КЛАПАН ОБРАТНЫЙ Российский патент 2001 года по МПК F16K15/04 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к гидравлическому оборудованию, и может быть использовано в гидравлических приводах станков, прессов и др. гидрофицированных механизмах.

Клапан обратный - это гидравлический (пневматический) аппарат, предназначенный для свободного пропуска с минимальным гидравлическим сопротивлением потока рабочей среды только в одном направлении и не должен пропускать ее в обратном направлении, т.е. быть в достаточной степени герметичным.

Известен клапан обратный, описанный, например, в книге Никитина Г.А. и Комарова А.А. "Распределительные и регулирующие устройства гидросистем", Машиностроение, 1965 г. , стр. 133-134, рис. 76 а (см. левый рисунок с направляющей для шарика, правый рисунок без направляющей для шарика), содержащий корпус с входным и выходным отверстиями, седлом и основной камерой, пружину, шарик (запорный элемент), направляющую.

Недостатком данного устройства (см. левый рисунок) заключается в следующем:
1. сложность конструкции в связи с наличием специальной направляющей для шарика, а также в связи с тем, что корпус состоит из двух частей, которые необходимо между собой герметизировать;
2. низкая надежность, вследствие потери герметичности прилегания шарика к седлу в процессе эксплуатации, поскольку существует наличие свободы перемещения шарика (вместе с направляющей) в направлениях перпендикулярно оси, и по этой причине будет происходить разбивание седла;
3. большие габариты и вес.

Для обеспечения протока рабочей среды с наименьшим сопротивлением необходимо обеспечить достаточную площадь кольцевой щели между направляющей и внутренней поверхностью основной камеры, а т.к. стенка направляющей имеет достаточно ощутимую толщину, то необходимо увеличивать диаметр внутренней расточки (основной камеры) корпуса, а значит и наружный диаметр корпуса (для обеспечения прочностных характеристик).

Большие габариты и вес обусловлены также тем, что неэффективно используется внутренний объем клапана в зоне пристыковочных резьб, что влечет увеличение размеров (длины) клапана.

Задача повышения надежности работы клапана обратного с одновременным упрощением конструкции, а также уменьшения габаритов и веса решается как в зарубежных, так и в отечественных объектах разными средствами. Например, направляющую для шарика выполняют неподвижной (см. а.с. 1237854, кл. F 16 K 15/02, 1984 г.).

Преимущества клапана обратного такой конструкции заключаются в том, что толкатель (шарик) в открытом положении запорного органа (тарели) будет ограничен в перемещениях, перпендикулярных оси (радиальные перемещения), при возникновении вибраций, однако тарель относительно шарика может быть подвержена радиальным перемещениям, что скажется на быстром износе уплотнения и как следствие - на потере герметичности.

К недостаткам также следует отнести сложность конструкции данного клапана (наличие тарели с уплотнением), низкую надежность при больших давлениях, поскольку уплотнение будет разрушаться (вымываться) при больших скоростях, а также достаточно большое гидравлическое сопротивление.

Известен клапан обратный по а.с. 1196589, кл. F 16 K 15/04, 1983 г., содержащий корпус, в основной камере которого размещены пружина, шарик, взаимодействующий с седлом.

Данный клапан обратный принимается авторами за прототип.

Недостатками данной конструкции клапана обратного являются:
1. монтаж данного клапана обратного возможен только в вертикальном положении, причем только седлом вниз, поскольку пружина установлена таким образом, что она не прижимает шарик к седлу и шарик может сесть на седло только под действием собственного веса.

Таким образом, данное обстоятельство сужает область использования клапана обратного, а также увеличивает время посадки шарика на седло;
2. большие габариты и вес в связи с наличием толстостенной направляющей втулки, которая задает осевое направление перемещения для шарика, причем толщина стенки данной втулки такова, что на наружной ее поверхности еще выполнены обводные пазы для протока рабочей среды вокруг шарика, таким образом, размеры клапана в радиальном направлении будут значительными, а соответственно, будет и большим его вес.

Значительные габариты и вес обусловлены также еще и тем, что прототип имеет разъем по корпусу, т.е. корпус состоит из 2-х частей. Судя по фрагменту элементы разборного корпуса соединяются между собой болтовым соединением (фланец к фланцу), а это значит, что клапан обратный будет иметь достаточно большие габариты и вес, что в большинстве случаев неприемлемо;
3. сложность конструкции, обусловленная тем, что втулка имеет очень сложную конфигурацию, а также тем, что как упоминалось выше, корпус состоит из двух габаритных частей, стык которых необходимо герметизировать уплотнительным элементом;
4. повышенная трудоемкость изготовления, а соответственно, и стоимость устройства, что вытекает из вышеперечисленных недостатков.

Таким образом, имея значительные габариты и вес при достаточно небольшом условном проходе, прототип имеет достаточно низкие технико-экономические показатели (низкая пропускная способность, большое гидравлическое сопротивление и др.), а также достаточно узкую область применения.

Технической задачей, решаемой предлагаемым техническим решением, является повышение надежности, упрощение конструкции, уменьшение габаритов и веса, расширение области применения.

Для решения поставленной технической задачи в клапане обратном, содержащем корпус с входным отверстием, седлом и основной камерой, пружину, шарик, взаимодействующий с седлом, шарик установлен в основной камере корпуса с минимальным радиальным зазором с направляющими дорожками, образованными в корпусе в результате пересечения поверхностей основной камеры и дополнительных камер. Длина направляющих дорожек выполнена больше величины хода шарика для надежного перемещения шарика с обеспечением максимального раскрытия проходного сечения, т.е. кольцевой щели, образованной кромкой седла и поверхностью отодвинутого от седла шарика, при мгновенном увеличении давления (гидроударе) на входе. А суммарная эффективная площадь сечений дополнительных камер равна площади сечения входного отверстия, чтобы обеспечить низкое гидравлическое сопротивление клапана.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается от прототипа тем, что шарик установлен в основной камере корпуса с минимальным радиальным зазором с направляющими дорожками, образованными в корпусе при пересечении поверхностей основной камеры и дополнительных камер, выполненных в корпусе: длина направляющих дорожек выполнена больше величины хода шарика, а суммарная эффективная площадь сечений дополнительных камер равна площади сечения входного отверстия.

Таким образом, заявляемый аппарат соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволило сделать вывод о соответствии решения изобретательскому уровню.

На фиг. 1 изображен клапан обратный, общий вид.

На фиг. 2 изображен разрез А-А на фиг. 1 в зоне шарика.

На фиг. 3 изображен разрез Б-Б на фиг. 1 вне зоны шарика и без его изображения.

Клапан обратный содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 отверстиями, седлом 4 и основной полостью 5, пружину 6, шарик 7, направляющие дорожки 8. Направляющие дорожки 8 образованы пересечением поверхностей основной камеры 5 и дополнительных камер 9. Дополнительные камеры 9 выполнены в корпусе 1, могут иметь различную форму сечения. В предложенном варианте они имеют цилиндрическую форму. Длина L направляющих дорожек 8 больше хода шарика 7 для надежного перемещения шарика 7 с обеспечением максимального раскрытия проходного сечения, т.е. кольцевой щели, образованной кромкой седла 4 и поверхностью отодвинутого от седла 4 шарика 7, при мгновенном увеличении давления (гидроударе) на входе, а суммарная эффективная площадь сечений дополнительных камер 9 (фиг. 2) равна площади сечения входного отверстия 2, чтобы обеспечить низкое гидравлическое сопротивление клапана. Диаметр D основной камеры 5 равен диаметру d шарика 7, который установлен с минимальным зазором с направляющими дорожками 8.

Клапан обратный работает следующим образом.

В исходном состоянии шарик 7 под воздействием пружины 6 плотно контактирует с седлом 4, выполненным в корпусе 1, обеспечивая надежное герметичное разобщение выходного отверстия 3 от входного отверстия 2. При подаче давления рабочей среды на вход 2 и достижении его величины, достаточной для преодоления усилия пружины 6 и возможного остаточного давления на выходе 3, шарик 7 отодвигается вправо (фиг. 1) по направляющим дорожкам 8 - происходит пропускание потока рабочей среды по дополнительным камерам 9 и далее через выходное отверстие 3 в гидросистему.

При уменьшении на входе 2 давления рабочей среды до величины меньшей значения, необходимого для преодоления указанного суммарного усилия, шарик 7 под воздействием пружины 6 ускоренно садится на седло 4, обеспечивая надежное герметичное разобщение входного отверстия 2 от выходного 3.

Данная конструкция имеет достаточно небольшие габариты и вес в связи с тем, что все элементы клапана размещены в зоне наружной присоединительной резьбы.

Предлагаемый клапан обратный достаточно легко разбирается и быстро собирается, что уменьшает затраты на ремонт. Выполнение направляющих дорожек за одно целое с корпусом значительно повышает надежность, упрощает конструкцию, а следовательно, уменьшается трудоемкость изготовления клапана, и как следствие, делает клапан достаточно низким по стоимости.

Клапан предназначен для свободного пропуска жидкости в одном направлении и применяется в различных гидроприводах. Клапан содержит корпус с входным отверстием, седлом и основной камерой, пружину, шарик, взаимодействующий с седлом. При этом шарик установлен в основной камере корпуса с минимальным радиальным зазором с направляющими дорожками, образованными в корпусе при пересечении поверхностей основной камеры и дополнительных камер, выполненных в корпусе, причем длина направляющих дорожек выполнена больше величины хода шарика, а суммарная эффективная площадь сечений дополнительных камер равна площади сечения входного отверстия. Технический результат - повышение надежности. 3 ил.

Клапан обратный, содержащий корпус с входным отверстием, седлом и основной камерой, пружину, шарик, взаимодействующий с седлом, отличающийся тем, что шарик установлен в основной камере корпуса с минимальным радиальным зазором с направляющими дорожками, образованными в корпусе при пересечении поверхностей основной камеры и дополнительных камер, выполненных в корпусе, причем длина направляющих дорожек выполнена больше величины хода шарика, а суммарная эффективная площадь сечений дополнительных камер равна площади сечения входного отверстия.