ЗАПОРНЫЙ КЛАПАН Российский патент 1995 года по МПК F16K1/34 

Изобретение относится к запорной арматуре и может быть использовано при создании запорного клапана с повышенной герметичностью при большом числе срабатываний, подверженного длительное время силовым нагрузкам.

В настоящее время при создании запорной арматуры одним из проблемных вопросов является обеспечение повышенной герметичности при большом числе срабатываний. Возможным решением данной проблемы может быть использование запорных пар с упругими уплотнительными элементами.

Известен сверхвысоковакуумный клапан с уплотнительными парами типа металл-по-металлу содержащий корпус, внутри которого расположен кольцевой пружинный элемент, имеющий периферийную наружную часть, скрепленную с корпусом, и центральное отверстие, а также внутреннюю уплотняющую грань, ограничивающую это отверстие и образующую клапанное седло [1] В корпусе клапана размещены запорный элемент перемещаемый относительно отверстия, и кольцевая пружинная манжета, внутренняя поверхность которой скреплена с запорным элементом, а наружная по периферии образует запорную часть, контактирующую с седлом. Пружинный элемент и манжета имеют коническую форму. Запорная часть имеет уплотнительную поверхность, направленную перпендикулярно образующей конуса манжеты.

Недостатком этого устройства является то, что применение уплотнительных пар типа металл-по-металлу требует повышенных удельных давлений, поэтому для получения заданной герметичности необходимо прилагать повышенные усилия сжатия.

Наиболее близким к предлагаемому является запорный клапан, содержащий седло с конической уплотнительной поверхностью, затвор, состоящий из гибкой оболочки, неметаллического уплотнителя, установленного по внутреннему диаметру гибкой оболочки и взаимодействующего с уплотнительной поверхностью седла, опорного кольца, взаимодействующего с внутренней поверхностью неметаллического уплотнителя [2]
Недостаток данного устройства большие динамические усилия, возникающие в момент посадки затвора на седло, сминают неметаллический уплотнитель.

Длительное воздействие статических нагрузок приводит к ползучести неметаллического уплотнителя, который предполагается выполнять из фторопласта. Это снижает контактные давления и ведет к потере герметичности.

Свободное размещение неметаллического уплотнителя снижает его износостойкость.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков известного клапана, а именно повышение герметичности при большом числе срабатываний.

Цель достигается тем, что в запорном клапане, содержащем седло с конической уплотнительной поверхностью, затвор с гибкой оболочкой и неметаллическим уплотнителем, установленным по внутреннему диаметру гибкой оболочки и взаимодействующим с уплотнительной поверхностью седла, по внутреннему диаметру неметаллического уплотнителя установлена дополнительно упругая цилиндрическая оболочка, при этом концевые части гибкой оболочки затвора и упругой цилиндрической оболочки выполнены в виде конической поверхности параллельной уплотнительной поверхности седла и взаимодействуют с седлом, причем концевая часть неметаллического уплотнителя выступает над концевыми частями гибкой оболочки и цилиндрической оболочки на величину упругой деформации неметаллического уплотнителя.

Совокупность существенных признаков предложенного устройства проявляет иные свойства в сравнении с известными решениями, заключающиеся в том, что размещение по внутреннему диаметру неметаллического уплотнителя дополнительно упругой оболочки создает при воздействии нагрузки на неметаллический уплотнитель эффект объемного сжатия, что повышает его несущую способность и износостойкость, плотное взаимодействие гибкой оболочки затвора и упругой цилиндрической оболочки с седлом и неметаллическим уплотнителем исключают ползучесть последнего при длительном нагружении, повышает надежность закрытия запорного клапана, так как в данном случае гибкая и упругая цилиндрическая оболочки являются дополнительными уплотнениями. Выступление концевой части неметаллического уплотнителя над концевыми частями гибкой оболочки и упругой цилиндрической оболочки на величину упругой деформации неметаллического уплотнителя обеспечивает надежный контакт седла и неметаллического уплотнителя, а при ударном закрытии клапана исключают его разбивание.

Таким образом, предлагаемое техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 и 2 представлены концевые части неметаллического уплотнителя, гибкой и упругой цилиндрической оболочек в момент посадки затвора на седло.

Запорный клапан содержит седло с конической уплотнительной поверхностью 1, затвор 2, гибкую оболочку затвора 3, неметаллический уплотнитель 4, упругую цилиндрическую оболочку 5, опорное кольцо 6, гайку 7.

Седло 1 имеет коническую уплотнительную поверхность. Затвор 2 имеет гибкую оболочку 3. По внутреннему диаметру гибкой оболочки 3 установлен неметаллический уплотнитель 4. Упругая цилиндрическая оболочка 5 выполнена по наружному диаметру опорного кольца 6. Торцы гибкой оболочки затвора 3, упругой цилиндрической оболочки 5 выполнены в виде конической оболочки параллельной уплотнительной поверхности седла 1 и взаимодействуют с седлом в закрытом положении клапана. Концевая часть неметаллического уплотнителя 4 выполнена выступающей над концевыми частями гибкой оболочки 3 и упругой цилиндрической оболочки 5. Крепление неметаллического уплотнителя 4 на затворе 2 осуществляется гайкой 7.

Запорный клапан работает следующим образом.

Во время закрытия клапана затвор 2 движется к седлу 1 и взаимодействует с концевой частью неметаллического уплотнителя 4, сжимая его на величину упругой деформации б_упр (фиг. 2). Двигаясь дальше, затвор 2 взаимодействует с концевыми частями гибкой оболочки 3 и упругой цилиндрической оболочки 5, при этом разжимая упругую цилиндрическую оболочку 5 и гибкую оболочку 3. В неметаллическом уплотнителе 4 создается эффект объемного сжатия, модуль упругости неметалла повышается, в связи с чем повышается несущая способность и износостойкость. В закрытом положении при длительном воздействии нагрузки, торцы оболочек 3 и 5 плотно взаимодействуют с уплотнительной поверхностью седла 1, чем исключают ползучесть неметаллического уплотнителя и создают дополнительные уплотнения. При многократных циклах открытия и закрытия запорного клапана торцевые части оболочек 3 и 5 изнашиваются равномерно, а упругая цилиндрическая оболочка 5, растягиваясь, постоянно стремится выдавить неметаллический уплотнитель 4 в сторону седла. Этим обеспечивается стабильный контакт уплотнительных поверхностей и герметичность запорного клапана.

Применение предлагаемого клапана по сравнению с известным запорным клапаном позволит повысить герметичность при большом количестве циклов открытия и закрытия клапана. Установка дополнительной упругой оболочки по внутреннему диаметру неметаллического уплотнителя позволит создать объемное сжатие неметаллического уплотнителя, повысить его твердость, а значит и несущую способность к действию динамических нагрузок, износостойкость.

Взаимодействие торцовых частей оболочек с уплотнительной поверхностью седла исключает ползучесть неметаллического уплотнителя при длительном воздействии нагрузки, что повышает герметичность запорного клапана, создает дополнительное уплотнение, что приводит к повышению надежности работы устройства.

Выступание концевой части неметаллического уплотнителя на величину упругой его деформации позволит обеспечить надежный контакт неметаллического уплотнителя и седла, исключит разбивание при многократном ударном нагружении при посадке затвора на седло.

Использование: для работы в условиях при большом числе срабатываний клапана и подверженного длительное время силовым нагрузкам. Полый запорный орган обращен к седлу с наружной конической уплотнительной поверхностью упругой цилиндрической стенкой. С внутренней поверхностью стенки контактирует неметаллический уплотнительный элемент, поджатый опорной шайбой с буртом, контактирующим с внутренней поверхностью цилиндрической стенки уплотнительного элемента. Бурт выполнен в виде тонкой упругой стенки. На торцах цилиндрической стенки органа и шайбы выполнены конические поверхности, параллельные уплотнительной поверхности седла. Уплотнительный элемент установлен с выступанием края его цилиндрической стенки над указанными коническими поверхностями. Уплотнительный элемент установлен с выступанием конца его цилиндрической стенки на величину упругой деформации материала. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. ЗАПОРНЫЙ КЛАПАН, содержащий седло с наружной конической уплотнительной поверхностью и полый запорный орган с обращенной к седлу упругой цилиндрической стенкой и контактирующим с внутренней поверхностью стенки неметаллическим уплотнительным элементом, поджатым опорной шайбой с буртом, контактирующим с внутренней поверхностью цилиндрической стенки уплотнительного элемента, отличающийся тем, что бурт на опорной шайбе выполнен в виде тонкой упругой стенки, на торцах цилиндрической стенки запорного органа и опорной шайбы выполнены конические поверхности, параллельные уплотнительной поверхности седла, а уплотнительный элемент установлен с выступанием края его цилиндрической стенки над указанными коническими поверхностями. 2. Клапан по п.1, отличающийся тем, что уплотнительный элемент установлен с выступанием конца его цилиндрической стенки на величину упругой деформации материала.