КЛАПАН ОБРАТНЫЙ Российский патент 2002 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 других 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.

Герметичность клапана обратного обуславливается качественным изготовлением седла и запорного элемента (затвора), а также безусловным совпадением их геометрических осей (касается в большей степени клапанов с конусным затвором), их плотным прилеганием друг к другу, а также очень малым временем посадки запорного элемента на седло, что обеспечивается наличием пружины.

Качественное изготовление запорного элемента достигается легко, поскольку обрабатываемые поверхности наружные и посему легкодоступные для механической обработки и контроля. Наибольшую трудность доставляет качественное изготовление седла. Качественное изготовление седла может быть достигнуто только при достаточно хорошем доступе для его механической обработки, контроля шероховатости и состояния (без повреждений, вмятин, трещин и пр.) поверхности, а также геометрических размеров, что возможно, например, когда корпус, в котором размещено седло, имеет разъем.

При классической компоновке клапана обратного (например, клапан обратный, описанный в книге Т.М. Башта и др. Объемные гидравлические приводы. Машиностроение, 1969 г., стр. 310-312, рис. 3.24), когда седло (в том числе и съемное) располагается в глубине расточки корпуса, а разъем формируется с помощью съемной крышки (в других случаях резьбовой пробки), крепящейся к корпусу, месторасположение седла относительно плоскости разъема достаточно удалено. Достаточно большое расстояние до седла обусловлено необходимостью размещения между седлом и крышкой (пробкой) длинногабаритной пружины и запорного элемента, что создает значительные трудности в качественном изготовлении седла, что может отразиться на герметичности клапана. К недостаткам следует отнести и высокую трудоемкость изготовления, поскольку направляющую поверхность для затвора необходимо шлифовать и еще требуется очень точное совпадение геометрических осей затвора и седла, а также к недостаткам следует отнести повышенную трудоемкость ремонта, например, при выпрессовке сменного седла.

Известен клапан обратный, описанный в книге Г.А. Никитина и А.А. Комарова. Распределительные и регулирующие устройства гидросистем. Машиностроение, 1965 г., стр. 133, 134, рис. 76а (правый рисунок без направляющей для шарика), содержащий корпус с седлом, шарик (запорный элемент), крышку (пробку), в которую опирается пружина, входное и выходное отверстия.

Недостатки данного устройства заключаются в следующем:
1. Низкая надежность вследствие потери герметичности прилегания шарика к седлу в процессе эксплуатации, поскольку существует наличие свободы перемещения шарика в радиальном направлении и по этой причине будет происходить разбивание седла.

Низкая надежность обусловлена также достаточно затрудненным доступом для качественного изготовления седла, что также негативно скажется на изначальной герметичности прилегания шарика к седлу.

2. Большое гидравлическое сопротивление в связи с поворотом потока на 90 градусов.

3. Большие габариты и вес в связи с тем, что пристыковочные резьбы выполнены внутренними, а не наружными.

4. Сложность конструкции в связи с тем, что стык крышка-корпус необходимо герметизировать установкой уплотнителя.

Задача повышения надежности работы клапана обратного, в части обеспечения полной герметичности прилегания запорного элемента (шарика) к седлу, с одновременным упрощением конструкции, а также уменьшения габаритов и веса решается как в зарубежных, так и в отечественных объектах разными средствами, основное среди которых - наличие направляющей втулки для осевого перемещения шарика.

Известен клапан обратный по а.с. N 1196589, кл. F 16 К 15/04, 1983 г., содержащий разъемный корпус с седлом, шарик, взаимодействующий с седлом, пружину и направляющую втулку для строго осевого перемещения шарика.

Данный клапан обратный принимается авторами за прототип.

Недостатки прототипа заключаются в следующем:
1. Монтаж данного клапана обратного возможен только в вертикальном положении, причем седлом вниз, т.к. пружина не обеспечивает поджим шарика к седлу и шарик может сесть на седло только под действием собственного веса.

2. Большие габариты и вес в связи с наличием толстостенной направляющей втулки, 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 обратного в радиальном направлении будут значительными, а, соответственно, будет большим и его вес.

Значительные габариты и вес обусловлены также еще и тем обстоятельством, что прототип имеет разъем по корпусу, т.е. корпус состоит из двух частей, которые соединяются между собой болтовым соединением, а это значит, что клапан обратный будет иметь достаточно большие габариты и вес, что в большинстве случаев не приемлемо.

3. Сложность конструкции, обусловленная тем, что направляющая втулка имеет очень сложную конфигурацию, при этом наружная поверхность втулки и поверхность корпуса, по которой скользит втулка, должны иметь очень высокую чистоту поверхности, и еще геометрическая ось седла, выполненного в нижней части корпуса, должна совпадать с геометрической осью наружной поверхности втулки и осью направляющей поверхности (для шарика), выполненной во втулке (при этом втулка размещается в верхней части разъемного корпуса). И еще, как упоминалось выше, корпус состоит из двух частей, поэтому его необходимо герметизировать с помощью дополнительного элемента - уплотнителя.

4. Повышенная трудоемкость изготовления, а соответственно, и стоимость устройства, что вытекает из вышеперечисленных недостатков.

Таким образом, имея значительные габариты и вес при относительно небольшом условном проходе, прототип имеет достаточно низкие технико-экономические показатели (низкая пропускная способность, достаточно 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.

Для решения поставленной технической задачи в клапане обратном, содержащем корпус, пружину, шарик, взаимодействующий с седлом, направляющую, штуцер с наружной резьбой и входным цилиндрическим отверстием, наружная резьба на штуцере выполнена конической с переходом в участок цилиндрической поверхности меньшего диаметра, нежели резьба (т.е. с занижением), на которой выполнены осевые, сквозные прорези, при этом в штуцере со стороны участка с наружной цилиндрической поверхностью имеется внутренняя расточка с диаметром, равным диаметру шарика, а входное цилиндрическое отверстие на некотором удалении от седла переходит в отверстие в виде многогранника.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается от прототипа тем, что наружная резьба на штуцере выполнена конической (т.е. самоуплотняющейся, что исключает самоотвинчивание при вибрациях, т. к. не требует подтяжек соединения, что очень важно, когда клапан обратный, например, является встроенным в монтажную плиту и нет возможности без разборки произвести подтяжку соединения) с переходом в участок цилиндрической поверхности с занижением, на которой выполнены осевые сквозные прорези; в штуцере со стороны наружного участка цилиндрической поверхности выполнена внутренняя расточка с диаметром, равным диаметру шарика, а входное цилиндрическое отверстие в периферийной от седла зоне переходит в отверстие в виде многогранника.

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 - вид Б на фиг. 1.

На фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 1.

Клапан обратный содержит корпус 1, пружину 2, шарик 3 и штуцер 4, включающий наружную коническую резьбу 5, седло 6, внутреннюю расточку 7, участок с наружной цилиндрической поверхностью 8 со сквозными осевыми прорезями 9, входным цилиндрическим отверстием 10, переходящим в отверстие 11 в виде многогранника. Отверстие 11 выполнено в виде многогранника (в данном случае - шестигранника) для надежной затяжки резьбового соединения штуцера 4 с корпусом 1, а также для существенного уменьшения габаритов штуцера 4 и клапана в целом. (В случае использования штуцера с наружным многогранным пояском для затяжки соединения с помощью торцевого ключа значительно увеличило бы габариты и вес клапана обратного, так как для вворачивания штуцера 4 пришлось бы увеличить в корпусе приемную камеру, диаметр которой будет определяться диаметром головки торцевого ключа). Участок с наружной цилиндрической поверхностью 8 выполнен несколько меньшего диаметра (с занижением) по отношению к наружной конической резьбе 5 с тем, чтобы увеличить проходное сечение и уменьшить гидравлическое сопротивление, а диаметр внутренней расточки 7 равен диаметру шарика 3, который установлен с минимальным зазором с направляющей поверхностью внутренней расточки 7. Наружная резьба 5 на штуцере 4 выполнена конической с тем, чтобы избежать установки дополнительного уплотнения для герметизации стыка корпус-штуцер, а также избежать подтяжки соединения, особенно если узел будет встроен в монтажную плиту (клапан обратный встроенного типа).

Клапан обратный работает следующим образом.

В исходном состоянии шарик 3 под воздействием пружины 2 плотно контактирует с седлом 6, выполненным в штуцере 4, обеспечивая надежное герметичное разобщение входа от выхода.

При подаче давления рабочей среды на вход через многогранное 11 и цилиндрическое 10 отверстия и достижения его величины, достаточной для преодоления усилия пружины 2 и возможного остаточного давления на выходе, шарик 3 отодвигается вправо (фиг. 1) по направляющим поверхностям внутренней расточки 7 - происходит пропускание потока рабочей среды через осевые прорези 9 и далее на выход в гидросистему.

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

Данная конструкция клапана обратного имеет большие преимущества по отношению к прототипу и другим известным решениям в части надежности, что выражается в следующем:
1. Высокая ремонтообслуживаемость и ремонтообеспеченность в связи с тем, что изнашиваемое со временем седло - сменное и находится на штуцере, который легко снять и заменить новым или доработать, восстановив кромки седла, т.к. имеется очень хороший доступ. Это, в свою очередь, уменьшает затраты на ремонт.

2. Все внутренние поверхности, за исключением седла, не требуют тщательной обработки поверхности, т.к. направляющая втулка выполнена в штуцере и является неподвижной относительно корпуса.

Таким образом, в предлагаемой конструкции клапана обратного, имеющего меньшие габариты и вес, выполнение направляющей втулки за одно целое с седлом значительно уменьшает погрешности в изготовлении, повышает качество, а следовательно, повышает его надежность, упрощает конструкцию и, как следствие, уменьшает трудоемкость изготовления клапана.

Изобретение предназначено для использования в гидравлических приводах станков, прессов и других гидрофицированных механизмах. Клапан обратный содержит корпус, пружину, шарик, взаимодействующий с седлом, направляющую, штуцер с наружной резьбой и входным цилиндрическим отверстием. Наружная резьба на штуцере выполнена конической с переходом в участок цилиндрической поверхности. На последней выполнены осевые сквозные прорези. При этом в штуцере со стороны участка с наружной цилиндрической поверхностью имеется внутренняя расточка с диаметром, равным диаметру шарика. Входное цилиндрическое отверстие в периферийной от седла зоне переходит в отверстие в виде многогранника. Изобретение позволяет уменьшить погрешности в изготовлении и уменьшить его трудоемкость, повысить надежность и упростить конструкцию устройства. 3 ил.

Клапан обратный, содержащий корпус, пружину, шарик, взаимодействующий с седлом, направляющую, штуцер с наружной резьбой и входным цилиндрическим отверстием, отличающийся тем, что наружная резьба на штуцере выполнена конической с переходом в участок цилиндрической поверхности, на которой выполнены осевые, сквозные прорези, при этом в штуцере со стороны участка с наружной цилиндрической поверхностью имеется внутренняя расточка с диаметром, равным диаметру шарика, а входное цилиндрическое отверстие в периферийной от седла зоне переходит в отверстие в виде многогранника.