КЛАПАННЫЙ УЗЕЛ Российский патент 1998 года по МПК F16K15/04 F04B53/10 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к конструкциям клапанных узлов насосов, применяющихся, например, в нефтеперерабатывающей и строительных отраслях промышленности т.е. там, где необходимо перекачивание под давлением вязких абразивных жидкостей.

Из предшествующего уровня техники известен клапанный узел, включающий клапанную коробку, в конической расточке которого установлено седло под шаровой запорный элемент, поджатый к седлу пружиной (см., например, статью "Износ клапанов насосов от воздействия абразивных суспензий", 1987, с. 387, рис. 8Б).

К недостаткам аналога относится катастрофический абразивный износ сферической поверхности шарового запорного элемента, обусловленный тем, что его поворот при отрыве от седла невозможен из-за постоянного контакта с возвратной пружиной.

Известен также клапанный узел (см. патент США N 3742975, кл. F 16 K 15/04, 1973), включающий клапанную коробку, клапанное седло, размещенное в расточке клапанной коробки, шаровой запорный элемент, поджатый к клапанному седлу пружиной, и средства для поворота шарового запорного элемента, выполненные в виде скошенного контактного элемента.

Недостатком этого аналога является то, что в процессе его работы происходит односторонний аномальный износ клапанного седла. Это происходит из-за ударов запорного элемента по седлу клапана преимущественно со стороны скоса контактного элемента, жестко закрепленного на концевом витке пружины. Кроме того, в известном клапанном узле необходима точная регулировка усилия пружины, поскольку наклонная составляющая сила прижима, передаваемая пружиной на запорный элемент, стремится или сдвинуть запорный элемент с седла, или (в момент посадки на седло) препятствует закрытию клапана.

Известен также принятый за прототип изобретения клапанный узел по а.с. СССР N 1813953, кл. F 16 K 15/04, 1990, содержащий клапанную коробку с входным и выходным каналами, направляющую втулку, установленную между клапанным седлом и крышкой, шаровой запорный элемент, снабженный средством для его проворота, выполненным в виде направляющей втулки с опорным выступом.

Недостаток известного клапанного узла заключается в том, что при работе с очень вязкими абразивными жидкостями, т.е. когда скорость проходящей через клапан жидкости относительно невелика, эффективность взаимодействия запорного элемента со средством для его проворота невелика и не оказывает существенного влияния на проворот шарового запорного элемента, что не исключает его аномальный износ.

Кроме того, наличие дополнительных деталей (пружины с подвижной направляющей втулкой) в полости клапанного узла неизбежно уменьшает проходное сечение клапана, что, учитывая вязкость перекачиваемой жидкости, существенно повышает гидравлическое сопротивление клапанного узла.

Технической задачей, решаемой изобретением, является обеспечение снижения гидравлического сопротивления клапанного узла при работе с очень низкими абразивосодержащими жидкостями, а также обеспечение надежной работы клапанного узла за счет гарантированного проворота шарового запорного элемента и исключения тем самым его аномального износа.

Согласно изобретению, поставленная задача решается тем, что клапанный узел содержит клапанную коробку с входным и выходным каналами, направляющую втулку, установленную между клапанным седлом и крышкой, и шаровой запорный элемент. Кроме того, клапанный узел дополнительно содержит груз, выполненный в виде тела вращения из магнитомягкого материала, катушку индуктивности с сердечником, жестко закрепленным на крышке, выполненной из магнитомягкого материала, в шаровом запорном элементе выполнена замкнутая полость в форме тела вращения, центр которой смещен относительно центра шарового запорного элемента, а груз размещен с возможностью перемещения в полости шарового запорного элемента, который выполнен из немагнитного материала.

Такое выполнение клапанного узла обеспечивает снижение гидравлического сопротивления, поскольку не накладывает никаких ограничений на размер и положение отверстия в клапанном седле, одновременно повышается надежность работы за счет гарантированного поворота шарового запорного элемента при каждом такте нагнетания жидкой среды.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображен продольный разрез общего вида клапанного узла.

Клапанный узел содержит клапанную коробку 1 с входным 2 и выходным 3 каналами, клапанное седло 4, размещенное в конической расточке клапанной коробки 1, направляющую втулку 5, зажатую между крышкой 6 и клапанным седлом 4, шаровой запорный элемент 7, внутри которого выполнена замкнутая полость 8, и груз 9, размещенный в полости 8. Полость 8 имеет форму тела вращения, центр которой смещен относительно центра шарового запорного элемента 7.

Клапанный узел работает следующим образом.

При такте нагнетания жидкости насосом поток жидкости воздействует на шаровой запорный элемент 7 и перемещает его в направлении к поверхности крышки 6. При перемещении шарового запорного элемента 7 груз 9 находится в том же положении на поверхности полости 8, какое он занимал при закрытом положении клапанного узла. Двигаясь в потоке жидкости, шаровой запорный элемент 7 ударяется о внутреннюю поверхность крышки 6, при этом груз 9, двигаясь по инерции в полости 8, наносит удар по точке, расположенной на участке внутренней поверхности шарового запорного элемента 7, смещенной относительно линии, проходящей через центр шарового запорного элемент 7, и точкой касания его с поверхностью крышки 6, поскольку центр шарового запорного элемента 7 не совпадает с центром полости 8. Таким образом, в результате соударения груза 9 с внутренней поверхностью шарового запорного элемента 7 происходит поворот его на некоторый угол относительно положения, соответствующего моменту удара о поверхность крышки 6.

При такте всасывания шаровой запорный элемент 7, двигаясь в потоке жидкости под действием перепада давления и веса, ударяется о седло 4, при этом за счет того, что шаровой запорный элемент 7 сместился относительно оси седла 4, их удар происходит в какой-то точке седла 4. Однако ударная нагрузка воспринимаемая этой точкой седла 4, рассеивается (за счет свободного размещения груза 9 в полости 8) на ударную нагрузку от веса оболочки шарового заполненного элемента 7 и веса груза 9, который ударяется по внутренней поверхности шарового запорного элемента 7 после смещения его относительно первоначальной точки удара.

Таким образом, при работе насоса запорные элементы его клапанных узлов постоянно проворачиваются, чем достигается равномерный их износ по всей поверхности и обеспечение за счет этого повышения ресурса безаварийной работы.

Клапанный узел предназначен для насосов, где необходимо перекачивание под давлением вязких абразивных жидкостей. Клапанный узел содержит клапанную коробку с входным и выходным каналами, направляющую втулку, зажатую между клапанным седлом и крышкой, и шаровой запорный элемент. В шаровом запорном элементе выполнена замкнутая полость в форме тела вращения, центр которой смещен относительно центра шарового запорного элемента, а в полости размещен груз, выполненный в виде тела вращения. 1 ил.

Клапанный узел, содержащий клапанную коробку с входным и выходным каналами, направляющую втулку, установленную между клапанным седлом и крышкой, и шаровой запорный элемент, отличающийся тем, что он дополнительно содержит груз, выполненный в виде тела вращения, в шаровом запорном элементе выполнена замкнутая полость в форме тела вращения, центр которой смещен относительно центра шарового запорного элемента, а груз размещен с возможностью перемещения в полости.