанный диск 10, который обеспечивает новую, уникальную комбинацию поворотной части 20 и запорной части 30. Фиг. 2 и 3 изображают примеры выполнения профилированного диска 10.
Поворотная часть 20 может иметь отверстие А, выполненное с возможностью размещения в нем поворотного стержня Pr, с помощью которого диск 10 может поворачиваться между закрытым положением и одним или более открытыми положениями.
Запорная часть 30 прикреплена к поворотной части Pr и имеет две противоположные стороны S1, S2. Две противоположные стороны S1, S2 могут быть иметь по существу один и тот же профиль, например, такой как показан на Фиг. 4 и 5. Первая сторона S1 выполнена с возможностью восприятия воздействия потока F12 текучей среды, проходящего в указанном одном направлении, и обеспечения перемещения запорной части 30 в сторону от прохода Fo для текучей среды к указанному одному или более открытым положениям в зависимости от потока F12, обеспечивая прохождение текучей среды через проход Fo. Вторая, противоположная сторона S2 выполнена с возможностью восприятия воздействия потока F21 текучей среды, проходящего к проходу Fo в противоположном направлении, и обеспечения перемещения запорной части 30 в направлении прохода Fo к закрытому положению, чтобы перекрыть проход Fo и остановить поток F21.
Первая сторона S1 запорной части 30 может иметь по меньшей мере две профилированные части 32, 34 с разными дисковыми профилями, которые, к примеру, определены относительно точки РР поворота и точки Р3, наиболее удаленной от поворотной части PP.
Указанные по меньшей мере две профилированные части 32, 34 могут содержать или представлять собой:
ближнюю наклонную часть 32, которая образована ближе всего к поворотной части 20, имеет ближнюю наклонную профилированную поверхность Sn, изгибающуюся от точки РР поворота к первой точке перегиба Pi, и имеет первую кривизну С1 (см. Фиг. 6), и
дальнюю наклонную часть 34, которая образована дальше всего от поворотной части 20, имеет дальнюю наклонную профилированную поверхность Sf, изгибающуюся от точки перегиба Pi в направлении точки Pf, наиболее удаленной от поворотной части 20, и имеет вторую кривизну С2 (см. Фиг. 6), которая менее изогнута, чем первая кривизна С1 (т.е. имеет меньший изгиб), при этом ближняя наклонная часть 32 и дальняя наклонная часть 34 соединены, образуя общую поверхность Sn, Sf, обеспечивающую распределение давления/сил по профилю на первой стороне S1, выполненной с возможностью восприятия воздействия потока F12 и обеспечения перемещения запорной части 30 в сторону от прохода Fo согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения.
В качестве примера на Фиг. 5 и 7В проиллюстрировано распределение давления/сил, обеспечиваемое диском 10. Кроме того, можно сравнить распределение давления/сил по профилю, обеспечиваемое диском 10 и проиллюстрированное на Фиг. 5 и 7В, и запорный клапанный диск, известный из уровня техники и показанный на Фиг. 7а, который имеет плоскую поверхность, обеспечивающую распределение давления/сил по плоскости при таком же давлении, под действием которого известный диск проталкивается или поднимается спереди назад, а также в боковом направлении, как показано на чертеже. На Фиг. 5 сила, создаваемая текучей средой и действующая на профилированную поверхность первой стороны S1, обеспечивает устойчивый подъем и проталкивающее воздействие в боковом направлении, например, такое как показано на чертеже множеством стрелок, обозначающих поток.
Фиг. 4 изображает различные поперечные сечения диска 10, к примеру, те, которые показаны на Фиг. 4А слева направо и от поворотной части 20 к самой дальней точке Pf на конце профилированного диска 10.
Для примера Фиг. 4В, 4С и 4D изображают, слева направо, контурные профили диска 10, соответствующие ближней наклонной части 32 и дальней наклонной части 34, которая, как показано на чертеже, имеет подчасти 34а, 34b. На Фиг. 4В, 4С и 4D показано, что проходящие слева направо профили ближней наклонной части 32 и подчастей 34а, 34b являются по существу симметричными. Кроме того, кривизна ближней наклонной части 32 в направлении слева направо больше, чем кривизна подчастей 34а, 34b дальней наклонной части 34 в направлении слева направо. Другими словами, кривизна профилированного диска 10 в направлении слева направо возрастает ближе к поворотной части 20 и уменьшается ближе к самой дальней точке Pf.
Для примера Фиг. 4Е, 4F и 4G изображают контурные профили профилированного диска 10 в направлении спереди назад, проходящие от поворотной части 20 к самой дальней точке Pf, например, соответствующие ближней наклонной части 32 и дальним наклонным подчастям 34а, 34b, как показано на чертеже. Как показано на Фиг. 4Е, 4F и 4G, кривизна C1l, C1m, C1r ближней наклонной части 32 в направлении спереди назад является более изогнутой (т.е. больше), чем соответствующая кривизна C2l, C2m, C2r дальней наклонной части 34 и подчастей 34а, 34b в направлении спереди назад, как показано на чертеже. Соответствующая кривизна дальних наклонных подчастей 34b в направлении спереди назад является по существу нулевой (т.е. является незначительной), как показано на чертеже.
Фиг. 7В более подробно изображает контурные профили диска 10 в направлении спереди назад, проходящие от поворотной части 20 к самой дальней точке Pf, образуя по меньшей мере часть поверхности или стороны S1, обеспечивающей распределение давления/сил по профилю.
Профилированный диск 10 может иметь такую конструкцию и размеры, при которых его центр (ЦТ) тяжести находится в области дальней наклонной части 34, т.е. между точкой перегиба Pi и средней точкой Pm (см. Фиг. 6), чтобы обеспечить уменьшение крутящего момента в точке РР поворота, к примеру, включая вариант, когда ЦТ получен при моделировании потока.
Точка перегиба
Для специалиста в данной области техники будет понятно, что под точкой перегиба, подобной точке Pi, понимается точка, в которой изменяется направление кривизны, к примеру, включая точку, в которой форма кривой меняется с вогнутой на выпуклую, или наоборот.
Кривизна
Специалисту в данной области техники будет понятно, что кривизна -это величина, на которую геометрический объект, такой как поверхность, отклоняется от плоскости, или кривая - от прямой, в случае линии. Другими словами, под термином «кривизна» понимается «величина изгиба» поверхности. Например, если первая кривизна меньше второй кривизны, то первая кривизна имеет больший изгиб, чем вторая кривизна.
Моделирование потока текучей среды
Технологии моделирования потока текучей среды известны из уровня техники, при этом объем правовой охраны настоящего изобретения не ограничен каким-либо определенным типом или видом моделирования, который уже известен или будет разработан в будущем.
Объем изобретения
Следует также отметить, что варианты выполнения, показанные или подробно описанные в данном документе, приведены только в качестве примеров, при этом объем изобретения не ограничен конкретными конфигурациями, размерами и/или конструктивными деталями компонентов или элементов, описанных в данном документе. Другими словами, специалисту будет понятно, что возможно внесение изменений в конструкции описанных вариантов выполнения, при этом полученные в результате варианты выполнения могут отличаться от раскрытых в данном документе, однако они также находятся в пределах общей сущности данного изобретения.
Следует понимать, что, если не указано иное, любые признаки, характеристики, альтернативы или видоизменения, описанные в отношении конкретного варианта выполнения, также могут быть применены, использованы или включены в любой другой вариант выполнения, описанный в данном документе.
Несмотря на то, что данное изобретение описано и проиллюстрировано с помощью примерных вариантов его выполнения, в нем могут быть сделаны вышеизложенные и другие различные включения и изъятия в пределах сущности и объема настоящего изобретения.